Avantages des Oscilloscopes NI

Les oscilloscopes traditionnels sur table sont optimisés pour répondre aux besoins des ingénieurs de conception qui utilisent principalement l’instrument de manière interactive et donnent la priorité à des fonctionnalités telles que le délai de première mesure, la visualisation de waveform et la connectivité à un large éventail de sondes. Bien que les oscilloscopes à boîtier plus récents améliorent cette expérience en ajoutant des fonctionnalités telles qu’une bande passante plus élevée et un logiciel clé en main pour analyser les protocoles de bus, ils ne répondent souvent pas aux besoins des ingénieurs qui construisent des systèmes de test automatique ou des systèmes de mesure haute vitesse à grand nombre de voies. Ces ingénieurs doivent acquérir et analyser un grand ensemble de données de manière automatisée, et donnent généralement la priorité à des éléments tels que l’intégration à d’autres instruments, la taille, l’expérience de programmation et le débit de données ou le temps d’exécution. En raison de ces besoins uniques, beaucoup de ces utilisateurs se dirigent vers une plate-forme modulaire qui fournit les performances de mesure des oscilloscopes à boîtier traditionnels dans un facteur de forme optimisé pour leur application.

NI fournit la plus large gamme d’oscilloscopes modulaires de la plate-forme PXI, afin que vous puissiez optimiser votre système en termes de coût, de densité, de résolution de mesure ou de fréquence d’échantillonnage. La figure 1 ci-dessous montre la fréquence d'échantillonnage et la résolution de divers oscilloscopes NI. Les points d'E/S bleus représentent les oscilloscopes définis par logiciel qui sont programmés à l'aide du driver d'instrument NI-SCOPE, tandis que les points d'E/S jaunes représentent les numériseurs FPGA qui utilisent l'architecture NI reconfigurable I/O (RIO). 

^{Figure 1: Les oscilloscopes NI ont une combinaison de résolution et d'échantillonnage haute vitesse.}

Le tableau 1 détaille certaines des spécifications de l'oscilloscope appelées dans les points d'E/S bleus ci-dessus. Ces oscilloscopes fournissent les capacités de mesure que les utilisateurs attendent d’un instrument traditionnel, telles que les gammes d’entrée sélectionnables, le couplage et l’impédance d’entrée, les filtres et l’étalonnage traçable. Ils prennent également en charge les faces-avant logicielles et sont programmés avec des drivers d'instruments qui incluent des fonctions prédéfinies pour effectuer des mesures d’oscilloscope standard telles que le temps de montée, la fréquence et la largeur d’impulsion ou définissent la fonctionnalité via un logiciel.

^{Tableau 1 : Choisissez parmi un large éventail d'oscilloscopes.}

Les numériseurs FPGA détaillés dans les points d’E/S jaunes de la figure 1 associent un échantillonnage haute vitesse à un FPGA accessible à l’utilisateur qui les rend idéaux pour le traitement du signal embarqué, l’analyse en temps réel ou l’implémentation de déclenchements personnalisés.

^{Figure 2 : Définissez les E/S nécessaires à votre application en changeant le module d'adaptation.}

NI propose une large gamme d’oscilloscopes PXI et de numériseurs FPGA conçus pour les systèmes de test automatique à grand nombre de voies ou à signaux mixtes. Même si les spécifications varient de la haute résolution à la haute vitesse, les oscilloscopes NI partagent plusieurs attributs clés qui les optimisent pour ces applications, notamment :

• Intégration et synchronisation étroites avec d’autres instruments
• La capacité de stocker et de diffuser de grandes quantités de données
• Haute densité de voies
• Déclenchement personnalisé et traitement du signal embarqué
• Une expérience logicielle complète pour prendre rapidement des mesures, programmer et mettre au point

Les systèmes de test de signaux mixtes sont composés de nombreux types d’instruments tels que des sources de signaux, des périphériques de mesure et des commutateurs. Les oscilloscopes NI PXI offrent une intégration et une synchronisation étroites avec d’autres instruments en combinant les avantages de la plate-forme PXI avec la technologie brevetée NI. Avec un système PXI et une instrumentation modulaire NI, vous pouvez non seulement construire un système de test complet dans un seul châssis PXI compact, mais également garantir la qualité et la répétabilité des mesures car les modules du châssis peuvent être synchronisés avec une précision de picoseconde.

^{Figure 3 : Une grande variété d’instruments modulaires sont disponibles dans la plate-forme PXI.}

Grâce à la synchronisation, vous pouvez associer la base de temps et le déclenchement de plusieurs instruments du même type à des fins d’extension de voie, ou corréler étroitement les entrées et sorties de différents instruments. Les méthodes de base de synchronisation impliquent le partage de déclenchements et d'horloges d'échantillonnage, tandis qu'une synchronisation plus avancée implique l'alignement de plusieurs horloges d'échantillonnage de vitesses variables et l'ajustement des délais de phase entre les horloges et les déclenchements. L’architecture PXI répond à certains de ces défis en répartissant uniformément les déclenchements et les horloges d’échantillonnage via le fond de panier du châssis PXI, comme le montre la figure 4.

^{Figure 4 : Le fond de panier PXI Express simplifie le cadencement et la synchronisation.}

De plus, les oscilloscopes NI partagent une technologie SMC (Synchronization and Memory Core) commune avec d’autres instruments tels que les générateurs de signaux et les E/S numériques haute vitesse. Cette technologie brevetée utilise un signal du domaine d’horloge séparé pour permettre la commande et la réception de déclenchements entre différents instruments, et produit une synchronisation en 10 picosecondes. Ce déclenchement, appelé Trigger Clock (TClk), produit de meilleures performances que le verrouillage de l'horloge d'échantillonnage sur l'horloge de référence 10 MHz uniquement.

Les entreprises supportent diverses dépenses liées aux tests efficaces et précis des produits. En plus des dépenses initiales d’équipement de test, des facteurs tels que le temps de test influencent considérablement votre coût de test. Bien que chaque application soit unique et ait des besoins spécifiques, les systèmes de test automatique ont toujours un certain point commun. La bande passante et la latence sont deux des considérations les plus importantes pour un système de test automatique, car la combinaison des deux dicte la vitesse globale de votre système de mesure.

^{Figure 5 : Bande passante du bus et latence des bus d'instrumentation populaires.}

La latence décrit le temps nécessaire à un instrument pour répondre à une commande à distance, comme une requête de mesure. La bande passante fait principalement référence à la capacité de débit de données du bus de données qui connecte l'instrument de mesure au PC hôte ou au contrôleur. Un bus à large bande passante réduit les temps de test, que l'application transfère un grand enregistrement de données une fois ou de petits enregistrements de données plusieurs fois de suite. La plate-forme PXI, sur laquelle les oscilloscopes haute vitesse NI sont construits, fournit une haute vitesse pour un large éventail d’applications avec une bande passante élevée et une faible latence via les bus PCI et PCI Express. Le PXI Express, une version du PXI qui utilise le bus PCI Express haute vitesse, atteint des débits système de plusieurs Go/s, en fonction du châssis et du contrôleur. Les débits de données PXI et PXI Express sont nettement plus rapides que ceux des bus GPIB, USB ou LAN, autres bus populaires pour l’automatisation de l’instrumentation de test (tableau 2).

^{Tableau 2 : Comparez les débits de données pour PXI et Ethernet.}

Les oscilloscopes NI PXI sont plus compacts que les instruments sur table traditionnels, ce qui signifie que vous pouvez construire des systèmes de test automatique à signaux mixtes à une fraction de la taille des testeurs rack-and-stack. Un système de test à faible encombrement permet de gagner de l’espace précieux dans les ateliers de production et les laboratoires de caractérisation, d’accroître la portabilité en réduisant le poids et la taille, et se traduit souvent par une réduction des coûts des installations et de l’infrastructure de test à mesure que les exigences de distribution d’électricité et de refroidissement sont réduites. 

^{Figure 6 : Combinez les oscilloscopes NI avec d’autres instruments pour créer des systèmes de test automatique compacts.}

La densité des voies de l’oscilloscope est particulièrement importante lors de l’acquisition simultanée de données provenant de plus de quatre voies, car la plupart des oscilloscopes à boîtier traditionnels ne dépassent pas quatre voies. Étant donné que les oscilloscopes à boîtier sont optimisés pour les applications sur table à faible nombre de voies, ils disposent de nombreux boutons rotatifs physiques et de grands écrans pour acquérir et afficher des données. L'espace physique occupé par les faces-avant de ces instruments les rend peu pratiques à empiler pour les systèmes à grand nombre de voies.

Les oscilloscopes PXI suppriment de nombreuses redondances, telles que les écrans individuels, les boutons rotatifs physiques, les alimentations et les ventilateurs, associés aux instruments traditionnels. Le châssis et le contrôleur PXI gèrent le traitement, le transfert de données, le refroidissement et l’alimentation des instruments, tandis que l’utilisateur contrôle l’instrument via un logiciel et affiche les données sur un seul moniteur. En utilisant la plate-forme PXI et les oscilloscopes NI, vous pouvez construire des systèmes à grand nombre de voies avec jusqu’à 136 voies dans un seul 4U, 19 pouces. Châssis PXI.

^{Figure 7 : Combinez jusqu'à 68 ou 136 voies d'oscilloscope dans un seul châssis PXI (19 pouces, rack 4U) pour les systèmes d'acquisition haute vitesse.}

La plupart des instruments de test intègrent aujourd'hui des FPGA avec Firmware fixe pour implémenter les capacités de l'instrument. Les oscilloscopes conçus par logiciel de NI disposent d’un FPGA ouvert qui donne aux utilisateurs la possibilité d’effectuer des algorithmes complexes sur l’instrument, réduisant considérablement la quantité de données à diffuser vers l’hôte. Cet exemple montre comment concevoir une application capable d'effectuer des calculs courants, à savoir SFDR, SNR et SINAD, sur le FPGA de l'instrument.

^{Figure 8 : Ce diagramme FPGA ouvert illustre l'architecture pour calculer SFDR, SNR et SINAD sur le FPGA.}

La rubrique haut débit de données de la section précédente fait référence à la fois à une augmentation de la bande passante et à une diminution de la latence. Ces avantages sont considérablement accrus avec l’utilisation de l’architecture FPGA ouverte telle que définie par les oscilloscopes conçus par logiciel. Une caractéristique unique des modules NI FlexRIO FPGA pour PXI Express est qu ' ils peuvent diffuser des données entre modules à des vitesses de 3 Go/s sans acheminer les données via le chipset hôte. Jusqu'à 16 flux de ce type sont supportés, ce qui simplifie les schémas de communication multi-FPGA complexes sans taxer les ressources du processeur hôte. Pour en savoir plus sur cette technologie, reportez-vous au white paper intitulé An Introduction to Peer-to-Peer Data Streaming.

^{Figure 9 : Dans un instrument de test, un FPGA ouvert peut ajouter des fonctionnalités telles que le déclenchement et le post-traitement.}

L’une des fonctionnalités les plus souvent négligées d’un oscilloscope est le logiciel utilisé pour contrôler et programmer le périphérique pour le test et la mesure automatisés. Malheureusement, cela peut être un oubli crucial, car le logiciel joue un rôle important dans le temps de développement de l’application. Les oscilloscopes NI fournissent une variété d’outils logiciels pour accélérer la productivité en vous donnant la possibilité d’acquérir rapidement des données, de mettre au point des applications, d’automatiser votre acquisition de données et de vous synchroniser avec d’autres instruments.

Initiation à la face-avant logicielle NI-SCOPE

Ce programme interactif ressemble à l'affichage dédié d'un oscilloscope traditionnel pour fournir une interface facile à utiliser. En plus de donner accès aux fonctionnalités de base de tous les oscilloscopes NI, il fournit des mesures en temps réel ainsi que la possibilité d’enregistrer des données dans un fichier pour post-traitement et analyse. Cette interface facilite la prise de mesures avec un oscilloscope NI en quelques secondes.

^{Figure 10 : Effectuez rapidement une mesure en utilisant la face-avant logicielle NI-SCOPE.}

Programmation avec le driver NI-SCOPE et exemples de programmes

Pour tirer parti de toute la puissance d’un périphérique de mesure sur PC, il est essentiel de définir et de contrôler son comportement par programmation. Tous les oscilloscopes NI peuvent être contrôlés par programmation via le driver d'instruments NI-SCOPE, qui fournit à la fois des fonctions de haut niveau pour démarrer rapidement, ainsi qu'un contrôle de bas niveau pour accéder à toutes les fonctionnalités d'un oscilloscope. De plus, ce driver inclut plus de 50 exemples de programmes pré-écrits qui illustrent comment accéder à toutes les fonctionnalités de n'importe quel oscilloscope NI. Le driver d'instruments NI-SCOPE est accessible via une variété de langages de programmation tels que G dans LabVIEW, C++ et Visual Basic. Il existe des exemples de programmation pour chacun.

^{Figure 11 : Programmez avec le driver NI-SCOPE pour créer un programme personnalisé.}

La synchronisation de plusieurs périphériques est une exigence clé de nombreuses applications, ce qui peut souvent augmenter le temps de développement logiciel. Les oscilloscopes NI qui sont construits sur l'architecture SMC, cependant, peuvent utiliser NI-TClk pour obtenir une synchronisation précise avec un effort de développement minimal. NI-TClk fournit une interface de haut niveau pour programmer la synchronisation de plusieurs oscilloscopes NI, générateurs de signaux arbitraires et périphériques d'E/S numériques haute vitesse. De plus, une variété d’exemples pré-écrits peuvent effectuer ce type de synchronisation, ce qui rend la mise en service encore plus facile. Vous trouverez ci-dessous les trois fonctions nécessaires pour effectuer une synchronisation homogène sur plusieurs oscilloscopes PXI tels que programmés dans l'environnement LabVIEW.

^{Figure 12 : Synchronisez les oscilloscopes NI en utilisant trois fonctions dans LabVIEW ou LabWindowsTM/CVI.}

Les oscilloscopes NI fournissent les mêmes performances de mesure que les oscilloscopes à boîtier traditionnels dans un facteur de forme mieux adapté aux applications de test automatisés et à grand nombre de voies. Avec une gamme d’oscilloscopes PXI et de numériseurs FPGA, vous pouvez optimiser votre système pour la densité, la résolution, la bande passante et la fréquence d’échantillonnage. De plus, les instruments conçus par logiciel offrent un niveau de flexibilité inégalé en vous donnant la possibilité de personnaliser l'instrument à l'aide du LabVIEW FPGA Module . Qu’il s’agisse de fournir des outils logiciels prêts à l’emploi pour prendre rapidement des mesures et mettre au point des applications, de construire des programmes de test entièrement automatisés ou d’implémenter des algorithmes personnalisés sur le matériel, les oscilloscopes NI fournissent la meilleure combinaison matérielle et logicielle pour vous rendre plus productif dans la construction de systèmes de test automatique et à grand nombre de voies.

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^{La marque LabWindows est utilisée sous licence de Microsoft Corporation. Windows est une marque déposée de Microsoft Corporation aux États-Unis et dans d’autres pays.}