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使用LXI 增强汽车电子测试

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产品更新换代快、安全性能要求不断提高、汽车电子装置占整车汽车成本已达25%的已成不争事实,还有提升质量、降低成本的压力都说明报整个汽车行业竞争激烈,所以,电子功能测试等高要求但有意义的活动经常被视为“必不可少的麻烦”,汽车制造商们必须对所需的投资提供高回报。


这里,我们将介绍下一代测试系统提供的解决方案LAN仪器扩展协议 (LXI)。首先,具有LXI测试系统结构的仪器与卡箱仪器相比,以极具竞争力的价格提供了很好的性能。它是一种基于经过验证、并广泛使用的标准的测试系统结构,如以太网标准。这些标准基于经过时间检验的原则,即为实现高效测量提供“刚好”的冷却、电源、屏蔽和物理尺寸,而又不会降低性能,同时采用模块化设计和传统外型。


由于具备上述优势,负责测试汽车电子器件的系统设计人员可以使用LXI 最大限度地提高性能、降低成本,并对未来作好规划。据LXI Connexion 杂志20064 月份中所说,考虑使用LXI的充分理由至少有10个。并且,这些理由同时适用于当前测试系统和未来测试系统:(1)人性化的设计;(2)性能要求;(3)成本控制;(4)扩充能力;(5)使用寿命;(6)灵活性;(7)机架空间;(8)分布式系统;(9IEEE-1588 同步;(10)合成仪器。更深入地考察这10 个理由,将帮助说明测试系统中的LXI 对汽车行业的价值。


一、 人性化的设计


汽车制造商美好的发展前景,很大程度都有赖于汽车电子器件制造商必须在极短的时间内把握先机,及时把最新产品推向市场,才有可能获得最大的利润,才使得资本的利用发挥最大的作用,让汽车制造商来欢喜一上,因此,任何阻碍迅速开发测试系统或降低生产运行时间的任何东西都在汽车制造商所不能容忍的。如何解决这个问题呢?这都有赖于迅速建立系统并让系统迅速投入运行。这一方面不仅可以节约时间,另一一方面还可以使制造商把重点放在更重要的任务上,即检验模块和子组件的功能。


LXI由于本身的特点,省去了由于必须使用嵌入式PC 或通过接口卡和电缆连接的独立式PC 控制基于VXI或基于PXI建立系统。 此外,LXI还解决了困扰开发人员面临的的用户接口、PC配置、接口和驱动程序四大问题。


 1.用户接口:虽然大多数模块化LXI 仪器没有前面板,但其内置web 接口使得用户能轻松地连接到PC 上打开网络浏览器,就可以学习仪器功能,以及简便查看世界上任何地方的设备上发生的情况,简化系统支持,帮助保证更高的系统可用性。省去了开发人员初次使用新设备需全面阅读产品手册来了解其工作方式。


 2.PC 配置: LXI每次插拔卡时不需要重新引导系统,有些模块化LXI仪器甚至支持热插拔或电源打开时插拔卡,这些都是以前PXI系统所不能做到的.


 3.接口: LXI 采用的不是MXI GPIB 接口,而是计算机领域长期来的标准接口以太网。因此,用户不需要在PC中安装额外的接口卡,不需要安装专有电缆,也不需要安装专有软件。仅仅这一点,就可以让系统在几分钟内、而不是几小时内投入运行


 4.驱动程序:PXI 系统刚开始安装在新系统时,PC会使用仪器发现流程,识别新连接的设备,要求下载和安装设备驱动程序。驱动程序的局限性可能会导致问题有些问题,诸如耗费大量时间,如后面所述。但LXI则不然,LXI通过标准规用IVI-COM 驱动程序,可以简便地在各种开发环境中工作。然而,在要求更高的场合时,如要多功能或高性能时,可以直接通过标准程控仪器命令(SCPI) 直接对某些LXI仪器编程。(SCPI是一种既定的标准,可以通过简单的VISA 功能调用与任何计算机语言一起使用。


 


1  许多安捷伦LXI 仪器包括前面板,因此其操作学习和调试起来非常简便,而不需连接计算机。


二、 性能要求


在一些测试要求高的方面,如传送大量数据的安全气囊模块,以及要求数千项测试的复杂的传动系控制模块,这些都通常会挑战GPIB速度,GPIB的最大数据速率约为1 MB/s。在局域网中,I/O 传送速度不再是一个问题,因为1-Gbit/s 连接正变得日益常见,10-Gbit已经开始出现。2


在同时要求仪器编程及传送大块数据的典型汽车应用中,I/O性能对LXI设备不应该是一个问题。很明显,在传送大块数据时,如数字化器捕获的波形,局域网的速度优势会显现出来。在仪器编程中,有一个人们已经全面了解的问题,它与局域网中的时延有关。计算机行业正在针对这个问题开发解决方案,因为这对存储网络也是一个问题。仪器厂商还正通过在LXI 设备中预装指令,来减少要求的通信周期数量


2  34980A LXI 多功能开关/ 测量单元是一种低成本8 插槽主机,并可以选配内置DMM


三、 成本控制


降低整体测试成本并进行快速可靠的测试是汽车制造商们最希望看到的结果。某些商业刊物声称,功能测试不增加任何价值: 因为它处在制造流程的后期阶段,制造商已经检测了进入这个阶段的部件,执行了X 射线检测,完成了在线测试。事实上,这些步骤确实改善了产品质量,但并不能消除对功能测试的需求,因为它们不能检测器件前期缺陷、设计错误(如确定容限)和节点不可达(通常是因为没有为测试而进行设计引起的)而产生的问题。


汽车制造商似乎冲突的要求使这一提供积极支持,保持产品的长使用寿命进一步复杂化,他们可能会由于发货命令,这就必然对使用寿命提出很高的要延迟及缺陷率高而受到处罚。针对此,LXI在设计时就预先考虑到这一需求,保证了提供稳定的、要求仪器使用有限的资金提供用寿命长的测试环境。它配备了最优的功能和性能 (2)。此外,它还充分考虑到客户的投资,认真考虑硬件购置成本和循环成本,如备件、保修、当地维修选项与回厂维修选项、能否提供租赁设备等等。在很多情况下,逐台仪器比较价格已经表明,LXI的硬件成本最多要比PXI 40%


此外,培训成本也是列入考虑因素之一,诸如要考虑卡箱仪器与LXI相比的学习曲线成本。卡槽仪器在不同开发环境的一个最大的缺陷是:要求对每个开发环境使用不同的软件驱动程序,如LabVIEWVisual BasicC++等等。但是,LXI 仪器则不同,它会提供一个选项,除了允许使用驱动程序,还允行使用SCPI。这样,对熟悉SCPI的开发人员,仪器的学习曲线一般非常短。当然,.NET环境的IntelliSense帮助功能和联机文档有助于简化使用驱动程序进行的编程工作。29719


 


四、 扩充能力


在基于卡箱的系统中,每增加一台设备就需要另一个机箱和计算机接口,这样不仅增加了成本,而且占用了空间。LXI而不然,只需增加一台低成本局域网交换机,就可以为新增LXI设备提供更多的端口,诸如新增加的多条模数年转换通道、电枢继电器负载开关等等。就可以建立一个基于LXI设备的典型的汽车电子功能测试系统。


 


五、 使用寿命


LXI标准中设计的扩展功能保证了它将在长期内满足测试测量行业的需求。汽车电子行业必须能够为汽车修理提供积极的支持,保持产品的长使用寿命,这就必然对使用寿命提出很高的要求。LXI是为这一环境稳定的、使用寿命长的测试环境而设计。


 


六、 灵活性


LXI与基于卡箱的系统相比,具有更大的灵活性,如传统的基于卡箱的系统限制了仪器在测试机架中的最佳位置。例如,最好把开关仪器放在一个低成本子系统中,把激励/ 测量仪器放在另一个子系统,这样的话就可以简化服务,同时不会低效使用高成本、高性能背板来控制低速继电器(这种情况通常发生在PXIVXI卡槽中)LXI 仪器则实现了一种较好的方法。安捷伦34980A 带有内置DMM 及多种可供选择的开关卡,为创建开关子系统提供了一种低成本专用方式。也可以把基于LXI 的仪器子系统放在别的地方。


LXI 标准的电源能够满足汽车电子模块的当前要求。这是基于卡箱的电源中所不能达到的。例如安捷伦N6700模块化电源和N5700 系列高功率电源 (4)就能够达到上述的要求。


4 某些LXI电源的尺寸和功能要优于GPIBPXI电源


七、机架空间


在汽车应用中,高的空间利用率是系统开发人员所希望的,基于LXI 的功能测试系统可以组装在高度只有400mm的机架中 (5)。如1 U 安捷伦N6700B 模块化电源系统和集成DMM 8 插槽安捷伦34980A


VXI 中,一个C型机箱可以在大约6 U 中容纳最多12部高性能仪器,但这种解决方案的成本通常会很高。PXI也实现了高密度,但其紧凑的4 U 尺寸有四个主要缺点:


1.卡的尺寸: PXI卡的尺寸问题决定了有时必需使用一个以上的插槽,才能实现所需的功能。可以使用各种尺寸创建LXI 仪器,保证满足预计用途。
2.屏蔽: PXI卡会受到各种干扰问题的影响。例如,发出高磁性干扰的SCXI 电源可能会降低相邻PXI DMM的性能,可能会使DMM的分辨率降低整整一位。VXI避免了这些问题,因为它要求所有卡都有屏蔽机箱。类似的,LXI设备本身带有屏蔽,因为它们完全是自含式设备。
3.冷却和功率: 机箱必须提供足够的冷却和电源容量,一次处理最大数量的仪器或继电器。在高要求系统中,可能必需升级到一台或多台成本更高的、能够提供所需冷却和功率的主机。


4.此外,汽车电子器件中的应用通常要求超过许多PXI主机电压功能的仪器输出电压。一般来说,LXI仪器是为目标应用提供所需的功率、电压和冷却而设计的。


图5  在LXI 中,功能测试系统可以装在高度只有400 mm的机架中


八、分布式系统
   把所有仪器共放在一起,将为汽车生产测试系统在耐用性测试系统、研发测试系统和生产检验系统来来很多好处。一个明显的例子是:你可以把LXI 仪器放在环境舱旁边,这样就可以通过一条无线局域网链路连接测试工程师桌面上的PC。
生产测试系统除了在本地进行测试以外,还应该可以建立远程测试系统,并从远程测试中受益。你可以通过使用市场中流行的LXI 开关模块,并可以创建测试夹具,比如自动适应线路上的任何引擎控制模块,而不采用哪种针脚输出。它可以安装在机箱内部,同时连接自动机械成品测试箱内部。
   只有LXI能够把激励仪器和测量仪器放在所需的地方,使回连到系统核心的线缆达到最少,甚至不需要使用线缆。安捷伦L4400A 系列 (1 U 高、没有前面板) 模块就是为这类远程应用或分布式应用设计的 (图6)。
   另一个有利于LXI的因素是远程调试和诊断。这在以前是难以想像的,现在拥有远程接入权限的服务技术人员只需使用网络浏览器,就好像使用IE一样简便,就可以从世界上几乎任何地方诊断测试系统。如果在系统中增加一部连接局域网的网络摄像机,那么远程技术人员在其它地方诊断系统时,就好像在家中看电视一样,可以及时地了解到系统中正在发生的情况,以便及时、准确、可靠地处理系统的进程。
 
图6 安捷伦L4400A系列LXI开关模块可以建立强大的远程测试系统


九、 IEEE-1588 同步
  “时间就是金钱”,在企业大批量生产产品中,测试时间越短意味着产生的经济效益越大,有时每个模块的测试时间降低短短一秒都会带来几千美元的收益,甚到上万美元的收益。在这种情况下,任何导致测试执行时间提高的任何硬件或软件变化在整体上都是不能忍受的。
LXI为改善测试执行时间提供了一种全新的方式:从仪器到仪器同步基于高精度实时时钟的自行触发测量。通过这一功能,同时基于IEEE-1588高精度时间协议,可以在不需要主计算机干预的情况下,执行复杂耗时的测量。这可以最大限度地降低 (或消除) 测试系统的触发连线,减少I/O 瓶颈。目前并不是所有LXI设备上都提供了这种新功能,但预计将有越来越多的LXI设备提供这一功能,值得进一步研究。因此,LXI通过广泛的触发功能满足了这一需求。


十、合成仪器
   互联网、GPS和手机已经被汽车构成了一个连接枢纽,而它们的共同点都是基于无线通信方式。为了满足这一需求,汽车行业中的测试要求开始与电信行业、航空、 国防行业的要求融合在一起,可以预计,在未来,越来越多的RF 测试仪表可能会进入汽车电子测试系统。
在美国军方的推动下,尤其是美国海军NxTest (“下一代测试”) 行动计划的推动下,为了能够使分散的仪器构件能够简便地安排和重新安排,要求航空、国防行业要求使用分散的仪器构件。安捷伦已经提供基于LXI 的合成仪器 (图7)。
 
图7 LXI合成仪器


十一、结束语


从以上我们可以明显看得出来,LXI 是为长期要求构建的、为降低测试成本、使用寿命、灵活性和提高测试质量而设计的,特别适合汽车电子测试。测试测量行业的领军企业支持这一标准,使开发人员坚信LXI 是当前和未来的可行架构。

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