美国国家仪器有限公司

摘要：用基于商用技术和开放式业界标准基础上开发的业界广泛应用的硬件和软件平台，构建功能测试系统将大大降低测试成本。

    当今电子制造业者正面临着史无前例的降成本和缩短上市时间的压力。随着电子系统的复杂度不断增加，元器件成本和利润持续下滑，测试成本占产品最终成本的比重不断加大，为了保持竞争力，合约制造商和OEM商都在想办法通过增加测试产能提高开发生产率、降低维护保养成本以降低测试成本。

    典型的电子制造生产线如图1所示，元材料从(图1)中左侧进来，经过制造和测试后单板从图中右侧进入库存或发货。在以前，测试基本都在生产线末端。而现在，为了为生产线提供更好的故障隔离和反馈，在生产线上有几个测试 点。工艺测试，如在线测试（ICT）、自动X射线检测(AXI) 和自动光学检测（AOI）可以在不同的生产线工位即时捕获工艺缺陷。功能测试，可以检测元器件系统的运行情况，通常可以放在生产线一个或几个点上，也可以放在生产线末端，用作组装好的产品的最终测试。 

    随着元器件的尺寸不断变小，相应地，印制电路板密度和复杂度不断提高，许多产品已经没有空间设置ICT测试的针床夹具所需的测试

图1 典型电子制造生产线

点。虽然AOI和AXI应用日益普遍和广泛，但功能测试被更广泛地用于捕获甚至隔离缺陷。为了提高测试产能和测试效率，电子合约制造商和OEM商需要基于开放式业界标准上的功能测试设备，构建先进的测试平台。 

    制造测试的模块化平台

    与传统的基于专利技术体系框架下的孤立系统或全承包的解决方案相比，由完全模块化的硬件和软件平台构建的功能测试设备具有测试产能高、生产率高、拥有成本低等优势。功能测试的平台如图2所示。 

    平台的基础构架是测量层（Measurement layer），PXI是测量层的核心，它是一个基于业界标准的硬件体系。其它的硬件平台，如VXI（面向仪器的VME扩展）和GPIB（通用接口总线），可以与PXI 联合使用以实现原有部件的控制或 增加特定场合的测试功能。

图2 NI功能测试平台

    软件体系的基础系统是测量服务系统（Measurement Services），它由软件模块组成，可将硬件的测试功能以用户友好界面的方式呈现给测试开发环境。测量服务系统不仅包括仪器和测试部件的驱动程序，还包括配置、校准和资源管理工具等。

    测试模块层（Test Module layer）包括许多工具，如 LabVIEW和Measurement Studio，它们可通过自动化测量部件和分析测量结果以创建单独的测试模块。使用测试模块，测试工程师可以为待测试的特定部件创建客户化的测试程序，从而实现最大化测试价值。

    测试管理层（Test Management layer）通常指测试执行程序，它是整个测试系统的基本框架。它为测试程序提供了排序、循环和判断决策能力，能生成报表，并为测试系统和不同的组织系统（如数据库、制造执行系统和质量系统等）提供交互界面。

    降低测试成本

    一个测试系统的经济影响通常是计算所有待测试产品上的均摊成本。如应用于手机生产的功能测试系统，可能导致生产一部手机会增加2美元成本。测试的成本是一个非常重要的指标，因为它是反映一个系统能达到的测试产能和生产率的费用支出。因此，降低测试成本是制造业者的重要目标，它可提供巨大的竞争力优势。 

    策略1——提高测试系统产能

    提高产能是每个量产制造业者的目标，在许多生产线，功能测试不能跟上生产线产出的节拍。由于人们通常不可能为了适应测试节拍而降低生产线产出速度，所以最常用的解决方案就是在每条生产线后面安排多台功能测试设备，以跟上生产线产能，这种情况一般被称为扇出。降低测试时间可以避免增加测试设备，从而降低设备投资支出。

    与其它硬件平台相比，PXI平台具有极大的性能优势。基于业界标准PCI总线技术的PXI可提供高达132M字节/秒的数据流量，超过一个GPIB部件的数据流量100多倍。高的数据流量就意味着你可以从测量部件快速地将测量数据传送到计算机，以便你做出决定或记录数据，这样就可大大减少部件的测试时间。 

    为了进一步提高产能，P X I 提供了星形触发(star- triggering)功能。使用星形触发，几个PXI部件可以保持触发和时钟型号的即时同步。在许多应用场合，使用星形触发可以将产能提高10倍以上。

    为了降低测试运行时间，诸如LabVIEW和Measurement Studio等环境具有多线程处理能力，实现快速程序开发和快速程序运行相结合。例如，LabVIEW含有一个图像编译器，它可智能化地一起成组各部分的测试代码，实现并行运行，也可将整个测试模块汇编成机器代码，其运行速度与C等编译语言程序代码相当。

    IVI是一个可互换的虚拟仪器驱动程序标准。它具有状态缓存驱动模型，以减少对系统的冗余呼叫，从而大大地提高系统性能。与那些没有状态缓存技术的传统驱动程序相比，IVI仪器驱动程序可使系统性能提高了10倍以上。 

    为了处理功能测试的扇出，许多制造商将多台独立的同样的测试设备并行放置，然而，这一方法的设备投资效率很低，因为甚至在用的工具都要在每台设备上复制一套。一个更为有效的方法是在一台测试设备上，有多个测试槽，可以并行测试几个部件。并行测试测量可最大效率地利用设备， 因为它的投资最大。在用的工具可以在多个槽中共用，为了最大化产能，也可以在每个槽都复制一些常用的工具。 

    策略2——提高工程生产率

    当前制造业者都普遍面临缩短产品上市时间的压力。 在消费类电子产品和通信设备市场上，产品生命周期已经从18个月缩短到6个月以内，能否快速将产品投入量产并上市，是决定产品是否成功的关键。在高度竞争的市场领域，如产品的上市时间推迟6个月，可能会导致产品整个生命周期的累积利润下降30％以上，在这种情况下，要求必须快速地开发出制造测试系统，在产品改版时能快速地调整测试设备。 

    基于现有商用技术而开发的平台具有先天的生产率优势。如PXI利用标准的Intel和微软平台的优势，可支持部件的即插即用，部件配置简单、兼容性好。PXI测量部件的柔性也比专利技术平台的要好，因为PXI部件只进行原始测量，而利用软件进行分析和决策。这样，当新产品要进行生产时，使用PXI的系统可以很快地在软件上增加测量程序，通常不需要改变硬件。

    为了实现测试开发效率的最大化，开发环境专门为测试应用而设计，包括测量和分析所需的相应工具。另一个最大化生产率的方法是尽可能地利用现有的商用软件，而不是开发专门的定制软件包。如许多机构都开发他们自己的测试管理程序，而不是使用现有的软件产品。花费宝贵的工程时间去再开发市场上已有的软件会降低整个生产率，而且以后还要耗费更多的资源去维护软件。当今成功的制造业者会充分利用现有的各种资源，而集中力量在核心竞争力上，如产品的设计和测试策略。 

    策略3——降低拥有的总成本

    测试系统的成本可以从以下两方面进行计算：

    ·设备的初始成本，包括开发和集成服务。

    ·长期的设备保养维护成本。

    PXI 测量部件使用现有的商用技术，如标准化的模数转换集成电路和PCI总线接口，因为这些部件都广泛应用在其它量产技术中，如电信和消费类电子产品，它们的单位成本可能要远低于那些完全定制的元器件。这一特性导致PXI的性价比要远高于那些专利技术平台上所用的部件。另外，PXI平台也使用计算机上已有的处理器、存储器和监视器以进行测量分析和现实，而不是在一个定制的工具仪器中重复上述功能。 

    PXI的低成本还体现在其平台具有各种测量和控制的处理能力。在许多系统中，模拟测量平台是与光学检测、运动控制或持续数据捕获等功能模块完全分开的。然而，PXI将各种测量功能集成到单一的硬件平台上，从而可以减少整个设备成本，并最大程度上实现这些系统的兼容集成。

    测试系统的总成本大部分发生在于初始设备购置支出之后，因为软件的培训和维护费用会大大地增加测试成本，商用软件会很大程度上减少你的维护和运作成本。

    大规模应用的商用软件有标准的培训、技术支持和用户基础，在测试系统中使用的商用技术越多，就越能发挥其节约成本的优势。

    维护费用通常是软件开发的隐形成本，所有的软件都需要一定的维护，如为了兼容企业已有的硬件和其它系统，必须保持操作系统是最新版本。在全新操作系统上安装定制软件会耗费资源和时间，如有些公司在DOS切换到Windows NT平台时，定制软件的安装对接就花费了数百万美元。使用商用软件工具可以避免背上沉重的软件供应商提供的维护负担，从而降低你的总体投资成本。 

    结论

    广泛使用的硬件和软件平台可以增加测试产能，因为它们具有并行管理多个测试程序的能力。可以充分利用强大的软件程序快速地开发测试程序，从而提高工程生产率。使用柔性、模块化的软件和硬件平台，会减少新产品的测试系统 重新设计时间。最后，测试系统的成本，无论是初始投资成本还是总体拥有成本，都会大大降低，因为它使用了大量的商用技术和广泛应用的标准。