Supprimer les limites à la création avec les instruments conçus par logiciel

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Présentation

Les produits extrêmement complexes d’aujourd’hui nécessitent une quantité toujours croissante de tests. Les instruments de test traditionnels ne sont pas proportionnellement adaptés pour suivre le rythme. Les générations suivantes de technologies incluent davantage d’éléments et sont de plus en plus sophistiquées. De plus, le coût de l’utilisation de l’instrumentation traditionnelle pour tester ces matériels ne cesse d’augmenter.

L’un des moyens de réduire les coûts matériels et le temps de test a toujours été d’utiliser des instruments virtuels (logiciels) et des E/S modulaires. Mais une nouvelle approche, l’instrumentation conçue par logiciel, permet aux ingénieurs de réduire considérablement le temps de test, à moins de recourir à des conceptions de puces personnalisées et à des investissements importants.

Lisez la suite pour savoir comment la personnalisation de votre instrumentation de test via le FPGA programmable par l’utilisateur dans l’instrumentation conçue par logiciel peut améliorer vos systèmes de test.

 

Introduction aux instruments conçus par logiciel

Pendant des années, les ingénieurs de test ont utilisé des logiciels tels que LabVIEW, au lieu des logiciels fixes des instruments traditionnels sous forme de boîtiers, pour personnaliser des systèmes de mesure et réduire les coûts. Cette approche offre une certaine souplesse et tire parti des dernières technologies de PC et de processeur. Ce dernier reste un goulot d’étranglement dans de nombreuses applications de test exigeantes.

Les processeurs limitent par nature le parallélisme, et les piles logicielles typiques entraînent des latences qui réduisent les performances du système de test lorsque les mesures doivent être ajustées dynamiquement en fonction des valeurs ou de l’état du matériel sous test (DUT). Pour réduire considérablement les temps de test, vous devez combiner une logique numérique personnalisée avec une technologie de processeur multicœur pour donner à votre système de test un équilibre entre faible latence et haut débit.

Alors que le matériel d’instrumentation prêt à l’emploi a traditionnellement des capacités fixes, NI ouvre la voie à des périphériques de mesure plus ouverts et plus flexibles basés sur la technologie FPGA. En résumé, les FPGA sont des puces numériques à haute densité que vous pouvez personnaliser pour incorporer directement des algorithmes personnalisés de traitement et de contrôle de signaux dans du matériel de mesure. On obtient ainsi du matériel prêt à l’emploi qui fait d’une pierre deux coups en intégrant une technologie de mesure fixe et de haute qualité, la toute dernière intégration de bus numérique et une logique personnalisable par l’utilisateur hautement parallèle, qui offre une faible latence et est directement liée aux E/S pour un traitement en ligne et des boucles de contrôle étroites.

Parmi les exemples de ce type de matériel, citons le transcepteur de signaux vectoriels VST de NI, qui combine les fonctionnalités d’un générateur de signaux vectoriels (VSG) avec celles d’un analyseur de signaux vectoriels (VSA) et contient également un FPGA programmable par l’utilisateur pour le traitement et le contrôle de signaux en temps réel. Grâce à la flexibilité supplémentaire d’un FPGA, le transcepteur de signaux vectoriels est idéal pour le découpage en canaux, l’émulation de voies, le contrôle DUT, la caractérisation d’amplificateurs de puissance, les mesures instantanées, etc.

 

Étendez vos connaissances LabVIEW à la personnalisation matérielle avec LabVIEW

Les FPGA continuent de remporter des contrats de conception et de gagner des parts de marché par rapport aux produits standard spécifiques à une application (ASSP) et aux circuits intégrés spécifiques à une application (ASIC). En effet, ils suivent mieux la loi de Moore que les autres matériels et réduisent considérablement les coûts de développement, ce qui réduit la taille des systèmes de test et la consommation d’énergie. Des FPGA très performants font leur entrée sur le marché et définissent les capacités matérielles de nombreux matériels, mais leur IP est définie par le fournisseur. De plus, il se peut que vous n’ayez pas accès à la puissance du FPGA. Cela est principalement dû au fait que les connaissances particulières en langage de description du matériel (HDL) nécessaires à la programmation de ces matériels nécessitent une période d’apprentissage très intense et sont généralement réservées aux experts en conception numérique.

LabVIEW rend la toute dernière technologie FPGA accessible à un large éventail d’ingénieurs et de scientifiques. En utilisant la programmation graphique, vous pouvez implémenter une logique pour définir le comportement d’un instrument dans le matériel et le reprogrammer lorsque les exigences changent. La nature par flux de données graphique de LabVIEW convient à la mise en œuvre et à la visualisation du type d’opérations parallèles qui peuvent être mises en œuvre dans le matériel numérique.

Plusieurs architectures de référence LabVIEW FPGA sont disponibles comme points de départ pour 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. Par exemple, vous pouvez personnaliser le FPGA en fonction d’un modèle de mouvement de données d’instrument (avec des déclenchements de démarrage, d’arrêt et de référence personnalisables) ou d’un modèle de transfert en continu (idéal pour le traitement du signal en ligne ou les 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 votre système de mesure offrent des avantages allant du contrôle du DUT à faible latence à la réduction de la charge du processeur. Les sections suivantes décrivent divers scenarii en détails.

 

Améliorez l’intégration des systèmes de test grâce à la prise de décision embarquée 

Dans bon nombre de systèmes de test, l’appareil ou la puce à contrôler doit être contrôlé(e) via des signaux numériques. Les systèmes traditionnels de test automatique peuvent séquencer via des modes d’unités sous test et effectuer les mesures nécessaires à chaque étape. Dans certains cas, les systèmes d’équipement de test automatique incorporent l’intelligence pour progresser entre les paramètres de l’unité sous test en fonction des valeurs de mesure reçues.

Dans les deux scénarii, les instruments conçus par logiciel qui incorporent un FPGA programmable par l’utilisateur permettent de faire des économies en termes de temps et d’argent. La consolidation du traitement des mesures et du contrôle numérique dans un seul et unique instrument réduit le nombre d’E/S numériques supplémentaires nécessaire dans le système et évite la configuration du déclenchement entre les instruments. Dans les cas où l’unité sous test doit être contrôlée en réponse aux données mesurées reçues, l’instrumentation conçue par logiciel ferme la boucle dans le matériel et réduit le nombre de décisions à prendre dans le logiciel à une latence nettement plus élevée.

 

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 la logique FPGA disponible. Vous pouvez traiter des dizaines de mesures ou de voies de données avec un vrai parallélisme matériel, évitant ainsi de devoir choisir entre des mesures d’intérêt. Grâce aux instruments conçus par logiciel, vous bénéficiez de fonctionnalités telles que le masquage spectral en temps réel avec des performances nettement supérieures et à une fraction du coût par rapport aux instruments traditionnels en boîtier.

La faible latence associée aux mesures effectuées dans les instruments conçus par logiciel signifie que des dizaines ou des centaines de mesures peuvent être effectuées en direct ou moyennées ensemble dans le même laps de temps qu’un système de test traditionnel nécessite pour effectuer une simple et unique mesure. Il en résulte une amélioration de la qualité des résultats des tests et une fiabilité accrue de vos mesures.

 

Concentrez-vous uniquement sur les données pertinentes grâce à des déclenchements personnalisés

Les options d’instruments traditionnels pour le comportement de déclenchement à faible latence sont fixées en fonction du matériel utilisé. En revanche, l’instrumentation conçue par logiciel vous permet d’intégrer des fonctionnalités de déclenchement personnalisées dans votre matériel pour vous concentrer rapidement sur des situations qui vous intéressent. Le déclenchement flexible basé matériel signifie que vous pouvez appliquer des masques spectraux personnalisés ou d’autres conditions complexes comme critères pour capturer des données de mesures importantes ou activer un équipement d’instrumentation supplémentaire.

 

Réduisez les charges de traitement du processeur grâce au traitement du signal embarqué temps réel

Le traitement de grandes quantités de données peut mettre à l’épreuve même les processeurs commerciaux les plus performants, ce qui se traduit par des systèmes multiprocesseurs ou des temps de test prolongés. L’instrumentation conçue par logiciel vous permet de prétraiter les données dans le matériel, ce qui peut réduire considérablement la charge du processeur. Les calculs tels que les transformées de Fourier rapides (FFT), le filtrage, la conversion numérique par abaissement de fréquence et le découpage en canaux sont implémentés dans le matériel, réduisant ainsi la quantité de données acheminées et traitées par le processeur.

 

Faites davantage confiance aux performances de la conception finale grâce au prototypage rapide

Traditionnellement, les ingénieurs et les scientifiques n’utilisent l’instrumentation que pour les applications de test et de mesure, mais la connectivité entre les E/S et les logiciels dans les instruments modulaires vous permet de prototyper des systèmes électroniques à l’aide de l’instrumentation. Par exemple, les ingénieurs peuvent prototyper des systèmes radar avancés à l’aide de numériseurs et d’analyseurs de signaux RF ; la connectivité à un FPGA programmable par l’utilisateur permet un déploiement plus rapide des algorithmes avancés dans le prototype et une validation plus rapide de la preuve de concept.

 

Validez les interfaces série grâce à un test tenant compte du protocole

Les protocoles modernes de communication de données sont passés des interfaces parallèles aux interfaces série haute vitesse telles que PCI Express, HDMI, les normes vidéo DisplayPort, IEEE 1394b et USB 3.0. Pour les ingénieurs de conception et de test, la validation de ces interfaces pose de nouveaux défis et nécessite un nouveau matériel de test. Traditionnellement, les ingénieurs utilisent des oscilloscopes ou des testeurs de taux d’erreur binaire très coûteux pour caractériser les interfaces physiques, ainsi que des analyseurs et des générateurs spécifiques aux protocoles pour valider l’implémentation correcte de la pile de protocoles et l’efficacité de la transmission et de la réception des données. Les FPGA programmables par l’utilisateur offrent une solution intéressante à ces défis. Les FPGA modernes et hautes performances comprennent généralement plusieurs transcepteurs multigigabits qui prennent en charge une variété d’interfaces série haute vitesse. Associé à l’IP spécifique au protocole approprié, à la programmation graphique LabVIEW FPGA et aux avantages de l’écosystème PXI, un nouveau type d’instrument fait son apparition : un instrument série haute vitesse conçu par logiciel.

 

Exploitez votre investissement logiciel tout au long du cycle de conception

Bien que ce document se concentre essentiellement sur le test, les ingénieurs réutilisent de plus en plus les IP entre les étapes de conception et de test pour réduire considérablement le délai de mise sur le marché et les dépenses globales de test. Avec LabVIEW FPGA, les algorithmes de traitement de signaux numériques et les protocoles numériques peuvent être définis pendant la recherche et le développement du produit, puis réutilisés dans le cadre 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 les fournisseurs et les instruments prêts à l’emploi à capacité fixe resteront disponibles pendant des années, mais la complexité croissante des appareils et les contraintes liées aux délais de mise sur le marché entraîneront l’essor des systèmes d’instrumentation basés sur des logiciels. La complexité continue des appareils et les contraintes de temps signifient que les instruments conçus par logiciel joueront un rôle de plus en plus important dans l’instrumentation de test, et ce dès maintenant.

L’instrumentation conçue par logiciel offre le plus haut niveau 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 préservent votre investissement logiciel sur différents éléments d’E/S modulaires et garantissent la modification de vos E/S existantes en fonction de l’application.

 

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