NI PXI 계측기의 근거리 전자기장 방출 테스트하기

소개 및 과제

NI PXI 플랫폼은 검증 및 생산 테스트에서 사용되는 고성능 혼합 측정 시스템을 위한 작지만 강력한 솔루션을 제공합니다. PXI의 특징은 작은 상자 하나에서 여러 타입의 측정을 수행할 수 있다는 점이지만 모듈 간에 간섭이 발생할 수 있다는 문제점이 있습니다.

​전자파 간섭(EMI)은 인덕터 및 변압기와 같은 인접한 PXI 모듈의 구성요소가 방출하는 자기장이 원인입니다. 전원 공급 장치는 이러한 구성요소를 통해 가장 큰 자기장을 방출하는 경향이 있습니다. PXI가 1990년대 후반에 처음 도입되었을 때 간섭은 아주 적은 수준이었습니다. 그러나 새로 개발되는 계측기가 더 민감해지고 스위칭 전원 공급 장치가 전달하는 전류가 늘어나면서 이 문제가 커지기 시작했습니다.

​목표는 PXI 모듈 간의 EMI를 측정하고 완화하기 위한 신뢰할 수 있는 자동화된 방법론을 개발하는 것이었으며, 이는 이러한 계측기의 성능과 신뢰성을 보장하는 데 매우 중요합니다.

​이전 솔루션

​자기장 측정에 사용된 이전의 여러 방법에는 일관성이 없었습니다. 내부 솔루션은 방출을 맵핑하기 위해 카드보드 템플릿과 같은 임시 설정과 함께 프로브와 스펙트럼 분석기를 사용했습니다. 이러한 방법은 주관적이고 표준화되지 않았으며 시간이 오래 걸렸기 때문에 결과를 신뢰할 수 없었습니다.

​자기장을 맵핑할 수 있는 상업용 스캐너를 사용할 수 있었지만 다음과 같은 2가지 중요한 한계가 있습니다.

• ​단일 차원 측정 - 이러한 스캐너는 자기장을 1차원으로만 측정했기 때문에 3차원이라는 자기장의 전체 특성을 잡아내지 못했습니다.
• ​부정확한 환경 - 섀시 내의 기본 환경에서 카드를 스캔할 수 없었는데, 이는 정밀한 측정을 위해 필수적인 조건이었습니다.

​솔루션 개발

​NI 엔지니어인 Ed Loewenstein과 Tim Keil은 스텝퍼 모터 3개, NI PXI 계측기, LabVIEW를 사용하여 근거리 전자기장 방출 측정을 자동화하는 맞춤형 스캐너를 개발했습니다. 이 스캐너는 다음 요구사항을 충족하도록 설계되었습니다.

• ​3차원으로 측정 - 상업용 스캐너와 달리 이 솔루션은 전체 자기장을 캡처하기 위해 프로브의 방향을 3차원으로 재지정할 수 있습니다.
• ​디바이스의 기본 환경에서 작동 - 이 스캐너는 섀시에서 작동하는 동안 PXI 모듈의 방출을 측정하기 때문에 관련성이 있는 정확한 데이터를 얻을 수 있습니다.
• ​데이터 수집 자동화 - 이 스캐너는 작동 및 데이터 수집의 일관성을 보장하기 위해 자동화되었습니다.

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그림 1: PXI 섀시 내부의 근거리 전자기장 방출 프로브

​이 팀에서는 몇 가지 NI 하드웨어 및 소프트웨어 도구를 사용하여 스캐너를 구축하고 작동했습니다.

• ​NI PXIe-4139 전원 공급 장치 - PXIe-4139는 고정밀 시스템 소스 측정 유닛(SMU)입니다. 이 하드웨어는 모터에 전원을 공급하는 데 사용되었으며 진단 정보 제공이라는 추가 혜택도 있었습니다. 전류와 전압을 모두 모니터링하여 안전한 작동을 보장해 손상을 방지할 수 있습니다.
• ​NI PXIe-5170 오실로스코프 - PXI-5170R은 정확한 신호 수집을 위해 설계된 고속 디지타이저입니다. 이 하드웨어는 프로브에서 스펙트럼을 정확하고 효율적으로 수집하는 기능 때문에 선택되었습니다. 높은 대역폭과 리얼타임 처리 기능은 상세한 방출 히트맵을 작성할 때 매우 중요합니다.
• ​NI LabVIEW - LabVIEW는 전체 시스템을 제어하는 데 사용되는 그래픽 프로그래밍 환경입니다. LabVIEW는 전원 공급 장치와 스텝퍼 모터를 제어하고 다양한 센서의 측정값을 판독하고 디지타이저에서 데이터를 수집하며 결과를 기록하고 표시하는 전체 테스트 프로세스를 자동화하는 데 도움이 되었습니다.
• ​NI Vision Development Module - Vision Development Module은 이미지 처리가 필요한 어플리케이션을 개발하는 데 LabVIEW와 함께 사용됩니다. 이 모듈을 사용하여 팀에서는 데이터를 동적으로 잘라내고 방출 데이터를 리얼타임으로 시각화하여 프로세스 진행 속도를 크게 높이고 결과를 보다 쉽게 해석할 수 있었습니다.

​그림 2: 근거리 전자기장 방출 프로그램의 LabVIEW 사용자 인터페이스.

​결과 및 결론

이러한 혁신적인 접근 방식은 근거리 전자기장 방출 평가를 위해 신뢰할 수 있으며 표준화된 자동화 방법을 확립했습니다. 이 방법을 통해 엔지니어가 신속하게 EMI 문제를 감지하고 해결할 수 있어 모듈 성능과 호환성이 크게 향상되었습니다. 또한 스캐너의 피드백을 사용하여 설계를 반복적으로 테스트하고 개선하도록 엔지니어를 장려함으로써 이 솔루션은 지속적으로 개선하는 문화를 조성했습니다.

​이러한 근거리 전자기장 방출 테스트 방법론을 개발하면서 중요한 내부 문제를 해결할 수 있었을 뿐만 아니라 NI 제품의 강력한 성능과 유연성을 보여줄 수 있었습니다.

​엔지니어 소개: Ed Loewenstein

​Ed Loewenstein은 1987년에 NI에서 경력을 시작했으며 현재 장기적인 혁신 프로젝트를 중점적으로 담당하고 있는 수석 아키텍트입니다. 그는 NI에서 경력을 쌓는 동안 데이터 수집, PXI, RF 제품을 포함한 거의 모든 NI 하드웨어 포트폴리오 개발에 관여했습니다. Ed는 배움에 대한 열정과 지속적인 개선을 위한 헌신으로 그의 업무에서 빛을 발하고 있습니다. 그는 친절하고 협력적인 팀원으로서 NI를 더 나은 회사로 만드는 데 기여하고 있습니다.   

​"저는 이러한 종류의 프로젝트를 좋아하는데, 이미 가지고 있는 기술 중 일부를 사용하여 새로운 기술을 획득할 수 있기 때문입니다. 처음에는 모션 컨트롤이나 이미지 처리에 대해 아무것도 몰랐지만 저는 이러한 기술을 배웠습니다. 그리고 LabVIEW 소프트웨어 전문가가 아니지만, 믿을만한 방식으로 제게 필요한 일을 수행하는 프로그램을 작성할 수 있지요."