E/S numérique pour le test, le contrôle et la conception

La plupart des systèmes d’équipements de test automatique (ATE) numériques génèrent et/ou acquièrent des motifs de 1 et 0 pour communiquer avec un matériel sous test (DUT). Cependant, avec les innovations récentes dans les composants numériques, ces systèmes nécessitent un testeur numérique plus sophistiqué avec des capacités allant au-delà d’un simple analyseur logique à deux états tout ou rien. L’accélération des vitesses des puces et la tendance de l’industrie vers les protocoles numériques série et parallèle nécessitent des fréquences d’échantillonnage toujours plus élevées. De plus, les contraintes liées à la fabrication et à la mise sur le marché exigent un traitement au niveau matériel pour effectuer des tests plus rapidement. Parallèlement, de nouvelles familles logiques avec des niveaux de tension variables et une signalisation unique ou différentielle continuent de rendre ces tests plus complexes. Les périphériques d'E/S numériques haute vitesse (HSDIO) de National Instruments offrent une gamme de fonctionnalités d'E/S numériques et de réponse aux stimulus conçues pour répondre aux exigences de ces applications de test numérique haut de gamme.

• Des débits d ' horloge et de données élevés allant jusqu ' à 200 MHz et 400 Mb/s, respectivement, fournissent un contrôle précis à cadencement matériel indispensable pour tester les Circuits intégrés, les FPGA et les dispositifs de communication numérique les plus récents.
• Le contrôle bidirectionnel par cycle et par voie et la comparaison matérielle en temps réel des données de réponse acquises facilitent le développement d’applications telles que les tests de taux d’erreur binaire (BERT), l’analyse des défaillances pour la vérification et la validation (V&V) et les tests de fabrication réussite/échec.
• Les niveaux de tension programmables entre -2,0 et 5,5 V créent un système numérique flexible capable de s’interfacer avec plusieurs familles logiques ou de caractériser les limites supérieure et inférieure d’un DUT spécifique.

^{Figure 1 : Niveaux de tension programmables}

• Six états logiques du voie, dont logique bas (0), logique haut (1), tri-état (Z), comparer logique haut (H), comparer logique bas (L) et ignorer (X), définissent des waveforms de test numériques et contrôlent les actions du testeur numérique.
• La synchronisation multipériphérique offre une synchronisation inférieure à la nanoseconde pour les systèmes à grand nombre de voies sans câblage externe.
• Les modes de handshake flexibles fournissent un échange de signaux synchrone et asynchrone pour demander et accuser réception des transferts de données entre le système de test et le DUT.

Le logiciel est également un élément essentiel de tout ATE numérique. NI Digital Waveform Editor est un outil logiciel graphique que vous pouvez utiliser pour visualiser des signaux numériques et créer, éditer et modifier facilement des waveforms numériques pour des applications d'interfaçage et de test personnalisées. Vous pouvez concevoir des waveforms numériques à partir de zéro ou importer des waveforms existantes à partir d'outils de conception en utilisant les formats de fichier Value Change Dump (.VCD) ou ASCII. De plus, lorsque vous acquérez des données, Digital Waveform Editor peut mettre en évidence les erreurs de bits, ce qui facilite la visualisation des incohérences et la mesure des exigences de cadencement ou la mise à jour des waveforms pour éliminer les défauts de conception. Associé à l'environnement de développement graphique NI LabVIEW et au logiciel de gestion de test NI TestStand, Digital Waveform Editor complète le composant logiciel de tout système de test numérique.

Le tableau 1 résume l'offre d'E/S numériques haute vitesse de National Instruments.

^{Tableau 1 : Offre d'E/S numériques haute vitesse} National Instruments

Les applications industrielles impliquent souvent des exigences qui dépassent les capacités d'un appareil de mesure typique. Par exemple, de nombreux capteurs et actionneurs industriels nécessitent des niveaux logiques de 24 V et peuvent fonctionner à différents potentiels de tension pouvant provoquer des boucles de masse. La sécurité du système de mesure ou de contrôle et la sécurité de l'utilisateur ou de l'opérateur sont tout aussi importantes. Avec des niveaux de tension allant jusqu'à 150 V, une commande de courant élevée et une isolation, les périphériques d'E/S numériques industrielles NI peuvent se connecter directement à un large éventail de pompes industrielles, de vannes, de moteurs et d'autres capteurs/actionneurs tout en offrant un haut degré de sécurité et de fiabilité.

^{Figure 2 : Mesures industrielles avec niveaux logiques 24 V et isolation}

Ces appareils à faible coût sont idéaux pour le contrôle industriel et les systèmes de test de fabrication tels que l’automatisation en usine, le contrôle des machines embarquées et la vérification des lignes de production. De plus, les périphériques d’E/S numériques industrielles NI offrent un ensemble de fonctionnalités industrielles haute fiabilité conçu pour automatiser même les applications les plus exigeantes :

• L’isolation réduit le bruit, offre une gamme de tension étendue et protège le matériel pour une connexion directe aux capteurs et actionneurs industriels.
• Les états de démarrage programmables offrent un état initialisé connu pour un fonctionnement sécurisé quand connecté à des pompes, des moteurs et d'autres machines ou actionneurs industriels.
• Les chiens de garde d'E/S numériques offrent un mécanisme contre les échecs qui contrôle les crashes d'ordinateur ou d'application, et permet au système de retourner à son état initial de fonctionnement.
• La détection de changement déclenche automatiquement une opération de lecture numérique après un événement de changement d'état sur une ligne numérique avec un minimum d'utilisation du processeur.
• Les filtres d'entrées programmables retirent le bruit, les glitches et les pics sur les entrées et offrent aussi un anti-rebond pour les relais et les commutateurs numériques.
• Les certifications industrielles CE, FCC, C-Tick, UL et VDE garantissent la conformité EMI dans la plupart des régions du monde et certifient que le système fonctionne en toute sécurité dans des environnements dangereux.

Industrial DIO fait partie de la suite industrielle de produits DAQ qui inclut des périphériques multifonctions industriels des séries M et S de NI. Ces périphériques complètent la plate-forme PAC (Programmable Automation Controller) de NI, fournissant des E/S industrielles qui s’intègrent parfaitement aux applications de logique, de commande d’axes, de processus et de vision. Les PAC NI combinent la robustesse du contrôleur logique programmable (PLC) avec les fonctionnalités du PC dans une architecture logicielle ouverte et flexible. En utilisant LabVIEW, les PAC avec DAQ industriel et E/S numérique peuvent s'interfacer avec les applications PLC existantes pour ajouter des fonctionnalités plus avancées dans les machines industrielles et améliorer l'efficacité.

^{Figure 3 : Système} d’emballage de boisson Innoventor

En savoir plus sur le jeu de fonctionnalités industrielles. Le tableau 2 résume l'offre d'E/S numériques industrielles de NI.

^{Tableau 2 : Offre d'E/S numériques industrielles National Instruments}

La conception est un processus intrinsèquement itératif. Quelle que soit la portée de l’application, chaque cycle de conception passe de la définition à la simulation, au prototypage et aux tests, et, le plus souvent, ces étapes sont répétées tout au long des révisions progressives. Avoir les moyens d’alterner rapidement entre les étapes est primordial pour optimiser le processus de conception. La conception graphique de systèmes avec LabVIEW répond à ce besoin avec une plate-forme unique couvrant l'ensemble du cycle de conception. De plus, le matériel reconfigurable associé au LabVIEW FPGA Module offre une flexibilité matérielle et logicielle inégalée pour la conception, le prototypage et le déploiement.

Le matériel reconfigurable comprend un traitement FPGA intégré défini par l'utilisateur pour un contrôle complet du cadencement et du déclenchement du système. Vous pouvez configurer la puce FPGA sans aucune expérience VHDL préalable en créant des diagrammes LabVIEW avec LabVIEW FPGA Module, vous donnant un contrôle direct et immédiat sur toutes les E/S. Ce processus fournit un cadencement et une synchronisation hautes performances configurables par l’utilisateur, ainsi qu’une prise de décision embarquée, à des fréquences allant jusqu’à 40 MHz et supérieures.

Par exemple, si vous développez des applications avec des protocoles de communication numérique non supportés ou personnalisés, vous pouvez utiliser LabVIEW FPGA Module pour implémenter ou prototyper rapidement différentes interfaces de communication sur du matériel RIO multifonction de la Série R basé sur FPGA.

^{Figure 4 : Protocoles numériques personnalisés avec RIO multifonction de la Série R et LabVIEW FPGA}

En utilisant LabVIEW FPGA, vous pouvez programmer la « personnalité » de chaque périphérique. Une personnalité est essentiellement un fichier bitfile compilé contenant des informations de configuration téléchargées sur le FPGA embarqué. Plutôt que d'utiliser un périphérique avec une personnalité fixe ou un circuit intégré spécifique à l'application (ASIC), vous avez la possibilité de personnaliser votre carte. Changer de personnalité au fur et à mesure des différentes itérations d'un cycle de conception ou d'un prototype est aussi simple que de modifier un diagramme LabVIEW et de le recompiler. Une fois qu'une personnalité est complète, LabVIEW FPGA n'est plus nécessaire car il est possible d'accéder au périphérique via LabVIEW pour Windows ou LabVIEW Real-Time. Pour en savoir plus sur les personnalités RIO personnalisées, consultez les liens associés ci-dessous.

Le matériel d'E/S reconfigurables NI offre jusqu'à 160 lignes numériques que vous pouvez configurer individuellement pour l'entrée, la sortie, le compteur/timer, la modulation de largeur d'impulsion, etc. Le tableau 3 résume ces options.

^{Tableau 3 : RIO multifonction de la Série R de National Instruments}

Les périphériques d'E/S numériques haute vitesse NI offrent une autre option pour de nombreux tests courants intégrés dans le processus de conception de périphériques numériques. Pour les applications nécessitant des tests stimulus-réponse haute vitesse ou des niveaux de tension non standard, par exemple, les périphériques NI HSDIO complètent les périphériques RIO multifonctions dans le cycle de conception. Les périphériques HSDIO peuvent également s’interfacer avec des périphériques plus rapides, transférant des données à des vitesses allant jusqu’à 400 Mb/s. Pour obtenir des informations complémentaires, reportez-vous aux liens rattachés ci-dessous.