SLSC 아키텍처를 사용하여 테스트 시스템의 신호 경로에 요소 추가하기

테스트 시스템을 구축할 때, Device Under Test(DUT)에서 측정 디바이스까지의 신호 경로는 사용자 정의 신호 컨디셔닝, 로딩 및 스위칭을 위해 추가적인 요소가 필요합니다. 이를 고려하여 NI는 NI Switch Load and Signal Conditioning (SLSC) 아키텍처를 개발했습니다. 이 문서는 일반적인 테스트 시스템에서 NI SLSC를 사용하여 신호 경로에 추가적인 요소를 추가하는 방법을 보여줍니다.

어플리케이션 데모의 경우, 일반적으로 전자 제어 장치 (ECU)에서 사용되는 PWM (Pulse Width Modulation) 신호를 사용하여 전자 제어 장치 (ECU)를 구동하고 그 응답을 측정합니다. 많은 ECU는 더 높은 전압 레벨을 필요로 하기 때문에, 차량 배터리와 같은 외부 전원 공급 장치에 참조된 신호를 생성하고 측정하기 위해 레벨 이동을 수행하는 추가적인 요소를 추가할 것입니다.

또한 ECU 도선에서 깨진 와이어를 시뮬레이션하는 신호 경로에 결함을 삽입하는 릴레이를 추가할 것입니다.

시스템은 NI PXI R 시리즈 FPGA 보드를 사용하여 PXI 섀시에서 디지털 PWM 신호를 생성하고 측정한 후, 전압을 스케일하고 SLSC 섀시에 스위치를 추가합니다.

이 문서에서는 단순성을 위해 실제 ECU를 사용하지 않을 것입니다. 이 경우 DUT는 케이블을 감싸고 R 시리즈의 디지털 입력 중 하나를 사용하여 디지털 출력이 생성하는 PWM 신호를 측정하는 커넥터 블록입니다.

다음 다이어그램은 PXI 시스템에서 시작하여 SLSC를 거쳐 신호가 커넥터 블록에서 래핑되고 다시 SLSC를 통해 PXI 시스템으로 돌아가는 신호 경로를 보여줍니다.

PXIe-7822R 모듈은 표준 SHC68-C68-RDIO2 케이블을 사용하여 RTI-12301에 연결됩니다. RTI-12301은 SLSC-12201 모듈의 신호를 해제합니다. SLSC-12201은 외부 참조 소스를 기준으로 신호를 스케일하는데 사용됩니다. 이 경우 24V 전원을 사용하지만 실제에서는 자동차 ECU 또는 항공기 LRU의 배터리 전압을 나타낼 수 있습니다. 신호는 HD 44 케이블을 사용하여 SLSC의 앞면에서 후면으로 랩핑되어 RTI-12305에 연결됩니다. RTI-12305는 하네스에서 깨진 와이어를 시뮬레이션하는 신호를 스위칭하는 데 사용되는 SLSC-12101의 신호를 분리합니다.

다음 그림은 이 어플리케이션에서 사용되지 않는 추가적인 PXI 및 SLSC 모듈이 포함된 설정의 후면과 전면을 보여줍니다. 래핑 백 와이어, 외부 참조 및 이더넷 케이블은 이 그림에서 연결되어 있지 않습니다.  다음 섹션에서는 PWM 출력에서 PWM 입력까지의 경로를 보다 자세히 보여주는 신호 경로에 대해 설명합니다.

SLSC의

그림 4. SLSC의 뒷면

그림 5. SLSC 및 PXI 시스템의 전면적 뷰.

PWM 신호는 FPGA에서 생성되고, FPGA 코드는 소프트웨어 섹션에서 볼 수 있습니다. FPGA의 출력 핀은 PXIe-7822R의 전면 패널에 있는 VHDCI 커넥터에서 사용할 수 있으며, 이 신호는 3.3 Volt 신호입니다. 펄스 트레인은 SHC68-C68-RDIO2 VHDCI 케이블을 통해 SLSC 섀시의 RTI-12301 후면 전환 인터페이스로 전송됩니다.

SLSC Module Development Kit는 RTI에서 SLSC 모듈로 신호를 배포하는 표준 방법을 지정합니다.

그 후, SLSC-12201 모듈이 펄스 트레인을 증폭하여 외부 Vsup에 따라 5 V ~ 33 V의 전압으로 변환할 수 있습니다. SLSC-12201 모듈은 SLSC API를 사용하여 이더넷 포트를 통해 프로그래밍되며 다양한 모드로 작동할 수 있습니다. 이 경우, 출력을 소싱 출력으로 프로그래밍하여 RTI-12301의 Vsupp 핀에 연결된 외부 참조를 사용하도록 지정했습니다. 이 예제에서는 외부 24 V DC 전원 공급 장치를 사용하고 있습니다.

신호는 0 V ~ 24V 범위의 펄스 폭 변조(PWM)를 사용합니다. 이 출력 신호는 SLSC-12201 모듈의 앞면에 있는 HD44 커넥터에서 사용할 수 있습니다. 신호는 1:1 HD44 케이블을 사용하여 RTI-12305에 연결되고 SLSC-12101 프로토타이핑 모듈에 제공됩니다. 이 모듈에 SLSC 12101 컨트롤러(CPLD)의 소프트웨어 컨트롤 핀 중 하나를 사용하여 컨트롤되는 릴레이를 놓았습니다.

릴레이가 활성화되면 신호는 릴레이를 통과할 수 있으며 SLSC-12101 모듈의 앞면에 있는 HD 44 커넥터에서 사용할 수 있습니다. 신호는 1:1 HD 44 케이블을 통해 커넥터 블록으로 전송되며, 이때 커넥터 블록은 입력에 연결됩니다.
반환 경로는 비슷하지만 SLSC-12101 모듈에는 릴레이가 없습니다. 신호는 단순히 연결되어 입력 모드로 설정되고 임계점이 12 V인 SLSC-12201으로 전달되어 FPGA가 읽을 수 있는 값으로 다시 스케일됩니다.

SLSC 아키텍처

SLSC는 NI 하드웨어 플랫폼인 PXI 및 C 시리즈를 보완하는 모듈형 아키텍처로, 하드웨어와 소프트웨어 모두에서 쉽게 인터페이스할 수 있는 테스트 시스템에 필요한 사용자 정의 회로 카드를 고객 및 파트너가 쉽게 생성할 수 있도록 설계되었습니다.

SLSC 아키텍처는 섀시, 모듈 및 후면 변이 인터페이스(RTI)라는 세 가지 구성요소로 구성됩니다. 섀시에 대한 자세한 내용은 시작하기 매뉴얼을 참조하십시오. 아래 다이어그램에서 보이는 것처럼, 모듈은 후면에 3개의 인터페이스 커넥터(XJ1, XJ2 및 XJ3)가 있는 길이 144.32mm (4U) x 281.9mm입니다. XJ1 커넥터는 SLSC 드라이버 API를 사용하는 모듈 통신에 사용되고, XJ2 커넥터는 신호 인터페이싱을 위해 사용되고, XJ3은 고전력 연결에 사용됩니다.

후면 변이 인터페이스(RTI)를 사용하면 SLSC 모듈을 NI 측정 하드웨어에 연결할 수 있습니다. 어플리케이션은 다양한 NI 및 타사 RTI 중에서 선택하거나 자체 설계를 할 수 있습니다. RTI를 설계하면 시스템 설계자가 케이블 연결을 줄이고 시스템에서 포인트 단위 와이어 연결을 줄일 수 있습니다.

다음 다이어그램은 RTI를 외부 참조, 측정 디바이스 및 SLSC-12201 모듈에 연결하는 방법을 보여줍니다.

SLSC 모듈 개발 키트

SLSC Module Development Kit (MDK)는 설계자가 다른 모듈 및 생태계 제품과의 시스템 상호 운용성을 달성할 수 있도록 설계 제약사항을 상세하게 제공합니다. 모듈을 빌드하려면, 사용자는 NI의 유효한 MDK 키트에 접근할 수 있어야 합니다. MDK를 구입하는 방법에 대한 더 자세한 정보는 NI에 문의하십시오.

PXIe 섀시 - LabVIEW 2015 및 PXIe-7822R 지원

PXIe-7822R은 재구성 가능 I/O (RIO) 디바이스로, 사용자 프로그래밍 가능한 FPGA가 탑재되어 있어 온보드 프로세싱 및 유연한 I/O 작업이 가능합니다. LabVIEW FPGA를 사용하면 디지털 라인을 입력, 출력, 카운터/타이머, PWM, 인코더 입력 또는 특화된 통신 프로토콜로 개별 설정할 수 있습니다. 하드웨어 타이밍에 의한 속도 및 안정성으로 실행되는 맞춤 온보드 의사 결정을 프로그래밍할 수도 있습니다. 이 프로젝트에서는 DIO0을 PWM 출력으로, DIO1을 PWM 입력으로 사용합니다.

SLSC-12201

SLSC-12201은 NI 디지털 입력 및 출력(DIO) 디바이스와 작동하도록 설계된 디지털 신호 컨디셔닝 모듈입니다. 다음은 블록다이어그램과 모듈의 그림입니다.

이 모듈은 SLSC 버스를 통해 출력 또는 입력으로 설정할 수 있습니다. 출력으로 두 개의 외부 참조(Vsup_x) 중 하나를 기반으로 디지털 신호를 증폭할 수 있으며, 출력 회로가 3가지 모드로 작동하도록 프로그래밍할 수도 있습니다: 푸시, 풀, 또는 푸시와 풀.

입력으로, 모듈은 기본적으로 풀다운이지만 프로그램 가능한 풀업을 설정할 수 있습니다. 입력 신호 임계점은 표준 5 V TTL 입력 또는 프로그램 가능한 임계점이 있는 확장된 범위에서 작동하도록 프로그램 가능합니다.

외부 참조(Vsup_x)는 각각 8개 채널의 두 개 뱅크 중 하나로 프로그래밍할 수 있습니다.

이 설정에서는 RTI 12301 커넥터의 JR1 커넥터의 24V에 연결된 Vsup_1을 사용합니다.

이 프로젝트에서는 P0.0을 스케일된 PWM 출력으로, P0.1을 스케일된 PWM 입력으로 사용합니다.

RTI-12301

RTI-12301은 표준 SHC68-C68-RDIO2 케이블을 사용하여 PXIe-7822R 모듈의 신호를 SLSC-12201 모듈에 맵핑하는데 사용됩니다. 이는 PXIe-7822R의 PXIe-7822R DIO0을 SLSC-12201 모듈의 P0.0에 맵핑하고 DIO1을 P0.1에 맵핑합니다.

SLSC-12101

SLSC-12101은 SLSC 모듈 개발자가 신속하게 프로토타입 설계를 수행할 수 있도록 지원하는 프로토타입 개발 모듈입니다. 모듈은 4개의 그리드 영역으로 나누어져 있으며, 이때 사용자는 그리드 영역에 직접 구성요소를 납합하거나 보조 회로 카드를 그리드 영역에 장착하여 원형 Circuits 만들 수 있습니다.

모듈은 SLSC Module Design Specifications에 정의된 레벨 2 호환성에 대한 모든 요구사항을 준수하며, 모듈 개발자가 완전히 호환되는 후면 I/O의 신호 요구사항을 준수하는 경우에도 레벨 1 호환성을 얻을 수 있도록 라우팅됩니다. 이러한 요구사항은 SLSC Module Design Documentation의 장 11에 설명되어 있습니다.

프로토타이핑 모듈에는 다음 그림과 같이 프로토타이핑에 사용할 수 있는 4개의 눈금 뱅크가 있습니다.

이 예제에서, 뱅크 1 눈금 영역에 아래와 같은 회로를 만들었습니다. 이 회로의 목적은 PWM 신호의 개방 회로를 시뮬레이션하는 SPDT 릴레이를 열거나 닫는 것입니다. 릴레이는 15 mA에서 24 V가 필요하여 2N3904 NPN 트랜지스터가 공급하는 릴레이에 전원을 공급합니다. CPLD 핀 23을 사용하여 트랜지스터가 켜져 있습니다.  

다음은 SLSC-12101에서 사용되는 핀 맵핑입니다.

XJ2: 핀 a1 = 스케일된 PWM 출력 신호+ ≫ J1 핀1

XJ2: 핀 b1 = 스케일된 PWM 출력 신호- ≫ J1 핀 16

XJ2: 핀 d1 = 스케일된 PWM 입력 신호+ 반환 ≫ J2 핀3

XJ2: 핀 e1 = 스케일된 PWM 입력 신호- 반환 ≫ J2 핀18

RTI-12305

RTI 12305는 SLSC 모듈의 전면 패널의 44핀 커넥터를 사용하여 SLSC에서 신호를 맵핑하는데 사용됩니다. 이것은 결함 삽입 또는 스위칭과 같은 연결을 줄 바꿈하는데 사용됩니다.

외부 전원 공급 장치, HD 44 케이블 및 HD 44 커넥터 블록

외부 전원은 NI (PSU 15)의 24DVC 전원 공급 장치를 사용하여 공급되며, 신호는 1 ~ 1개의 HD 44 케이블을 사용하여 Phoenix HD 44 커넥터 블록에 케이블로 연결됩니다.

이 프로젝트의 소프트웨어는 세 부분으로 나누어져 있습니다: 첫 번째 섹션은 SLSC-12201에 필요한 프로그래밍을 보여주고, 두 번째 섹션은 PWM 신호를 생성하는 데 필요한 LabVIEW 코드를 보여주고, 세 번째 섹션은 SLSC-12101을 결함 삽입에 사용하는 방법을 보여줍니다.

SLSC-12201 프로그래밍

모듈 기능 설명

각 SLSC 모듈은 모듈 기능과 물리적 채널 기능 사이에 나누어지는 프로퍼티와 명령으로 설정됩니다. 이러한 기능은 모듈의 비휘발성 메모리(NVMEM: Non-Volatile Memory)에 저장되므로 모듈을 사용하기 위해 특별한 소프트웨어 레이어를 설치할 필요가 없습니다. SLSC API를 사용하면 모듈의 기능을 컨트롤할 수 있습니다.

"Show Command and Property Tree.vi" 배송 예제를 사용하면 SLSC-12201 모듈의 모든 프로퍼티와 명령을 얻을 수 있습니다.

SLSC-12201 프로그래밍

첫 번째 단계는 포트 0의 라인 0의 디지털 출력 방향을 설정하는 것입니다. 이는 PWM 출력의 경로입니다:

다음 단계는 라인 포트의 디지털 입력 방향을 설정하는 것입니다. 이것은 디지털 입력의 경로입니다:

다음 코드는 Vsup_0을 뱅크 0에 할당합니다. Vsup_0은 외부 24V 전원에 연결되어 있습니다. 또한 VI는 높은/낮은 임계점을 12V로 설정합니다.

이 코드는 명령 NI.UpdateChannelConfiguration을 사용합니다. 이렇게 하면 이전 설정 프로퍼티를 모두 적용하고 디지털 채널과 뱅크의 모든 설정을 동시에 활성화할 수 있습니다.

PXIe-7822R 프로그래밍하기

PWM 출력

다음 LabVIEW FPGA 코드는 PWM 출력 신호를 생성하는 방법을 보여줍니다.

PWM 측정

PWM 입력은 다음 다이어그램을 사용하여 측정됩니다. NI R 시리즈 디바이스용 PWM 펌웨어 구축에 대한 자세한 내용은 이 링크를 참조하십시오: http://www.ni.com/example/5963/en/

SLSC-12101 및 호스트 어플리케이션 프로그래밍하기

스위치 연결 끊기

이 코드는 릴레이를 컨트롤하며 사용자가 원할 때마다 또는 테스트 제품군 프로그램에서 오픈 회로 결함을 삽입할 수 있습니다. 다음 코드는 이벤트 구조를 사용합니다(슬라스코 섀시에 불필요한 트래픽이 발생하는 것을 방지하기 위해):

SLSC 섀시에 불필요한 트래픽을 생성하지 않도록 이벤트 구조

호스트 어플리케이션

이 간단한 어플리케이션의 최종 시스템은 아래에서 확인할 수 있습니다.  이것은 LabVIEW 프런트패널을 보여줍니다.

이 문서는 SLSC 구조를 사용하여 NI SLSC 구조를 사용하여 테스트 시스템의 신호 경로에 추가적인 구성요소를 추가하는 방법을 보여줍니다.

다음은 사용된 하드웨어와 소프트웨어 부품의 리스트입니다:

1. SLSC 모듈 설계 문서 (PN 785205-01을 구입하는 경우 NI에서 제공)
2. SLSC-12001 시작하기 가이드 및 사양
3. SLSC-12201 시작 가이드
4. SLSC-12101 사용자 가이드
5. 펄스 폭 변조 예제 DAQ 개인성