Der Hardwarestandard PXI erlebt seit seiner Einführung im Jahre 1998 ein enormes Wachstum, das auch in den nächsten Jahren anhalten wird. Dieser Artikel beschreibt den prinzipiellen Aufbau und die Vorteile von Mass Interconnect in Testaufbauten und stellt ein neues Interfacesystem für PXI-basierende Testsysteme vor.
Gerd von Garrel, PXIdirect, Wedemark
Ursprünglich war der VXI-Standard, der auf dem VMEbus basiert, seit seiner Einführung im Jahre 1987 die modulare Basis für automatische Testsysteme. Im Laufe der Jahre hat der VMEbus an Bedeutung in der modernen Rechnerwelt verloren. Der VXI-Standard kann heute die modernen Anforderungen an Softwarestandardisierung und hohen Datendurchsatz bei niedriger Kostenstruktur nicht immer erfüllen. Nach und nach hat der PXI-Standard Marktanteile übernommen, während der VXI-Standard weiterhin in den Bereichen Luft- und Raumfahrt sowie in militärischen Applikationen mit vielen Messkanälen Erfolge feiert.
Der PXI-Standard – PXI steht für PCI eXtension for Instrumentation – definiert eine kompakte, modulare Hardwareplattform für Test- und Datenakquisitionsapplikationen. Basierend auf dem aus der PC-Welt bekannten PCI-Bus ist dieser Standard ideal für moderne, PC-basierende Software. Mit dem zusätzlichen Vorteil der niedrigeren Hardwarekosten wurde der PXI-Standard in kurzer Zeit zu einer breit akzeptierten Hardwareplattform für den automatischen Test und für viele andere Applikationen in der Elektronik und Mechanik.
Bei der Planung und beim Aufbau einer Testap- plikation ist die Definition und Ausführung der elektrischen Verbindungen zwischen dem eigentlichen Testsystem und dem Prüfling von hoher Bedeutung. In kleineren Applikationen ist eine direkte Verbindung z. B. über Schraubklemmen von den einzelnen Messkarten zum Prüfling oft völlig ausreichend. In größeren Systemen mit mehreren hundert Daten- und Messleitungen und der Notwendigkeit, unterschiedliche Prüflinge zu kontaktieren, hat sich der Einsatz von „Mass Interconnect” in den letzten Jahren als beste Lösung bewährt.
Die Grundprinzipien von Mass Interconnect
Der Aufbau eines Mass-Interconnect-Systems besteht aus verschiedenen mechanischen Komponenten, die es ermöglichen, einen mechanisch und elektrisch sicheren Kontakt zwischen dem Testsystem und einem oder auch unterschiedlichen Prüflingen herzustellen. Typischerweise ist dabei das Testsystem in einem 19“-Gehäuse eingebaut, während die Komponenten des Mass Interconnect auf der Frontseite des Gehäuses angeordnet werden. Im Einzelnen besteht ein Mass Interconnect aus den in Bild 2 abgebildeten Komponenten.
Der Receiver
Als Receiver wird der Teil der Mechanik bezeichnet, in dem alle Verbindungen von den Modulen des Testsystems bis hin zur frontseitigen Schnittstelle untergebracht sind. Je nach Anforderungen können Signal-, Hochstrom- und Hochfrequenzmodule oder auch Vakuum-/Pneumatikübergänge eingesetzt werden. Zusätzlich sind im Receiver Aufhängungs- und Zentriervorrichtungen für die Prüflingsaufnahme eingebaut.
Die Befestigungsmechanik
Die Befestigungsmechanik dient zum festen Verschrauben des Receivers an den Testaufbau (oft ein 19”-Gehäuse). Meistens wird die Befestigungsmechanik so ausgeführt, dass der Receiver um 90° gekippt werden kann um die Verdrahtung zu erleichtern.
Der Interface-Test-Adapter (ITA)
Der Interface-Test-Adapter ist das mechanische Gegenstück zum Receiver, welches den Prüfling aufnimmt oder Kontakt zum Prüfling bereitstellt. Der ITA wird ebenso wie der Receiver mit Kontakten bestückt, die beim mechanischen Zusammenführen von Receiver und ITA eine elektrisch sichere Verbindung herstellen. Im Unterschied zum Receiver können beim ITA durchaus nur die Kontakte bestückt werden, die für den Test des spezifischen Prüflings notwendig sind.
Warum ein Mass-Interconnect-System? Mass Interconnect ist bei folgenden Anforderungen sinnvoll:
Unterschiedliche Prüflinge
In Testaufbauten, die für unterschiedliche Prüflinge konzipiert werden, ist Mass Interconnect die beste Lösung. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Prüflinge sich mechanisch voneinander unterscheiden oder über unterschiedliche Anzahl von elektrischen Verbindungen verfügen, jeder Prüfling kann schnell und sicher kontaktiert werden. Viele Testsysteme sind so aufgebaut, dass über vielpolige Schaltfelder jeder Testpunkt des Prüflings auf jeden Testkanal des Systems aufgeschaltet werden kann. Hier kommt die Stärke von Mass Interconnect besonders zum Tragen. Die prüflingsspezifische Verdrahtung findet im ITA statt, während die Verdrahtung des Testsystems in keiner Weise verändert wird. So können die unterschiedlichsten Prüflinge mit dem gleichen Testsystem getestet werden.
Anforderung an hohe Steckzyklen
Alle Stecker und Steckverbindungen, die in modernen Mess- und Testgeräten verwendet werden, sind oft auf eine maximale Lebensdauer von 1000 Steckzyklen ausgelegt. Bei Hochfrequenzsteckern wie z. B. SMA oder SMB liegt diese Spezifikation häufig noch niedriger. Mass-Interconnect-Systeme sind gewöhnlich für Steckzyklen >20 000 ausgelegt. Da die Verbindung zwischen einer Systemkomponente, wie z. B. dem Schaltfeld und dem Receiver in der Regel nur beim Aufbau des Systems gesteckt wird, kann die Lebensdauer eines Testsystems durch ein Mass-Interconnect-System beträchtlich verlängert werden. Selbst wenn im Receiver mal ein Kontaktstecker ersetzt werden muss, ist dies in der Regel erheblich preisgünstiger als die Auswechselung der Steckverbindung einer Systemkomponente.
Receiverkonzepte
Es gibt unterschiedliche Konzepte der Verkabelung zwischen Testsystemkomponenten und den Steckmodulen:
Feststehender Receiver
Der feststehende Receiver wird nach der Verkabelung einfach auf die Frontseite des Testergehäuses aufgeschraubt. Es liegt auf der Hand, dass hier Wartungs- und Änderungsarbeiten sehr schwierig auszuführen sind.
Klappbarer Receiver
Der klappbare Receiver lässt sich nach dem Lösen von 2 Schrauben um 90° nach vorne öffnen. Damit wird die Verkabelung zwischen Receiver-Modulen und den Messkomponenten frei zugänglich. Es können Arbeiten an der Verkabelung leicht erledigt werden. Allerdings sind bei diesem Konzept größere Kabellängen erforderlich.
Scout – das neue Receiverkonzept von MAC Panel
Scout wurde als neues Receiverkonzept in die Mass-Interconnect-Technology für PXI-basierende Testsysteme vorgestellt. Bei diesem Konzept handelt es sich um ein Interfacesystem, das mit seinen 21 Slots direkt auf ein 19”-PXI-Chassis aufgeschraubt wird. Anstelle der Verkabelung übernehmen hier produktspezifische Adapter die Weiterleitung der Signale von der Schnittstelle zum PXI-Modul. In diesen sogenannten DAK-Modulen (DAK steht für Direct Access Kit) sind Platinen mit Leiterbahnen (in starrer oder flexibler Ausführung) eingebaut. Diese Module werden direkt mit der PXI-Komponente verschraubt und als komplette Einheit in das PXI-Chassis eingeschoben.
Eigenschaften und Vorteile des Scout Receivers
- keine individuelle Verdrahtung zwischen Receiver und PXI-Modulen nötig
- modulspezifische Leiterplatten zwischen Modulen und Receiver
- geringeres Übersprechen und bessere Signalqualität
- keine Streukapazitäten durch Kabelgewirr
- höhere MTBF durch Wegfall der Verdrahtung
- solide Mechanik zwischen PXI-Modulen und Schnittstelle
- erheblich kürzere Aufbauzeiten des Mass-Interconnect-Systems
- bessere Gesamtzuverlässigkeit des Testaufbaus
Der stetig wachsende Markt für Testsysteme, die auf dem PXI-Standard basieren, zusammen mit der größer werdenden Anzahl von Komponentenanbietern eröffnet neue Möglichkeiten für Testaufbauten mit höherer Leistungsfähigkeit bei reduziertem Platzbedarf und deutlich geringeren Investitionskosten. In diesen Testaufbauten spielt ein solides Mass-Interconnect-System eine nicht zu unterschätzende Rolle für die Zuverlässigkeit und die Gesamtperformance des Systems.
Das Konzept Scout von MAC Panel ist hier ein bedeutender Beitrag. Die Produkte von MAC Panel werden in Deutschland, Österreich und der Schweiz von der in der Wedemark bei Hannover ansässigen Firma PXIdirect vertrieben.
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