A szoftveresen definiált moduláris műszerezés segítségével a mérnökök flexibilis tesztrendszereket valósíthatnak meg, amelyek gyorsan és bármikor áttervezhetőek. A piacon megtalálható több mint 1500 PXI termékből 400 fölött van azoknak a száma, amelyeket a National Instruments tervezett. Ezzel a bizonyított múlttal a National Instruments által tervezett PXI műszerezés számos előnyt kínál. A leírásban ezeket vizsgáljuk: műszerezés bármely alkalmazás számára, mérési minőség és teljesítmény, választható szoftver-architektúra és gyártóegység-verifikáció

Műszerezés az alkalmazások széles köre számára

Az NI több mint 450 PXI és PXI Express technológián alapuló moduláris műszert kínál. Ezeknek a sora a DC-től a 26,5 GHz-es eszközökig terjed, beleértve az iparág legnagyobb felbontású digitalizálóját 24 bites felbontással és a leggyorsabb, legpontosabb, 7 és fél digites digitális multimétert.Az NI moduláris műszereivel folyamatosan feszegeti a teljesítményhatárokat és teszi mindezt egy hatékonyabb 3U méretben. Az NI PXIe-5665 vektor-jelanalizátor (vector signal analyzer, VSA) megjelenésével az NI az RF-területen a pontosság és tesztsebesség tekintetében kategóriájában a legjobbat kínálja a PXI platformon, meghaladva a hagyományos asztali műszerekét. A másik példa a vezető méréstechnológiára az NI PXIe-5186 digitalizáló, amelyet az NI a világ vezető oszcilloszkópgyártójával, a Tektronix-szal közösen fejlesztett. 5 GHz sávszélességgel és 12,5 gigaminta/s mintavételezési frekvenciával ez a legnagyobb teljesítményű PXI digitalizáló a piacon.Az NI nem csak hatalmas moduláris műszerportfóliót kínál, hanem elérhetővé teszi FPGA-k használatát is a PXI platformon. Az FPGA-k hathatós megoldást jelentenek olyan alkalmazások számára, amelyek nagy adatmennyiség kezelését igénylik, miközben rugalmasnak és testreszabhatónak kell maradniuk. Az NI FlexRIO rugalmas, testre szabható perifériát biztosít az NI LabVIEW FPGA modulnak, hogy elősegítse nagy teljesítményű, újrakonfigurálható műszerek létrehozását. A LabVIEW FPGA kibővíti a LabVIEW grafikus fejlesztőkörnyezet alkalmazási területét FPGA célhardverekre. A LabVIEW jól használható FPGA-k programozására, mert világosan megjeleníti a párhuzamosságot és az adatfolyam-áramlást, így a hagyományos FPGA-tervezésben jártas és járatlan felhasználók egyaránt eredményesen kihasználhatják az újrakonfigurálható hardverek erősségeit. Meglévő, vagy akár teljesen egyedi jelkondicionálást végző adapter-modulokkal bővítheti rendszerét, hogy egy teszt vagy egy beágyazott rendszer speciális követelményeinek is megfelelhessen.

Teljesítmény és a mérések minősége
Az NI moduláris műszerei számos szabadalmaztatott és védett technológiát tartalmaznak, hogy a legmagasabb színvonalú működést biztosítsák és megbízható mérési eredményeket adjanak vissza napjaink legigényesebb alkalmazásai számára. Ezek a technológiák a következők:

• Synchronization and Memory Core (SMC) technológia,
• NI-TClk időzítő- és szinkronizációs technológia moduláris műszerek számára,
• NI-STC3 időzítő- és szinkronizációs technológia multifunkcionális mérés­adatgyűjtéshez,
• NI-MCal kalibrációs algoritmus mérés­adatgyűjtéshez.

Synchronization and Memory Core (SMC) technológia
Napjaink legújabb elektronikai tervezését a funkciók konvergálása, illetve a látszólag összefonódó analóg és digitális technológia növekedése jellemzi.
Azoknak a rendszereknek a tervezése, prototípusának fejlesztése és tesztelése, amelyek egyaránt tartalmaznak audio- és videojeleket, illetve további adatokat, ahogyan a legújabb generációs vezeték nélküli készülékek és set-top boxok is, szorosan integrált digitális és analóg adatgyűjtő, valamint jelgeneráló hardvert igényel, megfelelő alapsávi mintavételi frekvenciával, torzítással és időzítési jellemzőkkel. Az analóg és digitális műszerezésre már nem használhatunk különálló műszereket saját időzítésekkel és eltérő analóg mérési teljesítményekkel.
Továbbá, az ilyen készülékek világszerte éjjel-nappal folyó gyártása megköveteli a megbízhatósági, nagy munkateljesítményű funkcionális tesztelést.
Az NI megalkotta a Synchronization and Memory Core (SMC) technológiát mint a nagy sebességű moduláris műszerezések egy közös architektúráját, hogy megfeleljen a konvergens eszközök tesztelése jelentette kihívásnak. Az SMC szolgáltatásai létfontosságúak az integrált, kevert jelű prototípus-fejlesztés és az alábbi tesztrendszerek számára:

• rugalmas be- és kimeneti adatátviteli csatornák,
• nagy sebességű, integrált, csatornánként 512 MiB-ig skálázható memória,
• pontos időzítő- és szinkronizációs motor.

Az SMC architektúra központi része egy FPGA kontroller, a DataStream FPGA (DSF), ami az eszköz "processzora". Ez hajt végre minden utasítást, figyel a triggerjelekre és lock-okra, adja ki a jeleket és kezeli a digitalizált jelek forgalmát a műszer és a fogadó számítógép között.

Időzítés és szinkronizáció a National Instruments T-Clock technológiájával moduláris műszerek számára
Számos teszt- és mérőalkalmazás igényli egyszerre több eszköz időzítését és szinkronizációját.
Ez az egy műszeren található fogadó- és válaszcsatornák korlátozott száma miatt van így. (Pl. egy oszcilloszkóp akár négycsatornás és egy jelgenerátor akár kétcsatornás is lehet.) Különböző alkalmazások, kezdve az elektronikai iparban alkalmazott kevert jelű teszteléstől a tudományban használt lézerspektroszkópiáig megkövetelik nagyobb számú csatorna időzítését és szinkronizációját, továbbá igény van a digitális be- és kimeneti csatornák, illetve az analóg be- és kimeneti csatornák összehangolására.
A PXI platform, egész pontosan a keret, tartalmaz egy integrált időzítési és szinkronizálási lehetőséget, amely lehetővé teszi az összhangot a PXI modulok között. Az óra- és triggerjelek biztosítása a nagy sebességű szinkronizált eszközök számára még így is kihívásokkal teli. A késleltetések és időzítések bizonytalansága több mérőeszköz összehangolása esetén jelentős nehézséget okoz a szinkronizációban, különösen a nagy sebességű mérőrendszerek esetén. Ezeket a kérdéseket a rendszertervezés kezdetén gyakran figyelmen kívül hagyják, korlátozva ezzel a későbbiekben a szinkronizált rendszer sebességét és pontosságát. További felmerülő kérdés az óra- és triggerjelek megosztása kapcsán az eltolódás és a jitter.
Az NI kifejlesztett egy szabadalmaztatott módszert, amely során egy másik órajelet használhatunk az órajelek összehangolására és a triggerjelek küldésére, valamint fogadására.

Az NI T-Clock (NI-TClk) technológia célkitűzése kettős:

• Összehangolja a mintavételek órajelét, amelyek kezdetben nem feltétlenül illeszkednek, amellett, hogy azok fáziszártak a 10 MHz-es referencia-órajellel.
• Lehetővé teszi a szinkronizált eszközök pontos triggerelését.
• PXI Express-keret tervezésénél a slotonként maximum 100 ps eltolódást célozták meg, ami a legtöbb alkalmazás számára kielégítő. Az NI-TClk-technológiával ezt 10 ps-ra lehet csökkenteni, amely szorosabb többcsatornás fázisillesztést tesz lehetővé nagy sebességű moduláris műszerezésnél.

Az NI-TClk-szinkronizáció rugalmas és széles körben használható. Az alábbi felhasználásokat célozza meg:

• A szinkronizáció kiterjesztése egy egyedülálló PXI-keretről számos PXI-keretre, nagy csatornaszámú rendszerek számára. Ezeket a rendszereket NI PXI-665x vagy az NI PXIe-667x időzítő- és vezérlőmodullal látták el.
• Homogén és heterogén szinkronizáció - azonos vagy különböző mintavételezési sebességgel futó eszközök, belső vagy külső órajellel.

Az NI-TClk-szinkronizáció célja, hogy az eszközeink azonos időben reagáljanak a triggerjelekre. Az "azonos időben" azt jelenti, hogy azonos mintavételezési periódusban az órajelek nagyon szoros összhangban vannak. Az NI-TClk-szinkronizáció azáltal valósul meg, hogy minden eszköz generál egy triggerórajelet, amely a mintavételezési órajelből származik. A triggerjeleket a TClk-jelhez szinkronizálták. Az eszközök külső forrásból megkapják a triggerjelet, vagy azt maguk generálják, ezután ezt elküldik minden eszköznek, beleértve saját magukat, a TClk-jel lefutó élére. Minden eszköz a TClk-jel következő felfutó élén reagál erre.

NI-STC3 időzítő- és szinkronizációtechnológia multifunkciós mérésadatgyűjtéshez
Az NI-STC3 időzítő- és szinkronizációs technológia a teljesítmény új szintjét nyújtja az NI X-sorozatú multifunkciós mérés­adatgyűjtő rendszerei számára. Ez a technológia található a fejlett digitális, időzítő-, triggerelő-, szinkronizáló-, számláló/időzítő- és adatbuszt vezérlő szolgáltatások mögött.
Az újratriggerelhető feladat egy olyan mérési feladat, amely minden alkalommal végrehajt egy meghatározott működést, amikor egy bizonyos triggeresemény bekövetkezik. Az előző generációs szinkronizáció- és időzítőtechnológiák csak számlálós műveleteket voltak képesek újratriggerelni. Csak ezekkel lehetett biztosítani az újratriggerelhető mintavételezési órajeleket más feladatok számára is, azonban ez meglehetősen bonyolult kódokat eredményezett. Az NI-STC3-technológia most minden adatgyűjtő és jelgeneráló feladatot felszerel saját újratriggerelési lehetőséggel.
Az NI-STC3-technológia egyben egy gyorsabb, 100 MHz-es időalapot biztosít a korábbi eszközökben használt 80 MHz-es időalap helyett. A 100 MHz-es időalapot analóg és digitális mintavételezési vagy frissítési frekvencia előállítására is használjuk, szemben a korábbi eszközök 20 MHz-es időalapjával. Az ötszörös sebességnövekedésnek köszönhetően a tetszőlegesen beállított mintavételi órajel most szignifikánsan megközelíti a felhasználó által kívánt mintavételi gyakoriságot, továbbá a gyorsabb időalap és a továbbfejlesztett front-end csökkenti a késést a triggerelés és az első mintavételezési órajel éle között, ami javítja az eszköz érzékenységét a triggerelésre.
Az NI-STC3-technológia használatával a pufferelt számlálófunkcióknak bővültek a képességei az elődeikéihez képest. Ez főleg a pufferelt periódusidő és frekvenciamérések területén jelenik meg, noha a továbbiakban is közvetlenül kiválaszthatjuk az időzítés típusát, vagy a mintavételezési órajelet is. Ha egy mintavételezési órajelet használunk időzítési típusként, akkor pufferelt frekvencia- és periódusidő-mérést végzünk. Mindkettő számlálását a belső időalap alapján végzi az eszköz (belső számlálóval számolva), valamint ugyanezt a vizsgált ismeretlen jelre is elvégzi a mintavételezési órajel felfutó éléig. Ugyanakkor a mintavételi órajel egy olyan jel, amit meg kell határozni és létre kell hozni. Ezután el kell osztani a belső időalap elméleti értékét a számolt értékével, hogy megkapjuk a vizsgált jel frekvenciáját a mintavételi órajel következő éléig.
Az NI STC3-technológia szintén számos lehetőséget kínál a digitális I/O-k és az X-sorozatú eszközök PFI (programmable function input) vonalainak használatában. Ezek közé tartozik a programozható bekapcsolási állapot, a watchdog-időzítők, az esemény-észlelés és az új PFI-szűrés.
Az NI-STC3-technológiával most fejlettebb analóg, digitális és számlálós műveleteket végezhet el, mint valaha. Ezen túl, az olyan alkalmazások, amelyek korábban több integrált erőforrást igényeltek vagy nehezebben voltak programozhatók, most önállóan és kevesebb NI-DAQmxkód segítségével futnak.

Mérésadatgyűjtések MCal kalibrációs algoritmusa
Az NI-MCal egy szoftveralapú kalibrációs algoritmus, ami egy harmadfokú polinomot generál a feszültségmérések háromféle hibájának korrigálására: offset, gain és nem lineáris hiba. A szoftveralapú méréskorrekció használatával, az NI-MCal minden választható mérési tartományban egy egyedi korrekciós polinommal tud optimalizálni, amire a hardveralapú kalibráció nem képes.
Az NI-MCal algoritmus akkor fut le, amikor valamilyen szoftverből, mint például a LabVIEW-ból, az önkalibrációs funkciót hívjuk. Egy mai tipikus PC-n az NI-MCal-nak kevesebb mint 10 másodpercbe telik a nem lineáris hibáknak, a gainnek és az offsetnek a karakterizációja és a korrekciós polinomoknak a kártyára integrált EPROM-ba írása. A következő méréseket automatikusan skálázza az eszköz meghajtószoftvere, mielőtt visszaadná a mérőalkalmazáson keresztül. Szemben más önkalibrációs rendszerekkel, az NI-MCal rendelkezik azzal az egyedülálló képességgel, hogy kalibrált adatot adjon vissza minden csatornán, akkor is, ha a csatornákra különböző bemeneti mérőtartományt állítottak be. Ez azért lehetséges, mert az NI-MCal meghatározza, elmenti és alkalmazza a korrekciós polinomokat minden bemeneti mérőtartományra a műszeren. Más önkalibrációs mechanizmusok hardverkomponenseket használnak az adatok korrekciójára, és nem tudják megfelelő sebességgel dinamikusan betölteni a korrekciós függvényeket a megfelelő pontosság biztosításához, ha több bemeneti mérőtartomány van használatban egy mérés során. Ehelyett, az NI-MCal szoftveres úton végzi az adatok korrekcióját, amellyel könnyen betölthetők a csatornaspecifikus korrekciós függvények, még ha az adatgyűjtés az eszköz maximális sebességével fut is.
Az NI-MCal más önkalibrációs technikákkal szemben a nem lineáris hibák korrekcióján túl, csatornaspecifikus korrekciós függvényeket alkalmaz minden csatornára egy mérési szekvencia során. Kiküszöbölve a műszerek hibakorrekciójára hagyományosan használt hardverkomponensek korlátait és kihasználva a szoftverek, ill. a PC-alapú feldolgozás erejét és sebességét, az NI-MCal megemeli a mérési pontosság mértékét, valamint újradefiniálja az eszközök önkalibrációját.

Rugalmas szoftverfejlesztő környezet választása
Az NI PXI moduláris műszerei kompatibilisek a Windows operációs rendszerekkel, gyakori Linux-disztribúciókkal és valós idejű operációs rendszerekkel a determinisztikus működést igényelő alkalmazásokhoz. Ez biztosítja azt a rugalmasságot, ami szükséges a moduláris műszerezésű rendszerek tervezéséhez.

Windows operációs rendszerek
Egy Windows-alapú PXI-rendszer fejlesztése és működtetése nem különbözik egy standard, Windows-alapú PC-étől. Ezért nem szükséges meglévő alkalmazások szoftverét újraírni vagy új programozási technikákat megtanulni, ha PC-alapú rendszerről PXI-alapú rendszerre állunk át.
Ha a PXI-t választjuk, csökkenthetjük a fejlesztési időt és gyorsan automatizálhatjuk műszereinket az NI LabVIEW intuitív, grafikus programnyelv használatával, ami ipari szabvánnyá vált a teszttechnika területén, vagy az NI LabWindows(tm)/CVI C-alapú fejlesztőkörnyezettel. Más programnyelveket is használhatunk, mint például a Visual Studio .NET, a Visual Basic és a C/C++.
Továbbá a PXI kontrollerek képesek futtatni alkalmazásokat, amelyeket tesztmenedzsment-szoftverekben írtak, mint amilyen az NI TestStand is.

Valós idejű (Real-Time) operációs rendszerek
A Windows-alapú rendszerek alternatívájaként használhatunk egy valós idejű szoftver-architektúrát időkritikus alkalmazásokhoz, amelyek meghatározott ciklusidőket és direkt beavatkozástól mentes működést (nincs billentyűzet, egér vagy monitor) igényelnek. A valós idejű operációs rendszerek segítenek sorba rendezni a feladatokat, így a legkritikusabb feladat mindig átveszi a processzortól a vezérlést, ami csökkenti a jittert. Egyszerűsíthetjük a valós idejű rendszerek fejlesztését ipari standard fejlesztőkörnyezetek valós idejű verziójának használatával, úgymint a LabVIEW Real-Time vagy a LabWindows/CVI Real-Time modulokkal. A dinamikus vagy hardware-in-the-loop PXI tesztrendszereket építő mérnökök használhatnak valós idejű tesztszoftvereket, úgymint az NI VeriStand, tovább csökkentve ezáltal a fejlesztési időt.

Linux operációs rendszerek
Az NI szintén számos eszközt, beleértve a PXI platform moduláris eszközeit, támogat a gyakori Linux disztribúciókon.

Mérő- és vezérlőszolgáltatások
Az NI moduláris eszközei számos robusztus szoftverinterfészt kínálnak, úgymint az NI Measurement & Automation Explorer (MAX), az NI-DAQmx, a Virtual Instrument Software Architecture (VISA), a LabVIEW Plug & Play műszermeghajtók és az Interchangeable Virtual Instrument (IVI) műszermeghajtók. Ezek a mérő- és vezérlőszoftverek moduláris hardverinterfészt biztosítanak tesztjeik konfigurálásához és programozásához. Az NI legtöbb moduláris műszeréhez tesztablakot (soft front panel, SFP) is kapunk, amivel gyorsan megkereshetjük és elháríthatjuk a műszerünkhöz kapcsolódó hibákat. Ezek a mérő és vezérlő szoftvercsomagok segítenek elkerülni olyan tesztprogramok fejlesztését, amelyek tartósan kötődnek hardverekhez és csatornáikhoz a tesztrendszerünkben, ezáltal pedig segítik a kód-újrahasznosítást. Tekintsük meg ezeket a komponenseket!

Konfigurációkezelő
Egy konfigurációkezelő, mint a MAX, egységes rálátást biztosít mérőhardverünkre. A MAX-szel csatornaneveket definiálhatunk a jelek rendszerezésére, vagy skálázást adhatunk meg digitális jeleknek a mért mennyiségekre való konvertálásához. A konfigurációkezelő legnagyobb előnye az alkalmazásfejlesztő környezettel (application development environments, ADE) való integráció, megteremti lehetőségét, hogy egy alkalmazásba több mérést integráljunk könnyedén, fárasztó programozás nélkül. Ezek nélkül a konfigurációs eszközök nélkül sok időt kellene tölteni azzal, hogy ezeket a mérési funkciókat programból konfiguráljuk.

Műszerkapcsolat
Meglévő hagyományos eszközöknek a tesztszoftver keretrendszerbe való integrálásához olyan technológiák kihasználása szükséges, mint a Plug & Play műszermeghajtók és az IVI, hogy segítségükkel egyszerűbbé váljon a kommunikáció ezekkel az eszközökkel, és biztosított legyen a felcserélhetőség. A Plug & Play műszermeghajtó egy olyan függvényvagy LabVIEW esetében VI-csomag, ami a programozható műszer vezérlését végzi. A műszermeghajtók segítenek a műszer számítógépről való használatának elkezdésében, emellett fejlesztési időt és költséget takarítanak meg, mivel nem szükséges minden egyes eszköz programozását megtanulni. A nyílt forráskódú, jól dokumentált műszermeghajtókkal a jobb teljesítmény érdekében testre szabhatjuk a működést.
Az IVI egy olyan műszermeghajtó keretrendszert valósít meg, mely megkönnyíti a műszerek felcserélhetőségét. Egy IVI műszermeghajtó egy általános API-t használ műszertípusonként, és ettől elkülönítve valósítja meg a kommunikációt az egyedi műszerrel.
Az alkalmazásprogramozói interfész (application programming interface, API) elkülönítésével a műszerenkénti egyedi műszer-meghajtótól például olyan rendszert tervezhetünk, ami egy egyedi IVI-kompatibilis oszcilloszkópot használ a rendszer telepítésekor, majd a műszert gyártótól és típustól függetlenül lecserélhetjük anélkül, hogy a programot módosítani kellene.

Programozói eszközök
A műszermeghajtók egy lépéssel túlmutatnak azon, hogy egy könnyen használható API-val eszközt biztosítsanak a fejlesztés megkönnyítéséhez és idő megtakarításához. Az I/O asszisztensek interaktív eszközök mérővagy jeladó-alkalmazások létrehozásához. Az I/O asszisztensekre egy példa a DAQ Assistant (DAQ asszisztens), ami a NI-DAQmx műszermeghajtó része. A DAQ Assistant konfigurációs felületet biztosít a gyakori mérés­adat-gyűjtési paraméterek konfigurálásához programozás nélkül. A könnyen használható asszisztensek és a hatékony programfejlesztő környezet kombinációja szükséges mind a gyors fejlesztéshez, mind az alkalmazásokkal szembeni követelmények széles körének lefedéséhez.

Példaprogramok
Amellett, amit a mérő- és vezérlőszoftverekről fentebb elmondtunk, az NI a moduláris eszközeit számos példaprogrammal együtt szállítja. Például az NI-DCPower, amely egy IVI-kompatibilis műszermeghajtó az NI precíziós DC-tápegységeihez, számos példaprogramot tartalmaz, amelyek bemutatják a működést, kezdve az egyszerű beállításoktól a sweepelésig és monitorozásig.

Termelési célú moduláris műszerek ellenőrzése
Miután egy PXI moduláris műszer tervét éles termelési üzembe helyeztük, az NI garantálja, hogy minden egység ellenőrzötten megfelel a specifikációknak. Minden előállított moduláris műszernek több óra szigorú tesztelésen kell átesnie, hogy megbízhatóan működjön a tervezett alkalmazásban, miután abban telepítésre került. Ezek a tesztek a következőkből állnak: automatikus optikai ellenőrzés (automated optical inspection, AOI), áramkörben való tesztelés (in-circuit test, ICT), induló funkcionális teszt (initial functional test, IFT), környezetistressz-szűrés (environmental stress screening, ESS) és funkcionális ellenőrző teszt (functional verification test, FVT).

Az első végrehajtott vizsgálat, az AOI összehasonlítja a memóriában egy ismert, jó termék vázlatát minden újonnan gyártott termékkel, hogy kiszűrjük az orientációs hibákat és a hiányzó alkatrészeket. Az ICT a kártya minden tesztpontja közötti ellenállás vizsgálatával rövidzár- és szakadásvizsgálatot végez, illetve fordított alkatrészeket keres. Az IFT ellenőrzi a termék alapvető funkcionalitását azáltal, hogy teszteli az élesztési szekvencia sikeres működését. Az ESS tartalmaz egy hőterheléses tesztet (TCT) és egy gyorsított stressz-szűrést (HASS), melynek során a gyártott kártyákat egy bizonyos hőmérsékletre melegítik, és ellenőrzik a válaszait stimulált és nem stimulált állapotban. Ezek az "égetések" néhány órától akár több napig is tarthatnak. Végül a gyártott termékeket FVT-nek vetik alá, melynek során minden moduláris műszert kalibrálnak, hogy a specifikációnak való megfelelést biztosítsák. Néhány műszer esetében az FVT tesztállomást heti rendszerességgel kalibrálják, hogy a pontosságot biztosítsák.

A National Instruments Hungary Kereskedelmi Kft. honlapja