Modulare, softwaredefinierte Messsysteme
Für alle (Mess-)Fälle gerüstet
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Messgeräte-Bundles
Entwickler können die PXI-PPS-Bundles (PPS: Programmable Power-Supply) von National Instruments (NI) als Basis für leistungsstarke Messsysteme nutzen. Die PXI-PPS-Module decken den grundlegenden Leistungsbedarf des Prüflings ab und können mit zahlreichen Messmodulen erweitert werden, um eine Reihe von Gerätecharakterisierungs-, Designvalidierungs- und Fertigungstest-Anwendungen zu unterstützen. Das Gehäuse liefert bis zu 58 Watt Leistung und Kühlung für zusätzliche Instrumente, leistungsstarke PXIe-Verbindungen und einen integrierten Thunderbolt-Link für die Verbindung mit einem externen Desktop- oder Laptop-Computer, der als Systemcontroller fungiert (Bild 2).
Die PPS können dazu verwendet werden, einen Prüfling mit programmierbarer Leistung zu versorgen und gleichzeitig die Strom- und Spannungspegel zu kontrollieren und zu überwachen, um den Stromverbrauch zu messen. Sie verfügen über zwei isolierte 60-Watt-Kanäle mit Fernabtastung, um Verluste in der Systemverkabelung auszugleichen, und haben einen typischen Wirkungsgrad von 78 Prozent. Die Kanäle umfassen auch Ausgangstrennungen, die den Prüfling isolieren können, wenn er nicht getestet wird.
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Beispiele für erweiterbare PXI-PPS-Bundles mit 120 Watt Leistung für den Prüfling sind das 867117-01 mit einem PXIe-4112-Zweikanal-PPS (wie Modell 782857-01), das maximal 1 Ampere (A) bei 60 Volt DC pro Kanal liefern kann, und das 867118-01 mit einem PXI2-4113-Zweikanal-PPS (wie Modell 782857-02) , das bis zu 6 A bei 10 Volt DC pro Kanal liefern kann (Bild 3).
Starthilfe für die Entwicklung des Messsystems
NI bietet Entwicklern eine Reihe von PXI-Bundles an, um die Entwicklung von Messsystemen voranzutreiben. Beispiele dafür:
- PXI-Signalgenerator-Bundles, mit denen Standardfunktionen und benutzerdefinierte, beliebige Wellenformen erzeugt werden können. Die PXI-Signalgenerator-Bundles verfügen über bis zu zwei Kanäle mit einer Bandbreite von bis zu 80 MHz, einem Ausgangsbereich von ±12 V und einer maximalen Aktualisierungsrate von 800 MSamples/s. Das 867119-01 enthält zum Beispiel einen 20-MHz-Arbiträrfunktionsgenerator.
- PXI-Oszilloskop-Bundles bieten bis zu acht Kanäle, die mit einer Geschwindigkeit von bis zu 5 GSamples/s und einer analogen Bandbreite von 1,5 GHz abtasten können. Das Bundle 867010-01 enthält ein 60-MHz-Oszilloskopmodul.
- Bundles mit PXI-Quellenmesseinheit (SMU) wie das 867111-01 sind für die Automatisierung von DC-Messungen und -Tests konzipiert. Die SMUs bieten Vier-Quadranten-Betrieb, Bereiche bis zu ±200 V und ±3 A sowie eine Empfindlichkeit bis hinunter zu 100 fA. PXI-SMU-Bundles kombinieren die Fähigkeit zur Durchführung von High-Power-Sweeps und Niederstrommessungen.
- PXI-LCR-Bundles wie das 867113-01 lassen sich für Gleichstrom- und Impedanzmessungen verwenden, indem ein LCR-Meter und eine SMU in einem einzigen Gerät kombiniert werden. Dieses Instrument bietet fA-Strom- und fF-Kapazitätsmessungen in einem PXI-Formfaktor mit einem Steckplatz.
- PXI-DMM Bundles unterstützen handgeführte, geschaltete und automatisierte DMM-Messungen mit hoher Genauigkeit und einer Auflösung von bis zu 7,5 Stellen. Die hohe Abtastgeschwindigkeit ermöglicht es dem Benutzer, Transienten zu charakterisieren, ohne dass ein Oszilloskop erforderlich ist. Benutzer können Trigger für die Erfassung und/oder Sequenzierung konfigurieren. Das Modell 867115-01 verfügt beispielsweise über ein 6,5-stelliges Display.
- PXI-Nanovoltmeter-Bundles sind hochauflösende analoge Eingangsmodule mit einer Auflösung von bis zu 28 bit. Sie verfügen über einen Chopping-Modus, der ein Kanalpaar verwendet, um ein hohes Maß an Rauschunterdrückung zu gewährleisten, was genaue und wiederholbare nV-Messungen und eine integrierte Mittelwertbildung und Filterung des Signals sowie eine Umschaltung der Messung mit automatischer Nullstellung ermöglicht. Das Modell 867125-01 bietet 32 Kanäle, 28 bit Auflösung und 2 MSamples/s Abtastung.
- Multifunktionale PXI-I/O-Bundles wie das 867124-01 bieten eine Mischung aus analogen I/O-, digitalen I/O-, Zähler-/Zeitgeber- und Triggerfunktionen. Die multifunktionalen PXI-I/O-Bundles bieten bis zu vier analoge Ausgangskanäle, 48 bidirektionale digitale Kanäle, 80 analoge Eingangskanäle und eine Abtastrate von 2 MSamples/s.
Die Software definiert das System
Zusätzlich zu den breit gefächerten Hardwaremodulen bietet NI eine Auswahl an Softwareentwicklungsumgebungen an, darunter InstrumentStudio und LabView.
InstrumentStudio ist im Lieferumfang von NI-PXI-Geräten enthalten und bietet Anwendern eine einheitliche Softwareumgebung zur Überwachung und Fehlersuche in automatisierten Prüfsystemen, die ohne Code auskommt. Außerdem können Anwender Anzeigen erstellen, die Daten von mehreren Instrumenten gleichzeitig darstellen (Bild 4). Mit den Tools können Anwender Screenshots und Messergebnisse erfassen und Konfigurationen auf Projektebene für DUTs speichern, die wiederverwendet oder mit anderen Entwicklern geteilt werden können.
LabView ist die Entwicklungsumgebung von NI für softwaredefinierte Testanwendungen. Mit seiner grafischen Benutzeroberfläche (GUI) können Testingenieure schnell automatisierte Forschungs-, Validierungs- und Produktionstestsysteme entwickeln. Der grafische Ansatz von LabView ermöglicht es auch Nicht-Programmierern, per Drag-and-Drop virtuelle Darstellungen von Messgeräten zu erstellen, um T&M-Programme zu entwickeln, interaktive Benutzeroberflächen zu erstellen und Daten in .cvs, .tdms oder benutzerdefinierten Binärdateien zu speichern.
Fortgeschrittene Programmierer profitieren von den verfügbaren Treibern für Python, C, C++, C#, .NET und Matlab. NI bietet außerdem eine Reihe von Softwarewerkzeugen für die Entwicklung umfassender T&M-Umgebungen an:
- TestStand für die Erstellung automatisierter Testsequenzen
- G-Web-Entwicklungssoftware für die Erstellung von Webanwendungen
- DIAdem für die interaktive Datenanalyse
- FlexLogger für T&M-Datenerfassung und -Protokollierung
Fazit
Die Schaffung von softwaredefinierten Testumgebungen für Design, Validierung und Produktionstests von Komponenten und Systemen erfordert den Einsatz mehrerer T&M-Instrumente. Anstatt Messinstrumente von verschiedenen Anbietern zu verwenden, die entsprechende Anschlussmöglichkeiten, Kosten und Platzbedarf mit sich bringen, können Ingenieure auf Gerätebündel von NI zurückgreifen, mit denen sich kompakte, flexible und leistungsstarke Testsysteme erstellen lassen. NI und DigiKey bieten außerdem eine Reihe von Softwareumgebungen an, um den Entwicklungsprozess zu beschleunigen.
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