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Bild 1: Mit zwei 128 x 1-Multiplexern wird ein Vektornetzwerkanalysator (VNA) auf die Signalpfade einer Backplane verschaltet.
Bild 2: Realisierung einer Schaltmatrix mit 9.000 Punkten.
Bild 3: 100 x 100-Schaltmatrix für die Kabelprüfung in Flugzeugen.

Natürlich entwickeln sich die Plattformen auch weiter und lösen mit der Zeit andere ab. Dies kann im Zuge der Erneuerung eines Systems – wenn beispielsweise nicht mehr verfügbare Instrumente ersetzt werden müssen – oder im Hinblick auf die Realisierung eines Testsystems der nächsten Generation erfolgen.

Normalerweise wird nicht ohne wichtigen Grund ein Wechsel vorgenommen, da Änderungen meist viel Zeit benötigen. So müssen die zur Verfügung stehenden Möglichkeiten untersucht, potenzielle neue Anbieter ermittelt sowie die Aspekte der Programmierung, der Signalverschaltung und viele andere Punkte vorab überprüft werden. Es gibt viele Negativbeispiele über neue Testsystemprojekte, die trotz bester Absichten und einer umfassenden Planung schiefgegangen sind.

Warum sollte also etwas geändert werden? Es gibt viele Gründe.

  • Veraltete Technik: Die verwendeten Instrumente und Schaltsysteme sind nicht mehr erhältlich oder es sind für heute gängige Programmierumgebungen keine Software-Treiber verfügbar.
  • Erweiterung eines Testsystems für neue Applikationen: Vielleicht reicht die Bandbreite der ursprünglich verwendeten Instrumente nicht aus oder ein Schaltsystem ist nicht mehr erweiterbar, sodass sich neue Anforderungen nicht abdecken lassen.
  • Größe und einfache Bedienung: Die Anpassung älterer Plattformen kann dazu führen, dass Systeme zu groß oder zu unhandlich werden. Außerdem muss die Verkabelung berücksichtigt werden. Verkabelungsprobleme können die Zuverlässigkeit reduzieren und Kosten in die Höhe treiben.
  • Kosten und Budgetreduzierung: Bei immer geringeren Gewinnspannen muss nicht nur in der Fertigung, sondern auch im Testbereich eingespart werden.
  • Evolution der Fertigungstechnologie: Mit der Weiterentwicklung von Produkt- und Fertigungstechnologien ändern sich auch die Testanforderungen.

In vielen Fällen erfordern die erwähnten Überlegungen ein hybrides System, also die Kombination unterschiedlicher Plattformen. Besonders bei der Erweiterung eines bestehenden Systems ist es meist unpraktisch, das gesamte System zu ersetzen. Pragmatischer wäre es, nur den veralteten Teil auszutauschen. Es könnte dann das jeweils am besten geeignete Instrument oder Schaltsystem einer Plattform gewählt werden. Auch bislang ungenutzte Testeinrichtungen könnten wieder zum Einsatz kommen, sodass sich Neuinvestitionen vermeiden lassen.

Glücklicherweise wurden standardisierte Testplattformen speziell im Hinblick auf Interoperabilität entwickelt. Die Softwareumgebung beinhaltet Tools, die mehrere Plattformen übergreifend unterstützen. Ebenfalls sind Treiber der Instrumentenanbieter dafür erhältlich.

In jedem der folgenden Beispiele erfolgte entweder eine teilweise oder eine komplette Änderung der Plattform. In vielen Fällen ist das Endergebnis ein hybrides System mit der Kombination aus GPIB-, VXI-, PXI- und LXI-Instrumenten und Systemen. Daraus lässt sich folgern, dass eine Teststrategie nicht unbedingt nur auf eine einzelne Plattform beschränkt sein muss.

VNA-Multiplexer

Bei einem Luft- und Raumfahrt-Unternehmen, Systemintegrator und Hersteller von Militärflugzeugen und Verteidigungselektronik ging es um den Ersatz eines bestehenden RF Multiplexerschaltsystems mit 90 Kanälen in zwei VXI-Racks für den Test von Backplanes. Mithilfe der Multiplexer wird ein Vektornetzwerkanalysator (VNA) auf unterschiedliche Signalpfade einer Backplane geschaltet, sodass eine Charakterisierung dieser Pfade möglich ist. Die VXI-Plattform war nicht nur groß, sondern auch teuer.

Es wurde eine modulare LXI-Lösung vorgeschlagen, bei der eine flexible Erweiterung der Multiplexer durch zusätzliche Module im Chassis möglich ist. In der Erprobungsphase wurde ein LXI-Chassis mit 7 Steckplätzen und einem 16 x 1-PXI-Multiplexer zur Verfügung gestellt, was sich als ideal für die Anwendung erwies.

Für die Anwendung nutzt der Anwender inzwischen einen LXI-basierenden VNA und ein 18-Slot-LXI-Chassis sowie sechzehn 16 x1-Multiplexer-Module und einen Dual-8 x 1-Multiplexer, sodass sich zwei 128 x 1-Multiplexer für die Verschaltung der VNA-Ports ergeben (Bild 1). Im Vergleich zu VXI ermöglichte der Einsatz von LXI hier ein sehr viel kleineres und kostengünstigeres System.

Große Matrix für Avionics-Tests

Ein Integrator von Luft- und Raumfahrt-Anwendungen, der Funktionstester für Zivil- und Militärflugzeuge liefert, benötigte Ersatz für ein altes kundenspezifisches VXI-System durch einen universellen Tester zur Prüfung von Flugzeugsteuergerätevarianten. Das System benötigte mehr als 9000 Schaltpunkte für unterschiedlichste Testfälle. Die Abdeckung einer großen Auswahl an Applikationen mit einem einzigen Tester würde sich dabei als wirtschaftlich und logistisch einfacher erweisen als der Einsatz mehrerer kleiner Tester. Ein Hauptziel war auch die Verkleinerung des Systems und damit die Reduzierung der Verkabelung, um eine hohe Flexibilität und Reproduzierbarkeit zu einem günstigen Preis zu erreichen.

Eigentlich war der Anwender bereits von der Modularität und Effektivität einer PXI-Lösung überzeugt, doch hätte die Realisierung eines Testers mit 9.000 Schaltpunkten auf PXI-Basis höhere Kosten verursacht und zudem mehr Platz als eine LXI-Lösung benötigt. Mehr als 18 PXI-Karten mit 512 Relais und viele Kabelverbindungen zwischen den Modulen wären erforderlich gewesen (Bild 2).

Nun wurde für diese Applikation die gesamte Messtechnik – DMM, serielle Schnittstellen, Oszilloskop, DIO und Avionik-Karten – in ein PXI-Chassis integriert und die 384 x 24-Matrix in Form von sechs LXI 64 x 24-Matrixeinheiten realisiert. Auch hier erlaubte die mechanische Flexibilität der LXI-Lösung eine Integration von durchgeschleiften Verbindungen, sodass die Verkabelung gegenüber einer PXI-Lösung deutlich vereinfacht werden konnte. Das neue, hybride System aus PXI und LXI in Kombination benötigte viel weniger Verkabelung und erzielte eine bessere Übertragungsbandbreite als das ursprüngliche VXI-System.

Große Matrix optimiert Avionic-Tests

Ein großer Hersteller von Privatflugzeugen wollte den Testprozess unterschiedlichster  Elektronik-Module optimieren. Dabei war es das Ziel, möglichst viele der vorhandenen individuellen Testsysteme durch einen einheitlichen Tester zu ersetzen. Dafür war für die Anschaltung der Instrumente an die Testhardware eine große Matrix erforderlich. Mit der neuen Lösung könnte nicht nur Platz eingespart, sondern zudem durch eine universelle Steckverbindung die Anzahl der Leitungen reduziert, die Testabläufe vereinfacht und der Wartungsaufwand langfristig verringert werden.

Die benötigte Matrixkonfiguration mit 100 x 100 Kreuzungspunkten sollte für eine Spannung bis 250 VAC und einen maximalen Strom von 2 A ausgelegt werden. Die Bandbreite war nicht entscheidend, da die maximale Frequenz für die seriellen ARINC-Busse bei etwa 100 KHz liegt.

Anfangs erwägte der Kunde eine PXI-Lösung. Diese wurde aber aus verschiedenen Gründen verworfen: Erstens ergab sich durch den Formfaktor eine Beschränkung hinsichtlich der Anzahl der Relais pro Modul. Dadurch wären insgesamt vier PXI-Chassis pro System nötig gewesen, was zu einer Testsystemhöhe von 18 HE geführt hätte. Zweitens wäre die kundenspezifische Verkabelung zwischen den Modulen zur Realisierung der 100 x 100-Matrix sehr komplex und teuer geworden.

Am Ende entschied sich der Kunde für eine Lösung von Pickering Interfaces und beschaffte vier 50 x 50-Matrixmodule mit Loop-Thru zur einfachen Konfigurierung einer 100 x 100-Matrix. Das System war anstatt 18 HE beim PXI-Äquivalent insgesamt nur 4 Höheneinheiten hoch. Im Vergleich zu PXI war es bei einem Viertel der Größe um rund 40 % kostengünstiger.

Kabeltest in der Flugzeugzelle

Ein Avionics-Systemintegrator in Frankreich suchte eine Lösung zur Unterstützung einer großen Fluggesellschaft. Nach einer bestimmten Anzahl von Flugstunden – in der Größenordnung Tausend – muss jedes Flugzeug zur Sicherstellung der Flugfähigkeit zerlegt und vollständig überprüft werden. Hierzu wurde ein Schaltsystem zur Durchgangs- und Isolationsprüfung aller Kabel im Flugzeug benötigt. Die Isolationstests werden mit Spannungen bis 1 kV ausgeführt. Das für die Prüfung verwendete Schaltsystem in Form einer zweipoligen 800 x 2-Matrix sollte eine spannungslose Verschaltung bei 1 kV unterstützen und auch für einen Durchgangstest mit kleineren Spannungen geeignet sein.

Der erste Lösungsansatz basierte auf einem GPIB-Backplane-Chassis mit mehreren Schaltkarten mit Hochspannungs-Reed-Relais. Diese Lösung war viel zu teuer und erforderte ein Rack mit mehr als 18 HE. Alternativ wurde auch an eine PXI-Lösung, die vier Chassis mit insgesamt 52 PXI-Modulen benötigte, gedacht. Die Systemgesamtgröße kam dabei der GPIB-Lösung sehr nahe und wäre ebenfalls unerschwinglich gewesen.

Pickering Interfaces schlug eine LXI-Lösung vor, um sowohl die Kosten als auch den Platzbedarf zu reduzieren. Besonders bei der Implementierung großer Matrixsysteme sind LXI-Lösungen effektiver, da es im Vergleich zu modularen Aufbauten keine Einschränkungen hinsichtlich der Mechanik gibt. Da es kein fertiges System am Markt gab, beschloss Pickering Interfaces ein standardmäßiges Produkt für diese Art von Anwendung zu entwickeln. Es wurde eine 2-HE-Box mit drei Matrixvarianten – 100 x 2, 200 x 2 und 300 x 2, jeweils zweipolig – entwickelt und in ein 6-HE-Rack integriert.

Diese Lösung war gegenüber vergleichbaren Alternativen um 30 % kostengünstiger und benötigte nur ein Drittel des Platzes.

Fazit

Wie die Beispiele gezeigt haben, lassen sich verschiedene Plattformen einsetzen, wobei für die Auswahl nicht nur technische, sondern auch wirtschaftliche Aspekte ausschlaggebend sind. Je nach Aufgabenstellung können auch unterschiedliche Plattformen in einem Testsystem kombiniert werden, sodass die jeweils beste Leistung und Effektivität erreicht wird. Bei der Planung eines neuen oder der Erweiterung eines bestehenden Testsystems sollten alle zur Verfügung stehenden Möglichkeiten berücksichtigt werden. Hardware- und Software-Anbieter unterstützen überwiegend mehrere Plattformen gleichzeitig. Auch Pickering Interfaces bietet unterschiedliche Plattformen an, sodass auch beim Schalten die bestmögliche Lösung für die jeweilige Anwendung gewählt werden kann.