Uso de la arquitectura SLSC para agregar elementos adicionales a la trayectoria de la señal de un sistema de prueba

Cuando se construyen sistemas de prueba muchas veces, la trayectoria de la señal desde el dispositivo bajo prueba (DUT) hasta el dispositivo de medición requiere elementos adicionales para el acondicionamiento, carga y conmutación de señal personalizados. Fue con esto en mente que NI creó la arquitectura NI Switch Load and Signal Conditioning (SLSC). Este documento muestra cómo el NI SLSC se puede utilizar para agregar elementos adicionales a la ruta de señal en un sistema de prueba típico.

Como demostración de aplicación, excitaremos una unidad de control electrónico (ECU) con una señal de modulación de ancho de pulso (PWM) como se usa comúnmente en las unidades de control electrónico (ECU) y mediremos su respuesta. Dado que muchas ECU requieren niveles de voltaje más altos, agregaremos elementos adicionales para realizar el cambio de nivel para generar y medir una señal referenciada a una fuente de alimentación externa como una batería de automóvil.

También añadiremos un relé para insertar un fallo en la trayectoria de la señal simulando un cable roto en el arnés de ECU.

El sistema utilizará una placa FPGA de la serie NI PXI R para generar y medir la señal PWM digital en un chasis PXI, y luego escalar tensiones y agregar el interruptor en el chasis SLSC.

Por simplicidad en este documento, no utilizaremos una verdadera ECU. Nuestro DUT en este caso será un bloque conector que envolverá el cable y utilizará una de las entradas digitales de la serie R para medir la señal PWM generada por la salida digital.

El siguiente diagrama muestra la ruta de la señal que seguiremos comenzando desde el sistema PXI enrutando a través del SLSC hasta el bloque conector donde la señal se envuelve y vuelve a través del SLSC hasta el sistema PXI.

El módulo PXIe-7822R se conecta a un RTI-12301 mediante un cable estándar SHC68-C68-RDIO2. El RTI-12301 interrumpe las señales del módulo SLSC-12201. El SLSC-12201 se utiliza para escalar las señales con respecto a una fuente de referencia externa. En este caso estamos utilizando una fuente de 24V pero en el mundo real esto podría representar el voltaje de la batería en una ECU de automóvil o avión LRU. La señal se envuelve desde la parte delantera del SLSC hacia la parte trasera mediante un cable HD 44 y se conecta a un RTI-12305. El RTI-12305 descompone las señales para el SLSC-12101 que se utiliza para conmutar la señal simulando un cable roto en el arnés.

Las siguientes imágenes muestran una vista posterior y frontal de la configuración que incluye módulos PXI y SLSC adicionales que no se utilizan en esta aplicación. El cable envolvente, la referencia externa y el cable Ethernet no se muestran cableados en estas imágenes.  La siguiente sección describe la ruta de la señal con más detalle mostrando la ruta desde la salida PWM hasta la entrada PWM.

Imagen 4. Vista trasera del SLSC

Imagen 5. Vista frontal del SLSC y un sistema PXI.

La señal PWM se genera en el FPGA, el código FPGA se muestra en la sección de software. El pin de salida en el FPGA está disponible en el conector VHDCI en el panel frontal del PXIe-7822R, esta señal es una señal de 3,3 voltios. El tren de pulsos se transmite a través de un cable VHDCI SHC68-C68-RDIO2 a la interfaz de transición trasera RTI-12301 en el chasis SLSC.

El kit de desarrollo de módulos SLSC especifica una forma estándar de distribuir las señales del RTI al módulo SLSC.

El tren de pulsos es entonces amplificado por el módulo SLSC-12201 que puede convertirlo a tensiones entre 5 V y 33 V en función de la Vsup externa. El módulo SLSC-12201 se programa a través del puerto ethernet utilizando la API SLSC y tiene una variedad de modos en los que puede operar. En este caso hemos programado la salida para que sea una salida de abastecimiento y la hemos especificado para que utilice una referencia externa conectada al pin Vsupp en el RTI-12301. Para este ejemplo estamos utilizando una fuente de alimentación externa de 24 V CC.

La señal utiliza modulación de ancho de pulso (PWM) con un rango entre 0 V y 24 V. Esta señal de salida está disponible en el conector HD44 en la parte frontal del módulo SLSC-12201. La señal se envuelve con un cable HD44 1:1 al RTI-12305 y se pone a disposición de un módulo de prototipo SLSC-12101. En este módulo hemos colocado un relé que se controla mediante uno de los pines controlados por software en el controlador SLSC 12101 (CPLD).

Cuando el relé está activado, la señal puede pasar a través del relé y está disponible en el conector HD 44 en la parte frontal del módulo SLSC-12101. La señal se transmite a través de un cable HD 44 1:1 a un bloque conector donde se envuelve a la entrada.
La ruta de retorno es similar, pero no hay relé en el módulo SLSC-12101, la señal simplemente se cablea y se pasa alrededor del SLSC-12201 que está configurado en modo de entrada y con un umbral de 12 V antes de ser reducido a un valor que puede ser leído por la FPGA.

Arquitectura SLSC

El SLSC es una arquitectura modular que complementa las plataformas de hardware NI, series PXI y C, ya que está diseñado para facilitar a los clientes y socios la creación de tarjetas de circuito personalizadas necesarias para los sistemas de prueba que pueden interactuar fácilmente tanto desde una perspectiva de hardware como de software.

La arquitectura SLSC consta de tres componentes, el chasis, el módulo y la interfaz de transición trasera (RTI). Para obtener más detalles sobre el chasis, consulte el manual de inicio. Como se muestra en los diagramas a continuación, los módulos miden 144,32 mm de alto (4U) por 281,9 mm de profundidad con tres conectores de interfaz en la parte trasera (XJ1, XJ2 y XJ3). El conector XJ1 se utiliza para las comunicaciones de módulos utilizando la API del controlador SLSC, el conector XJ2 es para la interfaz de señal y XJ3 se utiliza para conexiones de alta potencia.

La interfaz de transición trasera (RTI) permite la conectividad de los módulos SLSC al hardware de medición NI. Las aplicaciones pueden elegir entre una variedad de RTI de NI y de terceros o pueden diseñar las suyas propias. Diseñar sus propios RTI permite al diseñador de sistemas reducir la conectividad del cableado y el cableado punto a punto en los sistemas.

El siguiente diagrama muestra las conexiones del RTI con la referencia externa, el dispositivo de medición y el módulo SLSC-12201.

Kit de desarrollo del módulo SLSC

El kit de desarrollo de módulos SLSC (MDK) proporciona restricciones de diseño detalladas para que los diseñadores logren la interoperabilidad del sistema con otros módulos y productos del ecosistema. Para construir módulos, el usuario debe tener acceso a un kit MDK válido de NI. Para obtener más detalles sobre la adquisición del MDK, comuníquese con NI.

Chasis PXIe con LabVIEW 2015 y PXIe-7822R

El PXIe-7822R es un dispositivo de E/S reconfigurable (RIO) que cuenta con un FPGA programable por el usuario para procesamiento interno y operación flexible de E/S. Con LabVIEW FPGA, usted puede configurar de forma individual las líneas digitales como entradas, salidas, contadores/temporizadores, PWM, entradas de codificador o protocolos de comunicación especializados. Usted también puede programar la toma de decisiones interna que se ejecuta con velocidad y fiabilidad temporizadas por hardware. Para este proyecto estamos usando DIO0 como PWM out y DIO1 como PWM in.

SLSC-12201

El SLSC-12201 es un módulo de acondicionamiento de señales digitales diseñado para trabajar con dispositivos de entrada y salida digital (DIO) de NI. El siguiente es un diagrama de bloques y una imagen del módulo.

El módulo es configurable a través del bus SLSC para ser una salida o una entrada. Como salida es capaz de amplificar señales digitales basadas en una de dos referencias externas (Vsup_x), los circuitos de salida también se pueden programar para operar en 3 modos: push, pull o push and pull.

Como entrada, el módulo por defecto se despliega, sin embargo, es posible configurar un pull up programable. El umbral de la señal de entrada se puede programar para trabajar con una entrada TTL estándar de 5 V o con un rango extendido con umbral programable.

La referencia externa (Vsup_x) se puede programar en uno de los dos bancos de 8 canales cada uno.

Para esta configuración estamos usando Vsup_1 que está atado a 24V en el conector JR1 en el conector RTI 12301.

Para este proyecto estamos usando P0.0 como la salida PWM escalada y P0.1 como la entrada PWM escalada.

RTI-12301

El RTI-12301 se utiliza para mapear las señales del módulo PXIe-7822R utilizando un cable estándar SHC68-C68-RDIO2 al módulo SLSC-12201. Esto mapea el DIO0 PXIe-7822R en el PXIe-7822R a P0.0 en el módulo SLSC-12201 y mapea DIO1 a P0.1.

SLSC-12101

SLSC-12101 es un módulo de creación de prototipos destinado a ayudar a los desarrolladores de módulos SLSC a diseñar rápidamente prototipos. El módulo se divide en 4 áreas de celosía donde los usuarios pueden construir Circuits prototipo soldando componentes directamente en la celosía o montando una tarjeta de circuito secundaria en el área de celosía.

El módulo cumple con todos los requisitos para cumplir con el nivel 2 de compatibilidad definido por las especificaciones de diseño del módulo SLSC y se enruta de tal manera que también puede alcanzar el nivel 1 de compatibilidad si el desarrollador del módulo sigue los requisitos de señalización de una E/S trasera totalmente compatible. Estos requisitos se describen en el capítulo 11 de la documentación de diseño del módulo SLSC.

El módulo de creación de prototipos tiene 4 bancos de retícula que se pueden utilizar para la creación de prototipos como se muestra en la imagen siguiente:

Para este ejemplo, hemos construido el circuito que se muestra a continuación en el área de celosía del banco 1. El propósito de este circuito es abrir o cerrar el relé SPDT simulando un circuito abierto para nuestra señal PWM. El relé requiere 24 V a 15 mA para energizar el relé que es alimentado por el transistor 2N3904 NPN. El transistor se enciende utilizando el pin CPLD 23.  

El siguiente es el mapeo de pines utilizado en el SLSC-12101

XJ2: Pin a1 = Salida PWM escalada Signal+ » J1 Pin1

XJ2: Pin b1 = Salida PWM escalada Señal- » J1 Pin 16

XJ2: Pin d1 = Señal de entrada PWM escalada+ retorno » J2 Pin3

XJ2: Pin e1 = Señal de entrada PWM escalada - Retorno » J2 Pin18

RTI-12305

El RTI 12305 se utiliza para mapear las señales de un SLSC utilizando un conector de 44 pines desde el panel frontal del módulo SLSC. Esto se utiliza para conexiones envolventes como la inserción de fallas o la conmutación.

Fuente de alimentación externa, cables HD 44 y bloques de conectores HD 44

La alimentación externa se suministra con una fuente de alimentación de 24DVC de NI (PSU 15) y las señales se cablean con 1 a 1 cables HD 44 a un bloque de conectores Phoenix HD 44.

El software para este proyecto se divide en tres secciones: la primera sección muestra la programación requerida para el SLSC-12201, la segunda sección muestra el código LabVIEW requerido para crear las señales PWM y la tercera, cómo usar el SLSC-12101 para la inserción de fallas.

Programación del SLSC-12201

Descripción de las capacidades del módulo

Cada módulo SLSC está configurado por propiedades y comandos que se dividen entre las capacidades del módulo y las capacidades del canal físico. Estas capacidades se almacenan en la memoria no volátil (NVMEM) en el módulo, lo que elimina la necesidad de instalar una capa de software especial para usar el módulo. La API SLSC le permite controlar las características del módulo.

El uso del ejemplo de envío "Mostrar comando y árbol de propiedades.vi" permite al usuario obtener todas las propiedades y comandos para el módulo SLSC-12201.

Programación del SLSC-12201

El primer paso es configurar la dirección de la línea 0 del puerto 0 a una salida digital, esta es la ruta para la salida PWM:

El siguiente paso es configurar la dirección del puerto de línea a una entrada digital, esta es la ruta para la entrada digital:

El siguiente código asigna Vsup_0 al banco 0; Vsup_0 está conectado a la fuente externa de 24V. El VI también establece el umbral alto/bajo en 12V.

Tenga en cuenta que este código utiliza el comando NI.UpdateChannelConfiguration. Esto comprometerá todas las propiedades de configuración anteriores y permitirá toda la configuración de los canales digitales y bancos al mismo tiempo.

Programación del PXIe-7822R

Salida de PWM

El siguiente código FPGA LabVIEW muestra cómo generar una señal de salida PWM:

Medición de PWM

La entrada de PWM se mide usando este siguiente diagrama. Para más detalles sobre la construcción del Firmware PWM para los dispositivos de la serie NI R consulte este enlace: http://www.ni.com/example/5963/es/

Programación de la aplicación SLSC-12101 y Host

Interruptor de desconexión

Este código controla el relé y puede insertar fallas de circuito abierto cuando el usuario lo desee o cuando el conjunto de pruebas lo programe. Este código a continuación utiliza una estructura de eventos (para evitar generar tráfico innecesario al chasis SLSC):

Aplicación Host

El sistema final para esta sencilla aplicación se puede ver a continuación.  Esto muestra el panel frontal LabVIEW.

Este documento demuestra cómo usar la arquitectura SLSC para agregar componentes adicionales a la ruta de señal de un sistema de prueba usando la arquitectura NI SLSC.

La siguiente es una lista de piezas de hardware y software utilizadas:

1. Documentación de diseño del módulo SLSC (disponible en NI con la compra de PN 785205-01)
2. SLSC-12001 Guía de inicio y especificaciones
3. Guía de introducción a SLSC-12201
4. SLSC-12101 Guía del usuario
5. Ejemplo de modulación de ancho de pulso Personalidad DAQ