테스트, 컨트롤, 설계를 위한 디지털 I/O

개요

맞춤 회로 특성화를 위한 고급 패턴 생성, 공장 자동화를 위한 컨트롤 라인 토글, 디지털 디자인 프로토타입 등 여러 어플리케이션은 어느 정도의 디지털 입/출력 기능이 필요합니다. 이같은 어플리케이션 개발에 있어 가장 중요한 단계는 사용자의 요구에 맞는 최상의 솔루션을 제공하는 디바이스가 무엇인지 결정하는 것입니다. 내쇼날인스트루먼트는 고객의 테스트, 컨트롤, 설계 어플리케이션에 적합한 속도, 전압, 타이밍 옵션을 갖춘 광범위한 디지털 I/O (DIO) 제품을 제공합니다.

내용

테스트와 측정을 위한 디지털 I/O

대부분의 디지털 ATE 시스템은 DUT와 통신하기 위해 1과 0의 패턴을 생성하고 수집합니다. 그러나 최근 디지털 컴포넌트의 혁신으로 말미암아, 이와 같은 시스템은 on/off 상태만 있는 간단한 로직 분석기 보다 뛰어난 기능을 가진 고급 디지털 테스터가 필요합니다. 더욱 신속한 칩 속도와 시리얼 vs 병렬 디지털 프로토콜에 대한 업계 트렌드는 더욱 높은 샘플링 속도를 필요로 하고 있습니다. 또한, 제조 및 시장 출시 시간 단축에 대한 압력 때문에 테스트를 더욱 신속하게 완료하기 위해 하드웨어 레벨 프로세싱이 요구됩니다. 반면, 다양한 전압 레벨이 있는 새로운 로직군과 단일/차동 신호로 인해 본 테스트는 더욱 복합성을 띄게 됩니다. 내쇼날인스트루먼트 고속 디지털 I/O (HSDIO) 디바이스는 일정 범위의 디지털 ATE 및 자극-응답 기능을 제공하므로 하이엔드 디지털 테스트 어플리케이션 요구사항을 충족합니다.

  • 높은 클럭과 데이터 속도(각각 최고 200 MHz, 400 Mb/s)는 최신 통합 회로, FPGA, 디지털 통신 디바이스를 테스트하는 데에 필수적인 정밀한 하드웨어 타임 컨트롤을 구현합니다.
  • 주기별, 채널별 양방향 컨트롤 및 수집된 응답 데이터를 하드웨어로 실시간 비교할 수 있어 비트 에러 속도 테스트 (BERT), verification and validation (V&V)의 실패 분석, 통과/탈락 제조 테스트 등의 어플리케이션 개발이 수월합니다.
  • -2.0 V ~ 5.5 V의 프로그래밍 가능한 전압 레벨로 여러 로직군과 인터페이스하며 특정 DUT의 상/하위 한계를 특성화하는 유연성있는 디지털 시스템을 구축할 수 있습니다.

그림 1. NI 655x 디바이스의 프로그래밍 가능한 전압 레벨

  • 로직 로우 (0), 로직 하이 (1), 3-상태 (Z), 로직 하이 비교 (H), 로직 로우 비교 (L), 무시 (X)로 구분되는 6개 로직 채널 상태는 디지털 테스트 웨이브폼을 정의하고 디지털 테스터의 동작을 컨트롤합니다.
  • 여러 디바이스 동기화는 외부의 연결 없이 많은 채널수의 시스템에 서브나노초 동기화를 제공합니다.
  • 유연성있는 핸드쉐이킹 모드는 테스트 시스템과 DUT간의 데이터 전송을 요청하고 인식하기 위해 신호의 동기 및 비동기 교환을 제공합니다.

소프트웨어 역시 디지털 ATE의 중요한 부분입니다. Digital Waveform Editor는 디지털 신호를 시각화하는 툴이며, 맞춤형 인터페이스 및 테스트 어플리케이션을 위해 디지털 파형을 편리하게 생성, 편집, 변경할 수 있습니다. 디지털 웨이브폼을 처음부터 제작하거나, Value Change Dump (.VCD) 또는 ASCII 파일 포맷을 사용하여 디자인 툴에서 기존 웨이브폼을 반입할 수도 있습니다. 또한, 데이터를 수집할 때 Digital Waveform Editor는 비트 에러를 조명하여, 불일치를 시각화하고 타이밍 조건을 측정하거나 디자인 결점을 없애기 위해 웨이브폼을 업데이트하는 것이 편리합니다. LabVIEW와 NI TestStand를 병행한 Digital Waveform Editor는 모든 디지털 테스트 시스템의 소프트웨어 컴포넌트를 완성합니다.

아래의 표에서 내쇼날인스트루먼트의 고속 디지털 I/O 제품을 살펴보실 수 있습니다. 

 

제품군

버스

최대 데이터 속도

전압 레벨

채널 수

최대 온보드 메모리

NI 656x

PCI, PXI

400 Mb/s

LVDS

16

128 Mb/ch

NI 655x

PCI, PXI

100 Mb/s

프로그래밍 가능 -2.0 to 5.5 V

20

64 Mb/ch

NI 654x

PCI, PXI

100 Mb/s

5.0, 3.3, 2.5, 1.8 V

32

64 Mb/ch

NI 653x

PCI, PCI Express, PXI, PXI Express, PCMCIA

50 Mb/s

2.5, 3.3 V (5 V 호환)

32

32 Mb/ch

표 1. 내쇼날인스트루먼트의 고속 디지털 I/O 제품군

NI 고속 디지털 I/O에 더 자세히 살펴보시려면, vni.com/hsdio를 방문하십시오.

산업용 컨트롤 및 자동화를 위한 디지털 I/O

산업용 어플리케이션에는 일반적인 측정 디바이스의 기능을 능가하는 요구 조건이 포함됩니다. 예를 들어, 여러 산업용 센서 및 액추에이터는 24 V 로직 레벨이 요구되며, 접지 루프를 야기할 수 있는 다른 전압 전위에서 작동될 수 있습니다. 측정/컨트롤 시스템의 안전과 사용자/운영자의 안전은 모두 매우 중요합니다. 최고 150 V 전압, 높은 전류 구동, 절연이 있는 NI 산업용 디지털 I/O 디바이스는 광범위한 산업용 펌프, 밸브, 모터, 기타 센서/액추에이터에 직접 연결하는 동시에 높은 레벨의 안전과 안정성을 제공합니다.

그림 2. 24 V 로직 레벨과 절연이 있는 산업용 측정

저가형 디바이스는 공장 자동화, 임베디드 머신 컨트롤, 제품 라인 검증과 같은 산업용 컨트롤 및 제조 테스트 시스템에 이상적입니다. 또한 NI 산업용 디지털 I/O 디바이스는 가장 까다로운 요구사항을 지닌 어플리케이션 (하단 목록 참조)을 위해 제작된 높은 안정성의 산업용 기능들을 제공합니다.

  • 절연은 노이즈를 제거하고, 확장된 전압 범위를 제공하며, 산업 센서와 액추에이터에 직접 연결을 위해 하드웨어를 보호합니다.
  • 프로그래밍 가능한 전원 상태는 펌프, 모터, 기타 산업용 액추에이터 또는 머신에 연결되었을 때 안전 작동을 위한 시작 상태를 제공합니다.
  • 디지털 I/O 워치독은 컴퓨터 또는 어플리케이션 충돌을 모니터링하는 fail-safe 매커니즘을 제공하며, 안전한 복구를 보장하기 위해 시스템을 특정 상태에 위치시킵니다.
  • 변화 감지는 디지털 라인상에서 최소한의 프로세서 사용으로 디지털 상태 변경 이후 작업 읽기를 수행하기 위해 소프트웨어 어플리케이션을 자동 트리거링합니다.
  • 프로그래밍 가능한 입력 필터는 입력 채널상의 기계 소리, 노이즈, 글리치 및 스파이크를 제거하며 디지털 스위치와 릴레이를 위한 디바운싱도 제공합니다.
  • CE, FCC, C-Tick, UL, VDE의 산업 인증은 세계 대부분의 지역에서 EMI 준수를 보장하며, 시스템이 위험 환경에서 안전하게 작동하는 것을 보증합니다.

산업용 DIO는 산업용 M 및 S 시리즈 다기능 보드를 포함하는 산업용 DAQ 제품의 일부분입니다. 본 디바이스는 NI 프로그래밍 가능한 자동화 컨트롤러 (PAC) 플랫폼을 보완하므로 로직, 모션, 프로세스 컨트롤, 비전 어플리케이션과 긴밀하게 통합하는 산업용 I/O를 제공합니다. NI PAC는 PLC의 견고함과 PC의 기능성을 개방형의 유연한 소프트웨어에서 결합합니다. LabVIEW를 사용하면 산업용 DAQ와 디지털 I/O가 있는 PAC는 기존의 PLC 컨트롤 어플리케이션과 인터페이스하여 더욱 고급 기능을 산업용 머신에 추가하며 효율성을 개선합니다.

 

그림 3. Innoventor사의 음료 포장 시스템

Innoventor사가 산업용 디지털 I/O, 모션, 비전을 통합하여

음료 포장 시스템을 자동화한 방식을 살펴보십시오. 이곳을 클릭

 

산업용 기능들에 대해 더 자세히 살펴보십시오. 다음표는 내쇼날인스트루먼트가 제공하는 산업용 디지털 I/O를 요약하였습니다.

 

제품군

버스

최대 채널수

전압

절연

NI 650x 
저가형

PCI, PXI, ISA, PCMCIA, USB

96 DIO

5 V TTL/CMOS

NI 651x 
24 V 로직

PCI, PXI

64 DI, 64 DO

30 V

뱅크

NI 652x 
고전압 릴레이

PCI, PXI, USB

24 DI, 24 DO

60 to 150 V

채널간

NI 660x 
카운터/타이머

PCI, PXI, ISA

8 CTR

5 V TTL, 48 VDC

채널간

표 2. 내쇼날인스트루먼트의 산업용 디지털 I/O 제품군

디자인과 프로토타입을 위한 디지털 I/O

디자인은 내재적으로 반복적인 과정을 수반합니다. 어플리케이션의 범위를 막론하고 모든 디자인의 주기는 정의, 시뮬레이션, 프로토타입, 테스트로 진행되며, 이러한 단계는 수정을 통해서 반복됩니다. 각 단계간 신속한 교대는 디자인 프로세스 최적화에 매우 중요합니다. NI LabVIEW로 그래픽 기반 시스템 디자인을 진행하면 단일 플랫폼에서 전체 디자인 주기에 걸쳐 본 요구를 충족시킬 수 있습니다. 또한 LabVIEW FPGA Module과 통합된 디지털 R 시리즈 지능형 DAQ는 디자인, 프로토타입, 배포를 위한 최상의 하드웨어와 소프트웨어 유연성을 제공합니다.

지능형 DAQ는 시스템 타이밍과 트리거링을 완벽하게 컨트롤하기 위한 사용자 정의된, 온보드 FPGA 프로세싱을 제공합니다. 기존의 VHDL 경험없이도 LabVIEW FPGA Module로 LabVIEW 블록 다이어그램을 생성하여 FPGA 칩을 구성할 수 있으므로, 모든 I/O에 대한 직접적이며 즉각적인 컨트롤이 가능합니다. 본 과정을 통해 고성능, 사용자 구성가능한 타이밍 및 동기화, 뿐만 아니라 최고 40 MHz의 온보드 의사 결정이 구현됩니다.

예를 들어, 비지원 또는 맞춤 디지털 통신 프로토콜을 사용하여 어플리케이션을 개발하는 엔지니어들은 FPGA 기반 R 시리즈 지능형 DAQ 하드웨어에 다른 통신 인터페이스를 신속하게 실행하거나 프로토타입하기 위해 LabVIEW FPGA를 사용합니다.

 

그림 4. R 시리즈 지능형 DAQ와 LabVIEW FPGA를 사용한 맞춤 디지털 프로토콜

 

LabVIEW FPGA를 사용하면 각 디바이스의 "특성"(personality)을 프로그래밍할 수 있습니다. "특성"이라는 말은 결국 온보드 FPGA에 다운로드되는 구성 정보를 포함한 컴파일된 비트파일을 의미합니다. 정해진 특성이나 ASIC가 있는 디바이스를 사용하는 것과 대조적으로, FPGA를 사용하면 보드를 직접 구성할 수 있습니다. 디자인 주기 또는 프로토타입에서 다양한 반복 작업을 수행하는 동안 특성을 바꾸는 것은 LabVIEW 블록 다이어그램을 변경하고 재컴파일하는 것만큼이나 간단합니다. 하나의 특성이 완성되고 나면 Windows용 LabVIEW 또는 LabVIEW Real-Time을 통해 디바이스에 접근할 수 있으므로 LabVIEW FPGA는 더이상 필요하지 않습니다. 직접 구성한 DAQ 특성에 대한 자세한 정보는 하단의 관련 정보를 참조하거나.

지능형 DAQ는 입력, 출력, 카운터/타이머, 펄스폭 변조 등을 위해 개별 구성가능한 최대 160개의 디지털 라인을 제공합니다. 다음표는 내쇼날인스트루먼트의 지능형 DAQ 목록입니다.

 

제품군

버스

DIO

아날로그 입력

아날로그 출력

NI 783xR, 784xR, 785xR 
다기능

PCI, PXI

56 ~ 96

4 to 8

4 to 8

PCI, PXI

160

표 3. 내쇼날인스트루먼트의 지능형 R 시리즈 DAQ

NI 고속 디지털 I/O 디바이스는 디지털 디바이스 디자인과 관련된 보편적인 테스트에 또 다른 옵션을 제공합니다. 예를 들어, 고속 자극-응답 테스트 또는 비표준 전압 레벨이 필요한 어플리케이션의 경우 NI HSDIO 디바이스는 설계 주기에서 지능형 DAQ 보드를 보완합니다. 또한 HSDIO 디바이스는 고속 디바이스와 인터페이스하여 데이터를 최고 400 Mb/s로 전송합니다. 더욱 자세한 정보는 하단의 관련 링크를 참조하십시오.