"NI軟硬件平臺的功能與靈活性，可幫助我們有效開發高度穩定的測試系統、滿足客戶的所有需求，并能確保配合產品上市時間。"
- Stephen Patterson, CPE Systems

挑戰:

設計并開發高成本效益的測試系統，包含組件和不插電測試、設備編程、無線電信號分析和校準功能，并要能針對高性能、點對多點的高級無線電產品，達到無人工干預的產線測試，以用于遠端監控與數據采集(SCADA)網絡應用。

解決方案:

基于NI PXI平臺、NI LabVIEW、NI TestStand、NI Switch Executive軟件創建測試系統，通過氣動式測試設備連接至被測部件(UUT) - 包括射頻區域的自定義屏蔽，以實現高性能的射頻測試解決方案。

2008年，4RF Communications公司開始著手開發新的無線電產品，以擴充現有的點對點長距離無線產品。Aprisa SR是點對多點的Smart SCADA無線電產品，可達12.5 kHz通道頻寬與9.6 kbps窄帶無線電的功能，以通過許可的400至470 MHz頻譜帶寬，普及用于石油、煤氣、公共事業的監控應用。Aprisa SR是針對需要高級安全功能的工業所設計的，可有效處理日益復雜的SCADA網絡，并評估IP構架與智能型電網等公共建設。

Aprisa SR的完整功能，搭配其高穩定性和精心設計的高級無線電平臺，使其可用于多種監控應用并滿足當前和未來的需求。無線電另可設定為基地臺、遠程工作站、中繼器，無縫集成至任何網路拓撲中(圖1)。且單個機箱即可支持大量序列與以太網接口，并內建安全功能。

圖1.測試設備對射頻區域的屏蔽設計

項目難題

4RF Communications需要不同的測試方法來降低單位測試成本、高傳輸率，并要能適應未來的新產品功能。因此4RF找到了測量領域的領先廠商CPE Systems，設計、開發出了高成本效益的無線電測試系統。產品的測試需求包含組件測試、不插電測試、設備編程、無線電信號分析與校準以及無人操作的自動環境。

由于4RF Communications對中/大型測試設備所知有限，且內部工程資源不足，因此外包了測試系統的開發工程。此開發任務交到CPE Systems手上之后，我們隨機選用了NI PXI平臺，搭配LabVIEW與NI TestStand軟件，提供了具備最高成本效益的靈活測試解決方案。

測試開發進程

我們記錄了計劃中的測試目標，并需達到下列特性：
• 板卡測試需在5分鐘內完成
• 每月需能測試3000組產品
• 測試期間不能有人為干預
• 即使非技術人員也能操作
• 測試針可存取板卡另一邊的所有測試點
• 包含除錯設備
• 可針對未來產品隨時擴充，如更多的射頻頻帶與頻寬

我們將測試分為3大塊：
• DC Testing:測試組件數值、電源供應電壓、耗電量，以及低電壓關機、切換面板、LED指示燈的功能性測試。
• Built-In Self Test (BIST):用于Boot loader與軟件安裝、測試RAM與閃存、確認以太網的地址分配。我們將這些測試植入設備中，通過指令線路界面即可存取。
• 射頻功能性測試與校準：測試并校準傳輸器、接收器、Aprisa SR板的系統功能。

圖2.最終測試系統

開發難題

為了跟上產品開發安排，我們必須配合產品開發測試系統，因此對其中5項板卡設計作出了變更。但又因為測試系統在設計之初，已考慮到其必要規格與靈活度，所以重新設計PCB也僅需對夾具進行1項變更。在4RF Communication與CPE systems之間保持良好的通信，并建立項目、配置管理程序之后，NI軟硬件讓我們能確保達到同步開發。

測試系統的主要限制之一，就是各組板卡需要5分鐘測試時間。因此需要優化射頻校準算法，確保達到高效率運作。而NI PXIe-5663矢量信號分析儀(VSA)與NI PXIe-5673矢量信號生成器(VSG)均可支持算法的優化程序。

Aprisa SR的PCB組件包含射頻傳輸與接收電路，且必須連帶其外殼一起測試。所以我們也需考慮并納入射頻干擾與屏蔽的情況，再篩選夾具設計。我們以產品的CAD模型容納射頻屏蔽外殼，構成夾具頂板部分(圖3)。只要將板卡置于外殼之中，即可達到測試設備所研發的屏蔽功能。

圖3.Aprisa SR范例無線電設定

Aprisa SR無線電內建數據加密功能，可產生仿真數據串流，以測試接收器敏感度。通過NI PXIe-5663 VNA，可讓NI PXIe-5673 VSG達到不同級別的無線電信號記錄與重復傳輸，再以實際數據測試接收器的敏感度。此方式也代表未來無需變更測試系統的軟件，即可改變加密程序。

NI軟硬件的關鍵作用

開發射頻測試系統也包含管理程序的難題。除了需跨多個地點協調項目之外，也必須以高速測試復雜的射頻產品，并讓設備具備屏蔽功能。

NI軟硬件平臺的功能與靈活性，可幫助我們有效開發高度穩定的測試系統、滿足4RF公司的所有需求，并能確保配合產品上市時間。最終我們擁有了低價位的自定義測試系統，它能夠測試并支持新款的高性能SCADA無線電產品的制造程序。

圖4.測試系統圖表顯示硬件組件與連接功能