Utilizzo dell'architettura SLSC per aggiungere ulteriori elementi al percorso del segnale di un sistema di test

Contenuti

Introduzione

Quando si rielabora più volte un sistema di test, il percorso del segnale dal DUT (Device Under Test) al dispositivo di misura richiede elementi aggiuntivi per la personalizzazione di condizionamento del segnale, caricamento e commutazione. Da questa considerazione è nata l'architettura SLSC di NI. In questo white paper vedremo come l'architettura SLSC di NI può essere utilizzata per aggiungere ulteriori elementi al percorso del segnale in un sistema di test tipo.

Come dimostrazione di un'applicazione, ecciteremo un'ECU (Electronic Control Unit) con un segnale PWM (Pulse Width Modulation) comunemente usato sulle ECU e ne misureremo la risposta. Poiché molte ECU richiedono livelli di tensione più elevati, applicheremo degli elementi aggiuntivi per eseguire la commutazione di livello, generando e misurando un segnale riferito a un alimentatore esterno, come una batteria per auto.

Aggiungeremo quindi un relay per inserire un guasto nel percorso del segnale simulando la rottura di un cavo nel cablaggio della ECU.

Il sistema utilizzerà una scheda FPGA della serie NI PXI R per generare e misurare il segnale PWM digitale in uno chassis PXI e quindi scalare le tensioni e aggiungere lo switch nello chassis SLSC.

Per semplificare la dimostrazione, non utilizzeremo una ECU reale. Il nostro DUT in questo caso sarà un blocco connettore che avvolgerà il cavo e utilizzerà uno degli ingressi digitali della serie R per misurare il segnale PWM generato dall'uscita digitale.

Seguire il percorso del segnale dall'uscita all'ingresso

Lo schema seguente mostra il percorso del segnale che seguiremo, a partire dal routing del sistema PXI attraverso l'architettura SLSC, fino al blocco connettore in cui il segnale passa nuovamente attraverso l'SLSC al sistema PXI.

Il modulo PXIe-7822R si collega a un RTI-12301 tramite un cavo SHC68-C68-RDIO2 standard. L'RTI-12301 elabora i segnali per il modulo SLSC-12201. L'SLSC-12201 viene utilizzato per ridimensionare i segnali rispetto a una sorgente di riferimento esterna. In questo caso stiamo utilizzando un'alimentazione a 24 V, ma nella realtà questa potrebbe rappresentare la tensione della batteria sull'ECU di un veicolo o sulla LRU di un aeromobile. Il segnale passa dalla parte anteriore dell'SLSC verso la parte posteriore tramite un cavo HD 44 e si inserisce in un RTI-12305. RTI-12305 elabora il segnale per l'SLSC-12101, che viene utilizzato per commutare il segnale simulando la rottura di un cavo nel cablaggio.

Le immagini seguenti mostrano una vista posteriore e frontale della configurazione, che include ulteriori moduli PXI e SLSC non utilizzati in questa applicazione. Il cavo di riavvolgimento, il riferimento esterno e il cavo Ethernet non sono cablati in queste immagini. La seguente sezione descrive il percorso del segnale in modo più dettagliato, mostrando il percorso dall'uscita PWM all'ingresso PWM.

Figura 4. Vista posteriore dell'SLSC

Figura 5. Vista frontale del sistema SLSC e PXI.

Applicazione teorica

Il segnale PWM è generato nell'FPGA; il codice FPGA è mostrato nella sezione software. Il pin di uscita sull'FPGA è disponibile sul connettore VHDCI sul pannello anteriore del PXIe-7822R; il segnale emesso è da 3,3 Volt. Il treno di impulsi viene trasmesso attraverso un cavo SHC68-C68-RDIO2 VHDCI alla Rear Transition Interface RTI-12301 sullo chassis SLSC.

Lo SLSC Module Development Kit specifica un metodo standard per distribuire i segnali dall'RTI al modulo SLSC.

Il treno di impulsi viene quindi amplificato dal modulo SLSC-12201, che può convertirlo in tensioni comprese tra 5 V e 33 V in base al Vsup esterno. Il modulo SLSC-12201 è programmato tramite la porta ethernet usando l'API SLSC ed è in grado di operare in un'ampia gamma di modalità. In questo caso, abbiamo programmato l'uscita come uscita di sourcing, specificando l'uso di un riferimento esterno collegato al pin Vsupp su RTI-12301. In questo esempio utilizzeremo un alimentatore esterno da 24 V CC.

Il segnale utilizza la Pulse Width Modulation (PWM) con intervallo compreso tra 0 V e 24 V. Questo segnale in uscita è disponibile sul connettore HD44 sulla parte anteriore del modulo SLSC-12201. Il segnale rimbalza attraverso un cavo HD44 1:1 su RTI-12305 e viene inviato a un modulo di prototipazione SLSC-12101. Su questo modulo abbiamo posizionato un relay che viene controllato utilizzando uno dei pin controllati dal software sul controller SLSC 12101 (CPLD).

Quando il relay è sotto tensione, il segnale è in grado di passare attraverso il relay ed è disponibile sul connettore HD 44 sulla parte anteriore del modulo SLSC-12101. Il segnale viene trasmesso attraverso un cavo HD44 1:1 a un blocco connettore, dove viene reinviato all'ingresso.
Il percorso di ritorno è simile, tranne per il fatto che non è presente alcun relay sul modulo SLSC-12101; il segnale viene semplicemente trasmesso all'SLSC-12201, che è configurato in modalità input e con una soglia di 12 V, prima di essere ridimensionato a un valore che può essere letto dall'FPGA.

Panoramica dell'architettura SLSC e del Module Development Kit

Architettura SLSC

L'SLSC è un'architettura modulare che integra le piattaforme hardware NI, PXI e C Series, in quanto è stata progettata per consentire a clienti e partner di creare schede di circuito personalizzate per i sistemi di test, in grado di interfacciarsi facilmente sia dal punto di vista hardware che software.

 

L'architettura SLSC include tre componenti: lo chassis, il modulo e l'interfaccia RTI (Rear Transition Interface). Per i dettagli dello chassis, fare riferimento al manuale introduttivo. Come mostrato negli schemi sottostanti, i moduli sono alti 144,32 mm (4U) per una profondità di 281,9 mm, con tre connettori di interfaccia sul retro (XJ1, XJ2 e XJ3). Il connettore XJ1 viene utilizzato per le comunicazioni del modulo utilizzando l'API del driver SLSC, mentre il connettore XJ2 è usato per l'interfaccia dei segnali e l'XJ3 per le connessioni ad alta tensione.

La Rear Transition Interface (RTI) permette di collegare i moduli SLSC all'hardware di misura NI. Le applicazioni possono usufruire di una varietà di RTI NI e di terze parti o personalizzate. La progettazione della propria RTI consente al progettista del sistema di ridurre la connettività dei cavi e il cablaggio punto a punto nei sistemi.

Lo schema seguente mostra i collegamenti dell'RTI al riferimento esterno, al dispositivo di misura e al modulo SLSC-12201.

SLSC Module Development Kit

SLSC Module Development Kit (MDK) offre vincoli di progettazione dettagliati per ottenere l'interoperabilità del sistema con altri moduli e prodotti ecosistemici. Per costruire dei moduli, l'utente deve ottenere da National Instruments un accesso valido a un kit MDK. Per maggiori dettagli su come procurarsi MDK, contattare NI.

Descrizione dei componenti del sistema hardware

Chassis PXIe con LabVIEW 2015 e PXIe-7822R

PXIe-7822R è un dispositivo RIO (reconfigurable I/O) che include un FPGA programmabile dall'utente per elaborazione su scheda e operazioni I/O flessibili. Con LabVIEW FPGA, è possibile configurare ogni linea digitale in modo individuale come ingresso, uscita, counter/timer, PWM, ingressi di encoder o protocolli per la comunicazione specializzata. È anche possibile programmare funzioni personalizzate eseguibili su scheda con elevata affidabilità e a velocità temporizzate hardware. Per questo progetto utilizzeremo DIO0 come PWM e DIO1 come PWM.

SLSC-12201

SLSC-12201 è un modulo di condizionamento del segnale digitale progettato per dispositivi DIO (Input e Output) NI Digital. Di seguito vengono riportati uno schema a blocchi e un'immagine del modulo.

Il modulo è configurabile tramite il bus SLSC per fungere da output o da input. Come output è in grado di amplificare segnali digitali basati su uno tra due riferimenti esterni (Vsup_x); il circuito di uscita può anche essere programmato per operare in 3 modalità: push, pull o push and pull.

Come input, il modulo si imposta automaticamente su pull-down, ma è possibile configurare un pull-up programmabile. La soglia del segnale in ingresso è programmabile per operare come un ingresso TTL 5 V standard o un intervallo esteso con soglia programmabile.

Il riferimento esterno (Vsup_x) può essere programmato su uno di due banchi da 8 canali ciascuno.

Per questa configurazione utilizzeremo Vsup_1, che è collegato a 24V al connettore JR1 del connettore RTI 12301.

Per questo progetto utilizzeremo P0.0 come uscita PWM ridimensionata e P0.1 come ingresso PWM ridimensionato.

RTI-12301

RTI-12301 viene utilizzato per mappare i segnali dal modulo PXIe-7822R utilizzando un cavo standard SHC68-C68-RDIO2 al modulo SLSC-12201. Questo mappa PXIe-7822R DIO0 su PXIe-7822R a P0.0 sul modulo SLSC-12201 e mappa da DIO1 a P0.1.

SLSC-12101

SLSC-12101 è un modulo di prototipazione progettato per aiutare gli sviluppatori di moduli SLSC a prototipare rapidamente i progetti. Il modulo è suddiviso in 4 aree reticolari in cui gli utenti possono costruire circuiti prototipo mediante componenti di saldatura direttamente sul reticolo o montando una scheda circuito secondaria sull'area del reticolo.

Il modulo rispetta tutti i requisiti di compatibilità di livello 2, come definito nelle specifiche di progettazione del modulo SLSC ed è instradato in modo tale da poter raggiungere anche la compatibilità di livello 1 se lo sviluppatore del modulo segue i requisiti di segnalazione di un I/O FCR. Tali requisiti sono descritti nel capitolo 11 della documentazione di progettazione del modulo SLSC.

Il modulo di prototipazione ha 4 banchi reticolari che possono essere utilizzati per la prototipazione, come mostrato nella figura seguente:

Per questo esempio, abbiamo costruito il circuito mostrato di seguito sull'area reticolare del banco 1. Lo scopo di questo circuito è quello di aprire o chiudere il relay SPDT simulando un circuito aperto per il nostro segnale PWM. Il relay richiede 24 V a 15 mA ed è alimentato dal transistor NPN 2N3904. Il transistor è acceso tramite il pin CPLD 23.

 

Di seguito viene riportata la configurazione dei pin sul modulo SLSC-12101

XJ2: Pin a1 = Segnale+ in uscita PWM ridimensionato » J1 Pin1

XJ2: Pin b1 = Segnale- in uscita PWM ridimensionato » J1 Pin 16

XJ2: Pin d1 = Ritorno segnale+ in ingresso PWM ridimensionato » J2 Pin3

XJ2: Pin e1 = Ritorno segnale- in ingresso PWM ridimensionato » J2 Pin18

RTI-12305

RTI 12305 viene utilizzato per mappare i segnali da un SLSC utilizzando un connettore 44pin dal pannello frontale del modulo SLSC. Questo è usato per reinoltrare connessioni come l'inserimento guasti o la commutazione.

Alimentatore esterno, cavi HD 44 e blocchi connettori HD 44

L'alimentazione esterna è fornita da un alimentatore 24DVC NI (PSU 15) e i segnali sono cablati utilizzando cavi 1 a 1 HD 44 a un blocco connettore Phoenix HD 44.

Software

Il software per questo progetto è suddiviso in tre sezioni: la prima sezione mostra la programmazione richiesta per l'SLSC-12201, la seconda sezione mostra il codice LabVIEW necessario per creare i segnali PWM, mentre il terzo illustra come utilizzare l'SLSC-12101 per l'inserimento guasti.

Programmare il modulo SLSC-12201

Descrizione delle funzionalità del modulo

Ogni modulo SLSC è configurato in base a proprietà e comandi, a loro volta suddivisi tra funzionalità del modulo e funzionalità Physical Channel. Queste funzionalità sono memorizzate nella memoria non volatile (NVMEM) del modulo, eliminando la necessità di installare uno speciale software layer per utilizzare il modulo. L'API SLSC consente di controllare le funzionalità del modulo.

L'utilizzo dell'esempio di spedizione "Show Command and Property Tree.vi" consente all'utente di ottenere tutte le proprietà e i comandi per il modulo SLSC-12201.

Programmare il modulo SLSC-12201

Il primo passo consiste nel configurare la direzione della linea 0 della porta 0 su un'uscita digitale. Questo è il percorso per l'uscita PWM:

Il passo successivo consiste invece nel configurare la direzione della porta di linea su un ingresso digitale. Questo è il percorso per l'ingresso digitale:

Il seguente codice assegna Vsup_0 al banco 0; Vsup_0 è collegato all'alimentazione 24 V esterna. Il VI imposta anche la soglia alto/basso su 12V.

Si noti che questo codice utilizza il comando NI.UpdateChannelConfiguration. Questo esegue il commitment di tutte le precedenti proprietà di configurazione e abilita l'intera configurazione dei canali digitali e dei banchi contemporaneamente.

Programmare il modulo PXIe-7822R

Uscita PWM

Il seguente codice FPGA LabVIEW mostra come generare un segnale di uscita PWM:

Misura PWM

L'ingresso PWM viene misurato utilizzando il seguente diagramma. Per i dettagli sulla creazione del firmware PWM per i dispositivi della serie NI R, consultare questo link: http://www.ni.com/example/5963/it/

Programmazione di SLSC-12201 e applicazione host

Scollegare lo switch

Questo codice controlla il relay e può inserire errori di circuito aperto ogni volta che l'utente desidera o quando programmato nella suite di test. Il codice seguente utilizza una struttura di eventi (per evitare di generare traffico non necessario verso lo chassis SLSC):

Applicazione host

Di seguito è riportato il sistema finale per questa semplice applicazione.  Questo mostra il pannello frontale di LabVIEW.

Conclusioni

In questo white paper viene illustrato come utilizzare l'architettura SLSC per inserire componenti aggiuntivi nel percorso del segnale di un sistema di test utilizzando l'architettura NI SLSC.

Appendice 1: Componenti del sistema hardware

Di seguito è riportato un elenco delle componenti hardware e software utilizzate:

Elemento

PN

Nome

Descrizione

Produttore

Qty

1

781622-01

PXIe-1078

Chassis PXIe a 9 slot

NI

1

2

783003-04

PXIe-8840

Controller PXIe con Windows 64 bit

NI

1

3

783486-01

PXIe-7822R

Modulo FPGA PXIe R series

NI

1

4

156166-01

SHC68-C68-RDIO2

Cavo digitale alta velocità schermato R Series, 1m

NI

1

5

784532-01

SLSC-12001

12- Slot SLSC (System Load and Signal Conditioning) Chassis

NI

1

6

785369-01

RTI-12301

RTI DIO 32 per SHC68-C68-RDIO2

NI

1

7

785356-01

SLSC-12201

Modulo SLSC-12201 33V DIO con thresholding

   

8

CS-DSDHD44MF0-005

Cavo HD44

Cavo 44-Pin (HD44) Deluxe HD D-Sub - Rame schermato - Maschio/Femmina

Amphenol

2

9

SET Numero componente

RTI-12305

Connettore RTI-12305 FOR HD44

SET

1

10

785204-01

SLSC-12101

Modulo di prototipazione

NI

1

11

781093-01

NI PS15

 Alimentatore 24V esterno

NI

1

12

N° componente: 2322427

Blocco connettore HD44

Phoenix Contact HD44 Connector block MFG

Phoenix Contact

1

Appendice 2: Risorse

1. Documentazione relativa al design del modulo SLSC (disponibile presso NI con l'acquisto di un modulo PN 785205-01)
2. SLSC-12201 Manuale dell'utente
3. SLSC-12101 Manuale dell'utente
4. SLSC-12001 Guida introduttiva e specifiche
5. Esempio di generazione PWM