在受控生產(chǎn)環(huán)境下使用LabVIEW、NI TestStand和PXI測(cè)試醫(yī)療血糖儀和胰島素輸送系統(tǒng)

"NI的解決方案為此應(yīng)用帶來(lái)了許多益處。 首先，NI VSA/VSG解決方案速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于同類的臺(tái)式儀器 - 如果使用傳統(tǒng)的臺(tái)式儀器，測(cè)試時(shí)間將會(huì)更長(zhǎng)。"

– Matthew Kelton, Advanced Instrument Technologies

The Challenge:
在緊迫的開(kāi)發(fā)期限內(nèi)，開(kāi)發(fā)一套包括RF通信測(cè)試的生產(chǎn)測(cè)試儀，用于測(cè)試FDA II類醫(yī)療血糖儀和胰島素輸送系統(tǒng)的子組件。

The Solution:
使用NI LabVIEW軟件、NI頻譜測(cè)量工具包、NI TestStand和NI PXI RF硬件，開(kāi)發(fā)快速、可重復(fù)的測(cè)試方案。

Author(s):
Matthew Kelton - Find this author in the NI Developer Community
Venkat Raghavan - Find this author in the NI Developer Community

Advanced Instrument Technologies, Inc.(AIT)是一家工程技術(shù)服務(wù)公司，為客戶應(yīng)對(duì)測(cè)試工程挑戰(zhàn)提供定制和交鑰匙解決方案。  AIT提供的服務(wù)小至工程支持，大至完整的解決方案。  它為眾多行業(yè)的客戶提供服務(wù)，內(nèi)容涉及研發(fā)、制造以及質(zhì)量保證測(cè)試。  自2003年以來(lái)，AIT一直是National Instruments Alliance Partner的一員。憑借其先前與合同制造商積極的合作以及和多年使用NI軟硬件的經(jīng)驗(yàn)，AIT被選定接手此項(xiàng)應(yīng)用工作，為此項(xiàng)目開(kāi)發(fā)了軟件并協(xié)助硬件設(shè)計(jì)。

TestPro Systems, Inc.是一家工程技術(shù)服務(wù)公司，支持工程部門的測(cè)試和新產(chǎn)品導(dǎo)入（NPI）。  TestPro提供應(yīng)用于功能性設(shè)備和方案，以及全自動(dòng)功能性測(cè)試平臺(tái)的服務(wù)和解決方案。  TestPro Systems的客戶主要集中在汽車、醫(yī)療和能源領(lǐng)域。  憑借之前為合同制造商開(kāi)發(fā)的多種功能性設(shè)備以及豐富的LabVIEW使用經(jīng)驗(yàn)，TestPro Systems被選定接手此項(xiàng)任務(wù)。 TestPro簽訂了合同，幫助部分系統(tǒng)設(shè)計(jì)和布線。  根據(jù)安排需要，TestPro還協(xié)助開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)LabVIEW代碼和NI TestStand序列。待測(cè)設(shè)備(DUT)是醫(yī)療血糖儀和胰島素輸送系統(tǒng)組成部分。  它包含用戶面板、用戶面板上的儀表和胰島素輸送激勵(lì)器。  儀表與激勵(lì)器進(jìn)行通訊，按要求注入胰島素。  每個(gè)組件單獨(dú)在測(cè)試系統(tǒng)上進(jìn)行測(cè)試。

通過(guò)專有加密RF在醫(yī)療無(wú)線頻段范圍內(nèi)的通訊，儀表和泵之間得以進(jìn)行無(wú)線通訊。  DUT RF信號(hào)必須經(jīng)過(guò)輸出功率測(cè)試，而且系統(tǒng)必須仿真RF信息以驗(yàn)證DUT能夠正常接收和解密信息。  DUT還包含一個(gè)需要進(jìn)行測(cè)試的32.768 kHz和16 MHz時(shí)鐘。 客戶規(guī)格要求32.768 kHz的時(shí)鐘精確到60 ppm，16 MHz的時(shí)鐘精確到22 ppm。

每次DUT RF接收測(cè)試時(shí)，系統(tǒng)必須使用一個(gè)可重復(fù)、可追蹤的信號(hào)。  為了測(cè)試DUT RF傳輸，信號(hào)分析必須可重復(fù)并且準(zhǔn)確。  為了盡可能地減少測(cè)試次數(shù)，大多數(shù)分析必須使用硬件來(lái)完成。

大多數(shù)測(cè)試涉及使用串行外設(shè)接口（SPI）通信打開(kāi)或關(guān)閉輸出，然后測(cè)量輸出狀態(tài)或輸出量。  然而，最高要求測(cè)試則是在儀表和激勵(lì)器上驗(yàn)證RF通信和關(guān)鍵時(shí)鐘。

當(dāng)測(cè)試DUT的傳輸功能時(shí)，DUT必須傳輸RF測(cè)試數(shù)據(jù)包，RF頻譜分析必須用于核對(duì)發(fā)射信號(hào)的參數(shù)。  當(dāng)測(cè)試DUT的接收功能時(shí)，必須由測(cè)試儀傳輸RF數(shù)據(jù)包，查詢單元驗(yàn)證RF數(shù)據(jù)包接收成功。  在進(jìn)行時(shí)鐘測(cè)試時(shí)，需要啟用和測(cè)量時(shí)鐘。

雖然AIT曾想使用臺(tái)式頻譜分析儀和RF捕獲系統(tǒng)進(jìn)行RF測(cè)試，并用高端頻率計(jì)數(shù)器進(jìn)行關(guān)鍵時(shí)鐘測(cè)試，但最終因?yàn)橐韵聨讉€(gè)原因選擇了NI的解決方案。  NI PXI-5661矢量信號(hào)分析儀(VSA)和NI PXIe-5672矢量信號(hào)生成器(VSG)的組合在與LabVIEW完美集成的同時(shí)，可以完成所有測(cè)試要求。 VSA/VSG組合硬件相比臺(tái)式儀器解決方案更便宜，需要的空間也更少。  我們還可以參考多個(gè)NI提供的重要LabVIEW應(yīng)用范例，例如RF流盤錄制和回放，使得集成更快更容易。

NI PXIe-1065機(jī)箱內(nèi)有完整測(cè)試系統(tǒng)所需的所有儀器。  值得一提的是，3塊NI PXI-6229 M系列數(shù)據(jù)采集模塊可以提供所有數(shù)字I/O，使用硬件定時(shí)執(zhí)行SPI通信，測(cè)量并產(chǎn)生模擬電壓。

PXI-5661和NI光譜測(cè)量工具共同執(zhí)行信號(hào)分析。 VSA和RF流盤錄制技術(shù)用來(lái)捕捉黃金DUT傳輸?shù)腞F信息并將數(shù)據(jù)保存至文檔中。  VSA和具有50 ppb精度的時(shí)基用來(lái)測(cè)量關(guān)鍵設(shè)備鐘。  NI PXIe-5672使用RF流盤回放技術(shù)，將捕獲的RF信息從先前保存的文檔傳輸至DUT。

NI VSA/VSG解決方案能夠提供關(guān)鍵性幫助。 NI的LabVIEW范例程序和源代碼展示了RF流盤錄制和回放功能，在最終的解決方案中也使用了該功能。  此外，NI工程師還提供關(guān)鍵時(shí)鐘測(cè)量咨詢。

NI的解決方案為此應(yīng)用帶來(lái)了許多益處。 首先，NI VSA/VSG解決方案速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于相同的臺(tái)式儀器 - 如果使用傳統(tǒng)的臺(tái)式儀器，測(cè)試時(shí)間將會(huì)更長(zhǎng)。 其二，產(chǎn)品為人熟知且配有可直接運(yùn)用的完美案例，由此可大大減少開(kāi)發(fā)時(shí)間。

其三，我們開(kāi)發(fā)了LabVIEW核心代碼模塊，可在多個(gè)NI TestStand測(cè)試序列步驟中復(fù)用。  此代碼在今后的項(xiàng)目中也可得以復(fù)用，帶來(lái)更多的好處。  NI TestStand極大地簡(jiǎn)化了代碼和測(cè)試序列的確認(rèn)與驗(yàn)證步驟。  NI TestStand還提供一致的操作界面，從而減少了學(xué)習(xí)質(zhì)量控制和兼容型CFR Part 11的時(shí)間。

NI工具還幫助我們達(dá)到21 CFR 820和11要求，管理系統(tǒng)的創(chuàng)建，測(cè)試醫(yī)療設(shè)備。  此外，NI工具協(xié)助我們?cè)贗SO 13485和ISO 14971等標(biāo)準(zhǔn)下檢查系統(tǒng)設(shè)計(jì)，根據(jù)這些機(jī)制和流程去符合質(zhì)量和風(fēng)險(xiǎn)管理的規(guī)定。

最后，LabVIEW軟件和支持工具包借助其自身創(chuàng)建安裝驗(yàn)證（IQ）、操作驗(yàn)證（OQ）和性能驗(yàn)證（PQ）文檔報(bào)告。

AIT和TestPro對(duì)于NI提供的產(chǎn)品和服務(wù)都非常滿意，項(xiàng)目的成功離不開(kāi)NI的支持。