電渦流傳感器信號調(diào)制芯片的測試程序設(shè)計

貴州振華風光半導(dǎo)體股份有限公司 馬 力 李 政 張 勇

電渦流傳感器信號調(diào)制芯片的測試屬于非傳統(tǒng)的芯片測試類型，是一款基于距離檢測和電壓檢測的芯片，通過和外部電路連接可以構(gòu)成完整的電渦流傳感器，該芯片有很大的市場前景，提高該芯片的測試能力有助于保證產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)能。本設(shè)計利用虛擬儀器LabVIEW軟件作為處理、分析、保存數(shù)據(jù)的主要手段，建立了一套穩(wěn)定可靠的電渦流傳感器位移參數(shù)自動測試軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)對電感信號調(diào)制芯片工作狀態(tài)下的位移參數(shù)測量。

電渦流傳感器是一種非接觸測量工具，可以測量金屬導(dǎo)體表面多個物理量，主要用途是測量位移和厚度，其在結(jié)構(gòu)、頻率響應(yīng)、靈敏度、測量范圍、抗干擾能力等方面表現(xiàn)出色，特別是有非接觸測量的優(yōu)點，在軍用設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。

電渦流傳感器基于渦流感應(yīng)原理，由傳感器電路和信號調(diào)制電路構(gòu)成，能夠?qū)σ欢ň嚯x范圍內(nèi)的物體起到監(jiān)測作用。對于信號調(diào)制電路，距離的精度是必須考核的參數(shù)之一，目前該類型芯片的參數(shù)測試，通過外圍設(shè)備和相應(yīng)的電渦流傳感器測試電路搭建而成的手動測試平臺，是目前國內(nèi)廠家使用最普遍的方法。本文利用LabVIEW軟件，采用了模塊化編程方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對調(diào)制芯片的信號采集功能，在軟件內(nèi)進行數(shù)據(jù)處理、分析、顯示并生成測試報告。解決了手動測試人工的測試效率以及帶來的誤差問題。

1 軟件設(shè)計方案

本設(shè)計軟件開發(fā)的流程如圖1所示。開始測試后，系統(tǒng)首先進入創(chuàng)建電壓虛擬通道參數(shù)設(shè)置和創(chuàng)建位移采集虛擬通道參數(shù)設(shè)置，主要有接線端口，采集方式等參數(shù)。然后設(shè)置電壓跳變時觸發(fā)采樣，在這里，無論是上升沿觸發(fā)還是下降沿觸發(fā)，我們都要采集相應(yīng)的位置信息，上升沿的位置信息對應(yīng)接近距離，下降沿的位置信息對應(yīng)遠離距離。當系統(tǒng)開始采集位置信息后，將讀取的位置信號進行再確認，使其達到我們檢測距離的要求，然后進行數(shù)據(jù)分析處理，當檢測次數(shù)達到設(shè)定值后把所有測試結(jié)果和分析結(jié)果都顯示在測試表格中，同時導(dǎo)出文檔。測試結(jié)束后，單擊結(jié)束測試按鈕，測試程序會返回主界面，再點擊退出，即可關(guān)閉程序。

圖1 系統(tǒng)開發(fā)流程圖

2 創(chuàng)建虛擬通道

本設(shè)計中利用LabVIEW創(chuàng)建虛擬通道的功能來對電壓參數(shù)和位移參數(shù)進行采集。虛擬通道基于硬件連接，在虛擬通道上，可以設(shè)置連接硬件的物理通道、接線端、輸入范圍、單位等參數(shù)。使用者創(chuàng)建虛擬通道時，可以創(chuàng)建僅當前程序適用的局部虛擬通道，也可以創(chuàng)建全部程序都能夠使用的全局虛擬通道。

DAQ助手是一個對話框式向?qū)脚_，封裝在ExpressVI中，通過DAQ助手可以創(chuàng)建虛擬通道，本文主要采集電壓信號和位移信號，采集電壓，需要選擇模擬輸入下的電壓位置，采集位移，則選擇計數(shù)器輸入下的線性位置。

最后點擊相應(yīng)的物理通達進入?yún)?shù)配置界面，電壓配置參數(shù)為主要有：信號輸入范圍，換算后的單位，以及接線端的配置，本系統(tǒng)配置如圖2所示。位置通道配置參數(shù)為主要有：線性編碼器，接線端口，解碼類型，是否啟用Z索引，本系統(tǒng)配置如圖3所示。配置完成后，點擊確定，即可以將所有信息保存至DAQ助手ExpressVI中。點擊窗口確定，將所有配置完畢的信息保存下來，以便調(diào)用。

圖2 電壓配置參數(shù)界面

圖3 位置配置參數(shù)界面

在LabVIEW中可以設(shè)置觸發(fā)來采集關(guān)鍵信息，當輸入信號滿足LabVIEW程序設(shè)定的觸發(fā)條件時，采集卡將信號采集并傳輸?shù)接嬎銠C。設(shè)觸發(fā)模式，既可以選擇數(shù)字觸發(fā)，也可以選擇模擬觸發(fā)，根據(jù)需要，本設(shè)計電壓采集使用模擬觸發(fā)，位移采集使用數(shù)字觸發(fā)模式。

3 參數(shù)設(shè)置

（1）電壓采集參數(shù)設(shè)置

電壓的參數(shù)設(shè)置首先將電壓虛擬通道各項參數(shù)設(shè)置好，這里將輸入電壓范圍設(shè)置為0～10V,單位設(shè)置為伏特，接線端配置設(shè)置為RSE。然后設(shè)置采樣時鐘為連續(xù)采樣，并將速率設(shè)置為采集卡的最大速率以提高精度。接下來設(shè)置觸發(fā)參數(shù)，這里分為成兩個通道，一個設(shè)置上升沿觸發(fā)，一個設(shè)置下降沿觸發(fā)，開始采集任務(wù)，讀取采樣點與定值進行比較。最后用或語句產(chǎn)生的邏輯值來觸發(fā)位移采集程序，如圖4所示。

圖4 電壓參數(shù)設(shè)置模塊

（2）位移采集參數(shù)設(shè)置

位移參數(shù)的設(shè)置也是先設(shè)置好位置虛擬通道的關(guān)鍵參數(shù)，如圖5所示，通道類型設(shè)置為cl線性編碼器，是否啟用Z索引，這里選擇啟用，設(shè)置好Z索引相位值。脈沖間隔和初始位置可先設(shè)置好一個值，不要超過硬件或軟件的實際上限即可，再根據(jù)程序調(diào)試后的情況進行相應(yīng)更改。單位選擇米，計數(shù)器端口按實際的硬件連接對應(yīng)起來。

圖5 距離參數(shù)設(shè)置模塊

LabVIEW通常使用雙脈沖編碼器和正交編碼器測量位置。正交編碼器的信號由信號A和信號B組成，它們之間的信號偏移量為其周期的1/4（即90°），以區(qū)分編碼器的移動方向，正交編碼器用這兩個信號可以測量位置參數(shù)。本設(shè)計解碼類型選擇X4，如圖6所示。

圖6 X4解碼

接下來創(chuàng)建通道屬性節(jié)點，位移信號的通道節(jié)點要設(shè)置好計數(shù)器輸入接線端，單擊節(jié)點屬性，調(diào)出計數(shù)器A、B輸入接線端和Z輸出接線端顯示控件。

最后設(shè)置好位移采集的通道觸發(fā)方式，觸發(fā)類型選擇數(shù)字觸發(fā)，邊沿類型為上升沿。參數(shù)部分便設(shè)置完成了。

4 位移采集與數(shù)據(jù)處理

本文的位移采集和數(shù)據(jù)處理均在條件結(jié)構(gòu)中進行，如圖7所示。

圖7 信號采集模塊和數(shù)據(jù)處理模塊的程序

將讀取(VI)也放置在條件結(jié)構(gòu)中，只有滿足電壓觸發(fā)條件時，才開始讀取任務(wù)。在讀取(VI)數(shù)據(jù)出口引出數(shù)據(jù)，加以單位換算，我們最終想要得到的單位制為毫米，引出數(shù)據(jù)單位為米，因此換算單位為1000倍，換算后的位移輸出為接近距離或遠離距離，按設(shè)定，接近距離和遠離距離交替采樣讀取。為了能夠計算出遲滯距離，需要用FOR循環(huán)的移位寄存器實現(xiàn)當前采樣數(shù)據(jù)和前一個采樣數(shù)據(jù)的運算處理，并通過已經(jīng)測試次數(shù)對應(yīng)的余函數(shù)來判斷兩者之間的關(guān)系，當余數(shù)為0，表示已經(jīng)完成接近距離和遠離距離的采樣，數(shù)據(jù)進入條件語句進行減法運算，運算結(jié)果與遲滯距離的上下限判據(jù)進行比較，當結(jié)果小于0.8且大于0.4時，輸出合格字符串，否則輸出不合格字符串。

然后是將所有位移相關(guān)結(jié)果以表格的形式輸出，這里要將數(shù)據(jù)的數(shù)值進行字符串的轉(zhuǎn)換，將測試次數(shù)用十進制函數(shù)，其它的數(shù)據(jù)用小數(shù)函數(shù)。將所有轉(zhuǎn)換后的字符串創(chuàng)建數(shù)組，用表格顯示出來。表格要先在前面板創(chuàng)建后，右鍵創(chuàng)建局部變量，在程序框圖中連接到數(shù)組輸出端，才能將所有的數(shù)據(jù)和結(jié)果在前面板的表格中顯示出來，顯示順序為創(chuàng)建數(shù)組的順序。同時，為了更好地觀察數(shù)據(jù)的變化，將位移數(shù)據(jù)以波形圖的方式輸出在前面板的顯示控件上。

5 數(shù)據(jù)存儲模塊

前面表格的操作僅僅只是顯示作用，并不能將結(jié)果保存下來。LabVIEW 2017版本有直接的Office報表輸出功能。在程序框圖中右鍵，找到報表生成中的MS Office Report VI。雙擊圖標，在Template下拉列表中選擇Word常規(guī)報表，在路徑中調(diào)用已經(jīng)完成的Word模板，如圖8所示。會自動生成報表目錄，這里分為測試人員、測試日期、測試時間和測試結(jié)果。測試日期和時間使用獲取日期/時間字符串VI直接得到系統(tǒng)的時間信息，將數(shù)據(jù)輸出連接到測試結(jié)果，就可以導(dǎo)出數(shù)據(jù)。在前面板中找到波形圖表，右擊選擇調(diào)用節(jié)點，可以保存波形圖，以圖像BMP格式保存到指定文件中，如圖9所示。

圖8 調(diào)用Word模板設(shè)置界面

圖9 數(shù)據(jù)存儲程序

Word文件的模板，這里使用的是Office 2010版來創(chuàng)建的。首先新建一個Word，輸入測試結(jié)果報告，在下方插入一個5×4的表格，前三行合并分別輸入人員時間等相關(guān)信息，在后方插入書簽，居左對齊。第四行輸入測試結(jié)果，在后方插入書簽，居中對齊。在測試結(jié)果下方輸入與數(shù)據(jù)數(shù)組對應(yīng)的信息，在第一列插入書簽。將設(shè)置好的模板以Word1997—2003的文件格式保存，Word模板便創(chuàng)建完畢了，如圖10所示。

圖10 報告生成圖

6 其它模塊程序

本文通過布爾開關(guān)來調(diào)用CL-01A控制器軟件，右鍵在函數(shù)選版中找到執(zhí)行系統(tǒng)命令VI，在命令行創(chuàng)建常量，如圖11所示，輸入CL-01A控制器軟件的路徑和程序名稱。

圖11 CL-01A控制器控制程序

本設(shè)計的前面板有兩個部分，主界面前面板和電渦流傳感器測試程序如圖12～14所示。我們在電渦流傳感器測試前面板中執(zhí)行程序的自動測量操作，在主界面前面板中執(zhí)行調(diào)用電渦流傳感器測試前面板和退出測試操作，點擊電渦流傳感器測試可進入電渦流傳感器測試前面板，點擊退出可結(jié)束測試。

圖12 主界面前面板

圖13 主界面程序

圖14 結(jié)束測試程序

7 測試軟件集成

將本設(shè)計的創(chuàng)建虛擬通道程序、參數(shù)設(shè)置程序和位移采集與數(shù)據(jù)處理放入For循環(huán)，用While循環(huán)將所有程序模塊套入，構(gòu)成整個自動測試平臺的軟件部分的設(shè)計，完整的程序框圖如圖15所示。圖16為程序的前面板圖。

圖15 整體程序框圖

圖16 整體程序前面板框圖

信號調(diào)制距離精度是一種非傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件測試參數(shù)，使用傳統(tǒng)的測試設(shè)備無法實現(xiàn)自動化測試。本文利用LabVIEW軟件設(shè)計出了一套該類型參數(shù)自動化測試方法。LabVIEW作為一種虛擬的測控技術(shù)手段，在半導(dǎo)體芯片測試行業(yè)可以得到廣泛的測試應(yīng)用。例如實現(xiàn)芯片輸出信號的時域、頻譜及相關(guān)性分析，許多目前混合測試系統(tǒng)都無法或不便測試的參數(shù)都可以使用虛擬儀器構(gòu)建測試平臺來進行測試，為更多新型半導(dǎo)體器件檢測提供測試解決方案。