設計新一代的測試系統

歡迎參閱設計新一代測試系統開發指南。此份指南收集了白皮書的內容，針對開發測試系統所設計，可降低成本、增加測試輸出率，並可搭配未來的需要。此份白皮書並說明：模組化儀控平台與傳統儀控平台之間的相異處。若要下載完整的開發指南 (共 120 頁)，請到：ni.com/automatedtest。

自動化測試系統的設計挑戰

測試工程師使用自動化測試系統，其應用範圍從檢驗生產線的測試，到設備修復診斷；為了能確保產品到客戶手上時的品質於可靠度。工程師可使用自動化測試系統執行簡單的「Pass」或「Fail」測試，或涵蓋產品特性量測的整體範圍。一如自動化系統在設計週期中偵測瑕疵的功能愈加昂貴，該系統已迅速地成為產品開發過程中，更重要的部份。第一份標題為「設計新一代測試系統」的文件，即敘述設計團隊必須持續降低測試成本與時間的相關壓力。該文件亦提及測試工程師是如何建立模組化、軟體定義的測試系統，以於減少整體成本時，亦能夠大幅增加測試系統的輸出率與彈性。

現今的測試工程師則面對許多新的壓力。並解決下列產品開發環境的實際情況：

• 與上一個世代相較，現在的產品設計更形複雜
• 要保有競爭力並符合客戶需要的開發週期更為短暫
• 預算不斷刪減，但產品測試愈加昂貴

增加設計複雜度

最明顯的趨勢之一，即為增加的裝置複雜度。舉例來說，消費性電子、通訊，與半導體工業，均持續整合數位影像/視訊、高精確度聲音、無線通訊，與網路連線至單一產品中。即便是汽車工業，亦欲全面性整合車輛育樂與資訊系統、安全與早期預警系統，與車體引擎控制電子系統。測試系統設計必須具備足夠的彈性，以支援多種產品模型之間的不同測試；亦要在需要新的量測功能時，可調整至容納較多數量的測試點 (test point)。

較短的產品開發週期

對最新產品與技術的需求，與產品問世速度的競爭條件，均不斷地施加壓力於設計與測試團隊，並縮短了產品開發週期。設計團隊必須開發新的測試策略，以縮短測試時間，並提升設計到生產的整體效率。

增加中的測試成本與減少中的測試預算

增加裝置的功能，往往會導致更昂貴與更耗時的測試程序。然而如圖1 所示，建立各功能的成本正降低中，亦讓測試研發部門必須減少其成本與預算。因此，工程師必須提高測試系統的輸出率、減少維護與升級成本，並降低所需的資本，以開發可降低成本的測試策略。

圖 1. 來自於 SIA 的資料，顯示晶圓 (或裝置功能) 成本隨時間降低，但是測試成本卻持續升高。

設計新一代的測試系統

為了面對增加的裝置複雜度、較短的開發週期，與縮減的預算；測試工程師被迫捨棄傳統箱型儀器架構的測試設計策略，或 ATE 系統的「大鐵箱」。這些獨立儀器，缺少軟體處理與製造商定義使用者界面的彈性，並僅能由製造商透過韌體進行更新。此項特性更難以執行未於儀器韌體中定義或新標準的量測，並於需求變更時難以修改系統。由於這些裝置主要為搭配使用獨立儀器，並非針對整合式系統所設計，亦缺乏必要的整合功能，如資料串流與同步化。適當的 ATE 系統，如高度整合的生產晶片測試，可於更低的價格提供所需效能，並可讓設計團隊輕鬆淘汰過時的系統設計。

針對這些趨勢，測試工程師現在均根據工業標準，建置模組化、軟體定義的測試架構，以提供：

• 提升的測試系統彈性 可佈署至多種應用、商業區塊，與產品生產。
• 較高效能的架構 可大幅增加測試系統的輸出率，並緊密結合多個製造商的儀器，包含精確 DC；高速類比、數位，與 RF 訊號產生和分析。
• 較低的測試系統投資 降低基礎資本投資與維護成本，並同時跨多個測試需求，以提升設備的使用
• 增加測試系統壽命 以廣泛採用的工業標準為基礎，讓相關更新技術可提升效能，並符合未來的測試需求

NI 為自動化測試的領導者，提供硬體與軟體產品，以建立新一代的測試系統。
此篇深入的開發指南，包含設計新一代測試系統架構的相關資訊。圖 2 為測試系統架構的介紹，可讓工程師了解相關策略，以增加裝置複雜度、縮短開發週期，並減少預算。

 

圖 2. NI 提供完整的硬體與軟體解決方案，適於設計自動化測試系統。

架構層#5：測試系統管理軟體

自動化測試系統需要多種工作與量測功能 – 某些屬於受測裝置 (DUT) 的專屬功能，而其他功能可重複測試各種裝置。若要將維護成本降至最低，並確定測試系統的使用壽命，則必須建立相關測試方式，可於系統層級工作中區分出 DUT 層級的工作；讓工程師可於開發週期中迅速再使用、維護，並更改測試程式 (或模組)，以符合特殊的測試需求。

在任何測試系統中，每個受測裝置的作業往往有其相異與相同之處，如系統層級的作業。

 

每裝置的相異作業： • 儀器設定 • 量測 • 資料擷取 • 結果分析 • 校準 • 測試模型

每裝置的相同作業： •操作介面 •使用者管理 •DUT 追蹤 •測試流程控制 •儲存結果 •測試報表

某些公司已經從無到有撰寫了自己的測試程式，並耗費許多設計資源開發測試管理軟體。此往往造成生產力的降低，並因軟體維護而綁死了相關資源。若要最大化產能，設計團隊應使用現成的測試管理軟體，如NI TestStand，以減少每個裝置相同作業的開發時間。透過此軟體，工程師可專注開發每個裝置的相異作業。

若需更多相關訊息，請參考開發模組化軟體架構白皮書。

架構層#4：應用開發軟體

應用開發環境(ADE)，如NI LabVIEW 與LabWindows/CVI，於測試系統架構中扮演了關鍵角色。透過這些工具，測試系統工程師可溝通多種儀控、整合量測、顯示資訊、連接其他應用，還有更多。以理想情況來說，ADE 均使用於開發測試與量測應用，以提供簡易可用、整合效能、結合多種I/O，並進行彈性的程式設計，以符合多種應用的需求。

簡單易用不僅僅代表讓使用者迅速入門並執行程式。透過簡單易用的ADE，使用者可輕鬆整合處理常式至多種量測裝置、建立完整的使用者介面、佈署並維護應用，而且可於擴充相關產品設計與系統需求時修改應用。

若需要更多相關資訊，請參閱選擇正確的軟體應用開發環境白皮書。

架構層#3：量測與控制服務

針對系統、系統設定，與診斷工具的多種硬體作業連結，量測與控制服務扮演了極為重要的角色。舉例來說，NI Measurement & Automation Explorer (MAX) 可自動偵測硬體情況，包含資料擷取與訊號處理硬體；GPIB、USB，與LAN 控制的儀器；PXI 系統；VXI 裝置；與模組化儀控。使用者於相同地方設定其全部。整合的診斷測試可確保裝置功能正確，而測試面板可讓工程師開始程式設計之前，迅速檢查硬體功能。量測與控制服務，應可透過應用程式設計介面(API)，以整合應用開發軟體層(Layer)，讓工程師可輕鬆針對所需的儀器進行程式設計。事實上，此服務軟體的元件– 硬體驅動程式、應用程式設計介面(API)，與設定管理– 必須緊密整合ADE，以最大化效能、提昇開發產能，並降低整體維護時間。

若需更多相關訊息，請參考 開發模組化軟體架構白皮書。

架構層#2：計算與量測匯流排

現今的自動化測試系統重心，即為桌上型電腦、伺服器工作站、筆記型電腦，或搭配 PXI 與 VXI 的嵌入式電腦。計算平台所使用的重要概念，即是於測試系統中連接 (並溝通) 多種儀器的功能。還有獨立與模組化儀器所使用的多種不同儀控匯流排，包含 GPIB、USB、LAN、PCI，與 PCI Express。這些匯流排具有不同的強度，可適用於某些特定應用。舉例來說，GPIB 為最廣泛使用的儀器控制，並適用於多種儀控；USB 亦可廣泛應用、輕鬆連結，並達高輸出率；LAN 適用於分散式系統；PCI Express 則具有最高效能。

PC 的廣泛使用，更提升高效能內接匯流排的普及度，包含 PCI 與 PCI Express；可提供最低的潛時 (Latency) 與最高的資料輸出率或頻寬。PCI 匯流排具有最高 132 MB/s 匯流排頻寬。PCI Express 則較 PCI 具有更高效能，可調整最高至 4 GB/s 以符合頻寬需要，並具有與 PCI 相同的軟體相容性。圖 3 顯示目前最普遍儀器控制匯流排的潛時與頻寬效能。

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圖 3. 多種儀器控制匯流排的比較。PCI 與 PCI Express 具有最佳的頻寬與潛時，或整體的輸出效能。

若需更多相關資訊，請參閱 混合系統：整合多個製造商、多重平台測試設備 白皮書，與 儀器匯流排效能：針對儀器控制，了解競爭中的匯流排技術 白皮書。

 

架構層#1：量測與裝置 I/O

以基本面來說，今日的儀控架構有 2 種類型 – 傳統與虛擬。圖 4 指出此 2 種方式的相似處。當然，這 2 種類型均具有量測硬體、機箱、電源供應、匯流排、處理器、作業系統，與使用者介面。

圖4. 傳統與虛擬儀控架構具有相似的硬體元件；此2 個架構的主要區別在於軟體位置與使用者接受度。

就硬體觀點來看，最明顯的相異之處，即在於元件的組合方式。傳統或獨立的儀器，均將所有元件放置於相同的盒子中，適用於離散式儀器。儀器的量測功能、分析、顯示，與控制，均由製造商所定義。

另一方面來說，模組化、軟體定義的虛擬儀器，可整合通用的量測硬體；除了提供標準功能之外，更可協助使用者於軟體中定義自己的量測與使用者介面。透過模組化的方式，工程師可定義測試系統的量測功能，並建立因應未來需要而進行調整的系統。透過模組化、軟體定義的方式，使用者可進行客制量測、執行新標準的量測。惑於需求變更時修改系統(例如新增儀器、通道，或新的量測功能)。模組化儀控的核心，即要能整合彈性、使用者定義的軟體，與可調整的硬體元件。

若需更多相關資訊，請參閱瞭解自動化測試的模組化儀控系統白皮書，與PXI：儀控的工業級標準平台白皮書。

總結：設計新一代的測試系統

提高的裝置複雜度、較短的開發週期，與縮減的預算，均讓設計團隊必須再度提升現有的自動化測試策略、尋找增加效率的方式，並降低相關成本。當設計新一代測試系統時，其整合策略必須能夠增加系統彈性、產生更高的量測與輸出效能、降低測試系統的成本，並延長系統使用壽命。模組化、軟體定義的自動化測試系統，可克服以前獨立儀控解決方案的缺點，或ATE 系統過於昂貴的問題。模組化硬體平台，以普遍使用的工業級標準平台為架構，如PXI。讓工程師開發可調整的測試系統，並進一步緊密整合多個儀控製造商所提供的功能。此外，PXI 亦可讓設計團隊整合現有的設備投資，降低建置系統的必要成本。搭配具有最新PC 技術的軟體定義量測，如多核心處理器與PCI Express；新一代的測試系統可大幅提升輸出效能，並針對不同的產品與商業需要進行調整。

有多家公司已經建置了模組化、軟體定義的測試系統，並提升其投資的回饋比率。舉例來說，Microsoft 使用NI LabVIEW 與PXI 模組化儀器，開發了Xbox 360 搖桿的測試系統，並達到高於前一代測試系統1 倍的速度。美國空軍 (U.S. Air Force) 開發測試架構，以支援戰鬥機的測試系統。使用以PC 為基礎的軟體與硬體架構，該單位降低了相關成本，並減少測試系統的體積達50%。Sanmina-SCI以 NI TestStand 與 PXI 建立 FDA 所核准的醫療裝置測試系統，每星期可處理超過所需的 83,000 個裝置，並超過 95% 的生產需求。

相關 NI 產品與白皮書

NI 為自動化測試的領導者，提供硬體與軟體產品，以建立新一代的測試系統。

軟體：

• NI TestStand 測試管理架構
• LabVIEW 圖形化程式設計環境
• Signal Express 互動式量測軟體

硬體：

• 模組化儀器 (示波器、多功能數位電表、RF、切換，還有更多)
• 多功能資料擷取
• PXI 系統元件 (機箱與控制器)
• 儀器控制 (GPIB、USB，與 LAN)

白皮書：
歡迎參閱設計下一代測試系統開發指南。此份指南收集了白皮書的內容，針對開發測試系統所設計，可降低成本、增加測試輸出率，並可搭配未來的需要。若要下載完整的開發指南 (共 120 頁)，請到 ni.com/automatedtest。