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        一種晶體振蕩器自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2023-07-26 03:42:06楊宏斌蔡剛權(quán)亞娟何?,?/span>
        電子制作 2023年12期
        關(guān)鍵詞:界面系統(tǒng)

        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。

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