Введение

Испытательное оборудование для электронных систем.

Электронное испытательное оборудование используется для генерации сигналов и регистрации ответов от испытываемых электронных устройств (DUT). Это позволяет подтвердить работоспособность DUT или выявить неисправности в устройстве. Использование электронного испытательного оборудования необходимо при любой серьезной работе с электронными системами. Практическая разработка и сборка электроники требует применения различных видов электронного испытательного оборудования – от простых и недорогих (например, простейшего пробника, состоящего из лампочки и щупа) до чрезвычайно сложных и совершенных, таких как автоматическое испытательное оборудование (ATE). ATE часто объединяет в себе множество таких приборов в реальных и имитированных формах. Как правило, для разработки схем и систем требуется более продвинутое испытательное оборудование, чем для производственного контроля или поиска неисправностей в уже выпущенных изделиях в процессе эксплуатации.

Платформы

В настоящее время для конфигурирования автоматизированных систем электронных испытаний и измерений широко используются несколько модульных платформ электронных приборов. Эти системы широко применяются для входного контроля, обеспечения качества и производственного тестирования электронных устройств и подсистем. Отраслевые стандартные коммуникационные интерфейсы соединяют источники сигнала с измерительными приборами в системах с компоновкой "rack and stack" или на основе шасси/мейнфрейма, часто под управлением специализированного программного обеспечения, работающего на внешнем ПК.

GPIB/IEEE-488

Автобус интерфейса общего назначения (GPIB) — это стандартный параллельный интерфейс IEEE 488 (стандарт, разработанный Институтом инженеров электротехники и электроники), используемый для подключения датчиков и программируемых приборов к компьютеру. GPIB — это цифровой 8-битный параллельный интерфейс связи, способный обеспечивать передачу данных со скоростью более 8 Мбайт/с. Он позволяет последовательно соединять до 14 приборов с контроллером системы с помощью 24-контактного разъема. Это один из наиболее распространенных интерфейсов ввода-вывода, присутствующих в приборах, и он разработан специально для приложений управления приборами. Спецификации IEEE 488 стандартизировали эту шину и определили ее электрические, механические и функциональные характеристики, а также основные правила программного взаимодействия. GPIB наиболее эффективен в промышленных условиях, где требуется надежное соединение для управления приборами. Изначальный стандарт GPIB был разработан в конце 1960-х годов компанией Hewlett Packard для подключения и управления программируемыми приборами, производимыми компанией. Появление цифровых контроллеров и программируемого испытательного оборудования создало потребность в стандартном высокоскоростном интерфейсе для связи между приборами и контроллерами от разных производителей. В 1975 году IEEE опубликовал стандарт ANSI/IEEE 488–1975, IEEE Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation, который содержал электрические, механические и функциональные спецификации системы интерфейса. Этот стандарт впоследствии был пересмотрен в 1978 году (IEEE 488.1) и 1990 году (IEEE 488.2). Спецификация IEEE 488.2 включает в себя стандартные команды для программируемых приборов (SCPI), которые определяют конкретные команды, которым должен подчиняться каждый класс приборов. SCPI обеспечивает совместимость и конфигурируемость этих приборов. Шина IEEE 488 долгое время была популярна благодаря простоте использования и широкому выбору программируемых приборов и стимулов. Однако большие системы имеют следующие ограничения:

Пропускная способность драйвера ограничивает систему 14 устройствами плюс контроллер. Длина кабеля ограничивает расстояние между управляющим устройством и каждым подключенным устройством до двух метров или общую длину до 20 метров, в зависимости от того, что меньше. Это создает проблемы с передачей данных в системах, расположенных в большом помещении, или в системах, требующих дистанционных измерений. Первичные адреса ограничивают систему 30 устройствами с первичными адресами. Современные приборы редко используют вторичные адреса, что ограничивает размер системы 30 устройствами.

Расширения LAN для приборов

Стандарт LXI (LXI) определяет протоколы связи для приборостроения и систем сбора данных, использующих Ethernet. Эти системы основаны на небольших модульных приборах, использующих недорогие, открытые стандарты LAN (Ethernet). Приборы, соответствующие стандарту LXI, обеспечивают преимущества модульных приборов в отношении размеров и интеграции, избегая при этом ограничений по стоимости и форм-фактору, свойственных архитектурам на основе карт расширения. Благодаря использованию Ethernet-коммуникаций, стандарт LXI обеспечивает гибкую компоновку, высокоскоростной ввод-вывод и стандартизированное использование подключения к локальной сети в широком спектре коммерческих, промышленных, аэрокосмических и военных приложений. Каждый прибор, соответствующий стандарту LXI, включает в себя драйвер виртуального инструмента (IVI) для упрощения связи с приборами, не соответствующими LXI, что позволяет устройствам, соответствующим LXI, взаимодействовать с устройствами, не являющимися LXI (например, приборами, использующими GPIB, VXI, PXI и т.д.). Это упрощает создание и эксплуатацию гибридных конфигураций приборов. Приборы LXI иногда используют скрипты, применяя встроенные процессоры тестовых скриптов для настройки приложений для тестирования и измерений. Приборы, управляемые скриптами, обеспечивают гибкость архитектуры, повышенную производительность и сниженную стоимость для многих приложений. Скрипты расширяют преимущества приборов LXI, а LXI предлагает функции, которые как позволяют, так и улучшают использование скриптов. Хотя текущие стандарты LXI для приборостроения не требуют, чтобы приборы были программируемыми или поддерживали скрипты, спецификация LXI содержит ряд функций, предусматривающих программируемые приборы и предоставляющих полезные возможности для расширения функциональности скриптов на приборах, соответствующих LXI.

Расширения VME для приборов

VME eXtensions for Instrumentation (VXI) – это электрический и механический стандарт, используемый преимущественно с автоматическим испытательным оборудованием (ATE). VXI позволяет оборудованию от разных производителей взаимодействовать в единой среде управления и компоновки. VPX (также известный как VITA 46) – это стандарт ANSI, основанный на VMEbus и поддерживающий коммутируемую архитектуру с использованием высокоскоростного разъема. VXI объединяет спецификации VMEbus с функциями шины общего назначения (GPIB) для удовлетворения требований приборостроения. Могут быть доступны и другие технологии для контроллеров и процессоров VME, VPX и VXI. Выбор интерфейсов и адаптеров шин VME, VPX и VXI требует анализа доступных технологий. Оригинальная шина VME (VMEbus) использует платы формата Eurocard – надежные печатные платы с 96-контактным разъемом вместо краевого разъема для повышения прочности. VME64 – это расширенная версия VMEbus, обеспечивающая 64-битную передачу данных и адресацию. Характеристики VME64 включают асинхронную передачу данных, диапазон адресов от 16 до 40 бит, ширину шины данных от 8 до 64 бит и пропускную способность 80 Мбит/с. VME64 extended (VME64x) – это улучшенная версия оригинального VMEbus, которая включает в себя семейство 160-контактных разъемов, контакты питания 3,3 В, пропускную способность до 160 Мбит/с, фиксирующие ручки для установки/извлечения и поддержку горячей замены. VME160 передает данные со скоростью 160 Мбит/с. VME320 передает данные со скоростью 320 Мбит/с. VXI объединяет спецификации VMEbus с функциями шины общего назначения (GPIB) для удовлетворения требований приборостроения. Также доступны интерфейсы и адаптеры шин VME, VPX и VXI для приложений VPX.

Расширения PCI для приборов

PCI eXtensions for Instrumentation (PXI) — это специализированная периферийная шина для систем сбора данных и управления в реальном времени. Представленный в 1997 году, PXI использует форм-факторы CompactPCI 3U и 6U и добавляет линии синхронизации, локальную шину и другие функции, предназначенные для измерительных приложений. Технические характеристики PXI разрабатываются и поддерживаются PXI Systems Alliance. Более 50 производителей по всему миру выпускают оборудование PXI.

Универсальная последовательная шина

Универсальная последовательная шина (USB) подключает периферийные устройства, такие как клавиатуры и мыши, к ПК. USB – это шина Plug and Play, способная поддерживать до 127 устройств на одном порту и имеющая теоретическую максимальную пропускную способность 480 Мбит/с (высокоскоростной USB, определенный спецификацией USB 2.0). Поскольку USB-порты являются стандартной комплектацией ПК, они представляют собой естественную эволюцию традиционной технологии последовательных портов. Однако USB не получил широкого распространения при создании промышленных систем тестирования и измерений по ряду причин (например, USB-кабели редко соответствуют промышленным стандартам, чувствительны к помехам, не имеют надежной фиксации и поэтому легко отсоединяются, а максимальное расстояние между контроллером и устройством ограничено несколькими метрами). Как и некоторые другие типы соединений, USB в основном используется в лабораторных приложениях, не требующих надежного подключения шины.

RS-232

RS 232 – это спецификация для последовательной связи, широко используемая в аналитических и научных приборах, а также для управления периферийными устройствами, такими как принтеры. В отличие от GPIB, интерфейс RS 232 позволяет подключать и управлять только одним устройством одновременно. RS 232 также является относительно медленным интерфейсом с типичной скоростью передачи данных менее 20 кБ/с. RS 232 лучше всего подходит для лабораторных применений, требующих более медленного и менее надежного соединения.

Процессоры скриптов для тестирования и шина расширения канала

Одна из самых недавно разработанных платформ испытательных систем использует приборы, оснащенные встроенными процессорами тестовых сценариев в сочетании с высокоскоростной шиной. В этом подходе один прибор, выступающий в роли "мастера", запускает тестовый скрипт (небольшую программу), который управляет работой различных приборов-"ведомых" в испытательной системе, к которым он подключен через высокоскоростную синхронизацию триггеров на основе локальной сети и шину межблочной связи. Скриптирование – это написание программ на языке сценариев для координации последовательности действий. Этот подход оптимизирован для передачи небольших сообщений, характерных для приложений в области испытаний и измерений. Благодаря минимальным сетевым накладным расходам и скорости передачи данных 100 Мбит/с, он значительно превосходит GPIB и 100BaseT Ethernet в реальных условиях эксплуатации. Преимущество этой платформы заключается в том, что все подключенные приборы функционируют как единая тесно интегрированная многоканальная система, что позволяет пользователям масштабировать испытательную систему для достижения необходимого количества каналов экономически эффективным способом. Система, сконфигурированная на этой платформе, может работать автономно как полноценное решение для измерений и автоматизации, при этом главный блок управляет источниками сигнала, измерениями, принятием решений "годен/не годен", управлением последовательностью испытаний, сортировкой и обработкой компонентов или зондированием. Поддержка выделенных линий триггера позволяет выполнять синхронные операции между несколькими приборами, оснащенными встроенными процессорами тестовых сценариев и соединенными этой высокоскоростной шиной, без необходимости использования дополнительных триггерных соединений.

Переключение испытательного оборудования

Добавление высокоскоростной системы коммутации в состав испытательной системы обеспечивает более быстрое и экономичное тестирование множества устройств и разработано для снижения количества ошибок и стоимости испытаний. Проектирование коммутационной конфигурации испытательной системы требует понимания переключаемых сигналов, выполняемых тестов, а также доступных форм-факторов коммутационного оборудования.