Telecomando
Il controllo computerizzato delle apparecchiature di prova, comprese le sorgenti di alimentazione in c.a. e c.c., è un requisito fondamentale per la costruzione di sistemi di prova automatizzati (ATE) e, in misura minore, per gli esperimenti di laboratorio di sviluppo ingegneristico. I requisiti chiave per questo tipo di controllo computerizzato sono:
- Comunicazione affidabile per ridurre o eliminare gli errori di comunicazione
- Velocità di trasferimento dati
- Standard industriali per supportare l'uso a lungo termine dei sistemi ATE, in particolare nelle applicazioni di difesa.
- Interoperabilità delle apparecchiature per consentire la manutenzione e gli aggiornamenti del sistema ATE
- Costo e disponibilità
Standard IEEE488
Storicamente, il bus di interfaccia IEEE488 (alias GPIB) è stato lo standard di interfaccia de-facto per questo scopo. Creato alla fine degli anni '60 da Hewlett-Packard - attualmente Keysight - come Hewlett Packard Interface Bus o HPIB, questo standard è stato poi adottato come standard IEEE ed è comunemente indicato come GPIB, per General Purpose Interface Bus. Sebbene sia stato inizialmente utilizzato nelle prime applicazioni di computer e periferiche, è stato rapidamente sostituito da standard di interfaccia più veloci e meno costosi nel settore dei computer, per cui "GP" è oggi un termine un po' improprio.
Tuttavia, ha avuto successo nel settore delle apparecchiature di prova grazie alle sue specifiche tecniche strettamente controllate, che hanno permesso di mescolare apparecchiature di prova di molti produttori diversi, e al supporto di funzioni specifiche per ATE o strumentazione, come SQR e polling seriale o parallelo degli strumenti.
Standard GPIB applicabili
Lo standard originale, specifico per HP, si è evoluto nel corso degli anni attraverso una serie di iniziative di standard IEEE e IEC europei, culminate nella versione del 2004. Su obiezione di HP, ora include anche la modalità di trasferimento dati a velocità più elevata HS-488, fornita da National Instruments nel tentativo di risolvere il problema della velocità di trasferimento dati relativamente bassa dell'interfaccia HPIB originale.
L'attuale standard IEEE/IEC 2004 IEC 60488-1, Standard per un protocollo a più alte prestazioni per l'interfaccia digitale standard per la strumentazione programmabile - Parte 1: Generale,[10] ha sostituito sia il precedente IEEE 488.1/IEC 60625-1, sia lo standard IEC 60488-2, Parte 2.
Pro e contro della GPIB
In particolare, la GPIB presenta vantaggi e svantaggi:
Vantaggi
Vantaggi
- Interfaccia di comunicazione collaudata e affidabile dedicata alle applicazioni di controllo informatico delle apparecchiature di prova.
- È stato supportato per lunghi periodi di tempo (45+ anni)
- L'handshaking hardware nativo e il controllo hardware per le richieste Remote/Local, Serial Parallel Poll e Service forniscono un livello di controllo più elevato rispetto alle interfacce basate sulla serialità come USB o LAN, che richiedono l'aggiunta di queste funzioni nei livelli software.
Ci sono anche ovvi inconvenienti da considerare:
Svantaggi
Svantaggi
- L'interfaccia GPIB è un bus parallelo che richiede 24 segnali, compresi terra e schermo, nonché cavi e connettori schermati speciali. Questi cavi sono costosi e di lunghezza piuttosto limitata. Il connettore a 24 pin di tipo Centronics richiesto è di grandi dimensioni rispetto agli standard odierni e pone problemi per le apparecchiature di test di dimensioni 1U a pieno o mezzo rack, poiché il connettore GPIB occupa una porzione significativa del pannello posteriore disponibile.
- Il numero di strumenti supportati è teoricamente limitato a soli 30, ma in pratica molto meno, poiché anche la lunghezza totale dei cavi per tutti gli strumenti collegati è limitata.
- Il costo del controller GPIB necessario e del cablaggio associato è molto elevato rispetto alle interfacce moderne come USB e LAN.
- Il costo dell'implementazione di un parlatore/ascoltatore GPIB completamente compatibile in un'apparecchiatura di test è notevolmente superiore a quello dell'USB o della LAN, aggiungendosi al costo dell'apparecchiatura di test. Per le apparecchiature di prova meno costose, questo aggravio di costo può essere considerevole rispetto al costo dell'intero strumento.
- Molti controller GPIB erano basati su standard di bus per computer come ISA, PCI o PCIe che nel frattempo sono scomparsi. Questo può rendere più difficile ottenere controller GPIB in futuro, dato che i nuovi computer si affidano sempre più a interfacce di tipo seriale come USB, Thunderbolt e LAN.
- Unica fonte per i controllori GPIB basati su PC. La maggior parte dei produttori di controller GPIB diversi da National Instruments sono scomparsi a causa della diminuzione del mercato di questi controller.
USB e LAN come alternative?
Dal punto di vista dei costi, l'utilizzo di USB o LAN al posto di GPIB per il controllo degli strumenti sembra una scelta ovvia. Tuttavia, molte delle funzioni fornite da GPIB per il controllo e la gestione delle apparecchiature di prova sono assenti e devono essere implementate in altro modo. Ciò significa che un semplice approccio USB o LAN non è un vero sostituto nelle applicazioni ATE.
I vantaggi evidenti di USB e LAN saltano subito all'occhio:
- Velocità di trasferimento dati assolutamente superiori. Anche tenendo conto della natura parallela della GPIB, che trasporta un byte alla volta anziché un bit alla volta, e tenendo conto dell'aumento di velocità teorico di HS-488 rispetto alla GPIB di base, le moderne velocità di USB-3 e LAN, rispettivamente di 5 Gb/sec... e 10 Gb/sec, forniscono velocità di trasferimento dati di ordini di grandezza superiori.
- USB e LAN sono "essenzialmente" gratuite su qualsiasi PC o altro dispositivo informatico. Anche il costo dell'USB e della LAN sull'apparecchiatura di test è ridotto rispetto alla logica e al connettore GPIB necessari.
- La mancanza di funzioni specifiche dell'ATE come SRQ, ATN, Device Trigger e Poll parallelo o seriale su USB e LAN rispetto allo standard GPIB richiede spesso l'aggiunta di livelli di protocollo supplementari, la maggior parte dei quali non sono standardizzati.
- L'USB è un'interfaccia punto a punto, non una topologia a stella, quindi la comunicazione con più strumenti richiede più porte USB o hub.
- La LAN è un'interfaccia condivisa, pertanto la velocità di trasferimento dei dati è influenzata dal numero di strumenti collegati allo stesso segmento o allo stesso computer.
- Collegare le apparecchiature di prova a una rete aziendale le espone al rischio potenziale di un accesso remoto non autorizzato. Nel caso di una fonte di alimentazione, ciò può rappresentare un grave rischio per la sicurezza dei dipendenti che lavorano sui sistemi ATE. L'uso di un segmento LAN locale isolato e dedicato è il modo migliore per mitigare questo problema. Alcune apparecchiature di prova, come la serie AFX di Pacific, prevedono il controllo dell'accesso degli utenti per garantire la sicurezza delle reti.
Parametri di velocità e latenza
Sono stati eseguiti diversi benchmark per confrontare il throughput complessivo tra GPIB, LAN e PXI. Sebbene PXI offra molti vantaggi in termini di velocità, il fattore di forma ridotto e la grave mancanza di alimentazione e raffreddamento, come richiesto per le sorgenti di alimentazione programmabili, lo rendono inadatto alle apparecchiature di test di potenza.
Alcuni risultati sono mostrati nella Figura 2. Si noti che la velocità di trasferimento dei dati e la latenza sono solo un aspetto delle prestazioni complessive dell'ATE e che nella scelta di una soluzione di interfaccia si devono valutare anche altri fattori, come il supporto a lungo termine, il costo e la facilità di integrazione.
Standard LXI
Lo standard LXI è stato sviluppato da un consorzio di produttori di apparecchiature di prova per risolvere alcuni dei problemi associati all'uso della LAN nei sistemi ATE per controllare le apparecchiature di prova. Lo standard LXI, acronimo di "Lan eXtension for Instrumentation", è in vigore dal 2005 ed è attivamente supportato dal consorzio LXI. (https://www.lxistandard.org/ )
Lo standard LXI per la strumentazione dotata di LAN aiuta a ridurre i tempi di configurazione, configurazione e debug dei sistemi di test. LXI è uno standard aperto e accessibile basato su Ethernet che identifica le specifiche e le soluzioni relative ai settori del test funzionale, della misurazione e dell'acquisizione dati. Ecco alcuni vantaggi chiave dell'utilizzo di LXI per la realizzazione di sistemi di test:
- Sfrutta l'infrastruttura del settore delle telecomunicazioni
- Riduce il costo del sistema di test utilizzando componenti LAN ubiqui e poco costosi
- Semplifica l'integrazione del sistema
- Fornisce prestazioni elevate
- Assicura un'ampia disponibilità di strumenti
- Il requisito del driver IVI standardizza l'aspetto e la funzionalità dei vari prodotti
- Server Web incorporato per l'accesso e il controllo a distanza del dispositivo
Perché è importante?
Lo standard del bus GPIB sta diventando molto vecchio e il suo supporto sta diminuendo. Molti nuovi strumenti non offrono più un'interfaccia GPIB. È probabile che questa tendenza continui, dato che le interfacce più veloci e meno costose utilizzate in TI e nell'industria informatica ricevono molti più finanziamenti e risorse di sviluppo.
Pacific Power sources offre l'interfaccia GPIB come opzione su tutti i suoi generatori. Sui modelli di nuova generazione, come la serie AFX, l'interfaccia LXI/LAN è inclusa come standard insieme all'USB.
Conclusione
Quando si sceglie una sorgente di alimentazione programmabile, sia in CA che in CC, si deve considerare la disponibilità di LXI quando si pianifica l'uso nei sistemi ATE attuali o futuri. È possibile combinare diverse soluzioni di bus, come GPIB, USB e LAN, ma per motivi di costo, facilità di integrazione e supporto a lungo termine occorre valutare attentamente.