LED測試與控制的自動(dòng)化
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LED測試瓶頸
LED的故障通?？煞譃閮纱箢?lèi)。第一，當LED在插入前置面板顯示器或其它狹小空間時(shí)，因組件故障、電路板組裝問(wèn)題以及機械組裝破損，會(huì )造成電子開(kāi)路與短路。第二種則是當鄰近LED在被激化至相同狀態(tài)時(shí)，其色彩與亮度會(huì )出現不一致的狀況。利用BST檢驗線(xiàn)路的連續性，就能在其它組件中找出第一種故障形態(tài)。但在獨立型LED中，內建BST功能并不是一種可行的作法，制造工程師只好以目測方式來(lái)檢驗LED。目測的檢驗流程是由技術(shù)人員觀(guān)察LED狀態(tài)，之后再回報所有組件都正常無(wú)誤。這種重復性的作業(yè)容易出現人為失誤，因此檢驗更加復雜，以確保技術(shù)人員沒(méi)有分心出錯。對于測試人員與業(yè)者而言，這種測試流程都不是一種有效率、具有附加價(jià)值的方法。
在尋找LED測試的替代方法之前，有必要檢視LED在正常系統運作下的運作程序?；径?，當施加電壓讓二極管進(jìn)入偏壓狀態(tài)時(shí)，LED就會(huì )發(fā)光，如(圖一)(a)所示。由于二極管的反應屬于非線(xiàn)性模式，因此通常會(huì )在電路中加入一個(gè)限流電阻器，以確保不會(huì )超過(guò)驅動(dòng)針腳的電流上限。一般而言，單色LED通常是由一個(gè)驅動(dòng)器所控制，并連結至一個(gè)針腳上，另一根針腳則接地（GND）。這種設計可使得一個(gè)針腳就可以控制一個(gè)LED。要顯示多種顏色，只要加入其它顏色的LED，并將其輸入端連結至其它針腳即可。
簡(jiǎn)易LED測試解決方案
顯示一個(gè)雙色LED組態(tài)，使用一個(gè)共同的接地端，并連結不同的驅動(dòng)器。在同一空間內結合兩個(gè)或更多不同顏色LED會(huì )發(fā)生的情況之一便是若兩個(gè)LED同時(shí)被激化，其所呈現的混色則取決于兩個(gè)LED所顯示的顏色。另一種建置雙埠雙色LED的方法，則是把兩個(gè)組態(tài)過(guò)的LED以頭接尾的方式連結，任一方的發(fā)光狀態(tài)則取決于進(jìn)入偏壓狀態(tài)的另一方LED。若需要顯示混色，情況就變得更復雜，系統必須以更快的速度在兩種激化狀態(tài)之間進(jìn)行切換，如此肉眼才不會(huì )看到切換時(shí)的閃爍，而讓混色呈現單一顏色狀態(tài)，如圖一(c)所示。在以下的討論中，將介紹這種雙色LED，因為它代表最復雜的狀況，而且也涵蓋了其它種類(lèi)的建置方法。
若針腳1與針腳2輸入相同的電壓（通常為 Vcc 或GND），不會(huì )有任何電流產(chǎn)生，而電路中所有點(diǎn)都會(huì )測得相同的電壓。當兩個(gè)針腳的電壓高低不同時(shí)，雙色LED就會(huì )產(chǎn)生偏壓，測量點(diǎn)的電壓就會(huì )成為一個(gè)diode drop（通常為0.7伏特），會(huì )高于或低于針腳2的電壓。若能測量到此點(diǎn)的電壓，LED的狀態(tài)就能確定，也能發(fā)展出涵蓋各個(gè)LED的自動(dòng)化測試機制；并且可藉此辨識出LED在制造與測試過(guò)程中大部份的故障狀況。就最基本的層面而言，若每個(gè)LED連結至一個(gè)比較器，并選擇合適的設定點(diǎn)作為比較器的輸入來(lái)源，LED就能進(jìn)行測試流程。在這種測試中，測試器處在完全被動(dòng)的狀態(tài)，因此，LED控制器必須把LED放在適合的電子狀態(tài)中。
此外，由于理想狀況是LED在各種不同的狀態(tài)下受測（受激化后顯示不同顏色或是關(guān)閉），因此比較器的設定點(diǎn)最好能夠加以調整。但這需要用到更多的組件，機板研發(fā)人員也須增加耗電量。這種方法的主要缺點(diǎn)在于零組件數量過(guò)高，因為每個(gè)LED需要自己專(zhuān)屬的比較器，或某種形態(tài)的多任務(wù)機制來(lái)提高LED的涵蓋率，但另一方面卻須減少零組件數量。此外，還須面臨控制所有設定點(diǎn)的復雜作業(yè)，以確保在適當的設定點(diǎn)中檢查到正確的數值。
整合度略高的解決方案可使用多種A/D模擬數字轉換器，并透過(guò)多任務(wù)機制對所有測試點(diǎn)進(jìn)行采樣，將結果匯整成處理元素的格式。這些信息可用來(lái)分析其所測出的電壓值，對于處于測試中的現有LED組態(tài)而言是否合適。雖然這種方法可減少零組件數量，但仍需要多個(gè)組件來(lái)執行作業(yè)，以及處理從測試點(diǎn)所擷取到的數據。而整合度更高的系統，則是運用一個(gè)具備多種模擬功能的微控制器。這種方式能把A/D采樣以及處理功能整合至單一組件。
實(shí)際的測試流程則類(lèi)似其它機板測試，其中可能發(fā)生組裝（機板與機箱）錯誤。單一測試模式僅能檢驗出激態(tài)LED是不足以確保運作正常，因此業(yè)界必須發(fā)展出一套完整的測試方案。以下顯示一個(gè)雙色LED的范例：
(1)所有LED關(guān)閉（兩個(gè)連結至Vcc的針腳）–接地端偵測為短路狀態(tài)；
(2)所有LED關(guān)閉（兩個(gè)連結至接地端的針腳）–Vcc端偵測為短路狀態(tài)；
(3)所有LED開(kāi)啟（顏色一）–在顏色一電路信道中偵測到故障；
(4)所有LED開(kāi)啟（顏色二）–在顏色二電路信道中偵測到故障；
(5)所有LED關(guān)閉（鄰近LED線(xiàn)路在Vcc端與接地端之間切換）–于LED線(xiàn)路間偵測到短路狀態(tài)；
(6)反復第(5)步驟，偵測反方向的通道。
完成這六項步驟，就可確定LED所有功能都正常無(wú)誤，而且在原始機板組裝或是前置面板的機械組件也沒(méi)有任何故障狀況。如此一來(lái)，能大幅降低對于人工目測LED功能的依賴(lài)，讓制造工程師能夠在制造流程中的任何階段均能夠測試LED功能。此外，設計人員還必須額外考慮負責控制與驅動(dòng)LED組件，與測試組件之間的協(xié)調運作。組件之間必須具備握手（handshaking）機制，確保測試組件了解目前LED 的「預期」狀態(tài)，點(diǎn)1的電壓值代表通過(guò)測試與測試失敗，如圖二所示。(圖三)顯示一個(gè)可程序化的測試電路組態(tài)，這個(gè)組件是設計用來(lái)監控26個(gè)LED，并透過(guò)一個(gè)I2C接口與整個(gè)系統相連結。這項設計讓系統能對所有設定點(diǎn)進(jìn)行調整，并指定接下來(lái)要測試的組件。運用I2C接口讓外部系統能分析任何測試的結果，以及每個(gè)LED的效能表現。
另一種在設計中加入微控制器的方法，就是將控制與測試功能整合在同一個(gè)組件中。一般使用的連結埠擴充器可用來(lái)支持設計中的LED控制功能，組件中的模擬功能則可用來(lái)同時(shí)執行測試工作。這項整合可簡(jiǎn)化設計工作，因為設計人員僅須發(fā)出一個(gè)測試指令，讓微控制器負責控管所有的程序，完成后還會(huì )自動(dòng)切換至正常的系統運作狀態(tài)。由于組件必須支持控制與測試功能，雖然額外的針腳與軟件復雜度將衍生出更多的硬件需求；但另一方面也降低系統處理器在制造測試，與正常系統運作時(shí)LED控制作業(yè)的負載量。
結語(yǔ)
總結來(lái)說(shuō)，目前許多LED都是以目測方式進(jìn)行檢驗，很容易遇到人為疏失的問(wèn)題，因此，業(yè)界已發(fā)展出許多替代的測試方法。這些方法不僅能提高測試的可靠度，還帶來(lái)部份自動(dòng)化測試的效益，以取代人工測試流程。這不僅能降低成本，而且能讓LED在組裝流程的任何階段都能進(jìn)行測試，甚至成為正常啟動(dòng)程序中的一環(huán)。而現有的LED測試程序均無(wú)法提供上述這些功能。
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