Sincronización multiinstrumento con NI PXI Hardware

​Los modernos sistemas automatizados de prueba deben validar dispositivos cada vez más complejos, a menudo con docenas o cientos de canales y diversos tipos de señal. Para satisfacer estas demandas, los ingenieros necesitan sistemas que cumplan con los siguientes requisitos:

• Admiten configuraciones de alto número de canales
• ​Tener la capacidad de escalar sin aumentar la complejidad
• ​Maximice la cobertura de prueba y minimice el tiempo de ciclo con una ejecución rápida 

Para aplicaciones que requieren una sincronización estrecha, distribuir relojes y disparadores entre instrumentos es un desafío importante. La latencia, el desfase y la fluctuación pueden degradar la precisión de la medición y la confiabilidad del sistema.

​Las configuraciones de prueba tradicionales con instrumentos tradicionales enfrentan varias limitaciones: 

• La configuración manual de cada instrumento requiere mucho tiempo y es propensa a errores.
• ​El cableado físico para la sincronización introduce retrasos e incertidumbre.
• ​Múltiples API y controladores aumentan la complejidad del software y la carga de mantenimiento.

​Con el hardware NI PXI, la sincronización y la escalabilidad están integradas en la plataforma. PCI eXtensions for Instrumentation (PXI) es una arquitectura modular estándar de la industria que integra múltiples instrumentos dentro de un solo chasis compacto. El panel trasero PXI proporciona los siguientes recursos:

• ​Reloj de referencia: distribuye una fuente de temporización común a todos los módulos
• Bus de disparo: enruta señales de disparo para acciones coordinadas
• ​Bus de disparo en estrella: ofrece disparos de baja desviación para una alineación precisa de la temporización

​Para una sincronización avanzada, la tecnología NI-TClk patentada por NI permite la alineación sub-nanosegundo de relojes de muestra y disparadores a través de instrumentos PXI, compensando automáticamente el sesgo y la fluctuación y eliminando la necesidad de cableado externo o calibración compleja.

^{​Figura 1. Comparación de la sincronización heterogénea de instrumentos tradicionales y plataforma PXI con NI-TClk}

​Si bien NI-TClk proporciona una potente sincronización entre instrumentos heterogéneos, el proceso de configuración se ha simplificado aún más mediante mejoras en determinados Instrument Drivers para una sincronización homogénea de múltiples instrumentos del mismo tipo. 

​Los SMIS le permiten agrupar varios módulos del mismo modelo en una sola sesión de software. Esta abstracción le ayuda a alcanzar los siguientes objetivos:

• ​Configurar y controlar varios instrumentos como una sola unidad
• ​Reducir la complejidad del código y eliminar los pasos de configuración redundantes
• ​Mejorar la sincronización, precisión y rendimiento de prueba más rápido

​Esta característica es actualmente compatible con controladores NI seleccionados, como NI-SCOPE, NI-Digital Pattern y algunos controladores de RF. Se integra automáticamente en InstrumentStudio y cuenta con una fácil configuración de código en NI LabVIEW, NI TestStand, Python, C/C++, C# y más.

Del concepto a la aplicación: Escalar los canales de su instrumento 

​Incluso cuando los ingenieros utilizan instrumentos del mismo tipo y del mismo proveedor, los métodos de sincronización tradicionales siguen siendo engorrosos. Cada dispositivo funciona de forma independiente, con relojes, líneas de disparo y sesiones de controlador independientes. Escalar el recuento de canales o ampliar las capacidades de medición requiere un esfuerzo manual que crece exponencialmente con cada instrumento adicional, al tiempo que aumenta la huella agregando instrumentos tradicionales adicionales.

​Tradicionalmente, los ingenieros deben realizar lo siguiente para coordinar estos instrumentos:

• ​Proporcionar relojes de referencia externos
• ​Establecer conexiones físicas para compartir relojes y disparos, sacrificando a menudo uno de los canales del instrumento para el enrutamiento de señales
• ​Alinear manualmente los parámetros de temporización y disparo para cada dispositivo
• ​Escribir, probar y mantener varios bloques de código, ya que muchas interfaces de software no admiten de forma nativa la sincronización multiinstrumento para instrumentos tradicionales

^{​Figura 2. Sincronización homogénea mediante osciloscopios tradicionales para crear un osciloscopio de 32 canales}

​A pesar de una configuración cuidadosa, pequeñas variaciones en la longitud del cable, la distribución del reloj o la latencia de activación pueden causar desalineación entre los instrumentos. Estos errores sutiles introducen un sesgo de temporización e inconsistencia de medición, particularmente en aplicaciones de alta velocidad o sensibles a la fase.

​NI SMIS redefine cómo los ingenieros escalan y controlan los sistemas de prueba multicanal. Al tratar varios instrumentos como una sola unidad, esta capacidad combina la precisión de la sincronización a nivel de hardware con la simplicidad de la configuración y el control unificados del software. Con instrumentos PXI modulares de alta densidad, puede construir fácilmente sistemas de alto número de canales en una huella compacta, lo que hace que la expansión y la escalabilidad sean sencillas.

^{​Figura 3. Sincronización homogénea de cuatro módulos de osciloscopio de 8 canales PXIe-5108 como un osciloscopio unificado de 32 canales}

Configuración interactiva con InstrumentStudio

​InstrumentStudio es un software de medición interactivo incluido dentro de los sistemas NI PXI. Proporciona un entorno optimizado para configurar y visualizar todos sus instrumentos en un solo espacio de trabajo. 

Características clave de InstrumentStudio

• Creación automática de diseños: reconoce sus módulos de instrumentos en el sistema y los organiza en un espacio de trabajo combinado.
• Personalice la administración de diseños: organice los paneles uno al lado del otro para realizar mediciones multiinstrumento o agrúpelos en pestañas para cambiar entre contextos de medición.
• Configuración basada en proyectos: guarde, reutilice y exporte configuraciones preconfiguradas a LabVIEW o TestStand para automatización.
• ​Depuración del sistema de prueba en tiempo real:Mantenga la visibilidad de las configuraciones y mediciones del instrumento mientras se ejecutan los flujos de trabajo automatizados. Pause la ejecución en TestStand, LabVIEW, Python u otros entornos para ajustar la configuración y, a continuación, reanude sin reiniciar el proceso.

​Más allá de estas características, cuando se detectan varios módulos homogéneos que admiten SMIS, InstrumentStudio los agrupa automáticamente en un instrumento unificado. Esta función permite la visualización en vivo a través de todos los canales en una sola vista, actuando como un solo instrumento que se dispara a partir de una sola señal, permaneciendo alineado en tiempo y frecuencia de muestreo, y compartiendo la misma referencia de reloj. El resultado es una correlación precisa de sincronización y temporización sin requerir ninguna configuración adicional de hardware o software. Si es necesario, los usuarios todavía pueden operar cada módulo de forma independiente a través de opciones de diseño personalizadas.

^{​Figura 4. Esta captura de pantalla de InstrumentStudio muestra 13 canales de osciloscopio sincronizados de 16 disponibles en dos osciloscopios de 8 canales NI PXIe-5108, con todas las señales sincronizadas automáticamente.}

InstrumentStudio simplifica la puesta en marcha y depuración del sistema, ayudándole a pasar de la configuración de hardware a su primera medición en segundos. A medida que sus requisitos evolucionan o los canales aumentan, puede agregar otro módulo a su chasis PXI, y sus configuraciones existentes continuarán funcionando para su configuración.

De las mediciones interactivas a la automatización

​Después de configurar su sistema, el siguiente paso es la automatización. Aquí es donde la instrumentación modular NI PXI realmente brilla. Debido a que los sistemas NI PXI están basados en software, pasar de mediciones manuales a flujos de trabajo automatizados con NI LabVIEW + es mucho más ágil que con los instrumentos tradicionales y otros entornos de software.

​Programar instrumentos tradicionales a través de un lenguaje de propósito general a menudo introduce una fricción significativa. Los ingenieros se enfrentan con frecuencia a muchos de los siguientes problemas:

• Configuraciones de conectividad complejas, como USB o TCP/IP, que requieren configuración manual y solución de problemas
• ​Comportamiento inconsistente al buscar grandes conjuntos de datos o ejecutar comandos
• ​Bloqueos causados por errores en el manejo o peculiaridades de secuenciación de energía
• ​Pasos adicionales como agregar retrasos, transferencias binarias o modificar la configuración del registro solo para mantener la estabilidad

​Estos desafíos hacen que incluso la comunicación básica con instrumentos tradicionales requiera mucho tiempo y sea propensa a errores, incluso sin considerar la sincronización. Para coordinar varios instrumentos, los desarrolladores deben alinear la sincronización, los desencadenantes y la adquisición de datos en todos los dispositivos, lo que a menudo requiere una lógica personalizada y pruebas exhaustivas. En los entornos de programación tradicionales, lograr la ejecución paralela normalmente implica el enhebrado manual y la gestión de recursos, lo que añade una sobrecarga significativa y riesgo de errores. LabVIEW ofrece una ventaja con el paralelismo incorporado y la programación intuitiva del flujo de datos, lo que facilita la implementación de operaciones concurrentes.

^{​Figura 5. Programación Multiinstrumento Tradicional en LabVIEW}

​Este ejemplo muestra la complejidad de programar múltiples osciloscopios sin SMIS. Cada instrumento requiere su propia configuración y bloque de adquisición, lo que resulta en código repetitivo y sincronización manual. Incluso en entornos como LabVIEW, donde la ejecución paralela es más fácil, los desarrolladores todavía tenían que tratar cada instrumento como una entidad independiente, escribiendo bloques de código repetitivos para la configuración y adquisición y gestionando manualmente la sincronización.

​Con SMIS, todo este proceso se racionaliza. En lugar de administrar varias sesiones independientes, define una sola sesión que cubre todos los instrumentos y canales homogéneos. A partir de ahí, configuración y adquisición se convierten en operaciones unificadas:

• ​Inicialización de una sola sesión: Identifique todos los instrumentos y sus canales por adelantado.
• Configuración unificada: aplique los ajustes de temporización, activación y adquisición en todos los dispositivos en una llamada.
• ​Medidas sincronizadas: recupere datos de todos los instrumentos simultáneamente, asegurando una alineación perfecta.

^{​Figura 6. Sesiones sincronizadas de múltiples instrumentos (SMIS) en LabVIEW}

​Este ejemplo demuestra cómo SMIS consolida múltiples instrumentos homogéneos en una sola sesión, simplificando drásticamente el código y asegurando una sincronización precisa.

​Esta capacidad se implementa a nivel de controlador, lo que significa que funciona de manera consistente en LabVIEW, Python, C/C++, C# y otros. Los desarrolladores pueden aprovechar la misma API simplificada independientemente de su idioma preferido, reduciendo el tiempo de desarrollo y eliminando la necesidad de una lógica de sincronización personalizada.

​Otra ventaja del software NI es la posibilidad de exportar configuraciones creadas en InstrumentStudio directamente a entornos de automatización como LabVIEW, TestStand, Python, C/C++ o C#. Esta función acelera la transición de mediciones interactivas a pruebas automatizadas al eliminar la necesidad de replicar manualmente los ajustes en el código. Para obtener instrucciones paso a paso, consulte cómo exportar configuraciones InstrumentStudio.

​Esta característica elimina la necesidad de replicar manualmente la configuración en el código. En su lugar, la configuración exportada es cargada por el controlador del instrumento, lo que garantiza la consistencia y reduce los errores. Al reutilizar configuraciones validadas, acelera el desarrollo, minimiza la depuración y garantiza que las pruebas automatizadas reflejen las mismas condiciones que sus mediciones interactivas.

​En el siguiente video de demostración, verá la diferencia entre el uso de la ejecución paralela tradicional y el aprovechamiento de SMIS. SMIS reduce la complejidad del código, mejora la legibilidad y garantiza una alineación precisa de la temporización, al tiempo que acelera el desarrollo.

Limitaciones de las sesiones sincronizadas de múltiples instrumentos

​Las sesiones de SMIS ofrecen un enfoque simplificado para coordinar mediciones en múltiples dispositivos. Sin embargo, este método tiene varias restricciones que los arquitectos de pruebas deben considerar:

• ​Requisito de uniformidad: SMIS se limita a módulos PXI específicos y todos los instrumentos de la sesión deben coincidir en modelo y configuración. Por ejemplo, no se admite combinar dispositivos de 4 y 8 canales, ni dispositivos del mismo modelo con diferente memoria.
• ​Limitación de un solo chasis: la sincronización está restringida a los dispositivos instalados en el mismo chasis. La expansión a varios chasis requiere NI-TClk.

​Para configuraciones homogéneas, las sesiones multiinstrumento sincronizadas son eficientes y fáciles de implementar. Para configuraciones heterogéneas de sistemas o multichasis, NI-TClk es el enfoque recomendado, ofreciendo la flexibilidad y precisión requeridas para arquitecturas de prueba automatizadas modernas.

​Lograr una alineación estrecha entre canales es esencial en sistemas de alto número de canales, particularmente en aplicaciones que dependen de una correlación de temporización precisa o coherencia de fase. Sin SMIS, incluso los instrumentos bien configurados pueden exhibir pequeñas variaciones en el tiempo de muestreo, lo que resulta en varios nanosegundos de sesgo entre dispositivos.

^{​Figura 7. Variación de temporización al programar múltiples osciloscopios PXI sin SMIS}

​Los sistemas de prueba modernos exigen algo más que mediciones precisas; requieren velocidad, escalabilidad y simplicidad. La instrumentación modular NI PXI con la función SMIS permite que varios módulos compartan el mismo reloj y un disparo común, eliminando esta variación. Esta capacidad produce un conjunto de datos coherente y perfectamente alineado listo para un análisis más profundo, transformando la forma en que los ingenieros configuran y automatizan los sistemas multicanal.

^{​Figura 8. Alineación precisa de canales con SMIS en múltiples módulos de osciloscopio PXI}

​Con SMIS, lo que antes requería docenas de llamadas repetitivas y sincronización manual ahora ocurre en una sola sesión, reduciendo la complejidad del código y acelerando el desarrollo en LabVIEW, Python, C/C++ y otros. Este enfoque unificado garantiza una alineación precisa de la temporización sin hardware adicional ni lógica personalizada, lo que permite a los ingenieros escalar de un pequeño número de canales a cientos con un esfuerzo mínimo.

​Más allá de la eficiencia de programación, la arquitectura PXI proporciona un rendimiento de datos y sincronización inigualables a nivel de hardware. Tanto si valida dispositivos complejos como si ejecuta pruebas de producción de gran volumen, PXI garantiza un acceso rápido a los datos, un rendimiento fiable y la flexibilidad para expandirse a medida que evolucionan los requisitos.

El verdadero valor de NI PXI radica en su capacidad de evolucionar con su estrategia de prueba. Al combinar hardware modular, software inteligente e innovaciones a nivel de controlador como SMIS, el hardware NI PXI le permite crear sistemas de prueba automatizados que son más rápidos de implementar, más fáciles de mantener y listos para los desafíos del mañana.

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