SAW滤波器自动测试系统设计

王 岚,施建锋,彭 霄

(中国电子科技集团公司第二十六研究所，重庆 400060)

0 引言

声表面波(SAW)滤波器的测试是指利用矢量网络分析仪对封装后滤波器的电性能进行测试和分选，将不合格品剔除。SAW滤波器的测试参数较多，主要有中心频率、插入损耗、带宽、带外抑制、群延时波动及驻波等。近年来，随着SAW滤波器在相控阵雷达等领域的应用，对器件的幅度和相位一致性等指标提出了更严格的要求。同时，随着器件的小型化，SAW滤波器的封装尺寸不断缩小，由于器件尺寸小、测试参数多，且对测试状态的一致性要求提高，传统人工测试从效率和可靠性上均不能满足要求，需构建自动测试系统。

本文主要针对表面贴装器件(SMD)测试进行研究，组建了具备自动上料、自动测试和记录数据、自动分离合格品和不合格品等功能的SAW滤波器自动测试系统。

1 测试系统功能

该系统采用国内定制的自动测试机，具备自动上料功能，由于滤波器的测试具有方向性，测试机配置摄像头及图像识别软件，能够自动识别引脚方向，并将器件校正到统一的方向进行测试。系统配备自动测试软件，该测试软件能与矢量网络分析仪和测试机相互通信，调用或驱动仪器和测试机软件，实现控制测试机动作和从网络分析仪中采集数据及处理数据的功能。测试人员可以在测试软件上直接对网络分析仪进行设置[1]。测试软件中预置了常规的SAW滤波器测试模板，可以根据需要灵活调用测试项目。测试过程中，测试数据同步显示在电脑显示屏上，不合格品数据标红，方便查看，同时软件具备数据分析处理和生成报告等功能。测试后合格品放入周转板，不合格品放入指定的废料盒中。测试结束后，全部测试数据自动记录在Excel表格中，可调用查看。系统测试速度达到1 000 只/h，能满足研发阶段和小批量生产测试的要求。

2 系统硬件组成

该自动测试系统由计算机、矢量网络分析仪、测试机3部分组成，如图1所示。其中计算机提供测试软件，主要用于测试指标的编写、数据的读取和判定，并与测试机上的计算机连接，提供测试机动作的触发信号。矢量网络分析仪是SAW滤波器测试的主要仪器，负责提供测试数据，本系统采用Agilent ENA系列矢量网络分析仪。计算机与矢量网络分析仪之间采用通用接口总线(GPIB)卡连接，本系统采用Agilent公司生产的Agilent 82357B型GPIB卡，该卡使用标准USB和IEEE488接口，能简便地连接计算机与通用源表。计算机与测试机之间采用RS-232通信[2]。

图1 自动测试系统组成

测试机主要由进料、引脚方向识别、器件方向校准、测试、出料等5个部分构成。进料部分采用振动盘振动送料，使器件背面引脚朝上依次进入送料轨道口，由机械手臂吸取器件放到转盘上，转盘上分布8个工位，转盘转动依次进行引脚识别、器件方向校准和测试，根据测试软件对数据的判定，吸头将合格品依次放入料盘中，不合格品放入指定的废料盒中，如图2所示。

图2 测试机结构

3 系统软件设计

测试软件运用LabVIEW编程语言编写。LabVIEW是一种图形化编程语言的开发环境，被视为一个标准的数据采集和仪器控制软件。系统测试仪器采用美国Agilent公司的ENA系列矢量网络分析仪，美国Agilent公司针对矢量网络分析仪提供了详细的仪器控制库和函数库，运用编程语言可方便地进行调用。采用LabVIEW编程的SAW滤波器自动测试软件具有友好的人机界面，操作简单[3]。图3为测试软件流程图。

图3 测试软件流程图

3.1 测试软件与网络分析仪通讯模块

计算机通过GPIB/LAN接口与网络分析仪硬件连接，与设备之间通过标准的VISA协议进行通信和交互。调用程序后，计算机读取利用EXL编写好的对应产品型号的配置文件，对网络分析仪进行测试前初始化设置，包括中心频率、测试带宽、点数和中频带宽，并完成各项测试状态和指标的设定动作[4]。该交互完成后，就可与测试设备同步协同工作，读取网络分析仪对器件测试的完整测试数据，并在后台对该数据进行相关指标的解析、计算和判定。图4为测试软件与网络分析仪通讯模块。

图4 测试软件与网络分析仪通讯模块

3.2 测试软件与测试机通讯模块

计算机通过RS232接口与测试机通讯，通过与设备厂家协商定义的通讯协议与测试机之间通讯交互，从而实现与测试机同步协同工作[5]。计算机通过协议控制字，可得到设备当前的状态。测试软件从矢量网络分析仪得到测试数据后，在后台对测试数据进行分析判定，将测试结果按照协议控制字发送给测试设备。测试合格，发送“TESTOK”，测试设备接收到信号，将产品放入测试料盘；测试不合格，发送“TESTNG1”到“TESTNG6”,1～6代表不同的不合格类型，可根据需要设置，测试设备将根据编号将不合格品放入对应编号的废料盒中。图5为测试软件与测试机通讯模块。

图5 测试软件与测试机通讯模块

3.3 生成测试结果

使用LabVIEW的文件读写模块，将测试各项测试数据和判定结果整理后生成一个表格文件，并按器件型号、日期和时间等信息将生成的表格文件保存在计算机的测试文件夹下，用于后期的数据统计、问题追溯、原因分析及所需测试报告的生成等。

4 测试流程

1) 根据需要，在Excel表格中设置仪器基本参数，并设置需要的测试项目及控制要求。通道数量可根据需要增加，最多设置8个通道，从通道1～8。每个通道可独立设置测试格式和测试端口。不同的测试项目有对应的功能码(见表1)，功能码加max表示按损耗最大值测试，加P-P表示参数1和2之间最大值与最小值的差，加con表示测量某一点的值。

表1 测试软件功能码

2) 打开测试软件，按项目名称调用保存的测试指标。

3) 对矢量网络分析仪进行校准。将电子校准件或机械校准件连接到测试电缆上，进行双端口全校准，以消除网络分析仪的系统误差及测试电缆的影响。

4) 开始测试，测试数据同步显示在显示屏上，测试曲线显示在矢量网络分析仪屏幕上。测试数据中合格品的数据用绿色表示，出现不合格项时，不合格项目对应的数据用红色表示，方便查看。

5 结束语

本文使用LabVIEW开发工具，利用国内定制的自动测试机，将矢量网络分析仪、电脑、测试机结合在一起，开发了一套适合SMD封装的SAW滤波器的自动测试系统。该系统界面简洁，操作简单，功能丰富，可测试中心频率、带宽、插入损耗、通带波动、带外抑制、相位一致性、群延时波动、驻波等指标。且该系统可扩展应用方式，通过改造测试机可应用到更多的外壳类型的器件测试中，也可在手动测试时单独应用测试软件，便于自动记录测试数据和自动判定是否合格。该系统应用灵活，性能稳定，可提高SAW滤波器的测试效率和可靠性。测试速度约1 000只/h，能够满足研发及小批量生产的需求。