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Considérations relatives à l'interface GPIB ou LAN avec LXI

Télécommande

Le contrôle informatique des équipements d'essai - y compris les sources d'alimentation en courant alternatif et continu - est une exigence essentielle pour la construction de systèmes d'essai automatisés (ATE) et, dans une moindre mesure, pour les expériences en laboratoire de développement technique. Les principales exigences pour ce type de contrôle informatique sont les suivantes :
  • Une communication fiable pour réduire ou éliminer les erreurs de communication
  • Vitesses de transfert des données
  • Normes industrielles pour soutenir l'utilisation à long terme des systèmes ATE, en particulier dans les applications de défense
  • Interopérabilité des équipements pour permettre la maintenance et la mise à niveau des systèmes ATE
  • Coût et disponibilité

Norme IEEE488

Historiquement, le bus d'interface IEEE488 (alias GPIB) a été la norme d'interface de facto à cette fin. Établie à la fin des années 1960 par Hewlett-Packard - actuellement Keysight - sous le nom de Hewlett Packard Interface Bus ou HPIB, cette norme a finalement été adoptée en tant que norme IEEE et est communément appelée GPIB pour General Purpose Interface Bus (bus d'interface à usage général). Bien qu'elle ait été utilisée dans les premières applications informatiques et périphériques, elle a été rapidement remplacée par des normes d'interface plus rapides et moins coûteuses dans le domaine informatique, de sorte que le terme "GP" est quelque peu inapproprié de nos jours.
Il a toutefois prospéré dans le domaine des équipements d'essai grâce à ses spécifications techniques étroitement contrôlées qui ont permis de mélanger des équipements d'essai de nombreux fabricants différents et à sa prise en charge de fonctions spécifiques à l'ATE ou à l'instrumentation, telles que le SQR et l'interrogation en série ou en parallèle d'instruments.

Normes GPIB applicables

La norme originale spécifique à HP a évolué au fil des ans à travers une série d'efforts de normalisation de l'IEEE et de la CEI européenne, pour aboutir à la version de 2004. En dépit des objections de HP, elle inclut désormais le mode de transfert de données à plus grande vitesse HS-488 fourni par National Instruments dans le but de remédier à la vitesse de transfert de données relativement faible de l'interface HPIB d'origine.
La norme IEEE/IEC actuelle de 2004, IEC 60488-1, Standard for Higher Performance Protocol for the Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation - Part 1 : Généralités[10], a remplacé les anciennes normes IEEE 488.1/IEC 60625-1 et IEC 60488-2, partie 2.

Les avantages et les inconvénients du GPIB

Le GPIB présente des avantages et des inconvénients :
Avantages
  • Interface de communication éprouvée et fiable dédiée aux applications de contrôle informatique des équipements d'essai.
  • a été soutenu pendant de longues périodes (45 ans et plus)
  • Le handshaking matériel natif et le contrôle matériel pour les requêtes Remote/Local, Serial Parallel Poll et Service ont fourni un niveau de contrôle plus élevé que les interfaces sérielles telles que USB ou LAN qui nécessitent l'ajout de ces fonctions dans des couches logicielles.
Il y a aussi des inconvénients évidents à prendre en compte :
Inconvénients
  • L'interface GPIB est un bus parallèle qui nécessite 24 signaux, y compris la masse et le blindage, ainsi qu'un câblage et des connecteurs blindés spéciaux. Ces câbles sont coûteux et leur longueur est relativement limitée. Le connecteur Centronics à 24 broches requis est de grande taille par rapport aux normes actuelles, ce qui pose des problèmes pour les équipements de test de 1U ou de demi-rack, car le connecteur GPIB occupe une partie importante du panneau arrière disponible.
  • Le nombre d'instruments pris en charge est théoriquement limité à 30, mais dans la pratique, il est bien moindre, car la longueur totale du câble reliant tous les instruments connectés est également limitée.
  • Le coût du contrôleur GPIB requis et du câblage associé est très élevé par rapport aux interfaces modernes telles que l'USB et le LAN.
  • Le coût de la mise en œuvre d'un talker/listener GPIB entièrement compatible dans un équipement de test est considérablement plus élevé que celui d'un USB ou d'un LAN, ce qui augmente le coût de l'équipement de test. Pour les équipements d'essai moins coûteux, ce surcoût peut être considérable par rapport au coût de l'instrument entier.
  • De nombreux contrôleurs GPIB étaient basés sur des normes de bus informatiques telles que ISA, PCI ou PCIe qui ont depuis disparu. Cela peut rendre plus difficile l'obtention de contrôleurs GPIB à l'avenir, car les nouveaux ordinateurs s'appuient de plus en plus sur des interfaces de type série comme USB, Thunderbolt et LAN.
  • Source unique pour les contrôleurs GPIB basés sur PC. La plupart des fabricants de contrôleurs GPIB autres que National Instruments ont disparu en raison de la diminution du marché de ces contrôleurs.
Un contrôleur GPIB typique basé sur le bus PCI est illustré dans la figure 1 ci-dessous.
Figure 1 : Contrôleur GPIB du bus PCI

USB et LAN comme alternatives ?

Du point de vue des coûts, l'utilisation de l'USB ou du LAN à la place du GPIB pour le contrôle des instruments semble être un choix évident. Cependant, plusieurs des fonctions fournies par le GPIB pour le contrôle et la gestion de l'équipement d'essai sont manquantes et doivent être mises en œuvre d'une autre manière. Cela signifie qu'une simple approche USB ou LAN n'est pas un véritable remplacement dans les applications ATE.
Les avantages évidents de l'USB et du LAN sautent immédiatement aux yeux :
  • Des vitesses de transfert de données beaucoup plus rapides. Même en tenant compte de la nature parallèle du GPIB, qui transporte un octet à la fois au lieu d'un bit à la fois, et en prenant en compte l'augmentation théorique de la vitesse de HS-488 de 8x par rapport au GPIB de base, les vitesses modernes de l'USB-3 et du LAN de 5 Gb/sec... et 10 Gb/sec respectivement fournissent des débits de données qui sont des ordres de grandeur plus élevés.
  • L'USB et le LAN sont "essentiellement" gratuits sur n'importe quel PC ou autre dispositif informatique. Le coût de l'USB et du LAN sur l'équipement de test lui-même est également faible par rapport à la logique et au connecteur GPIB requis pour l'émetteur/récepteur.
Il y a cependant quelques inconvénients à prendre en compte :
  • L'absence de fonctions spécifiques à l'ATE telles que SRQ, ATN, Device Trigger et Parallel or Serial Poll sur USB et LAN par rapport à la norme GPIB nécessite souvent l'ajout de couches de protocole supplémentaires, dont la plupart ne sont pas normalisées.
  • L'USB est une interface point à point, et non une topologie en étoile, de sorte que la communication avec plusieurs instruments nécessite plusieurs ports USB ou concentrateurs.
  • Le réseau local est une interface partagée, de sorte que les taux de transfert de données sont affectés par le nombre d'instruments connectés au même segment ou au même ordinateur.
  • La connexion des équipements d'essai à un réseau d'entreprise les expose au risque potentiel d'un accès à distance non autorisé. Dans le cas d'une source d'alimentation, cela peut représenter un risque important pour la sécurité des employés travaillant sur les systèmes ATE. L'utilisation d'un segment LAN local isolé et dédié est le meilleur moyen d'atténuer ce risque. Certains équipements d'essai, comme la série AFX de Pacific, permettent de contrôler l'accès des utilisateurs afin de garantir la sécurité des réseaux.

Analyse comparative de la vitesse et de la latence

Plusieurs tests de référence ont été effectués pour comparer le débit global entre GPIB, LAN et PXI. Bien que le PXI offre de nombreux avantages en termes de vitesse, son petit facteur de forme et le manque cruel d'alimentation et de refroidissement requis pour les sources d'alimentation programmables le rendent inadapté aux équipements de test de puissance. Quelques résultats sont présentés dans la figure 2 ci-dessous. Il convient de noter que les taux de transfert de données et la latence ne sont qu'un aspect des performances globales de l'ATE et que d'autres facteurs tels que l'assistance à long terme, le coût et la facilité d'intégration doivent également être pris en compte lors de la sélection d'une solution d'interface.
Figure 2 : Repères de vitesse (© National Instruments)

Norme LXI

La norme LXI a été développée par un consortium de fabricants d'équipements d'essai afin de résoudre certains problèmes liés à l'utilisation du réseau local dans les systèmes ATE pour contrôler les équipements d'essai. Cette norme LXI, qui signifie "Lan eXtension for Instrumentation", est en place depuis 2005 et est activement soutenue par le consortium LXI. (https://www.lxistandard.org/ ) La norme LXI pour l'instrumentation équipée d'un réseau local permet de réduire le temps nécessaire à l'installation, à la configuration et au débogage des systèmes d'essai. LXI est une norme ouverte et accessible basée sur Ethernet qui identifie les spécifications et les solutions liées aux secteurs du test fonctionnel, de la mesure et de l'acquisition de données. Voici quelques avantages clés de l'utilisation de LXI pour construire des systèmes de test :
  • Tirer parti de l'infrastructure du secteur des télécommunications
  • Réduit le coût du système d'essai en utilisant des composants LAN omniprésents et peu coûteux
  • Simplifie l'intégration du système
  • Fournit des performances élevées
  • Assurer une large disponibilité des instruments
  • Les exigences du pilote IVI normalisent l'aspect et la convivialité entre les produits
  • Serveur Web intégré pour l'accès et le contrôle à distance de l'appareil
Figure 3 : Interface web de la série AFX - Programmation et mesures

Pourquoi est-ce important ?

La norme de bus GPIB est très ancienne et son support diminue. De nombreux nouveaux instruments ne proposent plus d'interface GPIB. Cette tendance devrait se poursuivre, car les interfaces plus rapides et moins coûteuses utilisées par TI et l'industrie informatique bénéficient d'un financement et de ressources de développement beaucoup plus importants. Pacific Power sources propose l'interface GPIB en option sur toutes ses sources d'alimentation. Sur les modèles de nouvelle génération tels que la série AFX, l'interface LXI/LAN est incluse en standard avec l'interface USB.

Conclusion

Lors de la sélection d'une source d'alimentation programmable, en courant alternatif ou continu, il convient de tenir compte de la disponibilité de LXI lors de la planification de l'utilisation dans les systèmes ATE, aujourd'hui ou à l'avenir. Bien entendu, il est possible de combiner plusieurs solutions de bus telles que GPIB, USB et LAN, mais pour des raisons de coût, de facilité d'intégration et de support à long terme, il convient d'y réfléchir attentivement.
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Le contrôle informatique des équipements d'essai - y compris les sources d'alimentation en courant alternatif et continu - est une exigence essentielle pour la construction de systèmes d'essai automatisés (ATE) et, dans une moindre mesure, pour les expériences en laboratoire de développement technique. Les principales exigences pour ce type de contrôle informatique sont les suivantes :
  • Une communication fiable pour réduire ou éliminer les erreurs de communication
  • Vitesses de transfert des données
  • Normes industrielles pour soutenir l'utilisation à long terme des systèmes ATE, en particulier dans les applications de défense
  • Interopérabilité des équipements pour permettre la maintenance et la mise à niveau des systèmes ATE
  • Coût et disponibilité

Norme IEEE488

Historiquement, le bus d'interface IEEE488 (alias GPIB) a été la norme d'interface de facto à cette fin. Établie à la fin des années 1960 par Hewlett-Packard - actuellement Keysight - sous le nom de Hewlett Packard Interface Bus ou HPIB, cette norme a finalement été adoptée en tant que norme IEEE et est communément appelée GPIB pour General Purpose Interface Bus (bus d'interface à usage général). Bien qu'elle ait été utilisée dans les premières applications informatiques et périphériques, elle a été rapidement remplacée par des normes d'interface plus rapides et moins coûteuses dans le domaine informatique, de sorte que le terme "GP" est quelque peu inapproprié de nos jours.
Il a toutefois prospéré dans le domaine des équipements d'essai grâce à ses spécifications techniques étroitement contrôlées qui ont permis de mélanger des équipements d'essai de nombreux fabricants différents et à sa prise en charge de fonctions spécifiques à l'ATE ou à l'instrumentation, telles que le SQR et l'interrogation en série ou en parallèle d'instruments.

Normes GPIB applicables

La norme originale spécifique à HP a évolué au fil des ans à travers une série d'efforts de normalisation de l'IEEE et de la CEI européenne, pour aboutir à la version de 2004. En dépit des objections de HP, elle inclut désormais le mode de transfert de données à plus grande vitesse HS-488 fourni par National Instruments dans le but de remédier à la vitesse de transfert de données relativement faible de l'interface HPIB d'origine.
La norme IEEE/IEC actuelle de 2004, IEC 60488-1, Standard for Higher Performance Protocol for the Standard Digital Interface for Programmable Instrumentation - Part 1 : Généralités[10], a remplacé les anciennes normes IEEE 488.1/IEC 60625-1 et IEC 60488-2, partie 2.

Les avantages et les inconvénients du GPIB

Le GPIB présente des avantages et des inconvénients :
Avantages
  • Interface de communication éprouvée et fiable dédiée aux applications de contrôle informatique des équipements d'essai.
  • a été soutenu pendant de longues périodes (45 ans et plus)
  • Le handshaking matériel natif et le contrôle matériel pour les requêtes Remote/Local, Serial Parallel Poll et Service ont fourni un niveau de contrôle plus élevé que les interfaces sérielles telles que USB ou LAN qui nécessitent l'ajout de ces fonctions dans des couches logicielles.
Il y a aussi des inconvénients évidents à prendre en compte :
Inconvénients
  • L'interface GPIB est un bus parallèle qui nécessite 24 signaux, y compris la masse et le blindage, ainsi qu'un câblage et des connecteurs blindés spéciaux. Ces câbles sont coûteux et leur longueur est relativement limitée. Le connecteur Centronics à 24 broches requis est de grande taille par rapport aux normes actuelles, ce qui pose des problèmes pour les équipements de test de 1U ou de demi-rack, car le connecteur GPIB occupe une partie importante du panneau arrière disponible.
  • Le nombre d'instruments pris en charge est théoriquement limité à 30, mais dans la pratique, il est bien moindre, car la longueur totale du câble reliant tous les instruments connectés est également limitée.
  • Le coût du contrôleur GPIB requis et du câblage associé est très élevé par rapport aux interfaces modernes telles que l'USB et le LAN.
  • Le coût de la mise en œuvre d'un talker/listener GPIB entièrement compatible dans un équipement de test est considérablement plus élevé que celui d'un USB ou d'un LAN, ce qui augmente le coût de l'équipement de test. Pour les équipements d'essai moins coûteux, ce surcoût peut être considérable par rapport au coût de l'instrument entier.
  • De nombreux contrôleurs GPIB étaient basés sur des normes de bus informatiques telles que ISA, PCI ou PCIe qui ont depuis disparu. Cela peut rendre plus difficile l'obtention de contrôleurs GPIB à l'avenir, car les nouveaux ordinateurs s'appuient de plus en plus sur des interfaces de type série comme USB, Thunderbolt et LAN.
  • Source unique pour les contrôleurs GPIB basés sur PC. La plupart des fabricants de contrôleurs GPIB autres que National Instruments ont disparu en raison de la diminution du marché de ces contrôleurs.
Un contrôleur GPIB typique basé sur le bus PCI est illustré dans la figure 1 ci-dessous.
Figure 1 : Contrôleur GPIB du bus PCI

USB et LAN comme alternatives ?

Du point de vue des coûts, l'utilisation de l'USB ou du LAN à la place du GPIB pour le contrôle des instruments semble être un choix évident. Cependant, plusieurs des fonctions fournies par le GPIB pour le contrôle et la gestion de l'équipement d'essai sont manquantes et doivent être mises en œuvre d'une autre manière. Cela signifie qu'une simple approche USB ou LAN n'est pas un véritable remplacement dans les applications ATE.
Les avantages évidents de l'USB et du LAN sautent immédiatement aux yeux :
  • Des vitesses de transfert de données beaucoup plus rapides. Même en tenant compte de la nature parallèle du GPIB, qui transporte un octet à la fois au lieu d'un bit à la fois, et en prenant en compte l'augmentation théorique de la vitesse de HS-488 de 8x par rapport au GPIB de base, les vitesses modernes de l'USB-3 et du LAN de 5 Gb/sec... et 10 Gb/sec respectivement fournissent des débits de données qui sont des ordres de grandeur plus élevés.
  • L'USB et le LAN sont "essentiellement" gratuits sur n'importe quel PC ou autre dispositif informatique. Le coût de l'USB et du LAN sur l'équipement de test lui-même est également faible par rapport à la logique et au connecteur GPIB requis pour l'émetteur/récepteur.
Il y a cependant quelques inconvénients à prendre en compte :
  • L'absence de fonctions spécifiques à l'ATE telles que SRQ, ATN, Device Trigger et Parallel or Serial Poll sur USB et LAN par rapport à la norme GPIB nécessite souvent l'ajout de couches de protocole supplémentaires, dont la plupart ne sont pas normalisées.
  • L'USB est une interface point à point, et non une topologie en étoile, de sorte que la communication avec plusieurs instruments nécessite plusieurs ports USB ou concentrateurs.
  • Le réseau local est une interface partagée, de sorte que les taux de transfert de données sont affectés par le nombre d'instruments connectés au même segment ou au même ordinateur.
  • La connexion des équipements d'essai à un réseau d'entreprise les expose au risque potentiel d'un accès à distance non autorisé. Dans le cas d'une source d'alimentation, cela peut représenter un risque important pour la sécurité des employés travaillant sur les systèmes ATE. L'utilisation d'un segment LAN local isolé et dédié est le meilleur moyen d'atténuer ce risque. Certains équipements d'essai, comme la série AFX de Pacific, permettent de contrôler l'accès des utilisateurs afin de garantir la sécurité des réseaux.

Analyse comparative de la vitesse et de la latence

Plusieurs tests de référence ont été effectués pour comparer le débit global entre GPIB, LAN et PXI. Bien que le PXI offre de nombreux avantages en termes de vitesse, son petit facteur de forme et le manque cruel d'alimentation et de refroidissement requis pour les sources d'alimentation programmables le rendent inadapté aux équipements de test de puissance. Quelques résultats sont présentés dans la figure 2 ci-dessous. Il convient de noter que les taux de transfert de données et la latence ne sont qu'un aspect des performances globales de l'ATE et que d'autres facteurs tels que l'assistance à long terme, le coût et la facilité d'intégration doivent également être pris en compte lors de la sélection d'une solution d'interface.
Figure 2 : Repères de vitesse (© National Instruments)

Norme LXI

La norme LXI a été développée par un consortium de fabricants d'équipements d'essai afin de résoudre certains problèmes liés à l'utilisation du réseau local dans les systèmes ATE pour contrôler les équipements d'essai. Cette norme LXI, qui signifie "Lan eXtension for Instrumentation", est en place depuis 2005 et est activement soutenue par le consortium LXI. (https://www.lxistandard.org/ ) La norme LXI pour l'instrumentation équipée d'un réseau local permet de réduire le temps nécessaire à l'installation, à la configuration et au débogage des systèmes d'essai. LXI est une norme ouverte et accessible basée sur Ethernet qui identifie les spécifications et les solutions liées aux secteurs du test fonctionnel, de la mesure et de l'acquisition de données. Voici quelques avantages clés de l'utilisation de LXI pour construire des systèmes de test :
  • Tirer parti de l'infrastructure du secteur des télécommunications
  • Réduit le coût du système d'essai en utilisant des composants LAN omniprésents et peu coûteux
  • Simplifie l'intégration du système
  • Fournit des performances élevées
  • Assurer une large disponibilité des instruments
  • Les exigences du pilote IVI normalisent l'aspect et la convivialité entre les produits
  • Serveur Web intégré pour l'accès et le contrôle à distance de l'appareil
Figure 3 : Interface web de la série AFX - Programmation et mesures

Pourquoi est-ce important ?

La norme de bus GPIB est très ancienne et son support diminue. De nombreux nouveaux instruments ne proposent plus d'interface GPIB. Cette tendance devrait se poursuivre, car les interfaces plus rapides et moins coûteuses utilisées par TI et l'industrie informatique bénéficient d'un financement et de ressources de développement beaucoup plus importants. Pacific Power sources propose l'interface GPIB en option sur toutes ses sources d'alimentation. Sur les modèles de nouvelle génération tels que la série AFX, l'interface LXI/LAN est incluse en standard avec l'interface USB.

Conclusion

Lors de la sélection d'une source d'alimentation programmable, en courant alternatif ou continu, il convient de tenir compte de la disponibilité de LXI lors de la planification de l'utilisation dans les systèmes ATE, aujourd'hui ou à l'avenir. Bien entendu, il est possible de combiner plusieurs solutions de bus telles que GPIB, USB et LAN, mais pour des raisons de coût, de facilité d'intégration et de support à long terme, il convient d'y réfléchir attentivement.
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