SLSCアーキテクチャを使用してテストシステムの信号パスに追加の要素を追加する

テストシステムを構築する場合、検査対象デバイス (DUT) から測定デバイスまでの信号パスには、カスタム信号調節、ロード、および切り替えのための追加要素が必要です。NIでは、このことを念頭に置き、NI スイッチ負荷および信号調節（SLSC）アーキテクチャを開発しました。このドキュメントでは、NI SLSCを使用して一般的なテストシステムで信号パスに要素を追加する方法を説明します。

アプリケーションデモンストレーションとして、電子制御ユニット（ECU）で一般的に使用されるパルス幅変調（PWM）信号で電子制御ユニット（ECU）を励起し、その応答を測定します。多くのECUはより高い電圧レベルを必要とするため、自動車バッテリーなどの外部電源を基準とする信号を生成および測定するために、レベルシフトを実行するための要素を追加します。

また、ECUハーネスの不良ワイヤをシミュレートする信号パスに障害を挿入するリレーを追加します。

システムはNI PXI RシリーズFPGAボードを使用して、PXIシャーシでデジタルPWM信号を生成および測定し、電圧をスケーリングしてSLSCシャーシにスイッチを追加します。

このドキュメントでは、簡素化のため実際のECUは使用しません。この場合のDUTは、ケーブルを巻き付ける端子台であり、Rシリーズのデジタル入力の1つを使用してデジタル出力で生成されたPWM信号を測定します。

以下の図は、PXIシステムがSLSCを介して経路設定し、信号が折り返してSLSCを介してPXIシステムに戻るまでの信号パスを示します。

PXIe-7822Rモジュールは、標準のSHC68-C68-RDIO2ケーブルを使用してRTI-12301に接続します。RTI-12301は、SLSC-12201モジュールの信号を分割します。SLSC-12201は、外部基準ソースに対して信号をスケールするために使用されます。この例では24V電源を使用していますが、実際には車載ECUまたは航空機用LRUのバッテリ電圧を表しています。信号は、HD 44ケーブルを使用してSLSCの前面から背面に折り返し、RTI-12305に接続します。RTI-12305はSLSC-12101の信号をブレークアウトします。この信号は、ハーネスの不良ワイヤをシミュレーションする信号を切り替えるために使用されます。

以下の図は、このアプリケーションでは使用されていない追加のPXIおよびSLSCモジュールを含むセットアップの背面および前面を示しています。これらの図では、折り返しワイヤ、外部基準、イーサネットケーブルは配線されていません。 以下のセクションでは、PWM出力からPWM入力へのパスを示す信号パスについて詳しく説明します。

画像4：SLSCの背面図

画像5：SLSCおよびPXIシステムの前面図。

PWM信号はFPGAで生成され、FPGAコードはソフトウェアのセクションに示されています。FPGAの出力ピンは、PXIe-7822RのフロントパネルにあるVHDCIコネクタで使用できます。この信号は3.3 V信号です。パルス列は、SHC68-C68-RDIO2 VHDCIケーブルを介してSLSCシャーシのRTI-12301後部遷移インタフェースに送信されます。

SLSCモジュール開発キットは、RTIからSLSCモジュールに信号を分配する標準的な方法を指定します。

その後、パルス列はSLSC-12201モジュールによって増幅され、外部Vsupに基づいて5 V～33 Vの電圧に変換されます。SLSC-12201モジュールは、SLSC APIを使用してイーサネットポートを介してプログラムされ、さまざまなモードで動作します。この例では、出力をソース出力にプログラムし、RTI-12301のVsuppピンに接続された外部基準を使用するように指定しています。この例では、外部24 V DC電源を使用しています。

信号は、0～24 Vの範囲のパルス幅変調（PWM）を使用します。この出力信号は、SLSC-12201モジュールの前面にあるHD44コネクタで使用できます。信号は、RTI-12305への1:1 HD44ケーブルを使用してラップされ、SLSC-12101試作モジュールで使用できます。このモジュールでは、SLSC 12101コントローラ（CPLD）のソフトウェア制御ピンの1つを使用してリレーを制御しています。

リレーに電源が投入されると、信号はリレーを通過でき、SLSC-12101モジュールの前面にあるHD 44コネクタで使用できます。信号は1:1 HD 44ケーブルを介して端子台に送信され、そこで入力に巻かれます。
リターンパスは似ていますが、SLSC-12101モジュールにはリレーがなく、信号は単に配線され、FPGAで読み取り可能な値にスケールバックされる前に、入力モードで12 Vのしきい値に構成されたSLSC-12201に渡されます。

SLSCアーキテクチャ

SLSCは、NIハードウェアプラットフォーム、PXI、およびCシリーズを補完するモジュール式アーキテクチャで、ハードウェアとソフトウェアの両方の観点から簡単にインタフェースできるテストシステムに必要なカスタム回路カードを簡単に作成できるように設計されています。

SLSCアーキテクチャは、シャーシ、モジュール、および後部遷移インタフェース（RTI）の3つのコンポーネントから構成されています。シャーシの詳細については、スタートアップマニュアルを参照してください。以下の図に示すように、モジュールの高さは144.32mm（4U）、奥行きは281.9mmで、背面には3つのインタフェースコネクタ（XJ1、XJ2、XJ3）があります。XJ1コネクタはSLSCドライバAPIを使用したモジュール通信に、XJ2コネクタは信号インタフェースに、XJ3は高出力接続に使用されます。

後部遷移インタフェース (RTI) を使用すると、SLSCモジュールからNI測定ハードウェアに接続できます。アプリケーションは、さまざまなNIおよび他社製のRTIから選択するか、独自のRTIを設計することができます。独自のRTIを設計することで、システム設計者はシステムのケーブル接続を減らし、ポイントツーポイント配線を行うことができます。

以下の図は、RTIの外部基準、測定デバイス、およびSLSC-12201モジュールへの接続を示します。

SLSCモジュール開発キット

SLSCモジュール開発キット (MDK) は、設計者が他のモジュールやエコシステム製品との相互運用性を実現するための詳細な設計制約を提供します。モジュールをビルドするには、ユーザはNIが提供する有効なMDKキットにアクセスする必要があります。MDKの調達の詳細については、NIにお問い合わせください。

LabVIEW 2015およびPXIe-7822R搭載PXIeシャーシ

PXIe-7822Rには、ユーザがプログラミング可能なFPGAが搭載されており、オンボード処理、および柔軟性に優れたI/O制御が実現できます。LabVIEW FPGAを使用すれば、入力、出力、カウンタ/タイマ、PWM、エンコーダ入力もしくは特定の通信プロトコルとしてデジタルラインを個々に構成することができます。ハードウェアでタイミング制御可能な速度と高い信頼性で実行するカスタムオンボードを設計することもできます。このプロジェクトでは、DIO0をPWM出力、DIO1をPWM入力として使用します。

SLSC-12201

SLSC-12201は、NI デジタル入力/出力（DIO）デバイスで動作するように設計されたデジタル信号調節モジュールです。以下は、ブロック図とモジュールの図です。

モジュールは、SLSCバスを介して出力または入力に構成できます。出力として、2つの外部基準（Vsup_x）の1つに基づいてデジタル信号を増幅でき、出力回路はプッシュ、プル、またはプッシュアンドプルの3つのモードで動作するようにプログラムすることもできます。

入力として使用する場合、モジュールのデフォルトはプルダウンですが、プログラム可能なプルアップを構成することも可能です。入力信号しきい値は、標準5 V TTL入力またはプログラム可能なしきい値を持つ拡張レンジとして動作するようにプログラム可能です。

外部基準（Vsup_x）は、それぞれ8チャンネルの2つのバンクのいずれかにプログラムできます。

この構成では、RTI 12301コネクタのJR1コネクタの24Vに接続されたVsup_1を使用します。

このプロジェクトでは、スケールされたPWM出力としてP0.0、スケールされたPWM入力としてP0.1を使用しています。

RTI-12301

RTI-12301は、標準のSHC68-C68-RDIO2ケーブルを使用してPXIe-7822Rモジュールからの信号をSLSC-12201モジュールにマッピングするために使用します。これは、PXIe-7822RのPXIe-7822R DIO0をSLSC-12201モジュールのP0.0に、DIO1をP0.1にマッピングします。

SLSC-12101

SLSC-12101は、SLSCモジュール開発者が設計のプロトタイプを素早く作成するためのプロトタイプモジュールです。モジュールは4つのラティス領域に分割されており、ユーザはコンポーネントをラティスに直接はんだ付けするか、セカンダリ回路カードをラティス領域に取り付けて、Prototype Circuitsを作成できます。

モジュールは、SLSCモジュール設計仕様で定義されたレベル2互換性を満たすためのすべての要件を満たしており、モジュール開発者が完全互換後部I/Oの信号要件に従う場合、レベル1互換性にも到達するように経路設定されます。これらの要件は、『SLSCモジュール設計ドキュメント』の第11章に記載されています。

プロトタイプモジュールには、以下の図に示すように、プロトタイプ作成に使用できる4つのラティスバンクがあります。

このサンプルでは、バンク1の格子領域に以下の回路を構築しました。この回路の目的は、PWM信号の開回路をシミュレートするSPDTリレーを開閉することです。2N3904 NPNトランジスタから供給されるリレーに電力を供給するには、15 mAで24 Vが必要です。トランジスタはCPLDピン23を使用してオンになります。  

以下はSLSC-12101で使用されるピンマッピングです。

XJ2:ピンa1 = スケールされたPWM出力信号+ » J1ピン1

XJ2:ピンb1 = スケールされたPWM出力信号- » J1ピン16

XJ2:ピンd1 = スケールされたPWM入力信号+リターン » J2ピン3

XJ2:ピンe1 = スケールされたPWM入力信号- リターン » J2ピン18

RTI-12305

RTI 12305は、SLSCモジュールのフロントパネルにある44ピンコネクタを使用してSLSCからの信号をマッピングするために使用されます。これは、障害挿入や切り替えなどのラップアラウンド接続に使用されます。

外部電源、HD 44ケーブル、HD 44端子台

外部電源はNI（PSU 15）の24DVC電源を使用して供給され、信号は1～1本のHD 44ケーブルを使用してPhoenix HD 44端子台にケーブル接続されています。

このプロジェクトのソフトウェアは3つのセクションに分かれています。最初のセクションではSLSC-12201に必要なプログラミング、2番目のセクションではPWM信号の作成に必要なLabVIEWコード、そして3番目のセクションではSLSC-12101を障害挿入に使用する方法を説明します。

SLSC-12201をプログラミングする

モジュール機能の説明

各SLSCモジュールは、モジュール機能と物理チャンネル機能の間で分割されたプロパティとコマンドによって構成されます。これらの機能は、モジュール上の不揮発性メモリ（NVMEM）に保存されるため、モジュールを使用するための特別なソフトウェア層をインストールする必要がありません。SLSC APIを使用すると、モジュールの機能を制御できます。

「Show Command and Property Tree.vi」の出荷サンプルを使用すると、SLSC-12201モジュールのすべてのプロパティとコマンドを取得できます。

SLSC-12201をプログラミングする

まず、ポート0のライン0の方向をデジタル出力に構成します。これはPWM出力のパスです。

次の手順では、デジタル入力へのラインポートの方向を構成します。これはデジタル入力のパスです。

以下のコードは、Vsup_0をバンク0に割り当てます。Vsup_0は外部24V電源に接続されています。また、このVIはHIGH/LOWしきい値を12Vに設定します。

このコードがコマンドNI.UpdateChannelConfigurationを使用していることに注目してください。これにより、以前のすべての設定プロパティがコミットされ、デジタルチャンネルとバンクのすべての構成が同時に有効になります。

PXIe-7822Rをプログラミングする

PWM出力

次の LabVIEW FPGA コードは、PWM 出力信号を生成する方法を示します。

PWM測定

PWM入力は以下の図を使用して測定されます。NI RシリーズデバイスのPWM Firmware作成の詳細については、http://www.ni.com/example/5963/ja/を参照してください。

SLSC-12101とホストアプリケーションをプログラミングする

スイッチを接続解除

このコードはリレーを制御し、ユーザが要求する、またはテストスイートのプログラムを実行するたびに開回路障害を挿入できます。以下のコードは、イベントストラクチャを使用しています（SLSCシャーシへの不要なトラフィックの生成を避けるため）。

ホストアプリケーション

この簡単なアプリケーションの最終システムは以下のようになっています。 これはLabVIEWフロントパネルを示しています。

このドキュメントでは、NI SLSCアーキテクチャを使用してテストシステムの信号パスにコンポーネントを追加する方法を説明します。

以下は、使用されているハードウェアおよびソフトウェア部品のリストです。

1. SLSCモジュール設計ドキュメント（PN 785205-01の購入時にNIから入手可能）
2. SLSC-12001スタートアップガイドと仕様
3. SLSC-12201スタートアップガイド
4. SLSC-12101ユーザガイド
5. パルス幅変調サンプルDAQパーソナリティ