Strumentazione modulare

La strumentazione modulare introdotta da circa 30 anni continua a crescere in termini di popolarità grazie alle caratteristiche di velocità e flessibilità e, in particolare, alla capacità di effettuare misure multiple in parallelo

Pubblicato il 24 febbraio 2015

Il tasso di adozione accelerata dagli utenti finali, accoppiato con un aumento degli investimenti in apparecchiature che forniscono soluzioni innovative, guiderà la strumentazione modulare a diventare l’architettura principale nei sistemi di test automatizzati per il prossimo futuro.

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Fig. 1 – Esempio di standard PXI di National Instruments

La strumentazione modulare è in grado di fornire una soluzione di test efficiente e consiste in uno chassis, composto da un alimentatore e un controller, dove vengono inseriti opportuni moduli.

Lo chassis offre letteralmente il quadro per il sistema e normalmente può variare nel formato da quattro slot fino a diciotto.

Il system controller si trova di solito nello slot a sinistra (può cambiare a seconda dello standard) e, in alternativa, può essere sostituito da un PC remoto per il relativo controllo dello chassis fornendo un’opzione particolarmente conveniente e potente per molti utenti.

In commercio vi è una varietà molto ampia di moduli che comprende in particolare strumenti di test per una vasta gamma di misure, ad esempio tensione, corrente, frequenza, nonché generatori di segnali e analizzatori.

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Fig. 2 – Esempio di standard VXI

Tuttavia i moduli sono disponibili per eseguire anche altre funzioni tra cui test boundary scan, l’acquisizione di immagini, alimentatori, switching e molto altro.

Il mercato offre una serie di Bus quali: Pxi (Pci eXtensions for Instrumentation) deriva dal bus Pci e il formato dei moduli è identico a quello delle schede CompactPci (Fig. 1), Vxi (Vme eXtensions for Instrumentation) deriva dal bus Vme (Fig. 2), AXIe (AdvancedTca Extensions for Instrumentation and Test) deriva dal bus AdvancedTca (Fig. 3).

Negli ultimi anni il mercato mondiale della strumentazione modulare ha visto una crescita esponenziale, con un tasso di circa il 17,1 %. I fattori che dovrebbero guidare la continua crescita includono una maggiore attenzione dei clienti nel ridurre il costo del test, il vantaggio degli standard open, che consentono la miscelazione, e la congruenza degli strumenti e la maggiore capacità e scalabilità dei sistemi.

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Fig. 3 – Esempio di standard AXIe

Altri fattori chiave sono l’aumento del numero di applicazioni automatizzate, nonché il sostegno dei principali produttori quali National Instruments, Keysight, Aeroflex.

Secondo una ricerca di mercato di Frost&Sullivan, il tasso composto di crescita annua 2012-2017 è previsto essere del 12,2%.

Nel 2017 i ricavi di mercato dovrebbero raggiungere 1.172 miliardi di dollari. La crescita del mercato varia significativamente in soluzioni VXI, PXI/PXI Express, mentre VXI è nella penombra del suo ciclo di vita e le sue vendite hanno rallentato il mercato, per AXIe lo sviluppo è appena iniziato.

PXI e PXI Express, invece, rappresentano e continueranno a rappresentare un’importante forza nel mercato per la strumentazione modulare (Fig. 4).

Moduli PXI e PXIe

Il mercato della strumentazione PXI è forse il segmento in più rapida crescita del settore di test e misura, dimostrato da una crescita a due cifre su base annuale. I prodotti che hanno guidato le prestazioni di Keysight nel mercato PXI includono M9391A Vector Signal Analyzer (VSA) e M9381A Vector Signal Generator (VSG).

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Fig. 4 – Mercato PXI e VXI [Fonte: Frost&Sullivan]

M9391A PXIe VSA (Fig. 5) è un analizzatore di segnali vettoriali per frequenze da 1 MHz a 3 o 6 GHz. Una tipica configurazione VSA comprende quattro diversi moduli PXI: M9300A frequency reference, M9301A synthesizer, M9350A down-converter e M9214A digitizer, progettati per interfacce dati veloci e sistemi di test automatizzati ad alta velocità.

Con l’utilizzo di soluzioni di test M9381A PXIe e M9391A PXIe, Smarter Micro ha affrontato l’esigenza dell’ottimizzazione dei suoi dispositivi di amplificatore di potenza per ridurre significativamente la complessità del design mobile di quarta generazione.

I generatori di segnali PXI 3050A (Fig. 6) e l’AWG PXI di Aeroflex rappresentano una buona soluzione per ottenere un generatore di segnali RF opportunamente configurabile per il settore del testing e dispositivi wireless che rispondono anche agli standard più recenti.

La gamma di frequenza opportunamente selezionabile va da 100 kHz a 6 Ghz con possibilità di regolare la potenza di uscita a +10 dBm o +20 dBm. Un’ulteriore elemento della  strumentazione di Aeroflex è il digitizer RF 3070A per l’analisi dei segnali a banda larga, disponibile in due versioni a diverse frequenze operative.

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Fig. 5 – M9391A PXIe

La serie Semiconductor Test System (STS) di National Instruments (Fig. 7), invece, è un sistema di test automatizzato basato su PXI e progettato per ridurre i costi di prova per i dispositivi RF mixed-signal.

STS è dotato di software di gestione di test TestStand e LabVIEW, con una serie di funzioni per ambienti di produzione di semiconduttori, tra cui un’interfaccia operatore personalizzabile e integrazione handler/prober.

Con queste caratteristiche, gli ingegneri possono sviluppare rapidamente, fare il debug e implementare programmi di test riducendo il time-to-market.

La serie STS comprende tre diversi modelli denominati T1, T2 e T4, che ospitano rispettivamente uno, due e quattro chassis PXI. Queste diverse dimensioni, insieme ai rispettivi software comuni, strumentazione e interconnessione meccanica in tutti i modelli, offrono agli ingegneri la possibilità di ottimizzare la misura per una vasta gamma di requisiti di pin-count e site-count.

Moduli AXIe

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Fig. 6 – PXI 3050A di Aeroflex

AXIe è il più recente standard per la strumentazione modulare. Si tratta di uno standard emergente introdotto sul mercato alla fine del 2009.

È considerato come un’estensione dello standard PXI con miglioramenti in termini di potenza per slot di 200W contro 30W e 900 cm2 di spazio sulla scheda per slot rispetto a 160cm2.

A differenza del PXI, il modulo system controller (chiamato semplicemente ASM) si inserisce nella fessura 7, al centro del telaio. Il posizionamento della ASM nel centro funge da fulcro per il PCIe e consente velocità più elevate e triggering più efficienti AXIe è una tecnologia che dovrebbe incrementare il mercato in maniera significativa nei prossimi anni con nuove apparecchiature e strumentazione di test, in particolare nelle situazioni in cui è necessario una elaborazione di test complicata con un gran numero di interconnessioni.

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Fig. 7 – Semiconductor Test System (STS) di National Instruments

Anche se non molti prodotti AXIe sono stati introdotti nel mercato, a causa della sua recente implementazione, alcune aziende si aspettano di migliorare notevolmente le loro capacità.

L’introduzione di prodotti innovativi come il generatore di forme d’onda arbitrarie Agilent, M8190A e l’analizzatore logico U4154A, aiuterà il mercato nella loro diffusione ed espansione. Tuttavia, esso è destinato a crescere a un ritmo moderato nei prossimi tre anni.

Keysight M8190A (Fig. 8) garantisce precisione e ripetibilità con una risoluzione di 14-bit, fino a 8 GSa/s di velocità di campionamento e fino a 90 dBc di SFDR.

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Fig. 8 – M8190A AXIe di Keysight

Il modulo analizzatore logico Keysight U4154A, invece, fornisce misurazioni affidabili su sistemi digitali ad alta velocità di funzionamento fino a 4 Gb/s.

Timing Zoom di 12.5 GHz con 256K di memoria fornisce lo stato simultaneo e le misurazioni di temporizzazione ad alta risoluzione che coprono un arco di tempo di 20 μs.

Infine, un ulteriore modulo AXIe di Keysight (Fig. 9), denominato M9521A, è pienamente compatibile con AXIe 1.0 e 2.0.

Viene utilizzato con lo chassis M9514A e fornisce le funzioni richieste di comunicazione del sistema e sincronizzazione tra cui: bus di trigger, clock routing, gestione del clock, AXIe Fabric 1 e Gigabit LAN switching. M9521A fornisce anche interfacce PCIe x8 dual Gen 2 per il collegamento dello chassis a un computer esterno o ad altri chassis.

Fig. 9 – M9521A AXIe di Keysight

Maurizio Di Paolo Emilio



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