SAW濾波器自動測試系統(tǒng)設(shè)計

王 嵐,施建鋒,彭 霄

(中國電子科技集團公司第二十六研究所，重慶 400060)

0 引言

聲表面波(SAW)濾波器的測試是指利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀對封裝后濾波器的電性能進行測試和分選，將不合格品剔除。SAW濾波器的測試參數(shù)較多，主要有中心頻率、插入損耗、帶寬、帶外抑制、群延時波動及駐波等。近年來，隨著SAW濾波器在相控陣雷達等領(lǐng)域的應(yīng)用，對器件的幅度和相位一致性等指標提出了更嚴格的要求。同時，隨著器件的小型化，SAW濾波器的封裝尺寸不斷縮小，由于器件尺寸小、測試參數(shù)多，且對測試狀態(tài)的一致性要求提高，傳統(tǒng)人工測試從效率和可靠性上均不能滿足要求，需構(gòu)建自動測試系統(tǒng)。

本文主要針對表面貼裝器件(SMD)測試進行研究，組建了具備自動上料、自動測試和記錄數(shù)據(jù)、自動分離合格品和不合格品等功能的SAW濾波器自動測試系統(tǒng)。

1 測試系統(tǒng)功能

該系統(tǒng)采用國內(nèi)定制的自動測試機，具備自動上料功能，由于濾波器的測試具有方向性，測試機配置攝像頭及圖像識別軟件，能夠自動識別引腳方向，并將器件校正到統(tǒng)一的方向進行測試。系統(tǒng)配備自動測試軟件，該測試軟件能與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和測試機相互通信，調(diào)用或驅(qū)動儀器和測試機軟件，實現(xiàn)控制測試機動作和從網(wǎng)絡(luò)分析儀中采集數(shù)據(jù)及處理數(shù)據(jù)的功能。測試人員可以在測試軟件上直接對網(wǎng)絡(luò)分析儀進行設(shè)置[1]。測試軟件中預(yù)置了常規(guī)的SAW濾波器測試模板，可以根據(jù)需要靈活調(diào)用測試項目。測試過程中，測試數(shù)據(jù)同步顯示在電腦顯示屏上，不合格品數(shù)據(jù)標紅，方便查看，同時軟件具備數(shù)據(jù)分析處理和生成報告等功能。測試后合格品放入周轉(zhuǎn)板，不合格品放入指定的廢料盒中。測試結(jié)束后，全部測試數(shù)據(jù)自動記錄在Excel表格中，可調(diào)用查看。系統(tǒng)測試速度達到1 000 只/h，能滿足研發(fā)階段和小批量生產(chǎn)測試的要求。

2 系統(tǒng)硬件組成

該自動測試系統(tǒng)由計算機、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、測試機3部分組成，如圖1所示。其中計算機提供測試軟件，主要用于測試指標的編寫、數(shù)據(jù)的讀取和判定，并與測試機上的計算機連接，提供測試機動作的觸發(fā)信號。矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀是SAW濾波器測試的主要儀器，負責(zé)提供測試數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)采用Agilent ENA系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。計算機與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀之間采用通用接口總線(GPIB)卡連接，本系統(tǒng)采用Agilent公司生產(chǎn)的Agilent 82357B型GPIB卡，該卡使用標準USB和IEEE488接口，能簡便地連接計算機與通用源表。計算機與測試機之間采用RS-232通信[2]。

圖1 自動測試系統(tǒng)組成

測試機主要由進料、引腳方向識別、器件方向校準、測試、出料等5個部分構(gòu)成。進料部分采用振動盤振動送料，使器件背面引腳朝上依次進入送料軌道口，由機械手臂吸取器件放到轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤上分布8個工位，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動依次進行引腳識別、器件方向校準和測試，根據(jù)測試軟件對數(shù)據(jù)的判定，吸頭將合格品依次放入料盤中，不合格品放入指定的廢料盒中，如圖2所示。

圖2 測試機結(jié)構(gòu)

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

測試軟件運用LabVIEW編程語言編寫。LabVIEW是一種圖形化編程語言的開發(fā)環(huán)境，被視為一個標準的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。系統(tǒng)測試儀器采用美國Agilent公司的ENA系列矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，美國Agilent公司針對矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀提供了詳細的儀器控制庫和函數(shù)庫，運用編程語言可方便地進行調(diào)用。采用LabVIEW編程的SAW濾波器自動測試軟件具有友好的人機界面，操作簡單[3]。圖3為測試軟件流程圖。

圖3 測試軟件流程圖

3.1 測試軟件與網(wǎng)絡(luò)分析儀通訊模塊

計算機通過GPIB/LAN接口與網(wǎng)絡(luò)分析儀硬件連接，與設(shè)備之間通過標準的VISA協(xié)議進行通信和交互。調(diào)用程序后，計算機讀取利用EXL編寫好的對應(yīng)產(chǎn)品型號的配置文件，對網(wǎng)絡(luò)分析儀進行測試前初始化設(shè)置，包括中心頻率、測試帶寬、點數(shù)和中頻帶寬，并完成各項測試狀態(tài)和指標的設(shè)定動作[4]。該交互完成后，就可與測試設(shè)備同步協(xié)同工作，讀取網(wǎng)絡(luò)分析儀對器件測試的完整測試數(shù)據(jù)，并在后臺對該數(shù)據(jù)進行相關(guān)指標的解析、計算和判定。圖4為測試軟件與網(wǎng)絡(luò)分析儀通訊模塊。

圖4 測試軟件與網(wǎng)絡(luò)分析儀通訊模塊

3.2 測試軟件與測試機通訊模塊

計算機通過RS232接口與測試機通訊，通過與設(shè)備廠家協(xié)商定義的通訊協(xié)議與測試機之間通訊交互，從而實現(xiàn)與測試機同步協(xié)同工作[5]。計算機通過協(xié)議控制字，可得到設(shè)備當前的狀態(tài)。測試軟件從矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀得到測試數(shù)據(jù)后，在后臺對測試數(shù)據(jù)進行分析判定，將測試結(jié)果按照協(xié)議控制字發(fā)送給測試設(shè)備。測試合格，發(fā)送“TESTOK”，測試設(shè)備接收到信號，將產(chǎn)品放入測試料盤；測試不合格，發(fā)送“TESTNG1”到“TESTNG6”,1～6代表不同的不合格類型，可根據(jù)需要設(shè)置，測試設(shè)備將根據(jù)編號將不合格品放入對應(yīng)編號的廢料盒中。圖5為測試軟件與測試機通訊模塊。

圖5 測試軟件與測試機通訊模塊

3.3 生成測試結(jié)果

使用LabVIEW的文件讀寫模塊，將測試各項測試數(shù)據(jù)和判定結(jié)果整理后生成一個表格文件，并按器件型號、日期和時間等信息將生成的表格文件保存在計算機的測試文件夾下，用于后期的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、問題追溯、原因分析及所需測試報告的生成等。

4 測試流程

1) 根據(jù)需要，在Excel表格中設(shè)置儀器基本參數(shù)，并設(shè)置需要的測試項目及控制要求。通道數(shù)量可根據(jù)需要增加，最多設(shè)置8個通道，從通道1～8。每個通道可獨立設(shè)置測試格式和測試端口。不同的測試項目有對應(yīng)的功能碼(見表1)，功能碼加max表示按損耗最大值測試，加P-P表示參數(shù)1和2之間最大值與最小值的差，加con表示測量某一點的值。

表1 測試軟件功能碼

2) 打開測試軟件，按項目名稱調(diào)用保存的測試指標。

3) 對矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進行校準。將電子校準件或機械校準件連接到測試電纜上，進行雙端口全校準，以消除網(wǎng)絡(luò)分析儀的系統(tǒng)誤差及測試電纜的影響。

4) 開始測試，測試數(shù)據(jù)同步顯示在顯示屏上，測試曲線顯示在矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀屏幕上。測試數(shù)據(jù)中合格品的數(shù)據(jù)用綠色表示，出現(xiàn)不合格項時，不合格項目對應(yīng)的數(shù)據(jù)用紅色表示，方便查看。

5 結(jié)束語

本文使用LabVIEW開發(fā)工具，利用國內(nèi)定制的自動測試機，將矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、電腦、測試機結(jié)合在一起，開發(fā)了一套適合SMD封裝的SAW濾波器的自動測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)界面簡潔，操作簡單，功能豐富，可測試中心頻率、帶寬、插入損耗、通帶波動、帶外抑制、相位一致性、群延時波動、駐波等指標。且該系統(tǒng)可擴展應(yīng)用方式，通過改造測試機可應(yīng)用到更多的外殼類型的器件測試中，也可在手動測試時單獨應(yīng)用測試軟件，便于自動記錄測試數(shù)據(jù)和自動判定是否合格。該系統(tǒng)應(yīng)用靈活，性能穩(wěn)定，可提高SAW濾波器的測試效率和可靠性。測試速度約1 000只/h，能夠滿足研發(fā)及小批量生產(chǎn)的需求。