Medtronic, Inc. 醫療器材公司使用 NI LabVIEW FPGA 與智慧型 DAQ 自動化高電壓電擊器測試作業

Author(s):
David Hakey - Medtronic, Inc.
Patrick J. Ryan - Medtronic, Inc.
Johnny Maynes - Medtronic, Inc.

Industry:
Electronics, Biotechnology

Products:
NI-VISA, LabVIEW, FPGA Module, PXI-7811R

The Challenge:
構成自動化的高電壓 (HV) 電擊器測試系統，以個別測試 12 組 HV 電擊器模組，並可測試不同的產品類型，縮短整體測試時間。

The Solution:
使用 NI LabVIEW FPGA 軟體與 NI 智慧型資料擷取 (DAQ) 硬體，建立非同步化的環境；所有的 12 個模組均具有獨立通訊埠，並可自動執行作業。

Medtronic 公司的測試工程團隊必須研發自動化的 HV 電擊器測試解決方案，且共 12 個測試模組能夠個別測試 1 ~ 4 種不同的產品，以縮短整體測試時間。透過 LabVIEW FPGA 與 NI 智慧型 DAQ 硬體，團隊將模組通訊速度從 20 KHz (平行通訊埠) 大幅提升至 1.7 MHz (FPGA)，而縮短整體測試時間。

前款手動系統即透過平行通訊埠同步執行 12 個模組，僅可測試 1 種 HV 電擊器，且測試 12 組儀器需耗時 135 分鐘。新的自動化系統可透過 FPGA 數位 I/O 通訊功能，非同步執行 12 個模組，並於 48 分鐘內測試最多 4 種不同類型的共 12 項裝置。重入碼測試序列器 (Reentrant test sequencer) 與測試程式可獨立控制各測試模組，因此可由自動化裝置操作 (Handling) 系統引導進行各組測試作業。執行測試的主機電腦整合自動化裝置操作系統，與 HV 電擊器測試系統。

測試自動化

AeroSpec 測試自動化操作系統將負責從 4 組輸入盤 (Input tray) 中取出待測裝置 (DUT)；透過光學自行辨識 (OCR) 功能讀取 DUT 序號；將 DUT 載入或卸載 12 組測試模組之一；最後根據測試結果，將 DUT 置於 12 組輸出盤之一。4 項不同的產品可設定於 4 組輸入盤中，每輸入盤可容納 20 組裝置。

Test executive 系統為主控制器，可提供使用者介面、主導測試模組的負載與卸載程度，並讓 Test manager 針對實際裝置或裝載於測試模組的裝置，進行 HV 電擊器測試。

Test manager 將決定受測產品，並將該筆資訊送至 Test executive，讓操作者選擇要進行測試的產品。操作者根據各系統設定以載入產品並開始測試，測試處理器接著將 DUT 載入至測試模組中。一旦載入 DUT，即開始於特定模組中進行測試。Test executive 與測試處理器將於測試期間持續載入剩下的 DUT，Test manager 將跟著測試每組 DUT 直至完畢。Test manager 可動態呼叫最多 12 組重入碼測試序列器 (Test Sequencer)，並接著動態呼叫重入碼獨立測試程式。Test manager 將依據測試執行檔啟動測試程式 (Test executive)。

系統將管理於 LabVIEW 圖形化程式設計環境中管理所有測試模組與 DUT。各測試模組均具有靜態屬性集，其中數值將根據產品類型、測試階段、硬體設定，與其他處理屬性而有所變化。當目前 DUT 的測試作業結束，測試系統將關閉記憶體內的測試佇列。Test manager 將監控測試狀態，並於 DUT 完成測試時通知 Test executive 測試通過/失敗狀態。Test executive 將接著讓測試器卸載 DUT，並將之放置於輸出盤 (Output tray) 中。.接著另 1 組 DUT 將載入至測試模組，以進行下個測試循環。各 12 個測試模組均獨立進行 DUT 載入、測試，與卸載循環。自動化測試器則會將載入/卸載作業要求排入佇列。

共 2 組 NI PXI-7811R 模組 則透過序列通訊 (SPI) 與 JTAG，分別溝通測試模組與 DUT。此 2 個 NI PXI-7811R 模組均執行相同的 LabVIEW FPGA 程式碼，但具有不同的同步機制 (Semaphore) 與 NI-VISA 來源可控制該模組。

Test sequencer 將從測試程式中動態呼叫測試案例 (Test case)，以控制 DUT 測試作業。由於記憶體必須容納測試程式與最多 12 組重入碼或 Test sequencer 的獨立備份，因此必須犧牲些許系統效能，以囊括所有 subVI 或 subfunction 重入碼。僅這些 subVI 即可形成系統瓶頸，或包含可產生重入碼的總體 (Global) 功能。此解決方案則可降低整體系統記憶體的使用率，以提升相關效能。所有 Test sequencer 與測試程式均使用相同 FPGA，因此系統使用同步機制 (Semaphore) 或稱為載具 (Token)，以控制各 PXI-7811R 模組。

所有 VI 均必須存取 FPGA 程式碼，以初始化該同步機制。各 FPGA 系統均具有獨立同步機制，可讓群組 A (1 ~ 6) 中的 1 個模組存取第一個 FPGA 系統；而群組 B (7 ~ 12) 的 1 個模組則幾乎同步存取第二個 FPGA 系統。每組 FPGA 的互動作業極為短暫 – 約幾個毫微秒 (Millisecond)；因此該方式適於分配 FPGA 來源程式碼，以支援 12 組對等程式。各模組的各個測試程式約有 600 個 FPGA 互動作業。FPGAs 可非同步高速執行 12 個模組，以處理系統可負荷的所有流量。

Author Information:
David Hakey
Medtronic, Inc.
2343 W. Medtronic Way
Tempe, AZ 85281
Tel: (480) 929-5521
Fax: (480) 303-4724
david.l.hakey@medtronic.com

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