VXIbus Un Standard Modulaire pour le Test et la Mesure

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1 VXIbus Un Standard Modulaire pour le Test et la Mesure ACQUISYS Page 1/12

2 Sommaire 1 Objectif du VXIbus Le VXIbus Avantages des Systèmes VXI Extension du VME pour l'instrumentation Les différentes tailles de Modules VXI Module VXI simple largeur Exemple de Châssis VXI taille D Définition des Connecteurs P1, P2 et P Bus Horloge Bus Trigger Bus Local Bus Summation (Analog Sumbus) Bus Modid (Modification identification lines) Distribution des Alimentations Bus Etoile Contrôleur / gestionnaire de Ressources Exigences de Refroidissement Radiation Electromagnétique et Susceptibilité Conclusions...12 ACQUISYS Page 2/12

3 1 Objectif du VXIbus L'objectif du VXIbus est de définir un standard pour l'instrumentation modulaire basé sur le VMEbus (IEEE-STD-1014), ouvert à tous les fabricants et compatible avec les standards industriels existants. VXIbus est une abréviation pour " VMEbus Extensions for Instrumentation ". La spécification VXIbus détaille les exigences techniques des composants VXIbus compatibles tel que châssis, fond de panier, alimentations et modules. La spécification prévoit aussi d'interconnecter et d'utiliser les produits de fabricants différents dans le même châssis. 2 Le VXIbus Durant de nombreuses années, les fabricants d'équipement de test et les fabricants de systèmes de test ont essayé de réduire la taille de leurs produits. Certaines sociétés indépendantes ont aujourd'hui quelques succès dans ce domaine, cependant, les produits disponibles peuvent être fournis seulement par le fabricant du système original. Les utilisateurs militaires et commerciaux d'équipement de tests ont besoin d'un moyen pour standardiser cette miniaturisation afin d'obtenir : 1. Un choix plus large des performances du produit 2. Des dimensions et un poids réduits 3. Une synchronisation plus précise entre instruments 4. Un support allongé dans le temps au travers de solutions multi-vendeur. Cinq compagnies d'instrumentation ont formé le Consortium VXIbus et ont tenu sa première réunion en juillet Ces compagnies étaient : Colorado Data Systems, Hewlett-Packard, Racal-Dana Instruments (maintenant Racal Instruments, Inc.), Tektronix et Wavetek. Un document de travail a été rédigé rapidement et la spécification complète du système a été publiée moins d'une année plus tard. A la suite du travail du consortium, les autres compagnies ont choisi d'accepter les spécifications pour le développement de nouveaux produits. Le Comité " IEEE Standards ", dans sa proposition de standard P1155, a adopté les spécifications du Consortium VXIbus. L'armée de l'air Américaine a accepté les spécifications comme base de standard pour son Matériel de test (Modular Automatic Test Equipment), instrument sur carte (IAC). Plus des trois quarts du document consiste en la spécification VXIbus. L'acceptation du VXIbus par les communautés civiles et militaires a été suivit par l'augmentation du nombre de sociétés impliquées dans la fabrication de produits. Durant l'année 1988 plusieurs autres compagnies ont rejoint le comité exécutif du consortium pour compléter les spécifications. 3 Avantages des Systèmes VXI Le plus grand avantage est que le VXIbus est très proche du VMEbus. VXIbus n'exclut pas VMEbus, en réalité, il contient des spécifications afin d'assurer que des modules VMEbus fonctionneront correctement avec les systèmes VXIbus.- Le VXIbus peut accommoder presque toutes les structures du système. Cela veut dire tirait qu'un utilisateur n'est pas verrouillé dans un type particulier de microprocesseur, système d'exploitation ou interface au calculateur. La spécification définit une hiérarchie de types d'appareils avec des protocoles de configuration spécifiques. Le concept de ressources partagées telles que alimentations, refroidissement et châssis commun veut dire que les fabricants d'instrument n'ont plus besoin d'inclure certaines fonctions dans les modules. Cela résulte en moins de composants comparativement a ceux qui sont nécessaires dans un instrument. Un des avantages le plus important d'avoir plusieurs instruments dans un environnement commun très proche est celui d'une meilleure synchronisation des instruments. Ceci procure un niveau de performance impossible à obtenir auparavant. Les instruments traditionnels connectés par câbles ne peuvent obtenir des performances équivalentes et des temps de propagation tels que ceux obtenus ACQUISYS Page 3/12

4 sur le fond de panier d'un châssis. Cette conception permet d'utiliser des signaux de déclenchement TTL de l'ordre de 10 MHz et des signaux de déclenchement ECL au-delà de 50 MHz. L'utilisation du bus Local sur P2 permettra un transfert de données jusqu'à des taux de 100 MB/s. Le transfert de données entre modules VXIbus peut dépasser 5OMHz par le bus Local sur le fond de panier VXI. 4 Extension du VME pour l'instrumentation L'un des but du Consortium VXIbus était de de permettre de réaliser la gamme la plus large possible d'instruments performants. Un autre but était d'utiliser quand ceci était possible les standards déjà existants. Les format de carte A et B du VMEfurent donc inclus dans le standard VXI. En réalité, le VXIbus retient le connecteur P1 et et la rangée centrale du connecteur P2, exactement comme le défini le VMEbus. Ceci inclu les broches d'alimentation 5V et +12 V sur le connecteur P1. Un objectif majeur de VXlbus est de standardiser l'instrumentation. Cependant, la majorité des instruments performants ne sont pas compatibles physiquement avec les petits formats du VMEbus. Pour vaincre ceci, le Consortium a ajouté deux dimensions de carte supplémentaires pour VXlbus. Ceux-ci incluent la taille C de profondeur 13 pouces (33cm) et de hauteur neuf pouces (23cm), et la taille D de profondeur 13 pouces (33cm) et de hauteur 14 pouces (35.5cm). La carte de taille C a les mêmes connecteurs que la carte taille B du VMEbus, cependant toutes les broches sur P2 sont complètement définies. La carte de taille D peut avoir un connecteur supplémentaire, dénommé P3, sur lequel s'ajoute les ressources nécessaires à une plus grande performance de l'instrumentation. Un module VXlbus peut être un simple circuit imprimé (PCB) ou un ensemble fermé qui contient plusieurs (PCB). Si un instrument a besoin de plus de 1.2 pouces (3cm) de largeur, il peut utiliser plusieurs emplacements dans un châssis VXlbus. La spécification VXlbus exige que les fabricants publient des spécifications du module concernant VXlbus, aussi bien que celles concernant les caractéristiques de performance des instruments. Ceuxci incluent des exigences de refroidissement (c.-à-d. écoulement d'air minimum pour montée de la température admissible maximale) et les exigences de consommation maximales. Tous les modules doivent être conformes aux spécifications CEM aussi bien en émission qu'en susceptibilité. Ces exigences CEM sont une garantie que ces instruments de hautes performances n'interféreront de l'un à l'autre. Un système VXIbus peut avoir jusqu'à 256 appareils et inclure un ou plusieurs modules d'arbitrage et de contrôle. Ces modules sont appelés "Contrôleur", "Ressource Manager" ou "Slot 0". Treize modules instrument simple largeur peuvent être montés dans un châssis VXI standard. Bien qu'il y ait un maximum de 13 modules dans un sous-système VXIbus, il n'y a aucun nombre minimum. Par exemple, un sous-système peut contenir juste un module contrôleur avec deux ou trois modules. Des châssis de taille différente permettent de s'adapter aux dimensions des modules. Cependant, le châssis le plus populaire est celui de taille C dans la mesure où celui-ci peut recevoir des modules de taille A et B aussi bien qu'un grand nombre de module de taille C tout en maintenant une dimension raisonnable. La spécification VXIbus définit pour le châssis VXI le refroidissement, la puissance disponible et les spécifications CEM. La sélection du châssis et des modules est un processus intéractif dans la mesure ou le châssis doit être capable de satisfaire à l'alimentation et aux exigences de refroidissement des modules. La spécification VXIbus est plus complète que la spécification VME dans la mesure ou elle définit toutes les broches sur les connecteurs P2 du fond de panier et ou elle ajoute le connecteur P3. Le P2 du VXIbus ajoute une horloge 10 MHz, des tensions d'alimentation ECL et analogique, des lignes de déclenchement ECL et TTL, une ligne de summation analogique, une ligne d'identification du module, et un structure de bus Local. P3 fournit davantage de ligne que précédemment et ajoute une horloge à 100 MHz et un bus Etoile. ACQUISYS Page 4/12

5 4.1 Les différentes tailles de Modules VXI 4.2 Module VXI simple largeur ACQUISYS Page 5/12

6 4.3 Exemple de Châssis VXI taille D 4.4 Définition des Connecteurs P1, P2 et P3 ACQUISYS Page 6/12

7 4.4.1 Bus Horloge Le bus Horloge fournit deux horloges et un signal de synchronisation. Une horloge 1OMHz (CLK 10) est localisée sur P2 (pour les cartes de la dimension C) et une horloge 1OOM Hz (CLK 100) avec un signal de synchronisation (SYNCIOO) sur P3 (pour les cartes de la dimension D). Les trois signaux sont de type ECL différentiel. Les horloges et signal de synchronisation sont générés par le module Contrôleur et distribués à chaque module par le fond de panier. Cela assure une charge minimum sur la référence et élimine d 'éventuelles instabilités. Précédemment dans les systèmes en rack la distribution du signal d'horloge nécessitait des grandes longueurs de câble ce qui introduisait des problèmes de synchronisation et d'amortissement du signal Bus Trigger Le bus Trigger consiste en huit lignes de déclenchement TTL et deux lignes de déclenchement ECL toutes localisées sur P2. Quatre lignes de déclenchement supplémentaires ECL sont disponibles pour une communication inter module, assurant dans le plus mauvais des cas un délai de 2 ns le long du fond de panier pour la synchronisation entre modules ACQUISYS Page 7/12

8 4.4.3 Bus Local Un bus local de 12 lignes sur P2 fournit un mode de communication privé entre deux modules adjacent. Le but de ce bus local est de diminuer le besoin en câble en nappe entre modules. P3 fournit 24 lignes supplémentaires pour le bus local Bus Summation (Analog Sumbus) Le bus de Summation est un nœud additionneur analogique qui court le long du fond de panier du châssis et est terminé dans 50 Ohms. Il est utilisé pour additionner les sorties de générateurs afin de produire des formes d'onde complexes qui peuvent être utilisées comme stimuli pour un autre module ou pour l'unité à tester (UUT). ACQUISYS Page 8/12

9 4.4.5 Bus Modid (Modification identification lines) Les lignes MODID permettent l'identification numérique des modules avec leur emplacement physique. Avec les lignes d'identification, le module Contrôleur peut détecter la présence d'un module dans un emplacement même si celui-ci n'est pas opérationnel. Il peut identifier aussi l'emplacement occupé par un module spécifique. Chaque module connecte une résistance de 8250 ohms entre sa broche MODID et la masse. En détectant la résistance, le module Contrôleur détermine si oui ou non un module est installé dans chacun des 12 emplacements. D'autres informations tel que fabricant, référence du module et dernière date de calibrage peuvent être obtenues par le module Contrôleur en vérifiant les registres de configuration. ACQUISYS Page 9/12

10 4.4.6 Distribution des Alimentations Le bus de distribution des alimentations peut fournir jusqu'à 268 watts de puissance pour un seul module disposant de P1, P2 et P3. Sept différentes tensions régulées sont distribuées sur le fond de panier afin de couvrir les besoins de l'instrumentation les plus courants Bus Etoile Le bus Etoile est localisé sur P3. Il est composé de deux lignes STARX et STARY connectées entre chaque module et le module Controleur.Le module Contrôleur peut être vu come le centre d'une étoile avec douze branches, chaque module étant situé à la fin d'une longueur de branche égale. ACQUISYS Page 10/12

11 4.5 Contrôleur / gestionnaire de Ressources ACQUISYS Page 11/12

12 Ce module est chargé de délivrer l'horloge CLK 10 et d'accéder aux broches MODID des modules (Egalement l'horloge CLK100 et SYNC100 sur les systèmes équipés de P3). Le module Gestionnaire de Ressources devra être choisi afin de satisfaire aux exigences de tous les modules sélectionnés. Le Gestionnaire de Ressources est appelé module contrôleur Slot 0. C'est un module ressource commun du système qui contient le Gestionnaire de Ressources VMEbus et le Contrôleur Système VMEbus. Beaucoup d'autres modules Slot 0 incluent d'autres fonctionnalités telles que interface GPIB (IEEE-488) et intelligence du système. La spécification VXIbus définit deux mises en œuvre communes pour les instruments : instruments basés registre et instruments basés message. Typiquement, les appareils basés registre sont des modules simples sans intelligence intégrée répondant aux registres d'écriture et de lecture du bus fond de panier. Les exemples d'appareils basés registre incluent des cartes numériques Entrées/Sorties des cartes simples ADC et DAC. Les instruments basés message suivent le protocole de communication mots séries (world serial) du VXIbus et sont typiquement des appareils avec microprocesseurs intégrés qui reçoivent et exécutent des commandes ASCII. Les modules instrument les plus sophistiqués sont généralement des modules basés message. Un module basé registre nécessite d'être contrôlé par un module basé message si l'utilisateur veut le programmer en utilisant un langage de programmation avec des commandes ASCII de haut niveau tel que IEEE-488 or SCPI. Le fabricant du module basé registre spécifie le module basé message exigé. Celui-ci peut être combiné avec une interface ou un module Slot 0 ou fourni comme un module supplémentaire. Les modules basés message peuvent avoir la capacité de traduire pour un autre module basé message, par exemple, traduction de messages SCPI dans le langage " natif " IEEE du module basé message 4.6 Exigences de Refroidissement La spécification VXIbus définit complètement les exigences de refroidissement pour les châssis et les modules. Les exigences de refroidissement sont spécifiées de manière à satisfaire un grand nombre d'applications systèmes. Chaque fabricant de châssis et de modules doit publier les capacités ou les exigences de refroidissement. Les modules devraient spécifier le flux d'air nécessaire et la baisse de pression résultante à travers le module. Les fabricants de châssis doivent publier une courbe de volume de l'air fonction de la baisse de pression du sommet au bas du module et ceci pour l'emplacement le plus mauvais. Ces deux spécifications permettront à l'utilisateur de déterminer qu'un module est compatible avec un châssis. La direction d'écoulement d'air est aussi spécifiée de P3 vers P1. Ceci permet aux fabricants du module de concevoir le module en tenant compte de la direction de l'écoulement d'air vers les composants les plus chauds ou en plaçant les composants sensibles à la chaleur vers le fond de la carte. Les méthodes de test des exigences de refroidissement sont également définies. 4.7 Radiation Electromagnétique et Susceptibilité Le niveau d'émission électromagnétique et le niveau de susceptibilité sont également définis. Les méthodes de test sont recommandées afin d'assurer que tous les modules et le châssis soient conformes aux spécifications EMC VXIbus. 5 Conclusions Le VXIbus représente un pas important pour l'instrumentation, offrant à la fois aux fabricants et aux utilisateurs un ensemble clair de directives afin de répondre à une approche modulaire pour des besoins de systèmes. ACQUISYS Page 12/12