Fernsteuerung
Die Computersteuerung von Prüfgeräten - einschließlich Wechsel- und Gleichstromquellen - ist eine wichtige Voraussetzung für den Bau automatisierter Prüfsysteme (ATE) und in geringerem Maße auch für Experimente in Entwicklungslabors. Die wichtigsten Anforderungen für diese Art der Computersteuerung sind:
- Zuverlässige Kommunikation zur Verringerung oder Beseitigung von Kommunikationsfehlern
- Geschwindigkeit der Datenübertragung
- Industriestandards zur Unterstützung des langfristigen Einsatzes von ATE-Systemen, insbesondere in Verteidigungsanwendungen
- Interoperabilität der Geräte, um die Wartung und Aufrüstung von ATE-Systemen zu ermöglichen
- Kosten und Verfügbarkeit
IEEE488-Norm
In der Vergangenheit war der IEEE488-Schnittstellenbus (auch bekannt als GPIB) der de-facto-Schnittstellenstandard für diesen Zweck. Dieser in den späten 1960er Jahren von Hewlett-Packard - heute Keysight - als Hewlett Packard Interface Bus oder HPIB eingeführte Standard wurde schließlich als IEEE-Standard übernommen und wird gemeinhin als GPIB für General Purpose Interface Bus bezeichnet. Obwohl er anfangs in frühen Computer- und Peripherieanwendungen verwendet wurde, wurde er schnell durch schnellere und kostengünstigere Schnittstellenstandards im Computerbereich ersetzt, so dass "GP" heutzutage eher eine falsche Bezeichnung ist.
Im Bereich der Prüfgeräte konnte es sich jedoch aufgrund seiner streng kontrollierten technischen Spezifikation, die es ermöglichte, Prüfgeräte vieler verschiedener Hersteller zu mischen, und seiner Unterstützung spezifischer ATE- oder gerätespezifischer Funktionen wie SQR und serielle oder parallele Abfrage von Geräten durchsetzen.
Anwendbare GPIB-Normen
Die ursprüngliche HP-spezifische Norm hat sich im Laufe der Jahre durch eine Reihe von IEEE- und europäischen IEC-Normen weiterentwickelt und gipfelte in der Version von 2004. Auf Einspruch von HP hin enthält sie nun auch den HS-488-Datenübertragungsmodus mit höherer Geschwindigkeit, der von National Instruments beigesteuert wurde, um die relativ niedrige Datenübertragungsgeschwindigkeit der ursprünglichen HPIB-Schnittstelle zu verbessern.
Die aktuelle IEEE/IEC-Norm IEC 60488-1 von 2004, Standard for Higher Performance Protocol for the Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation - Part 1: General,[10] ersetzte die beiden älteren Normen IEEE 488.1/IEC 60625-1 und IEC 60488-2, Part 2.
GPIB Pro und Contra's
Insbesondere GPIB hat Vor- und Nachteile:
Vorteile
Vorteile
- Bewährte, zuverlässige Kommunikationsschnittstelle für die Computersteuerung von Prüfgeräten.
- Wird seit langem unterstützt (45+ Jahre)
- Natives Hardware-Handshaking und Hardware-Steuerung für Remote/Local, Serial Parallel Poll und Service Requests bieten ein höheres Maß an Kontrolle als serielle Schnittstellen wie USB oder LAN, bei denen diese Funktionen in Software-Schichten hinzugefügt werden müssen.
Es gibt auch offensichtliche Nachteile zu bedenken:
Nachteile
Nachteile
- Die GPIB-Schnittstelle ist ein paralleler Bus, der 24 Signale einschließlich Masse und Abschirmung sowie spezielle abgeschirmte Kabel und Stecker erfordert. Diese Kabel sind teuer und in ihrer Länge ziemlich begrenzt. Der erforderliche 24-polige Centronics-Steckverbinder ist nach heutigen Maßstäben sehr groß und stellt ein Problem für Prüfgeräte mit 1 HE oder halber Rackgröße dar, da der GPIB-Steckverbinder einen großen Teil der verfügbaren Rückwand einnimmt.
- Die Anzahl der unterstützten Geräte ist theoretisch auf 30 begrenzt, in der Praxis jedoch weit weniger, da auch die Gesamtkabellänge zu allen angeschlossenen Geräten begrenzt ist.
- Die Kosten für den erforderlichen GPIB-Controller und die zugehörige Verkabelung sind im Vergleich zu modernen Schnittstellen wie USB und LAN sehr hoch.
- Die Kosten für die Implementierung eines vollständig kompatiblen GPIB-Talkers/Listeners in ein Prüfgerät sind erheblich höher als die Kosten für USB oder LAN, was die Kosten des Prüfgeräts erhöht. Bei weniger teuren Prüfgeräten können diese Mehrkosten beträchtlich sein im Vergleich zu den Kosten des gesamten Geräts.
- Viele GPIB-Controller basierten auf Computer-Bus-Standards wie ISA, PCI oder PCIe, die inzwischen verschwunden sind. Dies kann es in Zukunft schwieriger machen, GPIB-Controller zu bekommen, da neue Computer zunehmend auf serielle Schnittstellen wie USB, Thunderbolt und LAN setzen.
- Einzige Quelle für PC-basierte GPIB-Controller. Die meisten Hersteller von GPIB-Controllern außer National Instruments sind aufgrund des schrumpfenden Marktes für diese Controller verschwunden.
USB und LAN als Alternativen?
Unter Kostengesichtspunkten scheint die Verwendung von USB oder LAN anstelle von GPIB für die Gerätesteuerung eine naheliegende Wahl zu sein. Allerdings fehlen mehrere der von GPIB bereitgestellten Funktionen zur Steuerung und Verwaltung der Prüfgeräte und müssen auf andere Weise implementiert werden. Das bedeutet, dass ein einfacher USB- oder LAN-Ansatz in ATE-Anwendungen kein echter Ersatz ist.
Die offensichtlichen Vorteile von USB und LAN springen natürlich sofort ins Auge:
- Deutlich höhere Datenübertragungsgeschwindigkeiten. Selbst wenn man die parallele Natur von GPIB berücksichtigt, die jeweils ein Byte und nicht nur ein Bit überträgt, und die theoretische 8-fache Geschwindigkeitssteigerung von HS-488 gegenüber GPIB berücksichtigt, bieten moderne USB-3- und LAN-Geschwindigkeiten von 5 Gb/s bzw. 10 Gb/s Datenraten, die um Größenordnungen höher sind.
- USB und LAN sind auf jedem PC oder einem anderen Computergerät im Wesentlichen kostenlos. Die Kosten für USB und LAN auf dem Prüfgerät selbst sind ebenfalls gering im Vergleich zu der erforderlichen GPIB-Talker/Listener-Logik und dem Anschluss.
- Das Fehlen von ATE-spezifischen Funktionen wie SRQ, ATN, Gerätetrigger und parallele oder serielle Abfrage über USB und LAN im Vergleich zum GPIB-Standard erfordert häufig das Hinzufügen zusätzlicher Protokollschichten, von denen die meisten nicht standardisiert sind.
- USB ist eine Punkt-zu-Punkt-Schnittstelle, keine Sterntopologie, so dass für die Kommunikation mit mehreren Geräten mehrere USB-Anschlüsse oder Hubs erforderlich sind.
- Da es sich bei einem LAN um eine gemeinsam genutzte Schnittstelle handelt, werden die Datenübertragungsraten durch die Anzahl der an dasselbe Segment oder denselben Computer angeschlossenen Geräte beeinflusst.
- Der Anschluss von Prüfgeräten an ein Firmennetz setzt sie dem potenziellen Risiko eines unbefugten Fernzugriffs aus. Im Falle einer -Quelle kann dies ein großes Risiko für die Sicherheit der Mitarbeiter darstellen, die an den ATE-Systemen arbeiten. Ein isoliertes, dediziertes lokales LAN-Segment ist die beste Möglichkeit, dieses Risiko zu minimieren. Einige Prüfgeräte wie die AFX-Serie von Pacific bieten eine Benutzerzugriffskontrolle, um die Sicherheit in Netzwerken zu gewährleisten.
Benchmarks zu Geschwindigkeit und Latenz
Es wurden mehrere Benchmarks durchgeführt, um den Gesamtdurchsatz zwischen GPIB, LAN und PXI zu vergleichen. PXI bietet zwar viele Geschwindigkeitsvorteile, ist aber aufgrund des kleinen Formfaktors und des erheblichen Mangels an Stromversorgung und Kühlung, wie er für programmierbare Stromquellen erforderlich ist, für Leistungsprüfgeräte ungeeignet.
Einige Ergebnisse sind in Abbildung 2 unten dargestellt. Beachten Sie, dass Datenübertragungsraten und Latenzzeiten nur ein Aspekt der Gesamtleistung von ATEs sind und andere Faktoren wie langfristige Unterstützung, Kosten und einfache Integration bei der Auswahl einer Schnittstellenlösung ebenfalls berücksichtigt werden sollten.
LXI-Norm
Der LXI-Standard wurde von einem Konsortium von Prüfgeräteherstellern entwickelt, um einige der Probleme im Zusammenhang mit der Verwendung von LAN in ATE-Systemen zur Steuerung von Prüfgeräten zu lösen. Dieser LXI-Standard, der für "Lan eXtension for Instrumentation" steht, ist seit 2005 in Kraft und wird vom LXI-Konsortium aktiv unterstützt. (https://www.lxistandard.org/ )
Der LXI-Standard für mit LAN ausgestattete Messgeräte trägt dazu bei, den Zeitaufwand für das Einrichten, Konfigurieren und Debuggen von Prüfsystemen zu verringern. LXI ist ein offener, zugänglicher, auf Ethernet basierender Standard, der Spezifikationen und Lösungen für die Bereiche Funktionstest, Messung und Datenerfassung festlegt. Hier sind einige der wichtigsten Vorteile der Verwendung von LXI beim Aufbau von Testsystemen:
- Nutzung der Infrastruktur der Telekommunikationsbranche
- Geringere Kosten für das Testsystem durch allgegenwärtige und kostengünstige LAN-Komponenten
- Vereinfacht die Systemintegration
- Bietet hohe Leistung
- Gewährleistet eine breite Verfügbarkeit der Instrumente
- Die IVI-Treiberanforderung standardisiert das Aussehen und die Bedienung verschiedener Produkte
- Eingebauter Webserver für Fernzugriff und Steuerung des Geräts
Warum ist das so wichtig?
Der GPIB-Bus-Standard ist in die Jahre gekommen, und die Unterstützung für ihn nimmt ab. Viele neue Geräte verfügen nicht mehr über eine GPIB-Schnittstelle. Dieser Trend wird sich wahrscheinlich fortsetzen, da für schnellere, kostengünstigere Schnittstellen, die von TI und der Computerindustrie verwendet werden, weit mehr Mittel und Entwicklungsressourcen bereitgestellt werden.
Pacific Power Sources bietet die GPIB-Schnittstelle als Option für alle seine Stromquellen an. Bei Modellen der neuen Generation, wie der AFX-Serie, ist LXI/LAN zusammen mit USB als Standardschnittstelle enthalten.
Schlussfolgerung
Bei der Auswahl einer programmierbaren -Quelle, entweder AC oder DC, ist die Verfügbarkeit von LXI zu berücksichtigen, wenn der Einsatz in ATE-Systemen jetzt oder in Zukunft geplant wird. Natürlich sind auch Kombinationen verschiedener Buslösungen wie GPIB, USB und LAN möglich, aber aus Gründen der Kosten, der einfachen Integration und des langfristigen Supports müssen sie sorgfältig geprüft werden.