適用於測試、控制，與設計的數位 I/O

大多數數位自動化測試設備 (ATE) 系統都會產生與/或取得 1 與 0 的波形,以便與受測裝置 (DUT) 進行通訊。不過,隨著數位元件的近期創新,這些系統需要更精密的數位測試機,這款測試機的功能不僅是具備兩種開/關狀態的簡單邏輯分析儀。晶片速度加快,以及業界轉向序列與平行數位通訊協定的趨勢,使得取樣率越來越高。此外,製造與上市時間帶來的壓力也使得硬體層級的處理作業難以加快完成測試的速度。同時,採用可變電壓準位與單一或差動訊號的新的邏輯族,讓這些測試變得更複雜。NI 的 高速數位 I/O (HSDIO) 裝置提供一系列的數位 ATE 與激發響應功能,可滿足這些高階數位測試應用的需求。

• 最高可達每秒 200 MHz 與每秒 400 Mb 的 高時脈與資料傳輸率,可提供精確的硬體時序控制功能,以測試最新的積體電路、現場可程式化門陣列 (FPGA) 與數位通訊裝置。
• 每週期、每通道雙向控制與即時硬體比較所取得的響應資料,有助於開發位元錯誤率測試 (BERT)、驗證與驗證 (V&V) 故障分析,以及通過/未通過製造測試等應用。
• 在 -2.0 到 5.5 V 之間的可程式化電壓準位之間,即可建立靈活的數位系統,以介接多個邏輯族,或針對特定 DUT 的上下邊界進行特性分析。

^{圖 1：可程式化電壓準位}

• 六種邏輯通道狀態包括邏輯低 (0)、邏輯高 (1)、三種狀態 (Z)、比較邏輯高 (H)、比較邏輯低 (L),以及忽略 (X) 定義數位測試波形並控制數位測試機的動作。
• 多裝置同步化可針對高通道數系統提供低至亞毫微秒的同步化功能,且無需外部接線。
• 靈活的交握模式可提供同步與非同步訊號交換功能,以要求與確認測試系統與 DUT 之間的資料傳輸。

軟體也是任何數位 ATE 不可或缺的一環。NI 數位波形編輯軟體為圖形化的軟體工具,可呈現數位訊號,並針對客制介接與測試應用,輕鬆建立、編輯,並修改數位波形。使用者可從 Scratch 設計數位波形,或從 Value Change Dump (.VCD) 與 ASCII 檔案格式匯入現有波形。此外,Digital Waveform Editor 還能在您取得資料時,強調位元錯誤,讓您可輕鬆呈現不一致的情況並量測時序需求,或是更新波形以排除設計缺陷。Digital Waveform Editor 結合 NI LabVIEW 圖形化開發環境與 NI TestStand 測試管理軟體,可完成任何數位測試系統的軟體元件。

表 1 摘要列出 NI 的高速數位 I/O 產品。

^{表 1:National Instruments 高速數位 I/O 產品}

工業級應用，往往需要超乎一般量測裝置所能達到的功能。舉例來說，許多工業級感測器與致動器都需要 24 V 邏輯位準，而且可能會在不同的電壓電位下操作，此可能會造成接地迴路。量測或控制系統的安全與使用者或操作人員的安全同樣重要。NI 工業級數位 I/O 介面卡具有最高 150 V 電壓準位、高電流驅動,與隔離功能,可直接連至多種工業級幫浦、活門、馬達,與其他感測器/致動器,並提供極高的安全性與可靠性。

^{圖 2：採用 24 V 邏輯準位與隔離}的工業量測

這些低價位介面卡適用於工業級控制，並可製造測試系統，如工廠自動化、嵌入式機器控制，與產線檢驗。更進一步來說，NI 工業級數位 I/O 介面卡具有高可靠度的工業函式集，針對最高自動化需求的應用所設計：

• 隔離可降低雜訊、延伸電壓範圍,並保護直接連至工業級感測器與致動器的硬體。
• 當連接至活門、馬達、機械、與其他工業級致動器時,可程式化的電源開啟狀態將提供初始化狀態,以進行安全作業。
• 數位 I/O 監控 (Watchdog) 具有安全 (Fail-safe) 機制,可監測電腦或應用的當機情況,並確保系統處於可安全回復的狀態中。
• 以最低的處理器耗用變更數位通道的狀態事件之後,將自動觸發變更偵測功能並觸發應用,以執行數位讀取作業。
• 可程式化輸入濾波器可移除輸入通道中的振動、雜訊、抖動,與尖波,並消除數位切換器與繼電器的訊號抖動 (Debouncing)。
• CE、FCC、C-Tick、UL 與 VDE 的 工業級認證,將確保絕大部分地區的 EMI 相容性,並讓系統於嚴苛環境中進行安全作業。

工業級 DIO 是工業級 DAQ 產品組合的一部分,其中包含工業級 NI M 系列與 S 系列多功能裝置。這些裝置能與 NI 可程式化自動化控制器 (PAC) 平台相輔相成,提供能與邏輯、運動、流程控制與視覺應用完美整合的工業級 I/O。NI PAC 於開放、彈性的軟體架構中,整合可程式化邏輯控制器 (PLC) 與電腦的功能。使用 LabVIEW 後,具備工業級 DAQ 與數位 I/O 的 PAC 就能介接現有的 PLC 應用,進而為工業級機器增添更多進階功能,並提升效率。

^{圖 3：Innoventor 飲品包裝系統}

深入了解工業級功能組合。表 2 摘要列出 NI 工業級數位 I/O 產品。

^{表 2：National Instruments 工業級數位 I/O 產品}

設計本就是一種反覆式的流程。無論應用的範圍為何,每個設計週期都會從定義到模擬、原型製作與測試,而且在漸進的修訂階段,通常會重複這些階段。要將設計流程最佳化,必須具備快速切換階段的手段。使用 LabVIEW 進行圖形化系統設計,只要運用整個設計週期的單一平台就能滿足這項需求。此外,可重設硬體結合 LabVIEW FPGA Module 就能發揮無與倫比的軟硬體設計、原型製作與部署彈性。

可重設硬體內建使用者定義的 FPGA 處理功能,可完整控制系統時序與觸發。使用 LabVIEW FPGA Module 建立 LabVIEW 程式方塊圖,讓您能直接即時控制所有 I/O,因此您無需具備任何 VHDL 經驗即可設定 FPGA 晶片。此程序提供高效能、使用者可設定的時序和同步化,並內建速率最高 40 MHz 的決策執行功能。

舉例來說,若您要開發採用不支援或客制數位通訊協定的應用,可使用 LabVIEW FPGA Module 在 FPGA 架構的 R 系列多功能 RIO 硬體上快速實作或製作不同通訊介面的原型。

^{圖 4：包含 R 系列多功能 RIO 與 LabVIEW FPGA 的客制數位通訊協定}

使用 LabVIEW FPGA,即可針對每個裝置的「特性」進行程式設計。特性本質上是包含設定資訊的已編譯位元檔案,下載至內建 FPGA。您無需使用具固定特性或應用專屬積體電路 (ASIC) 的裝置,即可客制機板。在進行設計週期或原型迭代時,只要修改 LabVIEW 程式方塊圖並重新編譯,就能輕鬆變更屬性。完成特性後,您就不再需要使用 LabVIEW FPGA,因為您可以透過適用於 Windows 的 LabVIEW 或 LabVIEW Real-Time 存取裝置。如需客制化 RIO 特性的詳細資訊,請參閱下方的相關連結。

NI 可重設 I/O 硬體提供高達 160 個數位通道,可個別設定輸入、輸出、計數器/計時器、脈寬調變等。表 3 列出了這些選項。

^{表 3:National Instruments R 系列多功能 RIO}

NI 高速數位 I/O 介面卡為數位裝置設計流程中的其他常見測試選項。針對需要高速激源響應測試或非標準電壓準位的應用,例如,NI HSDIO 裝置在設計週期中能補足多功能 RIO 裝置。HSDIO 裝置也能介接高速裝置,以高達 400 Mb/s 的速率傳輸資料。請參閱下方的相關連結,以取得更多資訊。