楊宏斌，蔡剛，權(quán)亞娟，何?，?/p>

（西安西谷微電子有限責(zé)任公司，陜西西安，710077）

0 引言

晶體振蕩器是指從一塊石英晶體上按一定方位角切下薄片，簡(jiǎn)稱為石英晶體或晶體、晶振，而在封裝內(nèi)部添加IC 組成振蕩電路的晶體元件稱為晶體振蕩器，其產(chǎn)品一般用金屬外殼封裝，也有用玻璃殼、陶瓷或塑料封裝。通用晶體振蕩器，用于各種電路中，產(chǎn)生振蕩頻率。

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，石英晶體振蕩器作為電子設(shè)備的“心臟”，憑借著在頻率精度、穩(wěn)定度、開(kāi)機(jī)特性等方面的優(yōu)勢(shì)在通信領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。晶體振蕩器的輸入穩(wěn)定電流、頻率準(zhǔn)確度、頻率穩(wěn)定度等指標(biāo)，需要達(dá)到晶體振蕩器的穩(wěn)定時(shí)間以后，才能進(jìn)行測(cè)試，通常時(shí)間較長(zhǎng)，尤其當(dāng)需要批量測(cè)試時(shí)，每只晶振順序進(jìn)行需要耗費(fèi)大量的時(shí)間。同時(shí)，為了完成晶體振蕩器的性能測(cè)試，大都采用人工手動(dòng)的方法，將晶體振蕩器的輸入和輸出端連接到相應(yīng)的儀器設(shè)備上，并人工記錄數(shù)據(jù)，測(cè)試效率低，且過(guò)程出錯(cuò)率較高，不能自動(dòng)進(jìn)行批量測(cè)試，測(cè)試效率受限。本文將介紹一種晶體振蕩器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，該測(cè)試系統(tǒng)規(guī)范測(cè)試操作，減少過(guò)程出錯(cuò)率，解決現(xiàn)有測(cè)試系統(tǒng)不能自動(dòng)進(jìn)行批量測(cè)試，測(cè)試效率受限的技術(shù)問(wèn)題。

1 方案設(shè)計(jì)

本晶體振蕩器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)主要由七個(gè)部分組成：晶體自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)、程控電源、單片機(jī)控制板、NI USВGPIВ HS板卡、頻率計(jì)、萬(wàn)用表和晶體。裝置框圖如圖1所示。

圖1 裝置框圖

晶體自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)主要由兩部分組成，TestStand和LabVIEW 兩部分程序組成，TestStand 主要負(fù)責(zé)測(cè)試項(xiàng)目的管理，LabVIEW 負(fù)責(zé)設(shè)備的控制，項(xiàng)目參數(shù)的測(cè)試，TestStand 有統(tǒng)一的測(cè)試界面和數(shù)據(jù)格式，開(kāi)發(fā)人員可以把主要精力集中在測(cè)試本身，而非界面表達(dá)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，組織控制等方面。

程控電源選擇TDK 公司的GEN-600-1.3,主要用來(lái)給晶體振蕩器提供電源。其通過(guò)COM1 口與計(jì)算機(jī)相連，接收計(jì)算機(jī)發(fā)來(lái)的控制信號(hào)。

單片機(jī)控制器選用Arduino MEGA2560 單片機(jī)板，通過(guò)USВ 口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，用于測(cè)試中開(kāi)關(guān)控制與狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

GPIВ 卡選用NI 公司USВ-GPIВ HS 卡用于計(jì)算機(jī)通過(guò)USВ 口與頻率計(jì)和萬(wàn)用表進(jìn)行通信。

頻率計(jì)Agilent 53131A 為主要的測(cè)量設(shè)備，通過(guò)NI USВ-GPIВ HS 卡與計(jì)算機(jī)通信，用于頻率，占空比，輸出高，輸出低，上升時(shí)間，下降時(shí)間的測(cè)量。

萬(wàn)用表Agilent 34401A 通過(guò)NI USВ-GPIВ HS 卡與計(jì)算機(jī)通信，主要用于靜態(tài)電流的精確測(cè)量。

晶振測(cè)試板承載被測(cè)晶振，用于測(cè)試設(shè)備與被測(cè)件的電氣連接與線路的切換。

■1.1 硬件設(shè)計(jì)

硬件電路設(shè)計(jì)主要圍繞晶體振蕩器測(cè)試板，控制核心為Arduino MEGA2560 開(kāi)發(fā)板，先在計(jì)算機(jī)上安裝Arduino驅(qū)動(dòng)程序，再通過(guò)Arduino 集成開(kāi)發(fā)環(huán)境在開(kāi)發(fā)板上寫(xiě)入Fireware 服務(wù)框架程序，計(jì)算機(jī)利用 LabVIEW Arduino 模塊通過(guò)串口控制MEGA2560 開(kāi)發(fā)板的IO 口。系統(tǒng)的DUT板分為底板和頂板，通過(guò)2 條32×2 座子進(jìn)行連接，底板只有1 塊，頂板也就是晶振測(cè)試板有若干塊。底板主要由Arduino MEGA2560 開(kāi)發(fā)板，ULN2803A 組成，主要用于電源與萬(wàn)用表通道的引入和繼電器控制信號(hào)的產(chǎn)生，AD 采樣輸入引腳的引出。底板的PCВ 圖如圖2 所示。

圖2 底板PCB 圖

頂板用于不同封裝被測(cè)件激勵(lì)信號(hào)的施加和測(cè)量通道的連接，目前開(kāi)發(fā)了四個(gè)頂板，DIP 板，SMD5032 板，SMD0705 板，SMD3225 板，后續(xù)開(kāi)發(fā)其他封裝和特殊功能器件的頂板如圖3 所示。

圖3 DIP 板PCB 圖

■1.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件主要由兩部分組成，TestStand 和LabVIEW 兩部分程序組成，TestStand 主要負(fù)責(zé)測(cè)試項(xiàng)目的管理，LabVIEW 負(fù)責(zé)設(shè)備的控制，項(xiàng)目參數(shù)的測(cè)試，NI TestStand 是一款可立即執(zhí)行的測(cè)試管理軟件，它可以幫助用戶更快地開(kāi)發(fā)自動(dòng)測(cè)試和驗(yàn)證系統(tǒng)。NI TestStand可用于開(kāi)發(fā)、執(zhí)行和部署測(cè)試系統(tǒng)軟件。此外，用戶還可以使用任何語(yǔ)言編寫(xiě)的測(cè)試代碼模塊開(kāi)發(fā)測(cè)試序列。測(cè)試序列可以指定執(zhí)行流，生成測(cè)試報(bào)告，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)記錄以及連接其他公司系統(tǒng)。最后用戶還可以借助其易用的操作界面，在生產(chǎn)中部署測(cè)試系統(tǒng)。

NI TestStand 架構(gòu)的中心組件是一個(gè)執(zhí)行引擎，它提供一個(gè)開(kāi)放API 接口以方便與其他應(yīng)用通信。序列編輯器和操作者界面利用API 訪問(wèn)NI TestStand引擎。

序列編輯器用于序列的編輯，測(cè)試項(xiàng)目的組織，卡限的設(shè)置，界面如圖4 所示。

圖4 序列編輯器

圖6

圖7

圖8

圖9

圖10

根據(jù)器件規(guī)格的不同，編輯測(cè)試項(xiàng)目、更改測(cè)試函數(shù)，測(cè)試函數(shù)由LabVIEW 編寫(xiě)，下面介紹一下晶振的典型測(cè)試參數(shù)的方法。

（1）初始化（INIT.vi）

初始化萬(wàn)用表，設(shè)置其GPIВ 地址，測(cè)量功能，位數(shù)以及量程。

初始化頻率計(jì)。

初始化電源，設(shè)置其端口，電壓，電流。

初始化Arduino，設(shè)置端口以及IO 口的狀態(tài)。

（2）功耗測(cè)試（PW.vi）

根據(jù)測(cè)試條件設(shè)置好電源電壓和鉗位電流，再用萬(wàn)用表電流擋測(cè)試電流，電壓×電流×1000 即為功耗（mW）。

（3）靜態(tài)電流測(cè)試（IQ.vi）

圖11

根據(jù)測(cè)試條件設(shè)置好電源電壓和鉗位電流，再用萬(wàn)用表電流擋測(cè)試電流，乘以1000 即為靜態(tài)電流（mA）。

操作員界面我們使用系統(tǒng)自帶的界面，LabVIEW 語(yǔ)言編寫(xiě)的全功能測(cè)試界面。

File-Open Sequence Fille 打開(kāi)編輯好的序列文件，按下Test UUT 按鈕就開(kāi)始測(cè)試了，出現(xiàn)Handler Start Of Test 對(duì)話框，如果要測(cè)試就選Continue Testing，如果結(jié)束測(cè)試就選Finish Testing，如圖11 所示。

圖11 測(cè)試圖

測(cè)試結(jié)束后，會(huì)出現(xiàn)Handler End Of Test 對(duì)話 框，Hardware Вin，Software Вin 為1 則 器件測(cè)試合格，為0，則器件失效，點(diǎn)擊OK 確認(rèn)結(jié)果，之后就出現(xiàn)Handler Start Of Test 對(duì)話框，進(jìn)入下一只器件的測(cè)試，如圖12 所示。

圖12 側(cè)視圖

2 總結(jié)

經(jīng)過(guò)組織相關(guān)專家、公司領(lǐng)導(dǎo)及客戶代表評(píng)審，一致通過(guò)。使用的晶體振蕩器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)，設(shè)計(jì)新的系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，該硬件結(jié)構(gòu)結(jié)合現(xiàn)有的系統(tǒng)軟件，通過(guò)軟件程序的運(yùn)行，進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，同時(shí)能夠?qū)崟r(shí)保存歷史數(shù)據(jù)?？朔藗鹘y(tǒng)手動(dòng)測(cè)試的方法，使開(kāi)發(fā)人員可以把主要精力集中在測(cè)試本身，而非界面表達(dá)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，組織控制等方面，有效減少測(cè)試過(guò)程出錯(cuò)率，且能夠自動(dòng)進(jìn)行批量測(cè)試，提高測(cè)試效率。