Créez sans limite avec les instruments conçus par logiciel

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À l'heure actuelle, des produits de plus en plus complexes nécessitent toujours plus de test. Or les instruments de test traditionnels n'ont pas la souplesse nécessaire pour suivre cette augmentation. Comme chaque nouvelle génération de produit est plus élaborée et comporte davantage d'éléments que la précédente, les coûts liés à l’utilisation de l'instrumentation traditionnelle afin de les tester ne fait qu'augmenter.

L'utilisation d'instruments virtuels (logiciels) et d'E/S modulaires a toujours été un moyen de réduire au minimum les coûts matériels ainsi que le temps de test. Cependant, une nouvelle approche, l'instrumentation conçue par logiciel, offre aux ingénieurs de test RF la possibilité de réduire les temps de test au-delà de ce qui était autrefois possible à moins de recourir à des conceptions de circuits personnalisées, ce qui représente un investissement lourd.

Poursuivez cette lecture pour découvrir comment le fait de personnaliser vos instruments de test grâce à la programmation sur FPGA peut améliorer vos systèmes de test.

Introduction aux instruments conçus par logiciel

Pendant des années, les ingénieurs de test ont utilisé des logiciels comme LabVIEW - en lieu et place des logiciels définis dans les instruments de table traditionnels - pour personnaliser leur systèmes de mesure et réduire les coûts. Cette approche offre une grande souplesse et tire parti des toutes dernières technologies des PC et des microprocesseurs, mais ces derniers constituent toujours un goulot d'étranglement dans de nombreuses applications de test exigeantes.

Les microprocesseurs limitent le parallélisme de manière intrinsèque et engendrent des temps de latence qui réduisent les performances des systèmes de test dans les cas où les mesures ont besoin d'être ajustées dynamiquement en fonction des valeurs ou de l'état des produits sous test (DUT). Pour réduire considérablement les temps de test, vous devez combiner de la logique numérique personnalisée avec des microprocesseurs multicœurs pour offrir à votre système un juste équilibre entre faible latence et débit élevé.

Alors que le matériel d'instrumentation sur étagère est traditionnellement figé en termes de capacités, National Instruments est à l'avant-garde pour proposer des matériels de mesure plus ouverts et plus flexibles reposant sur la technologie FPGA. En bref, les FPGA sont des circuits numériques de haute densité que l'utilisateur peut personnaliser afin d'incorporer directement les algorithmes personnalisés de contrôle et de traitement de signaux dans du matériel de mesure. On obtient ainsi du matériel sur étagère qui fait d'une pierre deux coups en alliant une technologie de mesure figées de haute qualité, l'intégration des tous derniers bus numériques et une logique personnalisable par l'utilisateur hautement parallèle, qui permet d’effectuer réellement du traitement en parallèle avec une faible latence et est directement liée aux E/S pour un traitement en direct et des boucles de contrôle.

Le transcepteur de signaux vectoriels PXIe-5644R est un exemple de ce type de matériels, qui combine les fonctionnalités d'un générateur de signaux vectoriels avec celles d'un analyseur de signaux vectoriels (VSA), tout en intégrant un circuit FPGA programmable par l'utilisateur pour le contrôle et le traitement du signal temps réel. Bénéficiant de la souplesse du FPGA intégré, le transcepteur de signaux vectoriels convient parfaitement à la répartition de canaux, à l'émulation de canaux, au contrôle d'unités sous test, à la caractérisation d'amplificateur de puissance, aux mesures instantanées, etc.

Étendez vos connaissances en LabVIEW à la personnalisation matérielle

Les circuits FPGA continuent à être implanté avec succès dans de nouvelles conceptions et à gagner des parts de marché dans le domaine des produits standard à application spécifique (ASSP) et des circuits intégrés électroniques à application spécifique (ASIC) car ils collent mieux à la loi de Moore que les autres matériels et permettent de diminuer considérablement les coûts de développement. Cela se traduit aussi par une diminution de la taille des systèmes de test et de la consommation électrique. Des FPGA très performants font leur entrée sur le marché et définissent les capacités matérielles de nombreux appareils et périphériques, mais les IP qu'ils contiennent sont définies par les fournisseurs et les performances des FPGA peuvent ne pas être accessibles à l'utilisateur. Cela est principalement dû au fait que la maîtrise du langage de description de matériels (HDL) nécessaire à l'utilisation de ces matériels, qui nécessite généralement une période d'apprentissage très intense, est réservées aux experts en conception numérique.

Le Module LabVIEW FPGA met la toute dernière technologie FPGA à la portée de tout un ensemble d'ingénieurs et de scientifiques. Grâce à la programmation graphique, vous pouvez appliquer la logique qui définit le comportement d'un instrument dans le matériel et reprogrammer l'instrument lorsque les exigences évoluent. En fait, la programmation par flux de données graphique de LabVIEW convient très bien à la mise en œuvre et à la visualisation du type d'opérations parallèles qui peuvent être implémentées dans les matériels numérique.


Visionnez cette vidéo afin de découvrir comment l'architecture LabVIEW RIO fournit une approche intégrée à la conception de système :

 

Plusieurs architectures de référence LabVIEW FPGA sont disponibles comme point de départ de vos applications de test et peuvent être utilisées avec des matériels tels que l'oscilloscope PXIe-5170R, le VSA RF PXIe-5668R et l'instrument numérique haute vitesse PXIe-6591. Vous pouvez, par exemple, personnaliser le FPGA par rapport à un modèle de mouvement des données d'instrumentation (avec déclenchements de démarrage, d'arrêt et de référence personnalisables), ou par rapport à un modèle de streaming (idéal pour le traitement du signal embarqué, applications d'enregistrement et de relecture).

Comparez l'instrumentation conçue par logiciel avec les instruments traditionnels

Les FPGA programmables par l'utilisateur dans le matériel de vos système de mesure offrent des avantages qui vont du contrôle d'une unité sous test à faible latence jusqu'à la réduction de la charge du processeur. Les sections suivantes décrivent divers scenarii plus en détails.

Améliorez l'intégration des systèmes de test avec la prise de décision embarquée 

Dans bon nombre de systèmes de test, l'appareil ou le circuit à contrôler doit l'être via des signaux numériques. Les systèmes traditionnels de test automatique ont appliquent des séquences d’entrées aux unités sous test en fonction des différents modes que l’on souhaite tester et en prenant les mesures nécessaires à chaque étape. Dans certains cas, les systèmes de test automatique intègrent l'intelligence permettant de progresser entre les paramètres de l'unité sous test en fonction des valeurs de mesure reçues.

Dans les deux scenarii, les instruments conçus par logiciel qui intègrent un FPGA programmable par l'utilisateur permettent de gagner du temps et de l'argent. Le fait de consolider à la fois le traitement des mesures et le contrôle numérique dans un seul et unique instrument réduit le nombre des E/S numériques supplémentaires nécessaire dans le système et évite de devoir configurer le déclenchement entre les instruments. Dans les cas où l'unité sous test (DUT) doit être contrôlée en réaction aux données mesurées reçues, l'instrumentation conçue par logiciel peut intégrer la prise de décision dans le matériel et réduire très sensiblement le temps de latence.

Réduisez le temps de test et augmentez la confiance avec des mesures intégrées dans le matériel

Les systèmes de test basés logiciels actuels sont capables d'effectuer un nombre limité de mesures en parallèle, mais l'instrumentation conçue par logiciel est limitée uniquement par le nombre de portes logiques disponibles sur le FPGA. Des dizaines de mesures ou de voies de données peuvent être traitées avec un vrai parallélisme matériel, évitant ainsi de faire un choix entre les mesures qui vous intéressent. Avec les instruments conçus par logiciel, des fonctionnalités comme l’analyse spectrale en temps réel peuvent peuvent être réalisées à une vitesse nettement supérieure et pour un coût moindre comparés aux instruments traditionnels.

La faible latence associée aux mesures performantes dans les instruments signifie que des dizaines ou des centaines de mesures peuvent être effectuées en direct et moyennées dans le même laps de temps qu'il faut à un système de test traditionnel pour prendre une seule mesure. Cela se traduit par une amélioration de la qualité des résultats de tests et par une meilleure confiance dans vos mesures.

Focalisez-vous exclusivement sur des données intéressantes avec des déclenchements définis de façon personnalisée

Les solutions d'instrumentation traditionnelles pour le comportement des déclenchements faible latence sont déterminées en fonction du matériel utilisé, mais avec l'instrumentation conçue par logicielle, vous pouvez intégrer des fonctionnalités de déclenchement personnalisées dans votre matériel pour vous concentrer sur les situations qui vous intéressent. Le déclenchement flexible basé matériel signifie que vous pouvez faire de l’analyse spectrale ou du traitement complexes comme la détection de données basés sur plusieurs critères sur un grand nombre de données issues des instruments de mesure ou le pilotage d’un équipement d'instrumentation supplémentaire.

Réduisez les charges de traitement des microprocesseur avec le traitement du signal embarqué temps réel

Traiter de grands volumes de données peut mettre à l'épreuve les microprocesseurs du marché les plus performants, ce qui peut se traduire par des systèmes avec plusieurs processeurs ou par un allongement des temps de test. Avec l'instrumentation conçue par logiciel vous pouvez prétraiter les données dans le matériel, réduisant potentiellement la charge du microprocesseur de manière significative. Les calculs comme les FFT (Transformées de Fourier rapides), le filtrage, la conversion numérique par abaissement de fréquence et la répartition des canaux peuvent s'effectuer dans le matériel, réduisant d'autant le volume de données à acheminer et à traiter par le processeur.

Renforcez votre confiance dans les performances de la conception finale grâce au prototypage rapide

Les ingénieurs et scientifiques utilisent traditionnellement l'instrumentation uniquement pour les applications de test et de mesure, mais la connectivité entre les E/S et le logiciel au sein des instruments modulaires vous permet de prototyper des systèmes électroniques avec l'instrumentation. Par exemple, les ingénieurs peuvent prototyper des systèmes de radar avancés avec des numériseurs et des analyseurs de signaux RF ; La connectivité avec un circuit FPGA programmable permet de déployer plus rapidement des algorithmes avancés dans le prototype et de valider plus vite les preuves de concept.

Validez les interfaces série avec le test "protocol-aware"

Les protocoles de communication de données modernes sont passés des interfaces parallèles aux interfaces série haute vitesse telles que le PCI Express, le HDMI, les standards vidéo DisplayPort, l'IEEE 1394b et USB 3.0. Pour les ingénieurs de conception et de test, la validation de ces interfaces présente des défis inédits et nécessite de nouveaux matériels de test. Traditionnellement, les ingénieurs ont recours à des oscilloscopes ou à des testeurs de taux d'erreurs sur les bits fort onéreux afin de caractériser les interfaces physiques, et à des analyseurs et générateurs dédiés à un protocole spécifique afin de valider l'implémentation correcte des piles de protocoles ainsi que la transmission et la réception efficaces des données. Les FPGA programmables par l'utilisateur offrent une solution intéressante pour relever ces défis. Les FPGA modernes hautes performances intègrent généralement plusieurs émetteurs-récepteurs multigigabits qui supportent toute une variété d'interfaces série haute vitesse. Associé à l'IP appropriée, à la programmation graphique LabVIEW FPGA, et aux avantages de l'écosystème PXI, un nouveau type d'instrument voit le jour : un instrument conçu par logiciel série et haute vitesse.

Profitez de votre investissement logiciel tout au long du cycle de conception

Même si ce document se focalise essentiellement sur le test, les ingénieurs réutilisent de plus en plus les IP entre les étapes de conception et de test afin de réduire considérablement le temps de mise sur le marché et les dépenses globales du test. Avec LabVIEW FPGA, les algorithmes de traitement de signaux numériques peuvent être définis au cours de la phase de recherche et de développement du produit, puis réutilisés comme partie intégrante de la vérification d'un appareil ou d'un composant, évitant ainsi de devoir générer du code de test à partir de rien.

Pérennisez via l'instrumentation conçue par logiciel

Les instruments définis par le fournisseur ainsi que les instruments "sur étagère" à capacités figées vont rester disponibles pour les années à venir, mais l'augmentation de la complexité des matériels et la pression liée à la mise sur le marché vont conduire à l'essor des systèmes d'instrumentation basé logiciel. Cette augmentation continue de la complexité ainsi que les contraintes de temps signifient que les instruments conçus par logiciel vont jouer un rôle de plus en plus important dans l'instrumentation de test, à compter de maintenant.

L'instrumentation conçue par logiciel offre le niveau le plus élevé possible de souplesse, de performances et de pérennisation avec du matériel sur étagère. Au fur et à mesure que les besoins de votre système évoluent, les instruments conçus par logiciel vont préserver votre investissement en logiciels entre différents éléments d'E/S modulaires tout en garantissant que vos E/S existantes pourront être modifiées en fonction de l'application concernée. 

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