亞旭電腦 (Askey) 使用 NI 系列產品實現工廠端機頂盒測試自動化建置

Author(s):
陳 泰君 工程師 - 亞旭電腦　數位視訊技術處

Industry:
Industrial Controls/ Devices/ Systems

Products:
High-Speed Digitizers, LabVIEW, Modular Instruments, Data Acquisition

The Challenge:
在面對機頂盒的自動化生產，除了需要考慮如何建立高效益且穩定的生產環境外，也需考慮到如何在生產測試中及生產管理上能符合要求。

The Solution:
在亞旭電腦的機頂盒自動化測試生產線運用裡，從產品的 Board level test 到組裝後的 Final test，皆透過 LabVIEW 7.0 的內建函數並配合 NI 相關產品，達到測試自動化的目的。我們利用 PCI-6509 搭配 DAQmx 的功能建立控制 DIO點，透過 DIO 及 IC 腳位控制方式取代 EEPROM 燒錄器，將資料寫入 EEPROM 中；或透過這種方式讀取並比對 EEPROM IC 中的資料是否正確。利用這種方式再搭配簡易的頂針治具，便可以直接在 IC 上件後進行資料讀寫。在 Video 數位訊號量測方面，取代傳統儀器的量測方式，而改採用 NI 的 PCI-5122 高解析度數位器來進行量測，所得到的量測結果及時間皆能達到自動化生產的需求，甚至更優於示波器。在其他測試、控制、管理及報表產生方面，則是透過 LabVIEW7.0 的內建函式及人機介面功能，來達到工廠自動化生產的目的。利用虛擬儀控來進行自動化的生產測試，在工廠大量生產的產能上已經可以明顯的發揮出效益。另外，在 NI 系列產品的易於模組化特性下，對於在往後的生產線擴線及開發時間上更能節省時間及金錢。

亞旭電腦在 2004 年利用 LabVIEW7.0 及 NI 5911、1409、6601 模組化儀器完成生產線的自動化測試生產系統後，2005 年更利用 NI 軟硬體產品，完成全新的機頂盒測試生產線。不僅在生產線的測試上，甚至結合現有以 Delphi 為架構的現場生產管理系統 (Shop Floor Control system，SFC)，完成從 Board level test、Final test 到出貨報表，這一連串的生產、測試、管理工作；尤其在 Video 與 Audio 的訊號量測上，利用 NI-5122 與 NI-6220 來取代傳統上的量測方式，增加生產測試的產能。

在面對機頂盒的自動化生產，除了需要考慮如何建立高效益且穩定的生產環境外，如何在生產測試中及生產管理上能符合要求，所面臨的問題如下：

1. 在產品進入生產測試時，需要將某些資料寫入 EEPROM 中，並讀取資料進行比對。如果使用傳統的 EEPROM 燒錄器除了會發費較多的時間外，且無法在 IC 上件後進行燒錄的工作，對於生產時的控管也會增加發生錯誤的機率。

2. 在 Video/Audio 訊號量測方面，目前客戶所提供的測試方案為利用示波器進行分析及量測。為了提高工廠生產效能及減少成本，需要尋找更加的量測替代方案進行分析及量測工作。

3. 以往人員利用 Hi-Pot 機在進行高低壓時，人員需要直接接觸到 Hi-Pot 機；這樣的方式不僅僅操作不便而且人員容易發生觸電危險。有鑑於此，需要建立一自動化的 Hi-Pot 機控制環境，來改善以上的缺點。

4. 機頂盒在生產過程中，除了 A/V 訊號的量測之外，還必須對產品的其他功能進行測試如：USB、Modem…等測試，在程式的規劃上可以透過 RS232 建立自動化測試程式。

5. 在整個工廠的生產管理中，需要透過 LabVIEW 的內建函數與目前系統相結合，而且不會發生系統不相容的狀況。

6. 在產品出貨時，需要提供相關的出貨測試報告，利用報表產生工具產生報表，建立一套易於操作及維護的自動化測試環境。

機頂盒簡介：

隨著數位廣播的日趨成熟與普及，進一步帶動機頂盒或稱數位視訊轉換盒（Set-Top-Box，STB）的市場商機。STB 除了能提供電視、廣播介面，提供互動式功能，包括電話介面、計算機數據介面外，甚至能提供攝像機與遊戲機介面…等；用戶可以藉此上網購物、發送電子郵件…等。

STB 能接收和存儲用戶發出的某些指令，對視、音頻信號進行解壓縮輸出和壓縮輸入，可以接收經過編碼及壓縮的類比及數位訊號，並且會將之解碼及解壓縮，其功能包括單純的訊號轉換、選頻至接收數位訊號，具解碼、上網及最終可提供雙向高速傳輸的互動式服務。簡單的說，STB 是一種用戶端設備，不論是透過何種方式接收數位服務，使用者均需要使用 STB 作為接收器材。

生產線規劃及解決方案：

在 STB 生產線規劃中，除了整個生產所需的製程如：SMT、DIP、ATE、組裝…外，主要還包括了 STB 的測試及生產管控部分。關於測試的項目及流程，依照 STB 的產品功能、特性及測試需求…等雖有所不同，但對於基本的生產測試方式可以說是大同小異。

依照本次專案中的 STB 產品生產需求，概略訂定出生產流程，簡單說明如下：當產品進入生產線從 SMT 並完成 DIP/ATE 後，開始進入測試階段。除了各站的測試之外，在每站進行產品的測試前，須先進行資料比對確定該產品可以在測試站中進行測試；當待測物完成測試站的測試後，將測試結果透過 Ethernet 存入現場生產管理系統 (Shop Floor Control system，SFC)，藉以這種方式來確保產品在生產流程上的正確性。

NI-5122的 STB Video 測試架構

PC 透過 GPIB 的介面與示波器所發展出來的測試架構方式在以往的測試架構中算是最常見也最普遍的。在測試站的硬體架設上，是將待測物上之 Video (S-Video、CVBS…等)訊號輸出端連接到示波器上之輸入端直接讀取 Video 訊號。在 PC 與示波器的溝通上，通常以較為普遍的 GPIB 作為通訊介面，以這種方式直接由 PC 端控制示波器，利用 GPIB 的方式由 PC 端直接讀取示波器所讀取到的參數，再由 PC 做運算分析。由圖可以看出，在擷取 Video 訊號之前必須由 PC 端透過 GPIB，傳送一連串的命令字元給示波器，如：開始取樣、停止取樣…等。

示波器擷取到的參數並不會主動的直接傳送給 PC，而是由 PC 端透過相同的方式讀取 Video 參數，PC 再依據讀取的參數資料進行分析並將結果呈現。尤其因為示波器的特性，造成無法在同一時間內對同一訊號線上的多個訊號區間進行取樣動作。

綜合比較：

在整個生產自動化的規劃上，利用 NI 的虛擬儀控概念並使用 NI一系列產品進行工廠自動化生產，還具備以下的種種優勢：

減少購置設備的成本

以 NI-5122 為主要生產測試架構上，在設備上的成本花費要比以示波器為主的測試架構節省約 25~30%，因為不用像儀器一般，需要把擷取到的 Video 訊號參數透過 GPIB 介面傳給 PC，也就不需要再另外購置 GPIB 卡，而且價格上 NI-5122 也比示波器來的便宜。除了在 Audio 及 Video 自動化量測外，EEPROM 資料寫入的部分，不再需要購置傳統的燒錄器就可以達到相同的功能。

減少測試程式開發的時間

使用傳統儀器開發測試程式，對於 PC 與儀器的控制上還必須要有一定程度的了解。就因為這些因素，往往會影響測試開發到產品正式測試生產的時間。而且在這整個測試架構裡，如果其中一個環節在整合上發生問題，將會花費許多時間在整個測試架構的除錯上。而使用 NI-5122 作為測試平台時，工程人員只需要熟悉如何進行安裝並熟悉如何利用 LabVIEW 的內建 DAQmx 函數來控制 NI-5122 進行訊號取樣、分析，就可以完成整個 STB 測試。尤其，NI-5122 所提供的視訊觸發，使得視訊量測工作變得更簡單。尤其在測試站進行架設時，過多的測試儀器可能會花費工程師較多的時間。

開發上的高度適應性

在 LabVIEW 的開發環境下，只要使用幾個簡單的函式就可以輕易完成量測自動化的工作，尤其在本次專案規劃上可以發現使用同樣 DAQmx 函式不僅可以用來控制 PCI-6509 的 DIO Port 進行 EEPROM IC 的讀寫外，使用相同的 DAQmx 函式還可以用來控制 PCI-6220 進行 Audio 的量測。

縮短測試時間增加產能

實際分別以這二種不同的測試架構 (相同測試程式)，對同一個待測物 (STB) 進行 26 種 S-Video 及 CVBS 訊號進行測試、取樣及分析。結果發現在測試時間上，以 NI-5122 為主的測試平均時間為 19 ~ 22 秒，而使用示波器測試時間則需要 156 ~ 163 秒。會有這樣的差異主要是因為在使用示波器量測時，需要不斷的對示波器進行一連串的進行設定、開始取樣、讀取參數、停止取樣…等動作，而且 PC 端每送出一次命令，就必須等待一段時間後，PC 端才能接收到由示波器發出的結果。而 NI-5122 卻只要設 定Waveform Graph 的 Cursors 位置就可以在同一調掃描線上同時進行多點的訊號取樣。

穩定的測試準確率

在測試的準確率及穩定性上，由於 NI-5122 的解析到高達 14 位元，所以對於較小的電壓變化也能檢測出來，相對的在取樣時的電壓變動也較為穩定。

透過示波器與 NI-5122 的實際的量測比較可以發現，NI-5122 量測所得到的的誤差都比示波器量測所得到的誤差來得小。尤其在 Bar Level、Sync Level 的重複測試中，可以發現 NI-5122 確實有較佳的穩定性。

未來展望及結論：

利用虛擬儀控的技術及架構來實現自動化量測，此次的專案裡也證明了這對需要龐大人力及量測設備來進行生產的工廠而言確實帶來前所未有的便捷，不僅縮短了測試時間、降低了建構的成本，在量測的上透過與其他測試設備的比較及驗證，確實能使用於需要高精準度及高穩定度的自動化測試量測分析工作上。

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