面向测试、控制和设计的数字I/O

大多数数字自动测试设备(ATE)系统会生成和/或采集1和0的码型，以与被测设备(DUT)通信。然而，随着数字组件最新创新的涌现，这些系统需要更复杂的数字测试仪，而不仅仅是具有两种开/关状态的简单逻辑分析仪。更快的芯片速度以及行业更倾向串行而不是并行数字协议的趋势要求更高的采样率。此外，制造和产品上市时间的压力要求硬件级别的处理能够更快地完成测试。同时，具有可变电压电平以及单路或差分信号的新逻辑系列不断让这些测试变得更加复杂。NI高速数字I/O (HSDIO)设备提供了一系列数字ATE和激励响应功能，旨在满足这些高端数字测试应用的要求。

• 时钟和数据速率分别高达200 MHz和400 Mb/s，可提供精确的硬件定时控制，这对于测试最新的集成电路、现场可编程门阵列(FPGA)和数字通信设备至关重要。
• 按周期、按通道的双向控制以及对所采集响应数据的实时硬件比较大大便利了误码率测试(BERT)、验证和确认的故障分析(V&V)以及通过/失败制造测试等应用程序的开发。
• -2.0至5.5 V之间的可编程电压电平创造了一个灵活的数字系统，可与多个逻辑系列交互或分析特定DUT的上下限特征。

^{图1：可编程电压电平}

• 六个逻辑通道状态，包括逻辑低(0)、逻辑高(1)、三态(Z)、比较逻辑高(H)、比较逻辑低(L)和忽略(X)，定义了数字测试波形并控制数字测试仪的操作。
• 多设备同步可为高通道数系统提供低至亚纳秒级的同步，而无需外部接线。
• 灵活的握手模式提供同步和异步信号交换，以请求和确认测试系统和DUT之间的数据传输。

软件也是任何数字ATE的关键部分。NI Digital Waveform Editor是一款图形化软件工具，可用于可视化数字信号以及轻松为自定义接口和测试应用创建、编辑和修改数字波形。您可以从头开始设计数字波形，也可以使用值更改转储(.VCD)或ASCII文件格式从设计工具中导入现有波形。此外，在采集数据时，数字波形编辑器可以突出显示误码，从而轻松可视化不一致、测量时序要求或更新波形以消除设计缺陷。搭配NI LabVIEW图形化开发环境和NI TestStand测试管理软件使用，Digital Waveform Editor让数字测试系统的软件部分臻于完善。

表1是NI高速数字I/O产品的概览。

^{表1：NI高速数字I/O产品}

工业应用所涉及的要求通常超出了普通测量设备的能力。例如，许多工业传感器和执行器需要24 V逻辑电平，并且可能在不同的电压电位下工作，从而可能导致接地回路。测量和控制系统的安全以及用户和操作员的安全同样重要。NI工业数字I/O设备具有最高150 V的电压电平、高电流驱动和隔离功能，可直接连接各种工业泵、阀门、电机和其他传感器/执行器，同时提供高度的安全性和可靠性。

^{图2：具有24 V逻辑电平和隔离的工业测量}

这些低成本设备非常适合工业控制和制造测试系统，例如工厂自动化、嵌入式机器控制和生产线验证。此外，NI工业数字I/O设备提供了高可靠性的工业功能组合，可实现极苛刻应用的自动化：

• 隔离可降低噪声，提供更大的电压范围，并为直接连接至工业传感器和执行器的硬件提供保护。
• 当连接到泵、发动机和其他工业执行器或机械时，可编程上电状态通过提供已知的初始化状态，保证安全操作。
• 数字I/O看门狗具有的故障防护机制，能够监控计算机或应用故障，并确保系统能够安全恢复。
• 数字线上发生状态改变事件后，更改检测自动触发应用程序执行数字读取操作，从而最小限度地占用处理器资源。
• 可编程输入滤波器可消除输入端的颤振、噪声、毛刺和尖峰信号，并为数字开关和继电器提供去抖动功能。
• CE、FCC、C-Tick、UL和VDE的工业认证确保全球大部分地区的EMI合规性，证明了系统可在危险环境中安全运行。

工业DIO是工业DAQ产品套件的一部分，该套件包括工业NI M系列和S系列多功能设备。这些设备是NI可编程自动化控制器(PAC)平台的补充，提供与逻辑、运动、过程控制和视觉应用无缝集成的工业I/O。NI PAC在一个开放、灵活的软件架构下，将可编程逻辑控制器(PLC)的坚固耐用与PC的功能性相结合。借助LabVIEW，包含工业DAQ和数字I/O的PAC可以与现有的PLC应用程序连接，从而为工业机器增加更多高级功能并提高效率。

^{图3：Innoventor饮料包装系统}

了解工业功能组合的更多信息。表2提供了NI工业数字I/O产品的概览。

^{表2：NI工业数字I/O产品}

设计本质上是一个迭代过程。无论应用范围如何，每个设计周期都是从定义到仿真再到原型验证和测试，而且这些阶段往往会在渐进式版本迭代中重复进行。能够在不同阶段之间快速切换对于优化设计过程至关重要。通过一个涵盖整个设计周期的单一平台，使用LabVIEW进行图形化系统设计可满足这一需求。此外，可重配置硬件与LabVIEW FPGA Module的组合为设计、原型验证和部署提供了优越的硬件和软件灵活性。

可重配置硬件具有用户定义的板载FPGA处理功能，可完全控制系统定时和触发。您无需任何VHDL经验即可配置FPGA芯片，使用LabVIEW FPGA模块创建LabVIEW程序框图便可直接控制所有I/O。该过程可提供高性能、用户可配置的定时和同步以及板载决策，速率最高可达40 MHz或更高。

例如，如果您正在开发的的应用程序使用了不支持的或自定义的数字通信协议，可使用LabVIEW FPGA模块在基于FPGA的R系列多功能RIO硬件上快速实现不同的通信接口或进行原型验证。

^{图4：使用R系列多功能RIO和LabVIEW FPGA的自定义数字协议}

使用LabVIEW FPGA，您可以对每个设备的“个性化配置”进行编程。个性化配置本质上是一个编译的比特文件，其中包含下载至板载FPGA的配置信息。您无需使用具有固定个性化配置的设备或专用集成电路(ASIC)，而是可以自定义电路板。在设计周期或原型验证的各个迭代中改变个性化配置就像修改及重新编译LabVIEW程序框图一样简单。个性化配置完成后就不再需要LabVIEW FPGA，因为可通过LabVIEW for Windows或LabVIEW Real-Time访问该设备。有关自定义RIO个性化配置的详细信息，请参见下方的相关链接。

NI可重配置I/O最多可提供160条数字线路，可单独配置用于输入、输出、计数器/定时器、脉宽调制等。表3总结了这些选项。

^{表3：NI R系列多功能RIO}

NI高速数字I/O设备为数字设备设计过程中的许多常见测试提供了另一种选择。例如，对于需要高速激励-响应测试或非标准电压电平的应用，NI HSDIO设备可在设计周期中为多功能RIO设备提供补充。HSDIO设备还可以与更高速度的设备连接，以高达400 Mb/s的速率传输数据。详细信息请参阅下方的相关链接。