Choisir le bus adapté à une application de numériseur/oscilloscope

Les numériseurs de National Instruments existent dans une grande variété de formats, notamment USB, PCI, PXI et PXI Express. Chaque bus possède des caractéristiques et des atouts uniques. C'est pourquoi il est important de déterminer quel bus convient le mieux à une application spécifique. Cet article détaille les facteurs importants qui interviennent dans le choix d'un bus comme les contraintes de coûts, les performances et la capacité d'extension future.

USB

Presque tous les PC, les portables et les plates-formes informatiques industrielles fournissent plusieurs ports USB, encourageant l'USB à devenir synonyme de portabilité et de facilité d'emploi. L'USB permet des temps de mise en route très rapides et, après l'installation du logiciel driver approprié, ne nécessite aucune action, ni aucune configuration, hormis l'insertion du connecteur dans le port USB lors de la connexion d'un matériel USB à un ordinateur hôte. Comme l'USB est enfichable à chaud, il n'est pas nécessaire d'éteindre l'ordinateur pour ajouter ou retirer un matériel. Ces caractéristiques simplifient l'installation et la mobilité.

Les caractéristiques décrites précédemment ont fait de l'USB une solution adaptée aux numériseurs et aux autres instruments. Grâce au fonctionnement par alimentation par le bus, l'utilisateur peut utiliser un numériseur USB tel que le NI USB-5133 avec un ordinateur portable pour prendre des mesures d'oscilloscope à peu près partout, et, avec son fonctionnement plug-and-play, il peut obtenir des mesures rapides et une visualisation facile. L'USB se prête tout particulièrement aux applications de numériseur qui nécessitent de la portabilité ou une installation rapide. Cependant, nombreuses sont les applications qui nécessitent des caractéristiques dépassant les capacités de l'USB. Une vitesse de transfert des mesures élevée (notamment la capacité de soutenir des acquisitions avec des fréquences d'échantillonnage élevées), l'intégration des instruments et une meilleure résolution sont quelques caractéristiques mieux mises en valeur par d'autres bus.

PCI et PCI Express

Le PCI et le PCI Express offrent de meilleures performances dans le domaine du test automatisé. À l'instar de l'USB, presque tous les ordinateurs sont dotés d'emplacements PCI ou PCI Express. L'un des principaux avantages du PCI est une vitesse de transfert des données élevée, théoriquement jusqu'à 132 Mo/s. La vitesse de transfert maximale dépend certes de l'application, mais, quoi qu'il en soit, celle du PCI est beaucoup plus grande que celle de l'USB. Le PCI Express, nouvelle génération du PCI, assure une compatibilité descendante avec le PCI et augmente la vitesse de transfert des données jusqu'à 1 Go/s pour une ligne PCI Express x4.

Les ingénieurs choisissent fréquemment le bus PCI pour les applications de numériseur en raison de sa vitesse de transfert, tout particulièrement si l'application nécessite un seul numériseur. Alors que l'utilisation des instruments PCI s'est développée, le nombre d'instruments disponibles a également augmenté pour répondre aux applications qui nécessitent des fréquences d'échantillonnage plus élevées, une meilleure résolution, ou davantage de voies. De manière générale, le facteur de forme du PCI offre une plus grande variété de types de mesures que l'USB, et le PCI permet à l'utilisateur de tirer parti d'une vitesse de transfert des mesures plus élevée pour le test automatisé ou pour les captures de données de numériseur. Si le PCI présente de nombreux avantages, les applications ont fréquemment besoin de davantage de fonctions liées aux numériseurs, comme l'intégration de plusieurs instruments, la synchronisation pour des mesures plus précises et une plus grande fiabilité du système.

PXI et PXI Express

Le PXI et le PXI Express offrent les meilleures caractéristiques et performances pour les applications de test automatisé. Le PXI (PCI extensions for instrumentation) est une plate-forme PC qui allie une architecture modulaire et la vitesse de transfert élevée des bus PCI et PCI Express. Le PXI Express vient enrichir la plate-forme PXI pour tirer parti de la vitesse de transfert plus élevée du PCI Express. Une solution modulaire basée sur le PXI présente des avantages tels qu'une taille et des coûts réduits grâce au partage d'un châssis, d'un fond de panier et d'un processeur ; des vitesses de transfert plus rapides avec une connexion haute vitesse vers le processeur hôte ; et une flexibilité et une longévité accrues grâce au logiciel défini par l'utilisateur.

Vitesse de transfert élevée

Le PXI est le bus le plus utilisé pour les applications de type numériseur. L'une des principales raisons de son adoption est qu'il profite des atouts du bus PCI. Utiliser un bus doté d'une bande passante élevée et d'un temps de latence faible afin de connecter le numériseur au processeur de l'ordinateur de contrôle signifie que l'utilisateur peut rapidement prendre des mesures courantes et même personnalisées, et que le temps mort entre les mesures est court. Au final, cela se traduit par une réduction des temps de test et une diminution des coûts de test unitaires.

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Le PCI et le PCI Express offrent la bande passante la plus élevée et le temps de latence le plus court, ce qui réduit les temps de test et garantit à la fois flexibilité et longévité grâce au logiciel défini par l'utilisateur.

Un bus doté d'une bande passante élevée présente également des avantages au-delà du test automatisé. La plate-forme PXI, avec le PCI et le PCI Express, permet également des applications de type streaming (transfert continu des données). Puisqu'un emplacement PXI Express x4 permet de transférer des données à des vitesses proches de 1 Go/s, la combinaison d'un numériseur PXI Express et d'un disque dur RAID peut aider l'utilisateur à maintenir la fréquence d'échantillonnage maximale du numériseur sur de longues périodes. Cela se traduit dans les faits par une mémoire embarquée illimitée. Par exemple, en utilisant le numériseur 100 Méch./s NI PXIe-5122 avec le boîtier RAID 3 To NI HDD-8264, il est possible de capturer des données à la fréquence d'échantillonnage maximale pendant des heures, au lieu d'acquisitions de quelques centaines de millisecondes possibles avec d'autres bus, tels que le GPIB, le LXI ou l'USB.

Cadencement et synchronisation

Bon nombre d'applications de mesure et d'automatisation nécessitent des capacités de cadencement et de synchronisation avancées impossibles à mettre en œuvre directement via des bus comme le PCI/PCI Express, l'Ethernet/LAN ou l'USB. Le PXI offre des fonctionnalités de cadencement et de synchronisation pour ces applications:

• Horloge de référence système différentielle de 100 MHz
• Signal d'horloge de référence de 10 MHz
• Déclenchement en étoile différentiel
• Bus de déclenchement en étoile présentant des pistes de déclenchement de longueur adaptée permettant de réduire les retards et les décalages entre les modules.
• Bus de déclenchement pour envoyer et recevoir des signaux de cadencement et de synchronisation haute vitesse
• Signaux différentiels pour la synchronisation de plusieurs châssis

Ces caractéristiques permettent de synchroniser plusieurs numériseurs NI et d'autres instruments pour signaux mixtes (générateurs de formes d'ondes arbitraires, générateurs et analyseur de formes d'ondes numériques) avec une précision de l'ordre de la picoseconde pour des applications à grand nombre de voies et à signaux mixtes.

Fiabilité du système

Les spécifications PXI définissent les conditions qui font que les numériseurs PXI se prêtent tout particulièrement aux environnements difficiles. Le PXI est équipé de connecteurs hautes performances IEC (International Electrotechnical Commission) et d'un système de conditionnement au format Eurocard durci utilisé par le CompactPCI. Les spécifications PXI définissent également des conditions environnementales et de refroidissement spécifiques pour garantir un fonctionnement correct des les environnements industriels. La modularité facilite la configuration, la reconfiguration et la réparation des systèmes PXI, ce qui se traduit par un temps moyen de réparation très court (MTTR). Comme le PXI est modulaire, il est possible d'actualiser des modules et des composants sans remplacer l'ensemble du système. Par exemple, si une application prend de l'ampleur et nécessite une fréquence d'échantillonnage plus élevée, l'utilisateur peut ajouter un nouveau numériseur au sein de la même structure logicielle au lieu de modifier le système dans sa totalité.

Conclusion

Les diffférents types de bus présentent des avantages spécifiques pour les applications de numériseur. L'USB est parfait pour les mesures portables, alimentées par le bus, tandis que le PXI offre des caractéristiques hautes performances comme une vitesse de transfert des mesures élevée, une très bonne résolution ainsi que la synchronisation et l'intégration des instruments. Lorsque vous définissez un système, prévoir les exigences de votre application, les contraintes de coûts, les performances et la capacité d'extension future peut vous aider à choisir l'architecture qui répondra le mieux l'ensemble de vos besoins.

Ressources supplémentaires :

Numériseurs/oscilloscopes de National Instruments

PXI : La plate-forme standard pour l'instrumentation

Les principes de base des numériseurs/oscilloscopes

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