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Umfassend und doch bezahlbar

Low-cost Boundary-Scan-System für alle Prüfaufgaben
Umfassend und doch bezahlbar

In der Abteilung CODAC (COntrol and Data ACqusition) Elektronik Entwicklung des Max-Planck-Instituts in Garching werden verschiedenste Hard- und Softwaresysteme für Experimente zur Kernfusionsforschung entwickelt und betreut. Ein Hauptbestandteil hier sind Frontends für Datenerfassungssysteme für Experimente.

Stefan Meißner, GÖPEL electronic GmbH mit Gerald Sellmair und Horst Eixenberger, Max-Planck-Institut, Garching

Die Vielfalt der entwickelten Baugruppen ist im Garchinger Institut sehr groß, da jede Diagnostik ihre bestimmten physikalischen Prinzipien hat, die spezifische Erfassungssysteme benötigen. Die Lebensdauer der gefertigten Platinen beträgt teilweise 20 Jahre und länger. Ein Großteil der entwickelten Baugruppen beinhaltet digitale (Teil-)Systeme, die auf programmierbaren Logikbausteinen wie CPLDs oder FPGAs beruhen. Man setzt bei CODAC darauf, weil der Experimentierbetrieb ein hohes Maß an Flexibilität voraussetzt. Durch die Möglichkeit der In-System-Programmierung sind kurzfristige Änderungen im Entwicklungsprozess und somit schnelles Prototyping mit vertretbarem Aufwand machbar. Diese Flexibilität bietet ein Optimum bezüglich Kosten/Nutzen und Aufwand insbesondere für die benötigten Kleinserien mit Losgrößen zwischen 1 und 150. Die in der Abteilung entwickelten Prototypen und Boards werden im Haus gefertigt und bestückt, wobei auch Multilayerplatinen im Repertoire stehen.
Qualitätssicherung als Muss
Fallen einzelne Messkanäle bei der Datenerfassung während des laufenden Experiments aus, gehen diese Messdaten unwiederbringlich verloren. Man muss sich im Klaren sein, dass jeder Experimentzyklus bei der Zündung des Plasmas einmalig und kostenintensiv ist! Horst Eixenberger, Leiter Elektronik der Abteilung: „Wenn aufgrund elektronischer Ausfälle Daten verloren gehen oder die gesamte Entladung nicht funktioniert, ist dies kostspielig und sehr ärgerlich.“ Deshalb ist die Qualität der Baugruppen zwingend notwendig, zumal eine Vielfalt elektronischer Systeme zusammen funktionieren muss, damit das Gesamtsystem reibungslos läuft. Kleine Fehler können hier große Auswirkungen haben. Bis vor kurzer Zeit verließ man sich auf manuelle Inspektion und den Funktionstest. Doch letzterer erwies sich als wenig effektiv und Elektronik-Entwickler Gerald Sellmair fasst es in wenigen Worten zusammen: „Manuelle Funktionstests sind begrenzt, da man eine hohe Testabdeckung nicht mehr realisieren kann.“ Deswegen war eine automatisierte Testlösung zwingend notwendig und die logische Konsequenz auf die Anforderungen seitens der Entwickler. Da sich aber das Baugruppen-Design durch die massive Verwendung von FPGAs/CPLDs immer mehr in Richtung Boundary Scan entwickelte, nahm die Bedeutung der späteren Testbarkeit stetig zu. Und da programmierbare Logik wie CPLD- oder FPGA-Bausteine die benötigte Boundary-Scan-Architektur beinhalten, wurde im Januar 2009 ein Boundary-Scan-System von GÖPEL electronic angeschafft.
Low-Cost Lösung
CODAC entschied sich für das ScanBooster/USB DesignerStudio, welches die Erstellung von JTAG/Boundary-Scan-Anwendungen innerhalb kürzester Zeit ermöglicht und sowohl Hard- als auch Software umfasst. Für einen notwendigen Basis-Test „reicht dieses System aus und ist auch für den Geldbeutel interessant“, erklärt Horst Eixenberger. Er hatte den Boundary-Scan-Markt schon länger verfolgt und war oftmals auf das Jenaer Unternehmen aufmerksam geworden. „Wir hatten einfach einen guten Eindruck vom Unternehmen“, fügt er hinzu. Speziell die ständigen Weiterentwicklungen bei Göpel electronic, die Produktunterstützung, das sehr gute Image der Firma bezüglich Support, die Produktvielfalt, räumliche Nähe und auch die „faire Kaufberatung“ waren die ausschlaggebenden Argumente. Zusammen mit den Herren Eixenberger und Sellmair wurde vor Ort in Garching ein charakteristisches Referenzdesign durchgespielt und erste Infrastruktur- samt Interconnectiontests erstellt. Diese Basistests wurden in nur 30 Minuten realisiert – mit einem überzeugenden Ergebnis. Hinzu kam, dass die Boundary-Scan-Systeme der Thüringer Schnittstellen für viele Layout-Programme bieten, was insbesondere im Forschungsumfeld wichtig ist, da hier verschiedenste Systeme als Insellösungen existieren. Bewusst entschied man sich im Institut für eine kleine Lösung, da diese später ohne Probleme aufrüstbar ist. Horst Eixenberger spricht von einem „top Preis-Leistungs-Verhältnis für den Anwender“. Das System läuft stabil, und wenn es doch einmal Probleme geben sollte, stehen die Applikations-Mitarbeiter von Göpel electronic sofort zur Verfügung. Auch werden lobende Worte über den logischen Aufbau des Boundary Scan Systems gesprochen, da es sich um eine intuitive Lösung handelt. Durch selbst programmierte Cluster-Tests wird die Testabdeckung noch weiter erhöht und es werden sogar Fehler gefunden, die vorher nicht detektierbar gewesen wären. Man verspricht sich eine dauerhafte Kostensenkung samt Erhöhung der Qualität sowie Zufriedenheit der Kunden und hat laut Gerald Sellmair „ein gutes Bauchgefühl“ beim Ausliefern der getesteten Systeme. Daneben steht ein mächtiges Werkzeug zur Analyse bereit, wenn Baugruppen einmal streiken oder fehlerhaft sind.
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