Welche Vorteile der Einsatz von Signalrouting-Software bringt

Program­mier­bare Schalt­systeme werden routinemäßig in automatischen Testsystemen (ATE, Automatic Test Equipment) eingesetzt, um den flexiblen Anschluss von Prüf­lingen (DUTs, Devices Under Test) an Mess­geräte, Stimulussignalquellen, Stromversorgungen, Lasten und andere Geräte wie Sensorsimulatoren zu ermöglichen. Der zunehmende Funktionsumfang von Elektronikprodukten und die gängige Praxis, mehrere Prüflinge gleichzeitig zu testen, führen zu einer immer höheren Komplexität der Schaltsysteme. Je komplexer ein Schaltsystem ist, desto komplexer gestaltet sich auch die Entwicklung von sicherer und zuver­lässiger Signal­routing-Soft­ware.  Selbst bei einfachen Schaltaufgaben muss sichergestellt sein, dass Kurzschlüsse oder falsch programmierte Schaltvorgänge, die den Prüfling oder das Testsystem beschädigen könnten, vermieden werden.

Bild 1: Ein einfaches Schaltsystem. Pickering Interfaces

Ein typischer Ansatz für die Entwicklung von Software für Funktionstestsysteme ist die Verwendung einer Tabelle, die sämt­liche Testschritte mitsamt den zugehörigen Geräte­einstel­lungen und den erforderlichen Schalt­system-Signalpfaden auflistet. Eine genaue Kenntnis des gesamten Schaltsystems ist unerlässlich: Welches Relais an welcher physikalischen Adresse muss zu welchem Zeitpunkt und bei welchem Test geschaltet werden? Wie sind die aktuellen Zustände aller übrigen Relais, stören sich irgendwelche geschalteten Pfade gegenseitig? Der Anwen­der weist also das Testsystem an, welche Relais zu welchem Zeitpunkt in welcher Weise geschaltet werden müssen, damit sich die für den jeweiligen Test erforder­lichen Signalwege ergeben. Aber sollte es nicht genau umge­kehrt sein – das heißt der Anwen­der gibt einen Signal­pfad vor und ein Schalt­system konfi­gu­riert die benö­tigten Schalter entsprechend?

Bild 1 zeigt ein einfaches Schalt­system, bestehend aus drei mit­ein­ander verbundenen Schalter­modulen (oder Subsystemen), die mit einpoligen Einschalt-Relais bestückt sind. Diese Anordnung ermöglicht es, alle erdenklichen Signal­pfade zwischen den Endpunkten M, N, O und P zu konfi­gu­rie­ren. Die Ruhekontakte K4 und K5 müssen beson­ders beachtet werden, da sie geschlossen sind, wenn alle Relais deak­ti­viert sind. Bei einer fehlerhaften Relais-Ansteue­rung können leicht ungewollte Kurzschlüsse zu anderen Knoten im System auftreten. Deshalb erfor­dert die Systemkonfiguration größte Sorgfalt bei der Program­mierung.

Bild 2: Blockschaltbild mit Signalpfaden. Pickering Interfaces

Das folgende Szenario zeigt drei voneinander unabhängige Signal­pfade, die nachein­ander geschaltet werden sollen:

• Signal­pfad von M nach N (blau)
• Signal­pfad von M nach O (rot)
• Signal­pfad von M nach P (grün)

Wie geht man vor, worauf ist zu achten?

1. Pfad M – N: Startbedingung = Reset = alle Arbeitskontakte offen, alle Ruhekontakte geschlossen
a. Close – K1 wird geschlossen, Pfad M – N ist hergestellt

2. Pfad M – O: K1 bleibt geschlossen
a. Open K4: K4 wird geöffnet, um eine unerwünschte Verbindung mit N zu verhindern

b. Open K5: K5 wird geöffnet, um eine unerwünschte Verbindung mit P zu verhindern

c. Close K3: K3 wird geschlossen

d. Close K2: K2 wird geschlossen, der Pfad M – O ist hergestellt

3. Pfad M – P: K1, K2 und K3 sind noch geschlossen
a. Open K2: K2 wird geöffnet, um die Verbindung mit O zu unterbrechen

b. Close K5: Der Pfad M – P ist hergestellt

4. Reset: Alle Arbeitskontakte werden geöffnet, alle Ruhekontakte geschlossen

Das obige Szenario funk­tio­niert nur dann ohne unerwünschte Kurz­schlüsse, wenn die Relais-Einstel­lungen in der angegebenen Reihen­folge vorgenommen werden. Wenn ein Relais-Signal­pfad hergestellt werden soll, ohne dass bekannt ist, in welchen Schalt­zuständen sich die Relais befinden, muss das Schalt­system vor dem Herstellen des gewünschten Signalpfads in einen sicheren Zustand versetzt werden.

Beispiel: Pfad M – P

a. Reset
b. Open K4: K4 wird geöffnet, um eine unerwünschte Verbindung mit N zu verhindern
c. Open K5: K4 wird geöffnet, um eine unerwünschte Verbindung mit P zu verhindern

Jetzt sind alle Anschlüsse voneinander getrennt, es existiert kein Signalpfad.

d. Close K1
e. Close K3
f. Close K5: Der Pfad M – P ist hergestellt

Dieses einfache Beispiel zeigt, wie komplex die Program­mie­rung eines einfachen Schalt­systems sein kann und warum man das Gesamtsystem im Detail kennen muss. Wenn zu einem bestehenden Signal­pfad ein weiterer hinzu­gefügt wird, ohne dass zuvor Sicher­heits­vorkehrungen getroffen werden, sind Kurz­schlüsse nahezu unver­meid­lich.

Was leistet die Signalrouting-Software?

Zur Program­mie­rung kon­figu­riert der Anwender einfach den Signal­routing-Soft­ware Switch Path Manager (SPM) von Pickering Interfaces, indem er alle im System einge­setzten Schalt­module einschließlich der phy­sischen Verbin­dungen zwischen diesen auflistet und die Endpunkte der Schaltpfade defi­niert.

Bild 3: Black-Box. Pickering Interfaces

Endpunkte sind Knoten an den Rändern des Schalt­systems, die mit den Messanschlüssen des Testsystems und dem Prüf­ling verbun­den sind. Nachdem der SPM konfi­gu­riert wurde, kann der Anwen­der das Schalt­system als eine Black-Box betrachten, ohne sich um interne Relais und deren Verdrahtung kümmern zu müssen.

Zum Schalten eines Signal­pfades wählt der Anwen­der einfach mit dem SPM-Befehl Connect den Start-Endpunkt und den (oder die) Ziel-Endpunkt(e), die mit­ein­ander verbun­den werden sollen. Welche Relais wie geschaltet werden, bestimmt dann der SPM. Der SPM-Signalrouter vermeidet stets etwaige Konflikte mit bestehenden Signal­pfaden oder nicht-abgetrennten Endpunkten und findet erforderlichenfalls eine alternative Route; falls dies nicht möglich ist, bricht er den Prozess mit einer entsprechenden Fehlermeldung ab.

Bild 4: Black-Box-Signalpfade. Pickering Interfaces

Mit SPM in drei Schritten zum fertigen Test

1. 1. Pfad M – N

a. Disconnect All: Alle Arbeitskontakte werden geöffnet, alle Ruhekontakte werden geöffnet

b. Connect M, N

2. Pfad M – O

a. Disconnect All

b. Connect M, O

Ohne einen Disconnect-All-Befehl zu Beginn der Tests würde der Befehl Connect M, O wegen der Ruhekontakte K4 und K5 nicht nur eine Verbin­dung von M nach O, sondern auch eine unerwünschte Verbin­dung von M nach N und P herstellen. Der SPM würde erkennen, dass ein an N und/oder P anliegendes Signal auch zu M und 0 geroutet würde; deshalb würde er den Pfad M zu O blockieren (nicht schalten) und eine Fehlermeldung ausgeben.

3. Pfad M – P

a. Disconnect All

b. Connect M, P

Wenn bereits ein Pfad geschaltet ist, kann ein weiterer Pfad nur dann geschaltet werden, wenn er nicht mit dem vorhan­denen Pfad kollidiert; dazu die beiden Beispiele.

Möglich:

1. Disconnect All

2. Connect M, N

3. Connect O, P

Nicht mög­lich:

1. Disconnect All

2. Connect M, N

3. Connect O, N: Der Befehl würde nicht ausgeführt, und der SPM würde eine Fehlermeldung ausgeben.

Auch Punkt-zu-Mehrpunkt-Pfade sind möglich und können sepa­rat geschlossen und geöffnet werden:

1. Disconnect All

2. Connect M, N+P: Erwünschte Verbin­dung von M nach N und P

3. Disconnect M, N: Die Verbin­dung M – N wird unter­brochen, die Verbin­dung M – P bleibt bestehen.

(jj)