（注：本文摘自安捷伦《测试系统开发指南》。）
测试系统考虑
开发测试系统有许多必须考虑的因素。其中三项主要因素是测试要求、开发时间和测试成本。在这三项因素中又会有一项因素起主导作用。例如对于极高精度测量的测试要求，比如在研发或设计验证中的情况，此时必须花稍多的时间和稍高的成本实现要求的精度。另一方面，制造经理并不喜欢测试系统执行多于要求的测试，或进行高于需要精度的测试，因为这都会显著影响测试系统的成本和吞吐率。
在测试系统设计开始前，必须对测试情况有很好的了解。不止是了解要测试的装置，还必须掌握其它因素，例如测试系统操作者的技术水平，工作环境和要遵从的标准。
通过制定综合测试计划全面掌控整个项目，集中精力实现测试系统要达到的目标和要求。这样就能在整个开发过程中节省大量时间。即使是在研发环境，也应在制定测试计划上花一些时间，从而能在每个设计周期完成后建立文档并比较结果。必须考虑今天建立的测试系统的未来状况。对于某些高量产项目，制作专用和不太灵活的测试系统也许是合理的，但建立的系统一般应具备能适应未来需要的灵活性。
测试计划不仅要描述DUT 要求。它还应覆盖测试的其它方面，如对测试系统操作者的技术水平要求，校准和维护要求，物理限制，以及吞吐率要求。
因此建立测试系统的第一步是收集汇总建立总测试计划需要的所有信息。重要信息有:
· 要执行的功能和参数测试
· DUT设计验证标准
· 测试结果的格式和用途，包括企业共享数据
· 要进行的测试次数
· DUT 引脚数
· 物理约束，如尺寸、环境和可用功率
· 温升和功耗
· 测试系统如何验证、维护和校准
· RF 环境
· 精度和分辨率要求
· 吞吐率目标
· 开发时间约束
· 软件开发和运行期环境
· 成本约束
· 对已有系统的继续利用造成的约束
在完成测试系统设计的所有决定因素中，最重要的是哪些测试是必须进行的。这通常在测试规范中规定。测试规范应列出所有要验证的产品功能，要达到的工作参数，以及贴附在产品上的各种管制标准。
精度
系统精度是任何测试系统的关键指标，总体测试计划应包括测试精度要求和推荐容限。测试设备最低要达到DUT规定精度的2倍。为保持这一容限，工作温度要尽量保持恒定，并确保校准周期性地进行。
通常情况下，购买的测试设备应具有10倍的精度容限，因此可放宽校准和维护要求而不影响精度，这样作可以降低成本。“10倍”容限甚至能提高产品的产出率，因为能依靠测试系统的精度，让产品更接近它指标容限的极限值。无论要求什么样的精度，必须能得到可信的结果。显然，校准和维护计划对于实现所要求的测试精度是非常重要的。
在确定仪器要求时，除精度外还必须规定分辨率。精度规定了测量与标准值的接近程度。分辨率指示所能测量的最小变化。有时长时间的绝对精度还没有短时间内测量小变化的分辨率重要。开关、夹具和电缆都增加了噪声和串扰，并可能增加测量的不确定度。
吞吐率
对吞吐率的要求确定了需要的系统容量。制造环境中的吞吐率一般比设计验证期间更为重要，而研发则很少关心吞吐率问题。但有些复杂设计在投入生产前需要长时间的测试验证。研发或设计验证的延误可能推迟产品的推出时间，造成丧失市场机会的沉重代价。
停机将显著降低测试系统吞吐率，并可能对产品出货造成严重影响。预测和采取预防措施避免机械损坏可减少系统停机时间。诊断和内置测试功能将帮助确定测试系统大约何时会出现故障。这样的预防性维护过程可在大量DUT被错误测试前确定测试系统存在缺陷，从而及时避免大的损失。无论是研发、设计验证还是制造，都应考虑如何避免停机时间问题，可以采用备份测试设备，或是有明确的修理或租借途径。
总体测试计划描述测试系统需要进行哪些诊断，这样就可以很容易地对测试系统诊断所需时间，开发成本等方面的特性进行一个概览。诊断可缩短修理故障的停机时间，是保持高吞吐率的重要工具。在多数系统中，良好的诊断方法也同样能缩短测试系统的部署时间。制订和实施包括诊断、校准和维护的计划，是避免因系统故障影响测试系统吞吐率的另一方法。
测试结果
所有测试都必须产生测试结果。有时仅为简单的通过_失败说明，但通常需要对测试结果进行分析和归档。在总体测试计划中要规定这些要求。如果测试过程很短，比如大约只需几分钟，就可在测试完成后分析所有数据。但如果测试过程很长，我们推荐对某些中间数据进行分析，从而能在探测到未达指标的功能后尽早暂停测试，以避免时间损失。
硬件/ 软件决策
在测试计划中确定了测试系统要求后，就可以开始全面考虑测试系统的设计。问题是: 软件和硬件何者为先? 过去，硬件在测试系统开发中居优先地位。首先确定能达到精度和吞吐率要求的测试仪器，然后编制实现测试系统自动化的软件。
但今天软件开发的成本往往超过了硬件，因此如果测试系统成本是主要考虑因素，就要保证新系统能尽可能多地使用已有软件。
程序语言的选择主要决定于编程者的经验。有些人认为像LabView或Agilent VEE这类图形语言易于使用。另一些人则相信像C++或Visual Basic这类文本语言更易使用，特别是对于复杂程序。如果强调要使用已有的文本测试程序，那么多语言开发环境，如Microsoft Visual Studio .NET 则更为适合。
无论何种情况，都要保证所选设备有驱动程序。如果没有需要的驱动程序和支持，所选语言的优势就不复存在。
控制决策
对测试系统的一项重要考虑是系统对测试过程控制的自动化水平。手动控制需要操作者完成所有测试连接、设置仪器和记录数据。而即使是在研发中，大多数工程师也希望增加自动化程度，让仪器在PC控制下记录测试数据。
当测试变得更为复杂，或要求重复测试时，就需要有全自动的测试系统。全自动系统完成信号开关、测量、记录的所有过程，甚至包括对通过_ 失败结果的分析。在DUT放到夹具中后，测试系统就自动运行全部测试。这能实现最好的测试速度，可靠性和重复能力，但开发也最费时费钱。
要尽早确定控制形式，是手动、半自动还是全自动，它将影响对仪器的选择。如表1所示，许多因素都
影响对控制方法的选择:
· 价格
· 测试项目数
· 测试速度
· 未来使用
· 升级途径
· 操作者技术水平
表1 测试系统控制方案比较
手动控制
手动控制测试系统的所有测试功能都完全依靠操作人员。需要操作人员用测试线或电缆连接DUT和仪器。研发工程师的操作步骤可能完全没有文档规定，但手动控制系统要按其它要求测试时，每一台仪器都能按文档规定步骤以手动方式操作，然后记下每项测试的结果。这是非常灵活的方法，因为改变测试系统非常容易。但另一方面它也是一种非常慢的测试方法，并且存在严重的重复能力问题。例如工程师在一次测量中可能在电压表的满度处读数，而另一次读数却可能在1/10 满度处，从而得到略有不同的答案。
手动控制往往是成本最低的测试系统控制方式，因为它不需要系统开关、昂贵的软件或测试夹具。建立测试所需的时间和成本也很低。但手动控制的仪器成本是不同的。通常研发应用需要比制造更精确的测量，因此需要更贵重的仪器。
测试相关成本一般很高。手动控制通常需要高水平的操作人员。系统自测试几乎是不可能的，高精度要求还伴随频繁复杂的校准。一般情况下校准只能是针对单台仪器，而不是整个系统。但缺乏经验的工程师却可能错误地相信高于真实精度的总系统精度。
重复能力是手动测试系统要关心的问题。这里有许多不被注意，但却会产生操作错误的机会。比如在连接电缆、设置仪器、记录结果，甚至在把结果传送到其它文档时。
虽然存在这些限制，但手动方法还是很有用的。测试过程中的认真操作和使用相同电缆等技术可提高重复能力，使手动方法也能得到足够可靠的结果。手动控制的另一项优点是易于重新配置测试系统，或把仪器用于其它项目。此外，在由经验丰富的工程师进行测试时，他会经常把测试结果与预期结果相比较，从而提供对该测试系统的连续验证。全自动测试系统不正确的工作可能让测试延续几小时，几天，甚至几周，而没有发现问题，导致未经正确测试产品出厂的严重后果。
使用手动控制的场合包括:
· 自动化导致的成本超过所带来的好处
· 测试速度并非关键
· 测试要求可能经常改变
· 为建立自动系统造成的时间延误是不可接受的
· 有高水平的操作人员
· 能容易拆下仪器用到别处
半自动控制
半自动控制是测试系统最常用的控制方法，在研发、设计验证和制造测试中都可采用。采用这种控制方法的控制系统包括满足灵活性需要的手动部分和满足其它需要的自动部分。会经常改变或自动化成本过高的部分采用手动测试。不会改变或能从自动数据记录带来好处的部分采用自动测试。
半自动测试系统可能需要操作者手动连接DUT，向操作者提供操作步骤指令和自动记录结果。例如，半自动系统可能包括在计算机控制下的示波器和RF源，以及手动控制的电源。工程师通过电源改变DUT的电压，在该电压电平处执行一组测试，然后在手动改变电压后执行另一组测试。
半自动控制通常快于手动控制，能得到更可靠和重复性更好的结果。这种控制方法可用Agilent VEE 或Visual Studio .NET 简化软件开发，更快建立要求的自动化。
常用测试设备都配有全功能的前面板和计算机接口，允许手动和自动的使用方式。它带来的主要好处是即使在自动使用时，如果需要测量其它参数、对系统查错或进行某项实验，随时都可返回手动控制。在开发制造用全自动测试系统时，这些独立仪器通常首先用于半自动系统，然后随着经验的丰富和生产量的提高再增加自动化的程度。
使用半自动控制的场合包括:
· 自动化带来的好处超过成本的增加
· 测试量尚不要求全自动
· 测试系统需要具有一定的灵活性
· 需要适度的可重复结果
· 有非常或比较熟练的操作人员
· 虽然当前还不需要，但未来要转向全自动
自动控制
全自动测试系统适用于复杂的设计验证测试或制造测试环境；而很少在研发中使用。所有仪器、信号开关和至DUT的连接都在计算机控制下。在某些自动测试系统中，操作人员用手工方式把DUT装入测试夹具是他唯一的工作，而另一些自动测试系统则用装载机自动把DUT插入测试夹具和从夹具中取出DUT。
在软件开发时间上，全自动是成本最高的控制方法，但它几乎完全消除了测试中的人为错误因素，可实现最高吞吐率和得到最可靠和重复性最好的测量结果。通常也可降低对操作人员的技能要求。
自动系统易于实现全系统的校准和诊断，通过软件对系统的重新配置，使其能够根据外部的基准点评，进行自动测试和校准。全系统校准甚至还包括电缆和连接，而不止是各台仪器。
自动测试系统中正确的诊断设置能对系统的大部分部件进行测试。可制作诊断装置，把它插入DUT夹具。该装置把测试激励信号接到测试测量仪器。然后用编制的诊断软件配置测试系统，以验证操作中使用的开关、电缆和连接器与测试中的相同。
必须提出需要自动测试系统的充足理由。不仅是因为昂贵的最初开发成本，对自动系统的任何改变或升级都代价高昂。通常提出的理由是制造测试的高量产要求，但有时在研发和设计验证中，因为要求非常高的精度或测试极为复杂，也需要实现自动化测试，从而消除可能的人为错误，或加快测试进程。
使用全自动控制的场合包括:
·高量产制造要求自动化
·缩短测试时间至关重要
·测试要求明确且稳定
·分摊到每项测试的成本比测试系统开发成本更高
·有系统开发的时间
·没有高水平的操作人员
·精度或复杂程度要求实现自动化
规划未来
在决策测试系统设计时，应顾及到未来需要。升级是决定测试系统生命期的因素。升级要耗费时间和资金，但又是不可避免的。需要升级的理由有:
·适应DUT 的设计改变
·执行附加的测试
·得到更高精度
·得到更高吞吐率
·取消冗余的测试
·重新安排测试步骤，以便更早找到缺陷
·改进分析
·更高程度的测试自动化
·降低操作测试系统的技能要求
·更换陈旧设备
·改变报告要求
·升级操作系统
·遵从新标准
·增加新开发的模块
·重复能力极为重要
花一点时间考虑未来应用会对未来选择产生重要影响。例如在选择手动系统仪器时，不妨稍多花一点钱选择带计算机接口的仪器。今天也许不需要接口，但没有接口就不能实现计算机控制 (日后再增加是昂贵，困难，甚至是不可能的)。
使用开放标准可提高测试系统部件未来的可使用性。专用接口往往会被废弃，或不能为未来软件选择提供需要的驱动程序。测试系统如果用制造商的专门设备进行特殊测量，在不能得到该仪器时，就会因制造商不能提供升级途径而使整个测试系统报废。
好的软件在编写时采用正确的软件设计技术，容易理解、维护和修改，这正符合未来升级的要求。好的文档对测试系统的未来也至为关键，未来修改不一定还是当初设计者的任务。
结论
虽然测试系统开发是一项复杂的任务，它可能包括电子和机械设计的许多方面，通过遵从系统性的方法和与高质量测试设备制造商的协作，将能减少资金和时间投入，建造出更好的测试系统。
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史海拾趣
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