应用背景与动机

在工厂生产线上的测试验证，对于音频讯号的量测分析，以往都是使用Audio Precision及其所附之软体ATS来做处理，其软硬体在业界广为使用，且具有一定之可信度。但是，其音频分析，都是针对单一音频（single tone）来做处理，不但分析上耗费时间过长，操作界面也不易操作，重要的是所需软硬体造价不赀，加上开发时间长；如果想多开设几条生产线，成本跟时间都是一笔相当大的支出。再来，由于客户提出多增列一项多音频（multi-tone）测试项目，对于整体生产成本更是不小的负担。所以，选择一低成本、处理时间短与操作简单的替代方案是势在必行，此系统不但要具有简易的操作界面，好在短时间内可将测试设备转移给生产线工程人员，还必须兼顾整体测试之经济成本与时效性，提升生产效率。

研究之问题及目的

所以，在评估此方案上，成本上的考量虽列为首要，但仍须兼顾测试的精确度。选择由NI的可携式DAQ Card作为讯号撷取的工具，除了其产品稳定性高且效能符合目标外，加上具有十六个通道可以使用，在扩充性上也具有其优势。另外，LabVIEW软体发展易操作的人机界面，作为控制DUT输出讯、DAQ Card撷取讯号以及讯号分析处理之用。

LabVIEW及DAQ Card来取代Audio Precision及ATS之可行性上，主要取决于硬体的效能，选用可携式USB界面的DAQPad-6015，其解析度为16 bits，虽然其最大取样率200KHz，且可使用之Input Channel数为十六个，但在解析度上比Audio Precision的24 bits来的差，在原始讯号的精确度上可能会是很棘手的问题。而且，因为DUT的音频输出分为左右声道，对于使用单一放大器的DAQPad-6015来说，在撷取过程中，如何避免音频讯号产生串音现象，也是该注意着墨的重点。

在与DUT沟通方面，则以RS-232作为I/O介面，再配合客户所制订之通讯协定指令来加以控制，但因为LabVIEW无法顺利呼叫客户所提供之DLL档。所以，必须先使用VC++再编译一层DLL档，建立新的API后，再提供给LabVIEW来呼叫使用。

最后，在讯号分析上则使用FFT（Fast Fourier Transform：快速傅立业转换）演算法来求得所撷取之Multi-Tone音频讯号，再根据客户所要求的测试项目，如THD+N、SNR，以及左右声道的Balance、Isolation及各音频对于1K Tone的差值。以上测试结果除了会显示于人机界面上外，并存档客户所要求之格式，透过网路存档到资料库中。

以上控制及分析动作全部以LabVIEW来完成，藉由人机操作界面，可完全取代Audio Precision及ATS，成为生产线测试验证系统。如此除了成本可以降低之外，测试程式开发与测试的时间也可减少一半以上。

研究流程及设计

在系统设计初期，由于硬体的解析度不同，担心会对所撷取的原始音频讯号，在精确度上产生差异，并影响FFT之后的结果，所以，特别针对两种硬体所撷取的音频讯号做过比对，并比较其在频谱上的差异。因为从两种不同设备所撷取的原始讯号在比较上是几乎无差距，但经由频谱观察，由DAQ Card所得之频谱在Noise Flow上是大于Audio Precision，但此差异并不影响分析之结果。

另外，针对客户所提供之DLL档，由于档案里头含有Structure之档案，LabVIEW无法顺利使用Call Library Function Node这个元件去呼叫Structure档，虽然可以在LabVIEW环境下重新建立Structure档案中的变数，但因为数量太多，若以LabVIEW来建立会太过繁琐。所以，使用VC++将客户所提供之DLL档再编译一层，并订定新的API，提供给LabVIEW来呼叫，在经过多次验证后，确认新的DLL档可供呼叫使用。

进行多音频讯号分析系统环境架设，如(图一)所示，以桌上型电脑作为系统处理中枢，使用主机原有的通讯界面，RS-232及USB，分别连接测试DUT的治具及DAQPad -6015，作为控制沟通及资料撷取之用；并用PS/2连接条码扫瞄机，分别扫瞄治具及DUT上的条码，作为测试结果档名之用，建立一套PC-Based的分析系统。

《图一 多音频讯号分析系统硬件架构示意图》

在确定硬体架构后，开始进行系统软体设计，流程如(图二)所示。

《图二 多音频讯号分析系统软件设计流程图》

因为架设的测试治具只有一台，所以，治具的条码序号只需在第一次使用时扫瞄即可，并将条码存至Windows系统下的登录档中，待测试成功结束与测试结果一同存至档案中，以简化每次测试都得再扫瞄一次的困扰。在主要过程中，以控制DUT输出Audio讯号为首要目标，藉由RS-232传递控制指令至DUT，此步骤需呼叫以VC++编译成之DLL，对DUT进行Open Comport及Set Power指令，并判断DUT是否正常动作，再接着进行Set Channel动作，使得DUT可顺利接收由SMIQ（Signal Generator，Rohde & Schwarz）所发射之高频讯号，并由左右声道输出音频讯号。接着，控制DAQPad-6015，撷取左右声道的Multi-Tone讯号，并对讯号的正确性进行判读，为避免讯号产生串音现象，在DAQ Card的接线上，以AI0接到左声道，而AI2接到右声道，AI1及未使用之通道则连结至AI Sense。然后进行FFT得到多音频讯号之功率频谱​​图，同时侦测出多音频讯号各频率点之振幅，再进行THD+N、SNR、Balance、Isolation等运算，并将其测试结果显示于人机界面上并存档。

＠大标:结果呈现

经由上述之研究方法及流程后，多音频讯号分析系统终于完成，其人机界面如(图三)所示。

《图三 多音频量测分析系统---针对一台DUT测试使用》

人机界面操作说明如下：

针对以上两点需求，遂修改测试程式，如(图四)所示。将修改重点摆放在测试结果的显示上，取消前版系统上的编号1、2、4，保留编号3、5、6及7四项，并将编号6的图示再放大，且在程式执行中先隐藏，提醒使用者测试正在进行中，直至讯号分析完毕，再显示结果为PASS或NG，以符合产线作业上的需求。

在硬体方面，考虑DAQ Card采样率及避免Cross Talk问题，因为此张DAQ Card为单一放大器，其可提供之最大采样率为200KHz，而撷取DUT输出之多音频讯号的采样率为32KHz，所以总共可供六个通道使用，但为了产线人员架设方便，且程式撰写上的一致性，便设计一张DAQPad-6015只能撷取四个通道的资料，也就是两台DUT。所以，需再增加一张DAQPad-6015来达到硬体上的需求。另外，修改人机界面上的测试结果显示，单纯以PASS或NG来表现测试结果的良窳。

《图四 多音频量测分析系统—针对四台DUT测试使用》

人机界面操作说明如下：

结论与建议

经由上述反覆地设计验证之后，此测试分析系统已经顺利完成，并（再次）转移至生产线来使用，简易的人机操作界面也符合产线作业员需求；快速地量测与分析速度，更缩短整个生产测试时间，提升生产效率。虽然在开发过程中曾经以另一张效能更好的DAQ Card，PCI-4474，来取代DAQPad-6015，但碍于成本的考量只好割爱，转而专注在讯号的处理与硬体抗杂讯方法上，并藉由多次的实验，以不同的分析方式来得其最佳的效果。

最后，此系统除了比原系统降低成本之外，在多通道的扩充使用上也极具优势，加上开发完成的时间更是比预期来的短，而且在系统移转上更是方便。 （作者为启碁科技工程师）

延 伸 阅 读

在LabVUEW环境下，使用者除了可以使用LabVIEW所提供在Control Pallet上的元件（Control或Indicator）外，更可以利用Edit Customize Control功能，来改变显示在Front Panel上元件的外观。除了可以自订元件之外，LabVIEW还针对需要使用大量控制元件来开发程式的LabVIEW使用者，提供了绝对型别定义（Strict Type Definitions）功能。相关介绍请见「透过绝对型别定义（Strict Type Definition）」一文。 LabVIEW使用来做仪器自动控制的工具，使用LabVIEW来做一些实验数据的读取，通常，读取到的资料量都相当少。在工厂中，数以百计的仪器都需要使用LabVIEW做仪器自动控制，每一台仪器又会产生一些资料档或是记录档，此时将资讯分存于单独的电脑中，会造成资料分散，所以需要将资料存放于资料库中。你可在「利用LabSQL,进行资料库存取」一文中得到进一步的介绍。 利PCMCIA介面的DAQ卡取代传统笨重的数位式波器撷取讯号，并以LabVIEW开发系统整合程式，以完成繁杂的讯号处理、分析及硬体控制。由上述方式所开发的自动化检测系统，除大幅提升实验室内实验数据量测与分析效率外，亦使成熟的检测理论能迅速转移至产业技术的应用。在「虚拟仪控在弹性波非破坏检测技术之应用」一文为你做了相关的评析。

市场动态

美商ADI和NI公司日前发表NI LabVIEW Embedded Module for ADI Blackfin Processors。该立即可用的整合方案延伸了LabVIEW图形化资料开发环境，并以高效能、低电力的Blackfin处理器为目标，使网域专家只要利用一个图形化开发平台，便能克服嵌入式系统开发的挑战，迅速推出精密的应用程式。相关介绍请见「NI LabVIEW结合ADI Blackfin处理器简化嵌入式系统开发」一文。 微软公司选择NI LabVIEW及PXI产品，做为Xbox 360游戏及娱乐系统控制器的测试平台。这套虚拟仪控解决方案原本是在微软的设计认证实验室中开发，最近已经布署至生产线，应用于测试每一部Xbox 360控制器。你可在「微软选择NI LabVIEW及PXI产品测试 Xbox 360控制器，测试时间有效缩短50%」一文中得到进一步的介绍。 日本NI发表NI DAQPad-6015、NI DAQPad-6016、NI USB-9211、NI USB-9215和NI SCXI-1600五款支援USB的数据采集器。主要用于车载数据采集等安装空间有限的情况。 DAQPad-6015和6016为16位精度，单通道最大采样频率为每秒20万。两种产品均配备螺丝介面，不必购买连接线和介面即可使用。在「日本NI上市五款USB数据采集器」一文为你做了相关的评析。