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使用NI PXI、labview 架構(gòu)自動化晶圓探針測試器
概述：使用NI LabVIEW軟體與NI Switch Executive，設(shè)計并制作可高速切換的自動化生產(chǎn)測試系統(tǒng)，可針對多重規(guī)格限制而設(shè)定。

系統(tǒng)會在晶圓基板上測試各別感測器晶粒的電壓、電流、電阻與壓力。目前每個感測器上有5 個不同的測試點，測試器可以為每個感測器測試多20 個點，每顆晶粒都會測試15 個參數(shù)。
晶圓探針作業(yè)所面臨的共同挑戰(zhàn)就是生產(chǎn)量大增的狀況。使用無法立刻擴(kuò)充與設(shè)定的舊式設(shè)備只會讓問題更復(fù)雜。為了擴(kuò)充探針功能并擁有動態(tài)的可設(shè)定測試系統(tǒng)，某間晶圓感測器制造商委托設(shè)計自動化的晶圓探針測試器，要能增加測試彈性，并減少一半以上的測試時間。
NI 硬體架構(gòu)的系統(tǒng)
晶圓探針測試器使用NI硬體，將舊式的Electroglas探針與4個高速、高感度的電源量測單位(SMU)介接。訊號是透過8 x 32 - 2線式矩陣設(shè)定的高密度NI PXI-2532 - 512個交點矩陣切換模組而傳遞。同時NI PXI-4070 FlexDMM會量測電壓與感測器衰減。
LabVIEW 的控制與操作介面
LabVIEW會控制系統(tǒng)、定序參數(shù)測試，并更新資料庫的結(jié)果。每個感測器類型都有可執(zhí)行的測試程式與特的設(shè)定檔。這組軟體架構(gòu)使得修改測試參數(shù)、調(diào)整測試限制，以及變更程式碼變得很容易。有需要時，測試軟體與檔案可以從安全的遠(yuǎn)端檔案伺服器下載。有了NI Switch Executive，我們就能透過探針輕松地在SMU與晶圓之間傳遞訊號。
我們利用生產(chǎn)測試的操作模式與工程模式開發(fā)了測試軟體。在工程模式中，軟體可以存取其他的控制項與測試資料，技師可以一次一個地進(jìn)行各別測試，需要時還能暫停。
我們開發(fā)出可設(shè)定、高速、PXI 架構(gòu)的自動化晶圓探針測試器，將測試時間縮短了一半以上。LabVIEW 軟體程式提供了簡單方便的測試解決方案，可以針對多重測試限制與多重感測器類型而設(shè)定。整體來說，測試時間縮短，并且大幅減低了測試的成本。

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以NI PXI 模組化儀器與LabVIEW 建立UHF RFID 平臺
概述：以NI PXI模組化儀器搭配NI LabVIEW軟體，建構(gòu)可重設(shè)的UHF RFID讀取器(Reader)與標(biāo)簽?zāi)M(Tag emulation)平臺，可迅速實驗新概念并制作原型。

讀取器模擬平臺
讀取器模擬平臺，可針對EPC C1G2相容的讀取器，模擬其傳輸與接收作業(yè)。傳輸作業(yè)是由1組NI PXIe-8108嵌入式控制器、1組NI PXI-5652 RF訊號產(chǎn)生器、1組NI PXIe-5450 I/Q波形產(chǎn)生器、1組NI PXIe-5611 I/Q向量調(diào)變器所進(jìn)行。另一方面的接收作業(yè)，則是由NI PXIe-5641R IF收發(fā)器所建構(gòu)的「RFID Tag Sniffer」所進(jìn)行。此收發(fā)器可數(shù)位化已接收的訊號，并對基頻執(zhí)行相位解調(diào)與降轉(zhuǎn)換作業(yè)。系統(tǒng)亦內(nèi)建Xilinx FPGA，可呈現(xiàn)位元切割器(Slicer)與改良的FM0解碼器。平臺外接元件則有1組Alien ALR-9800 RFID讀取器，還有1組UPM Raflatac主動式RFID標(biāo)簽。相關(guān)通訊作業(yè)將由讀取模擬器擷取之后接著處理。
為了控制RFID 讀取模擬器的作業(yè)，我們撰寫了LabVIEW VI。VI 將搜集相關(guān)RFID 的Reader-to-Tag 輸入?yún)?shù)，如開機(jī)/關(guān)機(jī)期間、前置符碼(Preamble) 值、讀取器指令序列等。這些參數(shù)將產(chǎn)生編碼序列，以建構(gòu)復(fù)數(shù)值的基頻訊息波形，再升轉(zhuǎn)換為UHF 頻帶以利傳輸。如此一來，所傳輸?shù)淖x取器波形即可符合EPC C1G2 UHF RFID 標(biāo)準(zhǔn)，還有自動化測試作業(yè)所使用的FCC Part 15 規(guī)范。
標(biāo)簽?zāi)M平臺
讀取器模擬平臺，可針對EPC C1G2 相容的讀取器，模擬其傳輸與接收作業(yè)。此篇解決方案的創(chuàng)新之處，在整合了多組天線而能建構(gòu)多樣的接收器，而能提升如SNR 的效能，并延伸RFID 標(biāo)簽的讀取或涵蓋范圍。多組天線的標(biāo)簽測試臺，則使用NI PXIe-8108 嵌入式控制器、NI PXI-5652 RF 訊號產(chǎn)生器、16 位元NI PXIe-5622 - IF 示波器、NI PXIe-5601 - RF 降轉(zhuǎn)換器、客制化UHF 印刷式偶極(Printed dipole) 天線。我們以NI 模組呈現(xiàn)下列UHF 主動式RFID 標(biāo)簽的區(qū)塊：(1) 功率擷取器(2) 振幅移鍵解調(diào)器(3) 基頻處理器。
標(biāo)簽的功率擷取器(Harvester) 包含倍壓器(Voltage multiplier) 與穩(wěn)壓器(Voltage regulator) 各1 組，可供電至標(biāo)簽。振幅移鍵(Amplitude shift keying，ASK) 解調(diào)器則屬于簡易的封包偵測器，可解調(diào)RF 訊號再傳送至基頻處理器?；l處理器會接著解碼封包訊號，再粹取、解譯RFID 指令。圖2 為RFID 讀取器的程式圖，還有NI PXI 系統(tǒng)上所建置的標(biāo)簽。

圖2. 建構(gòu)RFID 讀取器與標(biāo)簽?zāi)M的程式圖
提升RFID 讀取器與標(biāo)簽的效能
針對UHF RFID 讀取器，我們開發(fā)并測試了新的FM0 解碼器，并于RFID 標(biāo)簽中整合智慧型天線的技術(shù)，如空間分集組合(Spatial diversity combining)。目前的FM0 解碼組合，易受到標(biāo)簽后向散射(Back-scattered) 訊號的影響而達(dá)+/- 22% FM0 資料率變量；而普遍的相關(guān)架構(gòu)(Correlation-based) 組合尤為如此。
我們在這里布署了復(fù)雜的頻率同步化組合，用以補(bǔ)償此資料率變數(shù)；但高度依賴FPGA 資源并忍受極長的處理延遲。為了解決此問題，我們于RFID 讀取器模擬平臺上開發(fā)創(chuàng)新的FM0 解碼組合。此解碼器是采用工作周期(Duty cycle) 的量測作業(yè)，可立于資料率變數(shù)之外而作為主要的解碼參數(shù)。圖3a 即為改良后FM0 解碼器的LabVIEW VI 程式圖。
FPGA 綜合報表指出，改良之后的FM0 解碼器僅占用了5.9% 的FPGA 分割，且處理延遲僅達(dá)8 個時脈周期。透過目前通用標(biāo)簽的實際后向散射標(biāo)簽訊號，即可確實驗證解碼器的功能。在此設(shè)定中，我們將編碼器平臺設(shè)定為RFID Sniffer，從RFID 讀取器與標(biāo)簽通訊作業(yè)中擷取后向散射訊號。圖3b 即為已接收的后向散射標(biāo)簽回應(yīng)，還有對應(yīng)的解碼波形。來自于標(biāo)簽的實際后向散射訊號，均可由改善后的FM0 解碼器完成解碼。透過位元錯誤率(BER) 量測作業(yè)可發(fā)現(xiàn)，若工作周期計算所用各符碼的樣本數(shù)增加，則改善后的FM0 解碼器可達(dá)更能。

圖3. LabVIEW 中的FM0 解碼器：(a) VI 程式圖與(b) 人機(jī)介面正顯示解碼器波形
我們也整合了分集集合，進(jìn)一步提升了RFID 標(biāo)簽效能。另針對主動式UHF RFID 標(biāo)簽，更于標(biāo)簽?zāi)M平臺上建構(gòu)了前/后封包(Pre-/Post-envelop) 偵測集合技術(shù)。此集合技術(shù)包含Selection diversity combining、Predetection direct additive combining、Predetection equal gain combining、Predetection maximal ratio combining、Postdetection direct additive combining、Postdetection ratio squared combining 等。圖4a 為RFID 標(biāo)簽系統(tǒng)的LabVIEW VI，并整合了分集組合。
此系統(tǒng)所進(jìn)行的測試作業(yè)，可了解標(biāo)簽讀取范圍所提升的程度。讀取器模擬平臺將傳送20,000 筆預(yù)先建立的讀取器指令，且均由標(biāo)簽?zāi)M平臺接收/讀取。針對不同的分集組合，均由標(biāo)簽記錄成功的讀取數(shù)，且讀取器與標(biāo)簽將以0.3 m 為單位而區(qū)隔0.6 m ~ 6 m。圖4b 則為標(biāo)簽?zāi)M平臺人機(jī)介面顯示成功的讀取。透過實驗結(jié)果，我們的平臺可整合接收分集(Receive diversity) 至RFID 標(biāo)簽中，提升主動式UHF RFID 系統(tǒng)達(dá)26.67% 讀取涵蓋效能。

圖4. LabVIEW 中的RFID 標(biāo)簽?zāi)M：(a) VI 程式圖與(b) 人機(jī)介面正顯示成功的作業(yè)
使用NI 軟硬體的優(yōu)勢
在選用了NI PXI 模組化儀器之后，將可透過模擬與實際硬體實驗，進(jìn)一步提升RFID 系統(tǒng)的概念驗證(POC)。且能取得有效、有意義的數(shù)值，更逼近實際建構(gòu)的結(jié)果。NI PXI 平臺的可重設(shè)特性，可隨時因應(yīng)不同的硬體設(shè)定，如多重接收器系統(tǒng)鏈與不同的空間分集；我們的案例即為UHF RFID 系統(tǒng)中的智慧型天線。此外，LabVIEW VI 的直覺式設(shè)計環(huán)境與內(nèi)建的完整函式庫，可大幅縮短系統(tǒng)開發(fā)時間(如RFID 標(biāo)簽訊號的所需解碼功能)。

在癌癥腫瘤醫(yī)療中使用NI、labview 圖形化設(shè)計平臺
概述：使用NI CompactRIO 平臺，LabVIEW 實時模塊，LabVIEW FPGA 模塊開發(fā)一個靈活可靠的控制系統(tǒng)和用戶界面。NI圖形化開發(fā)平臺很好的銜接了從產(chǎn)品設(shè)計、原型驗證到終發(fā)布的整個過程。終的醫(yī)療設(shè)備能夠有效地減少腫瘤治療給病人生理、心理上帶來的不適。

V2 是一種可放置在醫(yī)生的辦公室或者診所里使用儀器，醫(yī)生通過冷凍的方式殺死門診病人的腫瘤，治療過程包括無痛的局部麻醉和實時- 超聲定位病灶，通過一個小切口冷凍和殺死目標(biāo)組織，術(shù)后病人也無需縫針，所以這幾乎是一個無痛的過程，與傳統(tǒng)的用在住院病人身上的外科手術(shù)或者“觀望”治療有著顯著的差別。
公司希望通過V2 的投入市場能夠為乳腺腫瘤治療帶來的推進(jìn)。于是，為了趕上產(chǎn)品發(fā)布的時間表，公司計劃四個月內(nèi)開發(fā)出V2系統(tǒng)工作原型。此外，根據(jù)投資人要求，公司還需盡快的生產(chǎn)V2 以滿足市場的需要。
眾所周知，為設(shè)備編寫固件并開發(fā)一個定制的電路板周期很長，一旦固件或者軟件層出現(xiàn)問題將會導(dǎo)致額外的延遲，這對于整個項目的進(jìn)度是一個不利因素。由于V2是醫(yī)療儀器設(shè)備，它要求設(shè)備不可包含任何有損于系統(tǒng)性能的固件和軟件錯誤。如果設(shè)備不能通過510（k）認(rèn)證所需的消耗性測試，整個項目就會失敗，并且V2 不能投放市場?；谶@些要求，V2 需要一個非常完善且可靠的開發(fā)方案。原計劃中如此短的開發(fā)周期讓V2的開發(fā)幾乎成為了“不可能完成的任務(wù)”。
Sanarus 邀請NI 公司的現(xiàn)場工程師參與方案討論，很快地意識到CompactRIO可以成為終的方案。因為兼有集成IO開發(fā)和編程的特性，可以在很短的時間內(nèi)用它設(shè)計和并驗證V2的功能。事實證明，使用CompactRIO的好處顯而易見——使用定制的方案需要數(shù)月的時間，而NI 的方案只用了幾周時間。

圖1 CompactRIO 作為控制系統(tǒng)核心
此外，由于使用定制的固件，一旦有新的需求會導(dǎo)致繁瑣的更新工作。而使用CompactRIO 的平臺，能夠不費力的修改代碼。另外，用戶交互需要使用觸摸屏而不是鍵盤和L E D 燈，使用LabVIEW圖形化編程可以方便的在Windows下開發(fā)觸摸屏程序。同時，使用LabVIEW的共享變量，能夠簡便地管理圖形用戶界面和CompactRIO 之間的數(shù)據(jù)傳遞。由于開發(fā)平臺非常靈活，在有新的功能需求提出時，開發(fā)進(jìn)程也沒有耽誤。
因為NI 的CompactRIO 通過了EMC 認(rèn)證，這也了在原型驗證的時候無需考慮的EMC 相關(guān)設(shè)計。終發(fā)布的V2系統(tǒng)包含一個運行Windows下LabVIEW程序的觸摸屏電腦。它接受用戶輸入并通過L a b V I E W 共享變量向C o m p a c t R I O 發(fā)送用戶指令。L a b V I E W 實時模塊實現(xiàn)對CompactRIO 實時控制器的控制，通過液氮泵和純阻性加熱部件的PID 控制算法來實現(xiàn)探針溫度的控制。LabVIEW FPGA 用來管理控制這些設(shè)備必要的輸入/ 輸出信號的接口。

圖2 V2 系統(tǒng)的操作界面
經(jīng)過長時間的研究表明，V2 能夠非常有效的殺死良性腫瘤。之后，遍布美國都有的醫(yī)療中心使用V2 系統(tǒng)。NI 幫助Sanarus 快速有效地開發(fā)嵌入式控制系統(tǒng)，提供友好的圖形化界面兼有的品質(zhì)，并且終為安全可靠的醫(yī)治服務(wù)提供了技術(shù)保障。