Couverture ElectroniqueS n°127

La conception de systèmes de test automatiques associés à un sous-système de commutation représente un véritable défi pour les ingénieurs de test. Le fabricant Marvin Test Solutions a développé une plateforme alliant flexibilité, performances et compacité dans un châssis PXI. VICTOR FERNANDES (MARVIN TEST SOLUTIONS) Après avoir travaillé pendant 20 ans chez MB Electronique en tant que responsable Produits, Victor Fernandes a occupé, à partir de 2000, des postes de ventes et/ou de marketing chez Kaye Instruments, GE Sensing et JTAG Technologies. Depuis juin 2008, il est responsable pour l'Europe de Marvin Test Solutions, une filiale de l'américain Marvin Engineering Co. L aplupart des systèmes de test automatiques ont recours à un sous-système de commutation, afin d'acheminer les signaux des ressources du système vers l'ensemble des points de test de l'unité à contrôler ( Unit Under Test ou UUT). La conception de tels systèmes de test représente donc un véritable défi, où il faut prendre en compte une multitude de paramètres et faire face à diverses contraintes, telles que l'espace disponible, la performance, la flexibilité, la maintenabilité ou la fiabilité. L'utilisation d'instruments anciens par les applications rend encore plus difficile la tâche de s'assurer que les exigences de commutation actuelles et futures seront couvertes, ainsi que celles déjà établies. De nombreux systèmes de test fonctionnel reposent aujourd'hui sur une architecture au format PCI eXtended for Instrumentation (PXI), bénéficiant ainsi de la modularité et de la flexibilité de ce standard. Cependant, lorsque l'instrumentation est associée au dispositif de commutation, les ingénieurs de test sont parfois confrontés à un autre problème. Il s'agit de concevoir un système compact combinant dans une même plateforme toutes les capacités de mesure et de commutation requises. Pour répondre aux besoins d'une grande diversité d'applications de test pouvant mettre en œuvre des signaux mixtes et/ou un nombre plus ou moins grand de points de test, l'architecture de commutation développée par l'américain Marvin Test Solutions permet d'améliorer encore un peu plus la flexibilité du facteur de forme 6U, en offrant la compacité attendue et en associant les ressources de commutation et d'instrumentation dans un seul châssis PXI. Ressources analogiques RF/HF Ressources analogiques Ressources numériques L'architecture de commutation développée par Marvin Test Solutions s'articule autour d'un sous-système modulaire appelé «ressource matricielle », d'un bus de commutation interne pour router les signaux analogiques et de déclenchement d'un instrument vers l'interface du récepteur, ainsi que de cartes de commutation intégrées disposant de fonctions matricielles et de multiplexage. Un routage via un bus interne à 16 liaisons Cette architecture de commutation ( voir figure 1 ) s'articule autour d'un sous-système modulaire appelé «ressource matricielle», d'un bus de commutation interne pour router les signaux analogiques et de déclenchement d'un instrument vers l'interface du récepteur, ainsi que de cartes de commutation intégrées disposant de fonctions matricielles et de multiplexage pour des ressources numériques et analogiques. Il faut noter qu'une telle architecture offre davantage de flexibilité que les traditionnelles connexions d'entrée/sortie « deux ports » associées à des cartes de commutation individuelles. En plus de la flexibilité supérieure, cette solution procure des performances de commutation optimisées pour les applications spécifiques. Comme on vient de le voir, le routage des signaux analogiques d'une carte à l'autre, ou d'une ressource système vers le récepteur, s'effectue via un bus interne doté de 16 liaisons et qui exploite le connecteur J5 sur le fond de panier PXI. Cependant, la configuration de ce bus se démarque de celle des bus traditionnels, qui peuvent limiter significativement la bande passante du signal par des effets d'engorgement. Une topologie de commutation matricielle est en effet mise en œuvre pour permettre le contrôle de la connexion point-à-point et à large bande pour chacune des 16 liaisons du bus, quel que soit le nombre de cartes installées dans le système ou le routage du signal. La figure 2 décrit la manière dont ce module de routage des commutations est implémenté. Notez que, pour le routage de chaque signal, un maximum de six relais est nécessaire pour se connecter à n'importe laquelle des neuf cartes de commutation qui peuvent être installées dans le châssis PXI. Une topologie de commutation matricielle, dont la manière est implémentée ici, est mise en œuvre pour permettre le contrôle de la connexion point-à-point et à large bande pour chacune des 16 liaisons du bus, quel que soit le nombre de cartes installées dans le système ou le routage du signal. D'autres cartes de commutation dans le système assurent également le routage des signaux provenant des instruments analogiques, des lignes de déclenchement et des cartes d'entrées/sorties numériques. L'ensemble fournit ainsi un routage de signal à large bande et la capacité de traitement de signaux hybrides par chaque broche du récepteur. Il est alors possible d'acheminer n'importe quel signal vers n'importe quelle broche. De plus, pour les applications exigeant des bandes passantes plus élevées, des cartes dédiées proposent des fonctions de routage et/ou de commutation de signaux jusqu'à des fréquences dépassant les 500MHz. La solution de Marvin Test Solutions s'appuie sur un châssis PXI 6U doté de 20 emplacements et intégrant un sous-système de commutation numérique. Elle comporte jusqu'à 9 modules de commutation (soit plus de 2200 connexions hybrides multiplexées) et jusqu'à 8 modules numériques haute tension et haute performance (soit un maximum de 256 canaux numériques). Des connexions aux ressources RF et micro-ondes sont elles aussi disponibles, ce qui préserve l'intégrité du signal tout en bénéficiant de leur intégration dans une topologie de commutation globale via le bus interne. Rappelons que toutes ces capacités de commutation sont proposées dans un seul châssis PXI 6U, avec une interface de connexion de masse intégrée et directe avec toutes les cartes de commutation. Un tel système élimine par conséquent prati-quement tout le câblage qui est traditionnellement mis en œuvre par les implémentations de commutation PXI existantes, d'où encore une meilleure intégrité du signal, une plus grande fiabilité du système et une amélioration de sa maintenabilité. Jusqu'à 2200 connexions hybrides multiplexées Pour regrouper dans un seul châssis toutes les capacités de multiplexage, de commutation et d'instrumentation nécessaires à un test fonctionnel, la solution développée par Marvin Test Solutions s'appuie sur un châssis PXI 6U doté de 20 emplacements et intégrant un sous-système de commutation numérique. Les caractéristiques de ce dernier sont les suivantes ( voir figure 3 ): jusqu'à 9 modules de commutation, soit plus de 2200 connexions hybrides multiplexées, jusqu'à 8 modules numériques haute tension et haute performance, offrant ainsi un maximum de 256 canaux numériques qui peuvent être routés via les modules de commutation pour fournir des capacités hybrides. Notez que la plateforme délivre également une alimentation haute tension complémentaire pour chaque module numérique, permettant de s'affranchir de sources d'alimentation de puissance externes. Les autres caractéristiques du sous-sys-tème de commutation numérique sont une interface de connexion de masse Scout intégrée, assurant un branchement fiable et sans câble à l'UUT, et un logiciel de commutation haut niveau, lui aussi intégré, permettant le routage du signal de bout en bout. Le contrôleur, lui, n'occupe qu'un seul emplacement, ce qui permet d'opti-miser le nombre d'emplacements périphériques disponibles. De plus, tous les emplacements périphériques acceptent des modules PXI aux formats 3U et 6U, pour encore plus de flexibilité lors de la configuration de l'ensemble du système. Le système de commutation propose une architecture de routage 3D du signal. Sa capacité de traiter tous types de signaux sur une large gamme de fréquences offre plusieurs avantages. Le système peut être configuré avec différents modules de commutation, proposant des capacités de commutation analogique/ numérique pour des applications de commutation RF ou en bande de base. Ces modules combinent des capacités de matrice et de multiplexage, pour acheminer de manière flexible les signaux depuis/ vers le fond de panier, l'interface de l'unité sous test et les autres ressources externes. Le système de commutation propose une architecture de routage 3D du signal ( voir figure 4 ) et permet d'assurer l'acheminement de n'importe quel signal vers n'importe quelle broche. Une architecture de commutation en 3D La capacité, pour cette architecture, de traiter tous types de signaux sur une large gamme de fréquences offre plusieurs avantages. Tout d'abord, selon le type spécifique de cartes de commutation Genasys et de connecteurs associés, des connexions analogiques, numériques, RF ou de puissance sont disponibles. Cette interface du récepteur peut supporter des courants et des tensions de niveaux élevés et des bandes passantes de signal supérieures à une fréquence de 2GHz. L'interface numérique/analogique, accessible depuis le haut ou le bas de la carte Genasys, permet, elle, d'interfacer de manière flexible des instruments analogiques ou numériques, de bande passante élevée, aux modules de multiplexage ou de matrices. La bande de fréquence utile et le type de signal dépendent des spécificités de la carte de commutation. Les cartes Genasys classiques supportent des signaux analogiques avec des fréquences de 500MHz et des signaux numériques avec des vitesses de transfert de données au-delà de 50MHz. Ces signaux peuvent également se connecter au fond de panier de commutation Genasys, procurant davantage de flexibilité de routage de signal et autorisant un autotest complet du système. Les interconnexions à ce fond de panier peuvent être typiquement limitées à un e bande de fréquence de 20MHz. La solution de commutation s'appuie sur un châssis GX7017 –ici avec une carte de commutation et réception Genasys intégrée– pour disposer de 64 entrées/sorties analogiques externes, ou sur un châssis GX7016 pour porter le nombre d'entrées/sorties à 128. Quant à l'interface d'entrées/sorties analogiques, elle permet de connecter l'instrumentation externe via la matrice de commutation située à l'arrière du fond de panier de commutation, et elle offre 32 points de connexion externes analo-giques via une matrice de commutation 32x16. Ces signaux peuvent être connectés à toutes les cartes Genasys via le bus de commutation fond de panier implémenté selon une topologie en étoile. L'avantage est que le système de commutation propose la même largeur de bande pour toutes les cartes de commutation, quels que soient leur nombre et leur position. La bande passante totale est de 20MHz, voire davantage, depuis toutes les entrées analogiques jusqu'à toutes les broches de l'interface du récepteur. Une carte 32x16 supplémentaire peut d'ailleurs être supportée par le châssis GX7017, offrant ainsi jusqu'à 64 entrées/sorties analogiques externes ( voir figure 5 ). Pour les applications de commutation plus complexes encore, le châssis GX7016 supporte, lui, jusqu'à 128 entrées/sorties analogiques. Enfin, un environnement logiciel de routage de signal robuste est indispensable pour contrôler et gérer efficacement ce système de commutation. Le logiciel SwitchEasy de Marvin Test Solutions est fourni avec chaque système pour le routage point-à-point du signal. Il peut facilement être intégré à un environnement d'exécution de tests, tel qu'ATEasy du fabricant américain ou d'autres plateformes basées sur Windows du marché. SwitchEasy prend ainsi en charge le routage des signaux à travers le système et évite les connexions erronées ou dangereuses qui pourraient endommager le sys-tème. Le routage des signaux s'effectue par appel de fonction ou des interfaces utilisateurs interactives. En exploitant une architecture PXI au format 6U et en recourant à des topologies de routage de signal avancées, des sous-systèmes de commutation modulaires hautes performances peuvent ainsi constituer les briques de base de systèmes de test automatique PXI et offrent divers avantages: la capacité de test numérique et analogique sur chaque broche (entrée/ sortie) du testeur ; l'acheminement des signaux des diverses ressources analogiques vers toutes les broches ; la possibilité d'étendre ou de reconfigurer le système selon l'évolution des exigences de tests ; une fiabilité et une maintenabilité améliorées grâce à l'interface de test inté-grée sans câble. n

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