B&B Technologies 進行 PXI 架構的 RF 元件測試系統 -- 適用於無線安全系統

Author(s):
Douglas Pete - B&B Technologies 公司的 NTS 部門

Industry:
RF/Communications, Electronics

Products:
LabVIEW, PXI/CompactPCI

The Challenge:
開發一組系統，以測試由無線安全系統元件所傳輸的功率、頻率，與位元型樣 (Bit pattern)。測試系統將使用於製造廠房，以測試多種元件，並決定是否要接受合格率或不合格率。每天均可能執行數千種測試。

The Solution:
於 NI PXI-5660 RF 向量訊號分析器上固定一組天線，並於 NI PXI-1024 的 8 槽機箱中置入 NI PXI-8186 P4 2.2 GHz 控制器。

簡介：

   客戶需要測試系統，以協助識別偵測式 RF 元件的品質控制，適用於無線安全系統。每元件必須符合或超過指定的最低功率準位、保持在特定的頻率範圍中，並符合標準的位元型樣。生產工程師將測試參數輸入至軟體，而生產操作者將執行測試。操作者將於軟體中開始測試，並按下傳感器的按鈕。NI PXI-5660 向量訊號分析器將接收 400 MHz 的訊號，接著進行解調，以決定位元型樣。位元型樣將量測功率與頻率，並比較由工程師所輸入的測試參數，接著顯示合格/不合格指示燈。系統緊接著準備進行下依個測試。所有資料將與合格/不合格的測試統計數據，一併儲存於測試檔案中。

針對每組無線安全系統，我們需要測試 2 種 RF 元件。第一種為 Key Chain Remote，可開啟或關閉主要警示單位。包含 2 個按鈕 (ARM 與 DISARM)。當按下每個按鈕，則將傳送出包含 2 個峰值的訊號。若同時按下 2 個按鈕 (PANIC 模式)，則將於主要警示單位中啟用警示。此 2 個峰值將集中於 400 MHz，並約有 50 kHz 的差異。測試系統將量測峰值位置與峰值誤差。解調資料將形成以 2 kbps 速率傳輸 108 位元的通訊分組。每次按下按鈕則將傳輸多重分組，以確定接收到該分組。所量測的位元型樣將與預設的位元型樣相比較，以決定是否符合。亦將量測傳輸期間的平均功率。最後，測試系統將根據量測值是否在規格之中，以於電腦螢幕上顯示 PASS 或 FAIL 指示燈。如果元件未通過測試，訊息將顯示失敗參數與其數值。

元件的第二個類型為運動偵測器。當偵測到運動，則將傳輸訊號，同時接收器將發出警示。每次傳輸將近似於 KEY CHAIN REMOTE 的傳輸。在使用不同的功率規格時，亦將使用相同的準則進行測試。進行此測試的原因，是要在元件仍與系統進行溝通時，立刻消去不符規格的元件。此將減少元件於未來失敗的機會。

安全系統的製造者正尋找精緻且低價位的測試系統，以於 2 個星期之內能在廠房中操作。我們選擇了 NI PXI-5660，包含 2.7 GHz 的降轉換器；64MS/s 高頻譜準度 (high-spectral-purity) 示波器；PXI-8186 2.2 GHz Pentium 4 嵌入式控制器；與 PXI-1042 的 8 槽機箱。透過 RG58 連接線與金色 SMA 接頭，可連接天線至降轉換器的輸入通道。天線組件連接至 1 組 L-bracket；該 L-bracket 固定於 PXI 機箱前端的雙槽寬的黑色面板上。在選擇了此硬體後，我們使用 LabVIEW RFSA 與 NI-SCOPE 的範例，在數分鐘內自 RF 元件中擷取訊號。此外，PXI-5660 的高量測輸出率亦縮短了測試時間，所以每天均可執行數千種測試。

針對不具有 RF 系統進階測試經驗的新進工程師與 LabVIEW 初階工程師而言，若不使用 LabVIEW 進行具有特定時間框架的專案，那開發過程可能極為艱辛。搭配頻譜量測與調變工具組的大型 RFSA 選擇範例，可讓我們快速開發軟體。我們使用 LabVIEW 8.0 開發使用者介面，可輕鬆於生產環境中進行操作。我們使用以鍵盤快捷鍵啟動的大型按鈕，並搭配大型指示燈，以簡化測試程序。操作 RF 元件測試的第一步，即為輸入測試設定，如最小功率、可接受的頻率範圍、位元型樣，與測試暫停時間。操作者輸入可描述所測試元件的檔案名稱。此群組元件的測試結果，將儲存於此檔案中。

當按下主要介面中的 TEST 按鈕，則將顯示個別的測試視窗。指示燈將顯示受測名稱與測試編號。當操作者準備完畢，僅需點選測試按鈕或空白鍵，即可開始測試。設定步驟中所輸入的測試暫停時間，將定義測試程式持續尋找訊號的最大總時間。當偵測到包含可辨認位元型樣的訊號時，則測試結束。在每次測試之後，將於測試視窗中顯示所有量測的值。若未於時間內偵測到訊號，則測試失敗，同時操作者可選擇重新測試並接受失敗結果。若以所需的位元型樣偵測到訊號，卻不符合所需的頻率或功率規格，操作者同樣可選擇重新測試或接受結果。

工程師可開啟資料檔案以分析測試資料。檔案將包含具有日期的標題、開始時間、元件類型，與相關設定。針對測試過的元件，所有量測值將與合格/不合格的結果一併記錄。合格率、測試元件的總數量，與停止時間，均將寫入至檔案。

我們在 2 個星期內即提供客戶精緻、低價位、具彈性，並可擴充的產品測試系統。測試系統的彈性，足以快速進行變更，如解析度頻寬與頻展。在完成了 RF 元件測試程式之後，製造商可自行啟動、關閉主要的警示單位，並了解約有 25% 的元件並不符合規格。因此製造商可於傳送失敗訊息至安全系統之前，立刻先行解決問題。

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Douglas Pete
B&B Technologies 公司的 NTS 部門
dpete@bbtechno.com

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