NI 오실로스코프 디바이스의 장점

기존의 벤치탑 오실로스코프 디바이스는 인스트루먼트를 주로 대화식으로 사용하고 첫 측정까지의 시간, 웨이브폼 시각화, 다양한 프로브와의 연결성과 같은 기능을 우선시하는 설계 엔지니어의 요구 사항을 충족하도록 최적화되었습니다. 최신 박스 오실로스코프 디바이스는 버스 프로토콜 분석을 위한 더 넓은 대역폭 및 턴키 소프트웨어와 같은 기능을 추가하여 이러한 경험을 개선하지만, 자동화 테스트 시스템 또는 채널 수가 많은 고속 측정 시스템을 구축하는 엔지니어의 요구 사항을 충족하지 못하는 경우가 많습니다. 이러한 엔지니어들은 대규모 데이터 세트를 자동으로 수집하고 분석해야 하며, 일반적으로 다른 인스트루먼트와의 통합, 크기, 프로그래밍 경험, 데이터 처리량 또는 실행 시간과 같은 요소를 우선 순위로 정합니다. 이러한 고유한 요구사항 때문에 이러한 사용자 중 많은 수가 어플리케이션에 최적화된 폼 팩터로 기존 박스 오실로스코프 디바이스의 측정 성능을 제공하는 모듈형 플랫폼으로 전환하고 있습니다.

NI는 PXI 플랫폼에서 가장 광범위한 모듈식 오실로스코프 디바이스를 제공하므로, 비용, 밀도, 측정 분해능 또는 샘플링 속도에 따라 시스템을 최적화할 수 있습니다. 아래 그림 1은 다양한 NI 오실로스코프 디바이스의 샘플링 속도와 분해능을 보여줍니다. 파란색 I/O 포인트는 NI-SCOPE 인스트루먼트 드라이버를 사용하여 프로그래밍되는 소프트웨어 정의 오실로스코프 디바이스를 나타내며, 노란색 I/O 포인트는 NI 재구성가능한 I/O(RIO) 아키텍처를 사용하는 FPGA 기반 디지타이저를 나타냅니다. 

^{그림 1: NI 오실로스코프 디바이스는 분해능과 고속 샘플링을 모두 제공합니다.}

표 1은 위의 파란색 I/O 포인트에 표시된 오실로스코프 디바이스 스펙 중 일부를 자세히 설명합니다. 이 오실로스코프 디바이스는 선택 가능한 입력 범위, 입력 커플링 및 임피던스, 필터, 추적 가능한 교정과 같이 사용자가 기존 인스트루먼트에서 기대하는 측정 기능을 제공합니다. 또한 소프트 프런트 패널을 지원하며, 상승 시간, 주파수, 펄스 폭과 같은 표준 오실로스코프 측정을 수행하기 위한 미리 만들어진 함수가 포함된 인스트루먼트 드라이버로 프로그래밍되거나 소프트웨어를 통해 기능을 정의할 수 있습니다.

^{표 1: 광범위한 오실로스코프 디바이스 포트폴리오 중에서 선택하십시오.}

그림 1의 노란색 I/O 포인트에 설명된 FPGA 기반 디지타이저는 사용자가 액세스할 수 있는 FPGA와 고속 샘플 클럭을 결합하여 온보드 신호 처리, 리얼타임 분석 또는 맞춤형 트리거 구현에 이상적입니다.

^{그림 2: 어댑터 모듈을 변경하여 어플리케이션에 필요한 I/O를 정의합니다.}

NI는 채널 수가 많거나 혼합 신호를 사용하는 자동 테스트 시스템을 위해 설계된 광범위한 PXI 오실로스코프 디바이스 및 FPGA 기반 디지타이저 제품군을 제공합니다. 스펙은 높은 분해능에서 고속까지 다양하지만, NI 오실로스코프 디바이스는 다음과 같이 이러한 어플리케이션에 최적화하는 몇 가지 주요 속성을 공유합니다.

• 다른 인스트루먼트와의 긴밀한 통합 및 동기화
• 대량의 데이터를 저장하고 스트리밍하는 기능
• 높은 채널 밀도
• 사용자 정의 트리거링 및 온보드 신호 처리
• 신속한 측정, 프로그래밍 및 디버깅을 위한 포괄적인 소프트웨어 환경

혼합 신호 테스트 시스템은 신호 소스, 측정 디바이스, 스위치와 같은 여러 타입의 인스트루먼트로 구성됩니다. NI PXI 오실로스코프 디바이스는 특허가 부여된 NI 기술과 PXI 플랫폼의 장점을 결합하여 다른 인스트루먼트와 밀접한 통합 및 동기화를 제공합니다. PXI 시스템과 NI 모듈형 인스트루먼트를 사용하면 단일 소형 PXI 섀시에서 포괄적인 테스트 시스템을 구축할 뿐만 아니라 섀시의 모듈을 피코초 수준의 정확도로 동기화할 수 있기 때문에 측정 품질과 반복성을 보장할 수 있습니다.

^{그림 3: PXI 플랫폼에서 다양한 모듈식 인스트루먼트를 사용할 수 있습니다.}

동기화를 통해 채널 확장을 위해 같은 타입의 여러 인스트루먼트의 타임베이스와 트리거링을 일치시킬 수 있고, 다른 인스트루먼트의 입력과 출력을 밀접하게 상호연관시킬 수 있습니다. 기본적인 동기화 방법은 트리거와 샘플 클럭을 공유하는 것이고, 보다 고급 동기화 방법은 다양한 속도의 여러 샘플 클럭을 정렬하고 클럭과 트리거 사이의 위상 지연을 조정하는 것입니다. PXI 구조는 그림 4와 같이 PXI 섀시의 백플레인을 통해 트리거와 샘플 클럭을 균일하게 분포하여 이러한 문제를 해결합니다.

^{그림 4: PXI Express 백플레인은 타이밍 및 동기화를 단순화합니다.}

또한 NI 오실로스코프 디바이스는 신호 생성기 및 고속 디지털 I/O와 같은 다른 인스트루먼트와 공통 동기화 및 메모리 코어(SMC) 기술을 공유합니다. 이 특허가 부여된 기술은 별도의 클럭 영역 신호를 사용하여 서로 다른 인스트루먼트 사이에서 트리거를 구동 및 수신할 수 있도록 하며, 10 picosecond로 동기화됩니다. 이 트리거는 트리거 클럭(TClk)이라고 불리며, 샘플 클럭을 10 MHz 참조 클럭에 고정하는 것보다 훨씬 우수한 성능을 제공합니다.

회사는 효율적이고 정확한 제품 테스트와 관련하여 다양한 비용을 지불합니다. 초기 테스트 장비 비용 외에 테스트 시간과 같은 요소는 테스트 비용에 큰 영향을 미칩니다. 모든 어플리케이션은 고유하고 특정한 요구사항이 있지만, 자동화 테스트 시스템은 항상 공통적인 점이 있습니다. 두 가지의 조합이 측정 시스템의 전체 속도를 결정하기 때문에, 자동화 테스트 시스템에서 가장 중요한 고려사항은 대역폭과 지연입니다.

^{그림 5: 일반적인 계측 버스의 버스 대역폭 및 지연 시간.}

지연은 인스트루먼트가 측정 쿼리와 같은 원격 명령에 응답하는데 걸리는 시간을 나타냅니다. 대역폭은 주로 측정 인스트루먼트를 호스트 PC 또는 컨트롤러에 연결하는 데이터 버스의 데이터 처리량을 의미합니다. 대역폭이 높은 버스를 사용하면 어플리케이션이 한 번 큰 데이터 레코드를 전송하는지 아니면 연속적으로 여러 번 작은 데이터 레코드를 전송하는지에 상관없이 테스트 시간이 줄어듭니다. NI 고속 오실로스코프가 구축된 PXI 플랫폼은 PCI 및 PCI Express 버스를 통해 높은 대역폭과 낮은 지연이 있는 다양한 어플리케이션에 고속을 제공합니다. 고속 PCI Express 버스를 사용하는 PXI Express 버전은 섀시와 컨트롤러에 따라 몇 GB/s의 시스템 처리 속도를 얻습니다. PXI 및 PXI Express 데이터 처리 속도는 테스트 계측기를 자동화하는 다른 일반적인 버스인 GPIB, USB 또는 LAN보다 훨씬 빠릅니다(테이블 2).

^{표 2: PXI 및 이더넷의 데이터 처리 속도를 비교합니다.}

NI PXI 오실로스코프는 기존의 벤치탑 인스트루먼트보다 컴팩트하며, 이는 랙 앤 스택 테스터의 크기와 거의 같은 크기로 혼합 신호 자동 테스트 시스템을 구축할 수 있음을 의미합니다. 작은 규모의 테스트 시스템을 사용하면 생산 플로어 및 특성화 실험실에서 가치있는 공간을 절약하고, 가중치와 크기를 줄여 이동성이 향상되며, 전원 공급 및 냉각 요구 사항이 감소되어 시설 비용과 테스트 인프라를 절감할 수 있습니다. 

^{그림 6: NI 오실로스코프를 다른 인스트루먼트와 결합하여 소형 자동화 테스트 시스템을 생성합니다.}

대부분의 전통적인 박스 오실로스코프는 4개 채널에서 최대값을 얻기 때문에, 오실로스코프 채널 밀도는 4개 이상의 채널에서 동시에 데이터를 수집할 때 특히 중요합니다. 박스 오실로스코프는 채널 카운트가 낮은 벤치탑 어플리케이션에 최적화되어 있기 때문에, 데이터를 수집하고 디스플레이하기 위해 많은 물리적 노브와 큰 디스플레이가 있습니다. 이러한 인스트루먼트의 프런트패널이 차지하는 물리적 공간 때문에, 채널 카운트가 높은 시스템에서 이 인스트루먼트를 함께 쌓는 것은 실용적이지 않습니다.

PXI 오실로스코프는 기존 인스트루먼트와 관련된 개별 디스플레이, 물리적 노브, 전원 공급 장치, 팬과 같은 많은 이중화를 제거합니다. PXI 섀시와 컨트롤러는 인스트루먼트의 처리, 데이터 전송, 냉각 및 전원 공급을 처리하며, 사용자는 소프트웨어를 통해 인스트루먼트를 컨트롤하고 단일 모니터에 데이터를 디스플레이합니다. PXI 플랫폼과 NI 오실로스코프를 사용하면, 단일 4U, 19 인치에서 최대 136개의 채널이 있는 채널 카운트가 높은 시스템을 만들 수 있습니다. PXI 섀시.

^{그림 7: 고속 수집 시스템을 위해 단일 PXI 섀시(19 in., 4U 랙)에 최대 68개 또는 136개의 오실로스코프 채널을 결합합니다.}

현재 대부분의 테스트 인스트루먼트는 FPGA와 고정 펌웨어 통합하여 인스트루먼트의 기능을 구현합니다. NI의 소프트웨어 설계 오실로스코프는 사용자가 인스트루먼트에서 복잡한 알고리즘을 수행할 수 있는 개방형 FPGA를 제공하여 호스트로 스트리밍해야 하는 데이터의 양을 크게 줄일 수 있습니다. 이 예제는 SFDR, SNR, SINAD라는 일반적인 계산을 수행할 수 있는 어플리케이션을 인스트루먼트의 FPGA에서 어떻게 설계하는지 보여줍니다.

^{그림 8: 이 개방형 FPGA 블록다이어그램은 FPGA에서 SFDR, SNR, SINAD를 계산하는 아키텍처를 보여줍니다.}

이전 섹션의 높은 데이터 처리량 토픽은 대역폭 증가와 지연 감소를 모두 말합니다. 이러한 이점은 소프트웨어로 설계된 오실로스코프가 정의하는 개방형 FPGA 아키텍처를 사용하면 크게 향상됩니다. PXI Express용 NI FlexRIO FPGA 모듈의 고유한 특징은 호스트 칩셋을 통해 데이터를 연결하지 않고도 3GB/s의 속도로 모듈 간에 데이터를 스트리밍할 수 있다는 것입니다. 최대 16개의 스트림이 지원되므로, 호스트 CPU 리소스에 영향을 주지 않고 복잡한 다중 FPGA 통신 구조가 간소화됩니다. 이 기술에 대한 자세한 내용은 Peer-to-Peer Data Streaming의 소개라는 백서를 참조하십시오.

^{그림 9: 테스트 인스트루먼트에서 개방형 FPGA는 트리거링 및 후처리와 같은 기능을 추가할 수 있습니다.}

오실로스코프의 가장 일반적으로 무시되는 기능 중 하나는 자동화된 테스트 및 측정을 위해 디바이스를 컨트롤하고 프로그래밍하는데 사용되는 소프트웨어입니다. 그러나 소프트웨어는 어플리케이션 개발 시간에 큰 영향을 미치기 때문에 이것은 매우 중요한 과제가 될 수 있습니다. NI 오실로스코프는 데이터를 신속하게 수집하고, 어플리케이션을 디버깅하고, 데이터 수집을 자동화하고, 다른 인스트루먼트와 동기화할 수 있도록 지원하는 다양한 소프트웨어 도구를 제공합니다.

NI-SCOPE Soft Front Panel 시작하기

이 대화식 프로그램은 사용하기 쉬운 인터페이스를 제공하기 위해 기존 오실로스코프의 전용 디스플레이와 유사합니다. NI 오실로스코프는 모든 NI 오실로스코프의 기본 기능에 접근할 수 있고, 리얼타임 측정을 수행할 뿐만 아니라 파일에 데이터를 저장하여 후처리 및 분석할 수 있는 기능을 제공합니다. 이 인터페이스를 사용하면 NI 오실로스코프를 사용하여 측정을 초 내에 쉽게 시작할 수 있습니다.

^{그림 10: NI-SCOPE 소프트 전면 패널을 사용하여 신속하게 측정을 수행할 수 있습니다.}

NI-SCOPE 드라이버 및 예제 프로그램을 사용한 프로그래밍

PC 기반 측정 디바이스의 전력을 최대한 활용하려면, 프로그램적으로 측정 디바이스의 동작을 정의하고 컨트롤해야 합니다. 모든 NI 오실로스코프는 NI-SCOPE 인스트루먼트 드라이버를 통해 프로그램적으로 제어할 수 있으며, 이 드라이버는 빠른 시작을 위한 고급 기능과 오실로스코프의 모든 기능에 대한 하위 레벨 제어 기능을 모두 제공합니다. 또한 이 드라이버에는 NI 오실로스코프의 모든 기능에 접근하는 방법을 보여주는 50개 이상의 미리 작성된 예제 프로그램이 포함되어 있습니다. LabVIEW G, C++, Visual Basic과 같은 다양한 프로그래밍 언어를 통해 NI-SCOPE 인스트루먼트 드라이버에 접근할 수 있습니다. 프로그래밍 예제는 각각 존재합니다.

^{그림 11: NI-SCOPE 드라이버를 사용하여 프로그램하여 맞춤형 프로그램을 생성합니다.}

여러 장치의 동기화는 많은 어플리케이션의 핵심 요구 사항이며 종종 소프트웨어 개발 시간을 늘릴 수 있습니다. 그러나 SMC 아키텍처에 구축된 NI 오실로스코프는 NI-TClk을 이용하여 최소의 개발 노력으로 정확한 동기화를 구현해냅니다. NI-TClk는 여러 NI 오실로스코프, 임의 웨이브폼 생성기 및 고속 디지털 I/O 디바이스의 동기화를 프로그래밍하기 위한 상위 레벨 인터페이스를 제공합니다. 또한 이러한 유형의 사전 작성 예제가 다양하게 준비되어 있으므로 시작 및 실행이 훨씬 쉽습니다. 다음은 LabVIEW 환경에서 프로그램된 대로 여러 PXI 오실로스코프에서 동일한 동기화를 수행하는 데 필요한 세 가지 함수를 보여줍니다.

^{그림 12: LabVIEW 또는 LabWindowsTM/CVI의 세 가지 함수를 사용하여 NI 오실로스코프를 동기화합니다.}

일반적으로 NI 오실로스코프는 자동화 테스트 및 높은 채널 카운트 어플리케이션에 더 적합한 폼 팩터로 기존의 박스 오실로스코프의 측정 성능을 제공합니다. PXI 기반 오실로스코프와 FPGA 기반 디지타이저를 사용하면 밀도, 분해능, 대역폭, 샘플링 속도에 따라 시스템을 최적화할 수 있습니다. 또한 소프트웨어로 설계된 인스트루먼트는 LabVIEW FPGA Module을 사용하여 인스트루먼트를 사용자 정의할 수 있는 유연성을 제공합니다. 측정 및 디버깅 어플리케이션을 신속하게 수행할 수 있는 완벽한 소프트웨어 도구에서부터 완전 자동화 테스트 프로그램을 구축하고 하드웨어에 사용자 정의 알고리즘을 구현하는 것까지, NI 오실로스코프는 하드웨어와 소프트웨어를 가장 잘 조합하여 자동화 테스트 및 채널 카운트가 큰 시스템을 구축할 때 더욱 생산적입니다.

• 오실로스코프 인스트루먼트의 전체 포트폴리오 탐색
• 온라인 컨설턴트를 통해 PXI 시스템 구성
• 테스트 시스템 구축의 기초 가이드를 배우십시오

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