基于LabVIEW和NI ELVIS的电子产品自动测试平台设计

魏元焜

(辽宁机电职业技术学院，辽宁 丹东 118009)

当前，我国已成为全球范围内的电子产品制造大国，电子产品渗入到生活的方方面面，包括通信、医疗、教育、交通、金融等等。电子产品零配件品种、型号繁多，生产环节繁杂，不间断的产品换代使得电子产品的测试工作不堪重负[1]。目前较大比例的中小型电子科技企业由于资金、技术等方面的限制，仍然采用人工测试这种传统测试方式。在传统人工测试中，操作人员需要通过手动连接和设置万用电表、示波器、波形发生器等一系列测试设备来搭建测试平台，测试过程中需要重复性地测试数据并对测试结果进行人工读取，这样会引起诸如人工读数误差及错误、速度慢、记录数据无法共享等问题，大大降低测试效率且不能实现电子产品的量产测试[2]。针对上述问题，本文提出了一种基于LabVIEW和NI ELVIS的电子产品自动测试平台，平台具有操作简单、扩展灵活的特点，可实现电子产品的快速自动化测试，可以提高电子产品检测的效率。

1 系统构成

测试平台分测试板卡、数据采集卡、计算机以及运行在计算机中的测试控制程序几部分构成，结构框图如图1所示。

测试板卡直接与被测元件或芯片相连，用于将测试指令传送给被测对象并接收被测对象的响应。由于不同的测试对象所需要的外围辅助电路不同，频繁地重新搭建辅助电路会严重影响测试效率。为此，本文针对不同类型和型号的测试对象，设计了不同的测试板卡。当测试对象发生变更时，直接从数据采集卡上更换对应板卡即可。图2给出了系统中若干常用的测试板卡。

数据采集卡是连接被测芯片和计算机之间的桥梁，承担了控制指令和测试数据的传输任务。为实现精准的时序控制和高速数据采集，选择高性能的数据采集卡是十分必要的。本文选择美国国家仪器(以下简称NI)公司的工程实验室虚拟仪器套件(ELVIS)作为本平台的数据采集卡，如图3(a)所示。NI ELVIS集成了12款常用仪器，包括多通道数据采集功能(含模拟和数字I/O)、数字万用表、高采样率的两通道示波器、函数发生器、固定和可变电源以及两线和三线阻抗分析仪[3]。相对于传统的多台测量仪器同时使用的情况，使用单个NI ELVIS实施测量可以极大地节省空间同时又保证测量精度。通过USB接口与PC连接，NI ELVIS即可实现快速易用的测量采集及显示，图3(b)给出了NI ELVIS集成的示波器测量界面。此外，NI ELVIS也可通过LabVIEW软件编程的方式实现具有分析判断功能的自动化测试流程[4-5]，如图3(c)所示。

这里提到的LabVIEW编写的程序，即图4中计算机运行的测试控制软件，它可以向数据采集卡发出指令并控制其进行数据传输，是整个自动化测试的发起者和控制者，测试过程中的测试条目管理、测试逻辑、并发执行以及测试结果存储等一系列任务，都是由测试控制软件控制完成的。LabVIEW是一种图形化编程语言，因此可以快速简单地实现多任务并发处理[6-7]，且与NI ELVIS具有很好的兼容性，可以极大程度地缩短开发周期。

在整个系统中，数据采集卡是固定不变的，它只负责控制信号和数据的准确高效传输，并不关心数据是如何被显示和存储的以及测试的对象是什么。数据由测试控制软件定义、解析、显示和存储，不同的测试对象需要由测试控制软件定义一套独立的测试流程。每一个测试对象和对应的测试板卡一关联，当新增测试对象后，只需新增一块包含其测试电路的测试板卡并向测试控制软件添加新对象的测试流程即可，因而整个系统是可以灵活扩展和删减的。

2 典型测试过程设计

电子产品种类多样，而随着集成电路(以下简称IC)技术的发展，更多的电子产品被封装成芯片的形式。因此目前在电子产品测试中以IC测试为主。IC测试的最终目的是检验IC是否符合设计指标要求，根据测试内容进行划分，IC测试可分为：功能测试和参数测试。功能测试主要由输入矢量和相应的响应组成，通过测试来验证IC是否能实现设计要求的功能。有些IC虽然通过了功能测试，但无驱动能力，这类IC仍然被认为具有缺陷的电路，这种情況下电参数测试则成为一种有效的测试方法。IC参数测试包括DC参数测试和AC参数测试。DC参数测试包括开/短路测试、漏电流测试、失调电压测试和阈值电压测试等等，AC参数试包括上升/下降时间测试频率/周期测试等等。

本节以运算放大器LF356为测试对象，以DC测试的输入失调电压为例，详细介绍本文提出系统的软硬件设计和工作过程。

2.1 测试板卡设计

由于实际差动放大器会产生偏置电压，在常温下当输入信号为零时，集成运放的输出电压可能不为零，该输出电压称为输出失调电压。为了使输出电压回零，需要在输入端加入反向补偿电压，该补偿电压即为输入失调电压uos。输入失调电压的测试方法分为单管测试法和辅助运算放大器法。由于单管法具有外围电路简单的优点，因此本文选择这一方法在测试板卡上搭建外围电路。测试的外围电路和测试对象一起构成一个差动放大器，并将两个输入端接地，测量其输出uo。测试电路如图4所示，为便于测试时更换测试对象，设计了电路接口，将外围电路和测试对象明确分开，使用芯片插座用来临时固定芯片。测试板卡的正负电源、地都由数据采集卡NI ELVIS提供，输出电压uo端与NI ELVIS的模拟输入通道0(AI0)相连。

2.2 软件设计

为设计正确的测试程序，需先分析出uos的计算公式。考察图4，由集成运放输出计算公式可得式，

u0=(u+-u-)·Aod

(1)

由单管测试法电路可得式，

(2)

将式代入式可得，

(3)

由式可得，

(4)

由于u+=uos，考虑到Aod≫1，因此可得uos表达式如式所示。

(5)

对照芯片手册可知，LF356的最大失调电压为10 mV，因此只要测得uo并利用程序按式计算出uos，与最大值10 mV比较即可判断芯片的输入失调电压是否在允许范围内，即芯片是否通过测试。测试程序流程图和运行工界面分别如图5和图6所示。为正常开展测试，程序必须先完成开启电源和数据IO通道等初始化操作。初始化后，测试程序会以100 ms为间隔连续三次测量输出电压u0，计算平均值，再根据式自动计算uos，当uos小于手册规定的10 mV 时，则显示通过(PASS)，否则显示不通过(NG)。考虑到多芯片连续测试的情况，为简化操作，程序设置了定时自动测量功能。程序还设置了测试结果记录和导出功能，方便测试历史数据查看和分析。测试结束后，程序会关闭电源和数据IO通道。

3 结论

电子产品测试工作操作过程繁琐、重复性强，使用的仪器繁多，传统的人工检测方式效率低，容易出错。本文提出的电子产品自动化测试系统基于NI公司的虚拟仪器技术，采用NI ELVIS作为数据采集卡，集成了12种传统测量仪器，以LabVIEW软件编程对采集卡进行编程，通过软件控制电子产品测试流程和公式计算，实现了多种类型电子产品的高效自动化测量，为中小型企业的产品测试线升级改造提供了可行的思路。