Los equipos de prueba electrónicos se utilizan para crear señales y capturar respuestas de los dispositivos electrónicos bajo prueba (DUT). De esta manera, se puede comprobar el funcionamiento correcto del DUT o rastrear fallas en el dispositivo. El uso de equipos de prueba electrónicos es esencial para cualquier trabajo serio en sistemas electrónicos.
La ingeniería y el montaje de equipos electrónicos prácticos requieren el uso de distintos tipos de equipos de prueba electrónicos, desde los más simples y económicos (como una luz de prueba que consta únicamente de una bombilla y un cable de prueba) hasta los extremadamente complejos y sofisticados, como los equipos de prueba automáticos (ATE). Los ATE suelen incluir muchos de estos instrumentos en formas reales y simuladas.
En general, se necesitan equipos de prueba más avanzados al desarrollar circuitos y sistemas que los que se necesitan al hacer pruebas de producción o al solucionar problemas en unidades de producción existentes en el campo. [ cita requerida ]
Los siguientes elementos se utilizan para la medición básica de voltajes, corrientes y componentes en el circuito bajo prueba.
Para el estímulo del circuito bajo prueba se utilizan los siguientes:
A continuación se analiza la respuesta del circuito bajo prueba:
Y conectándolo todo junto:
Metros
En la actualidad, se utilizan de forma habitual varias plataformas de instrumentación electrónica modular para configurar sistemas automatizados de medición y prueba electrónicos. Estos sistemas se emplean ampliamente para la inspección de entrada, el control de calidad y las pruebas de producción de dispositivos y subconjuntos electrónicos. Las interfaces de comunicación estándar de la industria vinculan las fuentes de señal con los instrumentos de medición en sistemas de tipo “ rack-and-stack ” o basados en chasis/mainframe, a menudo bajo el control de una aplicación de software personalizada que se ejecuta en una PC externa.
El bus de interfaz de propósito general ( GPIB ) es una interfaz paralela estándar IEEE-488 (un estándar creado por el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos ) que se utiliza para conectar sensores e instrumentos programables a una computadora. GPIB es una interfaz de comunicaciones paralelas digitales de 8 bits capaz de lograr transferencias de datos de más de 8 Mbytes/s. Permite conectar en cadena hasta 14 instrumentos a un controlador de sistema mediante un conector de 24 pines. Es una de las interfaces de E/S más comunes presentes en los instrumentos y está diseñada específicamente para aplicaciones de control de instrumentos. Las especificaciones IEEE-488 estandarizaron este bus y definieron sus especificaciones eléctricas, mecánicas y funcionales, al mismo tiempo que definieron sus reglas básicas de comunicación de software. GPIB funciona mejor para aplicaciones en entornos industriales que requieren una conexión resistente para el control de instrumentos.
El estándar GPIB original fue desarrollado a fines de la década de 1960 por Hewlett-Packard para conectar y controlar los instrumentos programables que fabricaba la compañía. La introducción de controladores digitales y equipos de prueba programables creó la necesidad de una interfaz estándar de alta velocidad para la comunicación entre instrumentos y controladores de varios proveedores. En 1975, el IEEE publicó el estándar ANSI/IEEE 488-1975, Interfaz digital estándar IEEE para instrumentación programable, que contenía las especificaciones eléctricas, mecánicas y funcionales de un sistema de interfaz. Este estándar fue revisado posteriormente en 1978 (IEEE-488.1) y 1990 (IEEE-488.2). La especificación IEEE 488.2 incluye los comandos estándar para instrumentación programable (SCPI), que definen comandos específicos que cada clase de instrumento debe obedecer. SCPI garantiza la compatibilidad y la capacidad de configuración entre estos instrumentos.
El bus IEEE-488 ha sido popular durante mucho tiempo porque es fácil de usar y aprovecha una gran selección de instrumentos y estímulos programables. Sin embargo, los sistemas grandes tienen las siguientes limitaciones:
El estándar LXI (LXI) define los protocolos de comunicación para sistemas de instrumentación y adquisición de datos que utilizan Ethernet. Estos sistemas se basan en instrumentos pequeños y modulares que utilizan una red LAN (Ethernet) de bajo costo y de estándar abierto. Los instrumentos compatibles con LXI ofrecen las ventajas de tamaño e integración de los instrumentos modulares sin las limitaciones de costo y formato de las arquitecturas de jaula de tarjetas. Mediante el uso de comunicaciones Ethernet, el estándar LXI permite un empaquetado flexible, E/S de alta velocidad y un uso estandarizado de la conectividad LAN en una amplia gama de aplicaciones comerciales, industriales, aeroespaciales y militares. Cada instrumento compatible con LXI incluye un controlador de instrumento virtual intercambiable (IVI) para simplificar la comunicación con instrumentos que no son compatibles con LXI, de modo que los dispositivos compatibles con LXI puedan comunicarse con dispositivos que no son compatibles con LXI (es decir, instrumentos que emplean GPIB, VXI, PXI, etc.). Esto simplifica la construcción y el funcionamiento de configuraciones híbridas de instrumentos.
Los instrumentos LXI a veces emplean scripts mediante procesadores de scripts de prueba integrados para configurar aplicaciones de prueba y medición. Los instrumentos basados en scripts proporcionan flexibilidad arquitectónica, mejor rendimiento y menor costo para muchas aplicaciones. Los scripts mejoran los beneficios de los instrumentos LXI, y LXI ofrece características que habilitan y mejoran los scripts. Aunque los estándares LXI actuales para instrumentación no requieren que los instrumentos sean programables o implementen scripts, varias características en la especificación LXI anticipan instrumentos programables y brindan una funcionalidad útil que mejora las capacidades de scripts en instrumentos compatibles con LXI. [3]
Las extensiones VME para instrumentación (VXI) son un estándar eléctrico y mecánico que se utiliza principalmente con equipos de prueba automáticos (ATE). VXI permite que equipos de distintos proveedores trabajen juntos en un entorno de control y empaquetado común. VPX (también conocido como VITA 46) es un estándar ANSI basado en VMEbus con soporte para redes conmutadas mediante un conector de alta velocidad. VXI combina las especificaciones de VMEbus con características del bus de interfaz de propósito general (GPIB) para satisfacer las necesidades de las aplicaciones de instrumentación. También pueden estar disponibles otras tecnologías para controladores y procesadores VME, VPX y VXI.
La selección de interfaces y adaptadores de bus VME, VPX y VXI requiere un análisis de las tecnologías disponibles. El bus VME original (VMEbus) utiliza Eurocards, placas de circuitos resistentes que proporcionan un conector de 96 pines en lugar de un conector de borde para mayor durabilidad. VME64 es una versión ampliada de VMEbus que proporciona transferencias de datos y direccionamiento de 64 bits. Las características de VME64 incluyen transferencias de datos asíncronas, un rango de direccionamiento entre 16 y 40 bits, anchos de ruta de datos entre 8 y 64 bits y un ancho de banda de 80 Mbit/s. VME64 extendido (VME64x) es una versión mejorada del VMEbus original que presenta una familia de conectores de 160 pines, pines de fuente de alimentación de 3,3 V, anchos de banda de hasta 160 Mbit/s, manijas de bloqueo de inyector/eyector y capacidad de intercambio en caliente. VME160 transfiere datos a 160 Mbit/s. El VME320 transfiere datos a una velocidad de 320 Mbit/s. El VXI combina las especificaciones del VMEbus con las características del bus de interfaz de propósito general (GPIB) para satisfacer las necesidades de las aplicaciones de instrumentación. También se encuentran disponibles interfaces de bus VME, VPX y VXI y adaptadores para aplicaciones VPX. [4]
PCI eXtensions for Instrumentation ( PXI ) es un bus periférico especializado para adquisición de datos y sistemas de control en tiempo real. Introducido en 1997, PXI utiliza los formatos CompactPCI 3U y 6U y añade líneas de activación, un bus local y otras funciones adecuadas para aplicaciones de medición. Las especificaciones de hardware y software de PXI son desarrolladas y mantenidas por PXI Systems Alliance. [5] Más de 50 fabricantes en todo el mundo producen hardware PXI. [6]
El bus serie universal ( USB ) conecta dispositivos periféricos, como teclados y ratones, a los ordenadores. El USB es un bus Plug and Play que puede manejar hasta 127 dispositivos en un puerto y tiene un rendimiento máximo teórico de 480 Mbit/s (USB de alta velocidad definido por la especificación USB 2.0). Debido a que los puertos USB son características estándar de los ordenadores, son una evolución natural de la tecnología de puerto serie convencional. Sin embargo, no se utiliza ampliamente en la construcción de sistemas de prueba y medición industriales por varias razones (por ejemplo, los cables USB rara vez son de grado industrial, son sensibles al ruido, no están conectados de forma positiva y, por lo tanto, son bastante fáciles de desconectar, y la distancia máxima entre el controlador y el dispositivo está limitada a unos pocos metros). Al igual que algunas otras conexiones, el USB se utiliza principalmente para aplicaciones en un entorno de laboratorio que no requieren una conexión de bus resistente.
RS-232 es una especificación para comunicación serial que es popular en instrumentos analíticos y científicos, así como para controlar periféricos como impresoras. A diferencia de GPIB, con la interfaz RS-232, es posible conectar y controlar solo un dispositivo a la vez. RS-232 también es una interfaz relativamente lenta con velocidades de datos típicas de menos de 20 kB/s. RS-232 es más adecuada para aplicaciones de laboratorio compatibles con una conexión más lenta y menos robusta.
Una de las plataformas de sistemas de prueba desarrolladas más recientemente emplea instrumentación equipada con procesadores de scripts de prueba integrados combinados con un bus de alta velocidad. En este enfoque, un instrumento “maestro” ejecuta un script de prueba (un pequeño programa) que controla el funcionamiento de los diversos instrumentos “esclavos” en el sistema de prueba, al que está vinculado a través de un bus de comunicación entre unidades y sincronización de disparadores basado en LAN de alta velocidad. La creación de scripts consiste en escribir programas en un lenguaje de scripts para coordinar una secuencia de acciones.
Este enfoque está optimizado para transferencias de mensajes pequeños, características de las aplicaciones de prueba y medición. Con muy poca sobrecarga de red y una velocidad de datos de 100 Mbit/s, es significativamente más rápido que GPIB y Ethernet 100BaseT en aplicaciones reales.
La ventaja de esta plataforma es que todos los instrumentos conectados se comportan como un sistema multicanal integrado de forma estrecha, de modo que los usuarios pueden escalar su sistema de prueba para que se ajuste a la cantidad de canales que necesiten de forma rentable. Un sistema configurado en este tipo de plataforma puede funcionar de forma independiente como una solución completa de medición y automatización, en la que la unidad maestra controla la obtención de datos, la medición, las decisiones de aprobación/rechazo, el control del flujo de la secuencia de prueba, la clasificación y el controlador o sonda de componentes. La compatibilidad con líneas de activación dedicadas significa que se pueden lograr operaciones sincrónicas entre varios instrumentos equipados con procesadores de secuencias de comandos de prueba integrados que están vinculados por este bus de alta velocidad sin necesidad de conexiones de activación adicionales. [7]
La incorporación de un sistema de conmutación de alta velocidad a la configuración de un sistema de prueba permite realizar pruebas más rápidas y rentables de varios dispositivos, y está diseñada para reducir tanto los errores como los costos de las pruebas. El diseño de la configuración de conmutación de un sistema de prueba requiere una comprensión de las señales que se conmutarán y las pruebas que se realizarán, así como de los factores de forma del hardware de conmutación disponibles.