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使用LXI 增強汽車電子測試

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產品更新換代快、安全性能要求不斷提高、汽車電子裝置占整車汽車成本已達25%的已成不爭事實,還有提升質量、降低成本的壓力都說明報整個汽車行業競爭激烈,所以,電子功能測試等高要求但有意義的活動經常被視為“必不可少的麻煩”,汽車制造商們必須對所需的投資提供高回報。


這里,我們將介紹下一代測試系統提供的解決方案LAN儀器擴展協議 (LXI)。首先,具有LXI測試系統結構的儀器與卡箱儀器相比,以極具競爭力的價格提供了很好的性能。它是一種基于經過驗證、并廣泛使用的標準的測試系統結構,如以太網標準。這些標準基于經過時間檢驗的原則,即為實現高效測量提供“剛好”的冷卻、電源、屏蔽和物理尺寸,而又不會降低性能,同時采用模塊化設計和傳統外型。


由于具備上述優勢,負責測試汽車電子器件的系統設計人員可以使用LXI 最大限度地提高性能、降低成本,并對未來作好規劃。據LXI Connexion 雜志20064 月份中所說,考慮使用LXI的充分理由至少有10個。并且,這些理由同時適用于當前測試系統和未來測試系統:(1)人性化的設計;(2)性能要求;(3)成本控制;(4)擴充能力;(5)使用壽命;(6)靈活性;(7)機架空間;(8)分布式系統;(9IEEE-1588 同步;(10)合成儀器。更深入地考察這10 個理由,將幫助說明測試系統中的LXI 對汽車行業的價值。


一、 人性化的設計


汽車制造商美好的發展前景,很大程度都有賴于汽車電子器件制造商必須在極短的時間內把握先機,及時把最新產品推向市場,才有可能獲得最大的利潤,才使得資本的利用發揮最大的作用,讓汽車制造商來歡喜一上,因此,任何阻礙迅速開發測試系統或降低生產運行時間的任何東西都在汽車制造商所不能容忍的。如何解決這個問題呢?這都有賴于迅速建立系統并讓系統迅速投入運行。這一方面不僅可以節約時間,另一一方面還可以使制造商把重點放在更重要的任務上,即檢驗模塊和子組件的功能。


LXI由于本身的特點,省去了由于必須使用嵌入式PC 或通過接口卡和電纜連接的獨立式PC 控制基于VXI或基于PXI建立系統。 此外,LXI還解決了困擾開發人員面臨的的用戶接口、PC配置、接口和驅動程序四大問題。


 1.用戶接口:雖然大多數模塊化LXI 儀器沒有前面板,但其內置web 接口使得用戶能輕松地連接到PC 上打開網絡瀏覽器,就可以學習儀器功能,以及簡便查看世界上任何地方的設備上發生的情況,簡化系統支持,幫助保證更高的系統可用性。省去了開發人員初次使用新設備需全面閱讀產品手冊來了解其工作方式。


 2.PC 配置: LXI每次插拔卡時不需要重新引導系統,有些模塊化LXI儀器甚至支持熱插拔或電源打開時插拔卡,這些都是以前PXI系統所不能做到的.


 3.接口: LXI 采用的不是MXI GPIB 接口,而是計算機領域長期來的標準接口以太網。因此,用戶不需要在PC中安裝額外的接口卡,不需要安裝專有電纜,也不需要安裝專有軟件。僅僅這一點,就可以讓系統在幾分鐘內、而不是幾小時內投入運行


 4.驅動程序:PXI 系統剛開始安裝在新系統時,PC會使用儀器發現流程,識別新連接的設備,要求下載和安裝設備驅動程序。驅動程序的局限性可能會導致問題有些問題,諸如耗費大量時間,如后面所述。但LXI則不然,LXI通過標準規用IVI-COM 驅動程序,可以簡便地在各種開發環境中工作。然而,在要求更高的場合時,如要多功能或高性能時,可以直接通過標準程控儀器命令(SCPI) 直接對某些LXI儀器編程。(SCPI是一種既定的標準,可以通過簡單的VISA 功能調用與任何計算機語言一起使用。


 


1  許多安捷倫LXI 儀器包括前面板,因此其操作學習和調試起來非常簡便,而不需連接計算機。


二、 性能要求


在一些測試要求高的方面,如傳送大量數據的安全氣囊模塊,以及要求數千項測試的復雜的傳動系控制模塊,這些都通常會挑戰GPIB速度,GPIB的最大數據速率約為1 MB/s。在局域網中,I/O 傳送速度不再是一個問題,因為1-Gbit/s 連接正變得日益常見,10-Gbit已經開始出現。2


在同時要求儀器編程及傳送大塊數據的典型汽車應用中,I/O性能對LXI設備不應該是一個問題。很明顯,在傳送大塊數據時,如數字化器捕獲的波形,局域網的速度優勢會顯現出來。在儀器編程中,有一個人們已經全面了解的問題,它與局域網中的時延有關。計算機行業正在針對這個問題開發解決方案,因為這對存儲網絡也是一個問題。儀器廠商還正通過在LXI 設備中預裝指令,來減少要求的通信周期數量


2  34980A LXI 多功能開關/ 測量單元是一種低成本8 插槽主機,并可以選配內置DMM


三、 成本控制


降低整體測試成本并進行快速可靠的測試是汽車制造商們最希望看到的結果。某些商業刊物聲稱,功能測試不增加任何價值: 因為它處在制造流程的后期階段,制造商已經檢測了進入這個階段的部件,執行了X 射線檢測,完成了在線測試。事實上,這些步驟確實改善了產品質量,但并不能消除對功能測試的需求,因為它們不能檢測器件前期缺陷、設計錯誤(如確定容限)和節點不可達(通常是因為沒有為測試而進行設計引起的)而產生的問題。


汽車制造商似乎沖突的要求使這一提供積極支持,保持產品的長使用壽命進一步復雜化,他們可能會由于發貨命令,這就必然對使用壽命提出很高的要延遲及缺陷率高而受到處罰。針對此,LXI在設計時就預先考慮到這一需求,保證了提供穩定的、要求儀器使用有限的資金提供用壽命長的測試環境。它配備了最優的功能和性能 (2)。此外,它還充分考慮到客戶的投資,認真考慮硬件購置成本和循環成本,如備件、保修、當地維修選項與回廠維修選項、能否提供租賃設備等等。在很多情況下,逐臺儀器比較價格已經表明,LXI的硬件成本最多要比PXI 40%


此外,培訓成本也是列入考慮因素之一,諸如要考慮卡箱儀器與LXI相比的學習曲線成本。卡槽儀器在不同開發環境的一個最大的缺陷是:要求對每個開發環境使用不同的軟件驅動程序,如LabVIEWVisual BasicC++等等。但是,LXI 儀器則不同,它會提供一個選項,除了允許使用驅動程序,還允行使用SCPI。這樣,對熟悉SCPI的開發人員,儀器的學習曲線一般非常短。當然,.NET環境的IntelliSense幫助功能和聯機文檔有助于簡化使用驅動程序進行的編程工作。29719


 


四、 擴充能力


在基于卡箱的系統中,每增加一臺設備就需要另一個機箱和計算機接口,這樣不僅增加了成本,而且占用了空間。LXI而不然,只需增加一臺低成本局域網交換機,就可以為新增LXI設備提供更多的端口,諸如新增加的多條模數年轉換通道、電樞繼電器負載開關等等。就可以建立一個基于LXI設備的典型的汽車電子功能測試系統。


 


五、 使用壽命


LXI標準中設計的擴展功能保證了它將在長期內滿足測試測量行業的需求。汽車電子行業必須能夠為汽車修理提供積極的支持,保持產品的長使用壽命,這就必然對使用壽命提出很高的要求。LXI是為這一環境穩定的、使用壽命長的測試環境而設計。


 


六、 靈活性


LXI與基于卡箱的系統相比,具有更大的靈活性,如傳統的基于卡箱的系統限制了儀器在測試機架中的最佳位置。例如,最好把開關儀器放在一個低成本子系統中,把激勵/ 測量儀器放在另一個子系統,這樣的話就可以簡化服務,同時不會低效使用高成本、高性能背板來控制低速繼電器(這種情況通常發生在PXIVXI卡槽中)LXI 儀器則實現了一種較好的方法。安捷倫34980A 帶有內置DMM 及多種可供選擇的開關卡,為創建開關子系統提供了一種低成本專用方式。也可以把基于LXI 的儀器子系統放在別的地方。


LXI 標準的電源能夠滿足汽車電子模塊的當前要求。這是基于卡箱的電源中所不能達到的。例如安捷倫N6700模塊化電源和N5700 系列高功率電源 (4)就能夠達到上述的要求。


4 某些LXI電源的尺寸和功能要優于GPIBPXI電源


七、機架空間


在汽車應用中,高的空間利用率是系統開發人員所希望的,基于LXI 的功能測試系統可以組裝在高度只有400mm的機架中 (5)。如1 U 安捷倫N6700B 模塊化電源系統和集成DMM 8 插槽安捷倫34980A


VXI 中,一個C型機箱可以在大約6 U 中容納最多12部高性能儀器,但這種解決方案的成本通常會很高。PXI也實現了高密度,但其緊湊的4 U 尺寸有四個主要缺點:


1.卡的尺寸: PXI卡的尺寸問題決定了有時必需使用一個以上的插槽,才能實現所需的功能。可以使用各種尺寸創建LXI 儀器,保證滿足預計用途。
2.屏蔽: PXI卡會受到各種干擾問題的影響。例如,發出高磁性干擾的SCXI 電源可能會降低相鄰PXI DMM的性能,可能會使DMM的分辨率降低整整一位。VXI避免了這些問題,因為它要求所有卡都有屏蔽機箱。類似的,LXI設備本身帶有屏蔽,因為它們完全是自含式設備。
3.冷卻和功率: 機箱必須提供足夠的冷卻和電源容量,一次處理最大數量的儀器或繼電器。在高要求系統中,可能必需升級到一臺或多臺成本更高的、能夠提供所需冷卻和功率的主機。


4.此外,汽車電子器件中的應用通常要求超過許多PXI主機電壓功能的儀器輸出電壓。一般來說,LXI儀器是為目標應用提供所需的功率、電壓和冷卻而設計的。


圖5  在LXI 中,功能測試系統可以裝在高度只有400 mm的機架中


八、分布式系統
   把所有儀器共放在一起,將為汽車生產測試系統在耐用性測試系統、研發測試系統和生產檢驗系統來來很多好處。一個明顯的例子是:你可以把LXI 儀器放在環境艙旁邊,這樣就可以通過一條無線局域網鏈路連接測試工程師桌面上的PC。
生產測試系統除了在本地進行測試以外,還應該可以建立遠程測試系統,并從遠程測試中受益。你可以通過使用市場中流行的LXI 開關模塊,并可以創建測試夾具,比如自動適應線路上的任何引擎控制模塊,而不采用哪種針腳輸出。它可以安裝在機箱內部,同時連接自動機械成品測試箱內部。
   只有LXI能夠把激勵儀器和測量儀器放在所需的地方,使回連到系統核心的線纜達到最少,甚至不需要使用線纜。安捷倫L4400A 系列 (1 U 高、沒有前面板) 模塊就是為這類遠程應用或分布式應用設計的 (圖6)。
   另一個有利于LXI的因素是遠程調試和診斷。這在以前是難以想像的,現在擁有遠程接入權限的服務技術人員只需使用網絡瀏覽器,就好像使用IE一樣簡便,就可以從世界上幾乎任何地方診斷測試系統。如果在系統中增加一部連接局域網的網絡攝像機,那么遠程技術人員在其它地方診斷系統時,就好像在家中看電視一樣,可以及時地了解到系統中正在發生的情況,以便及時、準確、可靠地處理系統的進程。
 
圖6 安捷倫L4400A系列LXI開關模塊可以建立強大的遠程測試系統


九、 IEEE-1588 同步
  “時間就是金錢”,在企業大批量生產產品中,測試時間越短意味著產生的經濟效益越大,有時每個模塊的測試時間降低短短一秒都會帶來幾千美元的收益,甚到上萬美元的收益。在這種情況下,任何導致測試執行時間提高的任何硬件或軟件變化在整體上都是不能忍受的。
LXI為改善測試執行時間提供了一種全新的方式:從儀器到儀器同步基于高精度實時時鐘的自行觸發測量。通過這一功能,同時基于IEEE-1588高精度時間協議,可以在不需要主計算機干預的情況下,執行復雜耗時的測量。這可以最大限度地降低 (或消除) 測試系統的觸發連線,減少I/O 瓶頸。目前并不是所有LXI設備上都提供了這種新功能,但預計將有越來越多的LXI設備提供這一功能,值得進一步研究。因此,LXI通過廣泛的觸發功能滿足了這一需求。


十、合成儀器
   互聯網、GPS和手機已經被汽車構成了一個連接樞紐,而它們的共同點都是基于無線通信方式。為了滿足這一需求,汽車行業中的測試要求開始與電信行業、航空、 國防行業的要求融合在一起,可以預計,在未來,越來越多的RF 測試儀表可能會進入汽車電子測試系統。
在美國軍方的推動下,尤其是美國海軍NxTest (“下一代測試”) 行動計劃的推動下,為了能夠使分散的儀器構件能夠簡便地安排和重新安排,要求航空、國防行業要求使用分散的儀器構件。安捷倫已經提供基于LXI 的合成儀器 (圖7)。
 
圖7 LXI合成儀器


十一、結束語


從以上我們可以明顯看得出來,LXI 是為長期要求構建的、為降低測試成本、使用壽命、靈活性和提高測試質量而設計的,特別適合汽車電子測試。測試測量行業的領軍企業支持這一標準,使開發人員堅信LXI 是當前和未來的可行架構。

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