利用宽带虚拟仪器减少无线产品生产成本

以往无线产品的射频、音频、功率测量及切换测试全都用不同的昂贵设备来实现；每一项功能,如GPS、无线局域网、蓝牙、蜂窝业务和FM音频,都各需要一种仪器来测试。现在,宽带虚拟仪器结合通用硬件和灵活软件,可使一台设备完成多项测试,因而减少了专用测试设备的开销。

尽管无线产品的利润空间在减少,但系统功能和复杂度却在增加。这种反差给无线系统制造商带来降低生产成本的巨大压力,要求他们探索固件编程、协议独立测试以及用神经网络进行实时反馈的新方法。

上述技术在锱铢必较的制造环境中可缩短测试时间、提高生产良品率、减少产品诊断和维修时间,并可缩短固件编程时间并降低现场故障率。这些收益有助于保护无线系统制造商微薄的利润空间。

制造商采取的一般准则是将特定操作降到尽可能低的成本。一项操作完成得越快,它就越容易或者越便宜。

装配、软件编程和测试都遵循类似的趋势。例如,制造商正逐步放弃最后装配级的全功能测试,而更多地转向不那么复杂的部件或子系统级测试。这种准则也体现在基本装配步骤中,如在板级装配时就进行射频屏蔽,而不是在最后组装时才这样做。

待测设备固件的软件编程通常是生产中最费时的一步。随着固件日益复杂和产品功能的拓展,所需固件的数量通常会不断增加。行业趋势是对固件进行快速编程并实现多板同步测试。

一些公司采用在存储器中预加载固件的方法,以便制造商能提供带有工厂已装固件的存储器。预加载存储器所面临的挑战是固件版本必须稳定,且必须使用正确的版本以防止昂贵的再编程。因此最流行的趋势就是在存储器装进无线产品之前才对它进行快速加载。

目前有一些厂商在生产可将固件加载到存储器上的设备,且恰好在表面贴装机将芯片安装到板卡以前进行；设备成本和吞吐速率是此类操作必须考虑的难点。正因为如此,制造商目前倾向于多板编程而不是预加载固件。

一条生产线最大的一项基本投资就是测试设备。传统上,一台测试设备很少集成不同的测试功能,射频、音频、功率测量及切换测试全都用不同的昂贵设备来实现。每一项功能,如GPS、无线局域网、蓝牙、蜂窝业务和FM音频,都各需要一种仪器来测试。

现在,宽带虚拟仪器的实现在省去对多台标准专用设备的需求。通用硬件和灵活软件的结合使得用一台设备可完成多项测试,因而减少了专用测试设备的开销。

降低成本的另一条有效途径是测试无线设备的物理层而不是协议层。因为存在假故障、测试时间增加以及专用测试设备的经费开销,所以协议层测试非常昂贵。而且由于协议层一般用软件实现,因此无需对一条生产线下来的每台设备都进行测试。软件测试因而可在研发及可靠性实验室中完成,而不是在生产线上进行。

另一个考虑因素是设备使用率。如果对每项功能都单独使用一台昂贵的设备来测试,则每台设备的使用时间可能只是整个测试所需时间的10%。一种能提高设备使用率的新方法是并行测试多个系统。例如,像NI公司的PXI 5660这样的单台宽带测试仪器可同时测试两部手机。

每个测试步骤都有一个确定的故障概率。其中的很多故障是“没发现故障”的故障,而且它们是测试系统引起的问题,与被测设备无关。因此OEM厂商希望转用可使测试基础设施简化的简单测试参数。测试设备和接口越简单,出现“没发现故障”的故障的概率就越小。

此外,统计过程控制有助于控制一个生产过程。统计过程控制可在测试或生产系统将出现故障时向操作员发出警告。

为获得满意的投资回报,企业希望能有90%或更好的良品率。为达到该良品率,在“没发现故障”的故障导致良品率下降时必须能关掉测试设备并进行维修。此处的挑战是迅速捕捉出现间歇性故障的那些测试设备。

如果一个操作员等到测试设备的良品率下降到50%时才开始采取措施,那么整条生产线就不可能达到90%的良品率。获得高良品率的唯一方式是对生产线采用实时的统计过程控制。

统计过程检验要求进行持续的监控。目前一些公司已经开发出用于监控生产线良品率的新方法。例如,一些OEM厂商采用能运行LabView 应用程序的PDA来实时监控和分析测试结果。

一旦无线产品需要生产和测试,反馈系统就必须被用到,来为制造商提供系统故障反馈。随着产品生命周期的日益缩短,企业需要利用实时反馈来防止继续生产带故障的产品,从而避免昂贵的回收和修理过程。

目前正在探索的一种方法是用神经网络为生产线提供现场故障的实时反馈。

神经网络采用人工智能把现场故障与生产线设置关联起来。这种反馈系统可修改制造测试容差,甚至改变焊炉温度这样的参数设置来降低现场故障率。

作者:Bill Reid

负责高频测量的高级研发经理

美国国家仪器公司