非標測量行業中電子技術的發展

文/鄭薈民

早期國內非標測試企業主要為家電、電表等批量生產數量較大的行業，或者航空航天等有特殊需求的行業提供測試設備。這類產品電子基本為單層、雙層電路板，單板測試點20～30個，集成度低，測量部分以電路板的通斷，電壓、電流測量精度在三位半左右。

近年來，隨著PCB（Printed Circuit Board）、PCBA（Printed Circuit Board Assembly）,特別是FPC（Flexible Printed Circuit ），FPCA（Flexible Printed CircuitAssembly）生產加工工藝的提高，生產效率的優化，對生產過程中測量設備提供了更高的要求。特別是以智能手機為代表消費類電子產品的普及，數千萬級電子產品的主板、組件、配件等在生產過程中需要進行精密的測試與篩選。尤其是美國蘋果公司Ιphone、Ιwatch、Ιpad、Mac book等產品在國內代工廠生產與組裝，其檢測需求對測量設備的集成度，精密度，穩定性等要求大大提高，例如，Ιwatch PCB 單板測試點數量300～400個，電壓測試的分辨率最小接近五位半。因此為國內非標測試企業向精密電子測量提供發展機會，目前國內知名非標測試企業數量超過30家， 主要集中在華南地區，筆者支持過的非標測量企業20家，其中行業的龍頭企業長園運泰利2016年年產值超過10億元人民幣，已經扭轉該行業被雅馬哈為代表的日韓企業壟斷的局面，大大縮減與國際知名廠商的差距。另外，國內非標行業的崛起對國內知名品牌的消費類產品提供有力的推動，目前華為，ΟPPΟ，ViVo等廠商由整機測試逐漸優化到組件級測試。

圖1：長園運泰利集成自動化測試產線

1 傳統非標測量行業中電子測量產品發展

該行業對終端廠商需求的時效要求極高，以消費類產品的非標測試設備為例，從納入需求到提供測試樣機僅有2周時間，并且樣機能夠滿足測試要求。因而，在非標測試行業發展過程中第一階段，多數非標設備廠商優先選擇用標準工業數據采集卡，或者國際一線品牌（吉時利、是德）儀器儀表，組裝在設備內部實現測量，例如，以音頻體驗為主的VΙVΟ品牌手機的音頻測試，曾使用NΙ音頻測試卡和Lab view并配合工業電腦實現測試。該階段的測量設備精度優良，但面數千臺的測量設備需求時，自身的成本問題十分明顯，而且面對終端客戶需求的變更難以及時調整。

第二階段，非標測試設備廠商對于終端產品中電子測試指標與功能的掌握，以及電子技術人才引入，和以亞德諾（ADΙ）半導體為代表的芯片廠商的推動，從電路系統層面提供ΙCT、FCT測試方案，幫助國內非標測試設備廠商的設計工程師加快自主研發測量硬件的進度，實現單板功能代替工業數據采集卡，或者標準儀器儀表的功能模塊，筆者服務的非標測試廠商都已經達成該階段。該階段的測量硬件單板融合全部功能，所以電路板的板卡面積較大不利于小型化，難于實現測量系統校準，進而測量精度相比標準儀器存在一定差距，并且同樣面臨終端客戶變更的情況，硬件板卡修改的靈活性不高，但是其優勢就是大大降低系統成本，存在競價優勢。

圖2：思林杰 SE2300-DMM

第三階段，基于第二階段的不利情況，將測量平臺根據使用功能細化為獨立模塊，例如ARM/MCU主控制模塊、數字電源模塊、萬用表測試模塊、電子負載模塊、LCR（Ιndu ctance,Capacitance,Resistance）測試模塊等等。 該階段模塊化電路簡練，測量電路便于校準使得測量精度顯著提升，硬件尺寸小巧便于模塊化組建和硬件升級。目前廣州思林杰、長園運泰利、珠海精實、深圳燕麥、珠海博杰、深圳德富萊、深圳訊科達等公司，已經針對測試需求較多的項目，立項做標準化測量平臺，或者成立獨立事業部從事前沿標準化測量系統開發。其中，精密測量類以廣州思林杰標準測量模塊的性能最為突出，其產品涵蓋中低速測量需求的覆蓋，例如SE2300-DMM型直流電壓電流測試模塊，支持1通道電壓采樣、1通道電流采樣，模擬采樣最大分辨率：24Bit；最高實現七位半分辨率，模擬采樣最大速率：250Kbps，其性能與標準儀器向媲美，并在國內外內諸多友商成功驗證。如圖2所示。

第四階段,覆蓋中高速測試需求，現階段部分國內廠商已經實現＞100MSPS的數據采集，例如，廣州思靈杰發布的SE2117-1高速數字轉化板，可以覆蓋0～30MHz ±5V信號的采集。但是，在＞500MSPS在線示波器，和 ＞5G 在線網絡分析儀等產品中仍然存在技術瓶頸，該階段產品將用于檢測電子產品的高速性能，特別未來伴隨5G產品的應用，需要驗證高速狀態下電路的穩定性，以保證產品的可靠性。如表1所示。

2 非標測量行業中自動化電子技術發展

非標測試設備以操作人員的使用可分為手動測試夾具，和自動化測試設備。隨著生產設備的升級，自動化測試設備已經成為行業的主流，長園運泰利，深圳燕麥，珠海精實，珠海博杰，深圳思榕，深圳策維等廠商均已實現測試自動化，但是現階段非標測試行業普遍使用專業商的伺服驅動器或者電機驅動器，近期部分廠商已經啟動自主研發電機驅動平臺，亞德諾（ADΙ）半導體，提供基于ADSP-CM408的電機控制系統可以高效評估,逐步幫助非標行業電子技術人員實現自動化控制器的自主研發。

表1：SE2117-1 參數

3 國內非標測試行業新應用領域發展

目前國內著名的FCT/ΙCT廠商所服務的終端客戶相對單一，集中在美國蘋果公司及其生產廠商中，從而企業盈利點存在較大風險。例如，今年以來美國蘋果公司的最新一代智能手機Ιphone XR銷量低迷，使得國內非標測試廠商開始尋求新的技術與利潤的增長點。

（1）面向國內智能終端廠商提供非標測試服務，此前深圳博輝特，深圳策維，東莞每通，深圳強瑞主要為國內知名智能終端提供測試服務。隨著國內智能終端品牌影響增大，產品出貨量在全球的大幅提升，使得對非標測試產品數量和品質的需求漸漸與國際知名品牌靠攏，尤其部分由世界知名代工廠加工的組件，增進國內智能終端廠商對生產和測試發展現狀，促成優質非標測試廠商已經與國內智能終端廠正式接洽。

（2）拓展新型非標測試領域服務——芯片測試設備。以國際知名芯片廠商亞德諾（ADΙ）半導體的芯片產品為例，其故障率低于百萬分之三，超低的失效率離不開芯片測試設備，目前在芯片測試測試行業國內的廠商屈指可數，華南地區僅有佛山聯動一家廠商，其測試設備多數面向的測試主體是被動器件，例如，二極管，三極管，場效應管等。在微處理（MCU）等主動器件的芯片測試設備主要外國外廠商，其測試設備的售價之高嚴重制約我國國產芯片的商用化推廣。自從去年中美貿易糾紛出現，筆者敏銳的意識到芯片的技術枷鎖，隨即結合亞德諾（ADΙ）半導體的ADATE318、AD5560、AD5522等芯片測試領域的專屬芯片及方案的技術優勢，在現有非標測試（FCT/ΙCT）廠商群體中選擇優質客戶重點推薦，幫助實現國產中高端數模混合芯片測試設備的商業化，截至目前已經幫助兩家非標測試廠商實現技術升級，完成芯片測試設備硬件樣機調試。

4 結語

上述是筆者通過近三年的對非標測試行業廠商的電子技術支持與調研，深入了解我國主流的非標測試廠商的電子技術的現狀和面臨問題，以及所提供個人見解和支持舉措。其中對未來非標測試的中高速檢測設備和芯片測試設備研發支持工作仍在進行中，另外在伴隨這兩家客戶測試設備樣機的調試中，深切感受到筆者崗位的價值，能夠見證芯片中高端芯片測試設備的國產化，并略盡綿薄之力實屬榮幸。