E/S digital para prueba, control y diseño

La mayoría de los sistemas de equipos de prueba automatizados digitales (ATE) generan y/o adquieren patrones de 1 y 0 para comunicarse con un dispositivo bajo prueba (DUT). Sin embargo, con innovaciones recientes en componentes digitales, estos sistemas requieren un probador digital más sofisticado con capacidades más allá de un simple analizador lógico con dos estados de encendido / apagado. Velocidades de chip más rápidas y la tendencia de la industria hacia protocolos digitales en serie versus paralelo están necesitando tasas de muestreo cada vez más altas. Además, la fabricación y las presiones de tiempo de comercialización exigen un procesamiento a nivel de hardware para completar las pruebas más rápido. Mientras tanto, las nuevas familias lógicas con niveles de tensión variables y señalización única o diferencial continúan haciendo más complejas estas pruebas. Los dispositivos digitales de E/S de alta velocidad (HSDIO) de National Instruments ofrecen una gama de funciones digitales de ATE y respuesta a estímulos diseñadas para cumplir con los requisitos de estas aplicaciones de prueba digital de alta gama.

• Las altas velocidades de reloj y de datos de hasta 200 MHz y 400 Mb/s, respectivamente, proporcionan un control preciso temporizado por hardware, el cual es esencial para probar los circuitos integrados, las matrices de puertas programables en campo (FPGA) y los dispositivos de comunicación digital más recientes.
• El control bidireccional por ciclo y canal y la comparación de hardware en tiempo real de los datos de respuesta adquiridos facilitan el desarrollo de aplicaciones como las pruebas de tasa de error de bits (BERT), el análisis de fallas para verificación y validación (V&V) y las pruebas de fabricación de aprobados/fallados.
• Los niveles de voltaje programables entre -2,0 y 5,5 V crean un sistema digital flexible que puede interactuar con múltiples familias lógicas o caracterizar los límites superior e inferior de DUT específico.

^{Figura 1: Niveles de voltaje programables}

• Seis estados lógicos, incluyendo bajo lógico (0), alto lógico (1), tri-estado (Z), comparar alto lógico (H), comparar bajo lógico (L) e ignorar (X), definen formas de onda de prueba digitales y controlan las acciones del probador digital.
• La sincronización multidispositivo ofrece una sincronización de hasta subnanosegundos para sistemas de alto número de canales sin necesidad de cableado externo.
• Los modos flexibles de comunicación proporcionan un intercambio síncrono y asíncrono de señales para solicitar y acusar recibo de transferencias de datos entre el sistema de prueba y DUT.

El software también es una pieza crítica de cualquier ATE digital. El NI Digital Waveform Editor es un programa informático gráfico que puede utilizar para visualizar señales digitales y crear, editar y modificar fácilmente formas de onda digitales para aplicaciones de interfaz y prueba personalizadas. Puede diseñar formas de onda digitales desde cero o importar formas de onda existentes desde herramientas de diseño utilizando los formatos de archivo Value Change Dump (.VCD) o ASCII. Además, a medida que adquiere datos, el Digital Waveform Editor puede resaltar errores de bits, lo que facilita la visualización de inconsistencias y la medición de los requisitos de temporización o la actualización de las formas de onda para eliminar los fallos de diseño. Combinado con el entorno de desarrollo gráfico NI LabVIEW y el software de gestión de pruebas NI TestStand, el Digital Waveform Editor completa el componente de software de cualquier sistema de pruebas digitales.

En el cuadro 1 se resume la oferta de E/S digital de alta velocidad de National Instruments.

^{Tabla 1: Oferta} de E/S digital de alta velocidad de National Instruments

Las aplicaciones industriales a menudo implican requisitos más allá de las capacidades de un dispositivo de medición típico. Por ejemplo, muchos sensores y actuadores industriales requieren niveles lógicos de 24 V y pueden operar a diferentes potenciales de voltaje que pueden causar bucles de tierra. La seguridad para el sistema de medición o control y la seguridad para el usuario u operador son igualmente importantes. Con niveles de voltaje de hasta 150 V, accionamiento de alta corriente y aislamiento, los dispositivos de E/S digitales industriales NI se pueden conectar directamente a una amplia gama de bombas industriales, válvulas, motores y otros sensores / actuadores al tiempo que proporcionan un alto grado de seguridad y confiabilidad.

^{Figura 2: Mediciones Industriales con Niveles Lógicos de 24 V y Aislamiento}

Estos dispositivos de bajo costo son ideales para el control industrial y sistemas de prueba de fabricación como la automatización de fábricas, el control de máquinas incrustadas y la verificación de líneas de producción. Además, los dispositivos de E/S digitales industriales NI ofrecen un conjunto de características industriales de alta fiabilidad diseñadas para automatizar incluso las aplicaciones más exigentes:

• El aislamiento reduce el ruido, ofrece un rango de voltaje extendido y protege el hardware para la conexión directa a sensores y actuadores industriales.
• Los estados de encendido programables proporcionan un estado inicializado conocido para una operación segura cuando se conectan a bombas, motores y otros actuadores o maquinaria industrial.
• Los controladores digitales de E/S proporcionan un mecanismo a prueba de fallas que monitorea anomalías en aplicaciones o equipo y coloca al sistema en un estado para garantizar una recuperación segura.
• La detección de cambios activa automáticamente la aplicación para realizar una operación de lectura digital después de un evento de cambio de estado en una línea digital con un uso mínimo del procesador.
• Los filtros de entrada programables eliminan el parloteo, el ruido, los fallos y los picos en las entradas y proporcionan desbote para los interruptores y relés digitales.
• Las certificaciones industriales de CE, FCC, C-Tick, UL y VDE garantizan el cumplimiento de EMI en la mayoría de las regiones del mundo y certifican que el sistema es seguro para operar en entornos peligrosos.

Industrial DIO es parte del conjunto de productos industriales DAQ que incluye dispositivos multifunción industriales de las series NI M y S. Estos dispositivos complementan la plataforma NI programmable automation controller (PAC), proporcionando E/S industrial que se integra perfectamente con aplicaciones de lógica, movimiento, control de procesos y visión. Los NI PAC combinan la robustez del controlador lógico programmable (PLC) con la funcionalidad del PC bajo una arquitectura de software abierta y flexible. Usando LabVIEW, los PAC con DAQ industrial y E/S digital pueden interactuar con aplicaciones de PLC existentes para agregar funcionalidad más avanzada a las máquinas industriales y mejorar la eficiencia.

^{Figura 3: Sistema de envasado} de bebidas Innoventor

Lea más sobre el conjunto de características industriales. El cuadro 2 resume la oferta de E/S digital industrial de NI.

^{Cuadro 2: Oferta de E/S Digital Industrial de National Instruments}

El diseño es un proceso inherentemente iterativo. No importa el alcance de la aplicación, cada ciclo de diseño avanza desde la definición hasta la simulación, la creación de prototipos y las pruebas y, la mayoría de las veces, estas etapas se repiten a lo largo de revisiones progresivas. Tener los medios para alternar rápidamente entre etapas es primordial para optimizar el proceso de diseño. El diseño de sistemas gráficos con LabVIEW satisface esta necesidad con una sola plataforma que abarca todo el ciclo de diseño. Además, el hardware reconfigurable combinado con el LabVIEW FPGA Module ofrece una flexibilidad de hardware y software inigualable para el diseño, creación de prototipos e implementación.

El hardware reconfigurable cuenta con procesamiento FPGA integrado definido por el usuario para un control completo de la sincronización y activación del sistema. Puede configurar el chip FPGA sin ninguna experiencia VHDL previa creando diagramas de bloques LabVIEW con el LabVIEW FPGA Module, lo que le brinda un control directo e inmediato sobre todas las E/S. Este proceso ofrece sincronización y sincronización de alto rendimiento y configurables por el usuario, así como toma de decisiones a bordo, a velocidades de hasta 40 MHz.

Por ejemplo, si está desarrollando aplicaciones con protocolos de comunicación digital no compatibles o personalizados, puede utilizar el LabVIEW FPGA Module para implementar o crear prototipos rápidamente de diferentes interfaces de comunicación en hardware RIO multifunción de la serie R basado en FPGA.

^{Figura 4: Protocolos digitales personalizados con RIO multifunción serie R y LabVIEW FPGA}

Usando LabVIEW FPGA, puede programar la “personalidad” de cada dispositivo. Una personalidad es esencialmente un archivo de bits compilado que contiene información de configuración que se descarga en la FPGA a bordo. En lugar de utilizar un dispositivo con una personalidad fija o un circuito integrado específico de la aplicación (ASIC), tiene la capacidad de personalizar su placa. Cambiar personalidades a medida que avanzas a través de las diversas iteraciones de un ciclo de diseño o prototipo es tan simple como modificar un diagrama de bloques LabVIEW y recompilarlo. Una vez completada una personalidad, ya no se requiere LabVIEW FPGA porque se puede acceder al dispositivo a través de LabVIEW para Windows o LabVIEW en tiempo real. Para obtener más información sobre las personalidades personalizadas de RIO, consulte los enlaces relacionados a continuación.

El hardware de E/S reconfigurable NI ofrece hasta 160 líneas digitales que puede configurar individualmente para entrada, salida, contador/temporizador, modulación de ancho de pulso y más. En el cuadro 3 se resumen estas opciones.

^{Cuadro 3 National Instruments Serie R Multifunción RIO}

Los dispositivos de E/S digitales de alta velocidad NI ofrecen otra opción para muchas pruebas comunes incorporadas en el proceso de diseño de dispositivos digitales. Para aplicaciones que requieren pruebas de estímulo-respuesta de alta velocidad o niveles de voltaje no estándar, por ejemplo, los dispositivos NI HSDIO complementan los dispositivos RIO multifunción en el ciclo de diseño. Los dispositivos HSDIO también pueden interactuar con dispositivos de mayor velocidad, transfiriendo datos a velocidades de hasta 400 Mb/s. Consulte los enlaces relacionados para obtener más información.