חמישה מיתוסים לא מבוססים על ציוד מדידה מודולרי

27 אוגוסט, 2015

מיתוסים שהתקבעו בתעשייה ביחס להבדלים בין מכשירי מדידה מודולריים ומכשירי קופסה, מקשים על בחירה בפתרון הבדיקה הנכון. להלן המיתוסים הגדולים, והטעיויות המרכזיות העומדות מאחוריהם

מיתוסים שהתקבעו בתעשייה ביחס להבדלים בין מכשירי מדידה מודולריים ומכשירי קופסה, מקשים על בחירה בפתרון הבדיקה הנכון. להלן המיתוסים הגדולים, והטעיויות המרכזיות העומדות מאחוריהם

מאת תום לילינג, Keysight Technologies

ביחד עם העלייה בפופולריות של ציוד בדיקה מודולרי, נוצרו בתעשייה שפע של מיתוסים לא מבוססים הקשורים ליתרונות ולחסרונות של מכשירים מודולריים בהשוואה ל"קופסאות" המסורתיות.

מיתוסים נוצרים כדי להסביר דברים מורכבים בדרך פשוטה, תוך שימוש בשפה מוכרת ומושגים מובנים. גם בחירת הציוד המיטבי למדידת ובדיקת היישום שלכם הוא תהליך מורכב, ולכן לא מפתיע שגם כאן התפתחו מיתוסים שנועדו לפשט את תהליך הבחירה.

חברת Keysight מפתחת מכשירי קופסה יותר מ-75 שנה ומכשירים מודולריים יותר מ-30 שנה. מכיוון שלעתים הבחירה בין השניים היא קשה, חשוב לברור את העובדות ולהפריד בין האמת לבין המיתוס על-מנת לקבל את ההחלטה הטובה ביותר.

מיתוס 1: מכשירים מודולריים זולים יותר ממכשירי קופסה

המיתוס הזה נולד מכיוון שכאשר מביטים בקופסה, היא נראית יקרה: מכשיר שלם העומד בפני עצמו וכולל כפתורים למיניהם ותצוגת פנל קדמי מרשימה. אלמנטים חיוניים בכמה סביבות מחקר ופיתוח, אבל תקורה לא חיונית ברוב סביבות הבדיקה הממוכנות.

ראוי לזכור שבמכשירים מודולריים החלקים היקרים הם נסתרים מהעין, ולכן מתקבל הרושם שהם פחות יקרים. למשל, פאנל אחורי PXI מודרני תומך ב-4GB/s ל-18 חריצים (סלוטים), מגדיל את העלות מכיוון שיש צורך במחברים יקרים, מתגים וחומר ללוח האחורי.

שילדה עמוסה במכשירים הדורשים חיבורי פס רחב מגדילה את העלות הזאת, שהיא מהווה תקורה לא הכרחית ליישומים אחרים. כתוצאה מכך, מערכת PXI עם מכשיר אחד יכולה להיות יקרה ב-10% עד 40% מאותו המכשיר בקופסה.

היכן האמת במיתוס הזה?

מכשירי קופסה עשויים להיות זולים יותר כפריט בודד, לעומת זאת פתרונות מודולריים זולים יותר כאשר משלבים מכשירים מרובים בשלדה אחת. זאת משום שהתקורה מפוזרת לכמה מכשירים. לרוב, היתרון עובר לצד המודולרי כאשר משלבים 2-4 פריטים בשלדה אחת.

בנוסף, יש הבדל בין עלות הייצור של הפריט למחיר למשתמש. כמה ספקים נכנסים לשוק הבדיקות והמדידות בגישה המודולרית. כדי לצבור נתח שוק, הם מוכנים להוזיל את המחיר ולמבטל את מרווח הרווח שלהם. כמובן שזה לא בר-קיימא בטווח הרחוק. 

מיתוס 2: למכשירים מודולריים הספק גדול יותר

ייתכן שהמיתוס הזה נוצר משום שלהרבה מערכות מודולריות יש לוחות אחוריים מהירים. במציאות, בחירת הלוח האחורי בקופסה או בפיתרון מודולרי נובעת מהצורך לאזן בין העלות לבין היכולות הנדרשות. במילים אחרות, אין סיבה אמיתית לכך שלמכשיר מודולרי יהיה לוח אחורי מהיר יותר מאשר למכשיר בקופסה.

ההחלטה על כך תלויה במטרה ובצורך. לדוגמה, בקופסה קל יותר לחבר את רכיב הרכישה (קלט) של המכשיר לרכיב החישוב (עיבוד) באמצעות לוח אחורי עם פס רחב, משום שיש צורך רק בחיבור נקודה לנקודה. לעומת זאת, משטח החומרה של הגרסה המודולרית יצטרך לתמוך במספר עצום של צירופי חיבורים.

רוב השלדות המודרניות מסוג PXI משתמשות ב-PCIe gen 2 כדי להגיע לקצבים גבוהים יותר. בעוד שגם כמה ממכשירי הקופסה משתמשים ב-PCIe gen 2 בלוח החומרה הפנימי, אפיקי הנתונים בקופסאות מתוכננים לתמוך בעיקר בדרישות של המכשיר הספציפי עצמו.

לדוגמה, שימוש בערוץ PCIe gen 2 עבור מחולל צורות גל שרירותי 30MHz ברזולוציה של 16 סיביות מספק ביצועי יתר בלתי נחוצים (Overkill), ולכן נהוג להשתמש באפיק נתונים זול יותר ובמהירות נמוכה יותר, כמו למשל USB. במקביל, עבור אוסילוסקופ 160Gsample/s, גם ערוץ PCIe gen 2 אינו מספיק, ולכן נעשה שימוש בערוץ ייעודי למכשיר ומהיר מאוד. 

היכן האמת במיתוס הזה?

יש אמת במיתוס הזה בשני היבטים: הראשון הוא שלוחות אחוריים מודולריים (Backplane) אכן מהירים מאוד לרוב, מכיוון שהם מתוכננים לתמוך במגוון יישומים וקצב נתונים. כדי שמכשירים רבים יוכלו לתקשר זה עם זה במהירות, כפי שנדרש לעתים רבות מפיתרונות מודולריים, יש צורך בלוח אחורי משותף/תקני.

בהינתן כי התשתית המודולרית צריכה לעמוד בדרישות של מגוון גדול של יישומים, נוהגים לבחור בלוח אחורי בעל פס רחב כדי לעמוד בדרישות של המקרה הקיצוני ביותר.

האמת מהיבט נוסף במיתוס הזה, קשורה לכך שקל בהרבה לשדרג את הרכיבים המודולריים. המשמעות היא שקל וזול יותר לשדרג את מרכיבי צוואר הבקבוק במערכת המודולרית, בהשוואה לקשיים הכרוכים בשדרוג רכיב בקופסה.

לדוגמה, אם יחידת העיבוד המרכזית (CPU) היא צוואר הבקבוק במערכת המודולרית, תוכלו לשדרג אותה בקלות באמצעות הכנסת יחידת עיבוד חדשה. אם הממיר האנלוגי-דיגיטאלי (ADC) מהווה את צוואר הבקבוק במערכת, בפתרון מודולרי ניתן לשדרג רק את ה-Digitizer. לכן, כאשר מכשיר מודולרי ומכשיר קופסה מתחילים מאותה יכולת מהירות, במהלך הזמן יהיה המכשיר המודולרי מהיר יותר בזכות קלות השדרוג.

מיתוס 3: הפתרון המודולרי מהיר יותר בזכות הממשק הבינארי, בהשוואה לממשק מבוסס טקסט בקופסה

אין סיבה עקרונית שבעטייה מערכת מודולרית תדרוש ממשק בינארי (IVI) ומכשיר בקופסה ידרוש ממשק מבוסס טקסט (SCPI). יש מכשירי קופסה התומכים גם ב-SCPI וגם ב-IVI, ויש מכשירים מודולריים התומכים גם ב-SCPI וגם ב-IVI. לכן, הבחירה נעשית בהתאם ליישום שבו ייעשה שימוש במכשיר.

ברוב היישומים הזמן הנדרש לקבלת פקודות מהכונן הוא חלק מזערי בהשוואה לזמן המדידה. דבר זה הופך לאמת נפוצה יותר ככל שספקי המכשירים משתדלים לפשט את המדידות למשתמש. למשל, יש ל-Keysight יישומי "בדיקה בלחיצת כפתור" (OBT) שמסוגלים לבדוק מתכונת תקשורת שלמה (GSM, LTE וכדומה) במספר פקודות בלבד.

היישומים הללו משתמשים ב-SCPI כדי לאפשר ללקוח להתחיל בבדיקה ולאחזר את התוצאות בסופה, אבל הם משתמשים גם בתקשורת בינארית מהירה מאוד בתוך המכשיר, כדי לשלוט בחומרה במהלך הבדיקה. במקרים האלה, ההבדל בהספק זניח בין אם הלקוח משתמש ב-SCPI או ב-IVI להתחלת הבדיקה.

היכן האמת במיתוס הזה?

נכון שפקודות הנשלחות בממשקים בינאריים, כמו IVI, מהירות מממשקי פקודות מפורשים, כמו SCPI. ביישומים הדורשים נפח גדול של תקשורת בין המחשב האישי למכשיר, סביר שממשק הכונן יהווה צוואר בקבוק. זה נכון בין אם המערכת מודולרית ובין אם לא.

מיתוס 4: איכות האות במכשירים מודולריים נחותה מזו של מכשירי קופסה

ברוב המקרים, התאמת מכשיר לתצורה מודולרית לא תפגום באיכות האות. למעשה, ביישומים רבים מפרטי מערך הבדיקה מוגבלים בגלל התלות ההדדית שבין מספר מכשירי מדידה הפועלים ביחד. במקרים כאלה, הפתרון המודולרי יכול לספק מיפרטים טובים יותר מפתרונות קופסה.

לדוגמא, ביישומים הדורשים רמת צימוד גבוהה מאוד, כמו בדידקות MIMO למשל, קל יותר להשיג את  הביצועים הנדרשים כאשר המכשירים השונים מחוברים אל לוח אחורי משותף (Backplane).

היכן האמת במיתוס הזה?

ביישומים רבים שבהם עדיף להשתמש בהם במכשירים מודולריים, קיימים גם אילוצי מקום. לדוגמה, התצורה המודולרית אהודה בקווי ייצור רבים שבהם העלות למ"ר היא גורם משמעותי בקבלת ההחלטות.

האמת במיתוס נמצאת בתהליך קבלת ההחלטות של יצרני ציוד הבדיקה. ביישומים מוגבלי גודל, ספקי המכשירים המודולריים בוחרםי לעתים להקריב חלק מהביצועים כדי להקטין את שטח המדף של הציוד. לדוגמה, הם עשויים להשתמש במתנדים קטנים יותר ובעלי ביצועים פחותים, או להקטין את המרווחים בין המוליכים ב-PCB, דבר הגורם להתפתחות הפרעות הדדיות. אולם חשוב לזכור שהדבר נובע מתכנון הרכיב המודולי הספציפי, ולא מחסרון עקרוני של התצורה המודולרית.

יש מכשירים מודולריים המופרדים בחציצה באופן שמאפשר לרכיבים שונים של המכשיר להיות משודרגים בקלות. כשיש מחיצות בממשק אנלוגי, ייתכן שיידרשו עוד כבלים, דבר שעלול להשפיע קלות על הביצועים. בנוסף, הכיול של המכשיר עלול להיות קשה יותר כאשר חלקים של המערכת ניתנים לשדרוג.

מיתוס 5: המושג "מכשירים מודולריים" מתייחס לחומרה ולא לתוכנה 

כאשר שוקלים שימוש במכשירים מודולריים, רוב המהנדסים חושבים על מערכות כמו PXI, AXI, VXI, או אחרות, הכוללת שילדה ומודולים נתקעים. שלדה בסיסית היא חלק חשוב מהמודולריות, אבל חומרה מודולרית אינה מספקת ערך רב ללא תוכנה מודולרית וכיול מודולרי. לדוגמה, נתחי האותות הווקטוריים PXIe של Keysight מהדגמים M9391A ו-M9393A בנויים מארבעה מודולי PXI: מוצא שעון, סינתיסייזר, ממיר DDC ו-Digitizer.

גודלה הקטן  של החומרה הוא חשוב, אבל הערך האמיתי נובע מכך שהחומרה, התוכנה והכיול הם מודולריים כולם. לדוגמה, הלקוח יכול לשדרג רק את השעון כדי לספק רעש פאזה טוב יותר, אבל בשביל זה תוכנת הכונן צריכה לאפשר רמת מודולריות כזו.

באופן דומה, במכשיר קופסה שגרתי, הכיול יתרחש בכל ארבעת הרכיבים ביחד כדי להשיג את הביצועים הטובים ביותר בקלות המירבית, אולם הגישה הזאת לא תאפשר ביצועים מובטחים לאחר שמודול השעון ישודרג. גישת כיול שונה, מודולרית, דרושה להבטחת יתרונות יכולת השדרוג, דבר שמסביר מדוע החומרה והתוכנה חשובות באותה מידה במכשירים מודולריים.

היכן האמת במיתוס הזה?

אכן, יש מוצרים מודולריים שהם לא יותר ממכשירי קופסה רגילים בלוח אחורי מודולרי. לדוגמה, כמה מכשירי PXI מסוג VSA לא מכילים את כל ארבעת המודולים, אלא מהווים מודול אחד גדול הצורך חריצים רבים על לוח אחורי מסוג PXI.

התוכנה והכיול של המוצרים הללו פותחו בגישה מסורתית ברמת המכשיר. המוצרים הללו מציעים יתרונות של חומרה מודולרית כמו מימדים קטנים, חיבור מהיר בין מכשיר למכשיר וכדומה, אבל הם לא מספקים את יכולת השדרוג של מוצרים בעלי חומרה מודולרית, תוכנה מודולרית וכיול מודולרי, כמו למשל ב-VSA מדגם M9393A PXIe.

ההבדל בין מכשירי קופסה ומכשירי בדיקה מודולריים הוא עדין, אך חשוב מאוד. באופן כללי, למודולריות יש יתרון כאשר מרכיבים מערכת מרובת מכשירים. מנגד, מכשירי קופסה שנבנות למטרה מסוימת הם מצויינים כאשר יש צורך לקבל את הביצועים הטובים ביותר ממכשיר אחד.

מובן שהעולם האמיתי אינו שחור ולבן. ברוב המערכות תקבלו את השילוב המיטבי של מחיר, ביצועים וגמישות כשתשלבו בין מכשירי קופסה למכשירים מודולריים. האמת היא שקופסה תהיה טובה יותר לשלב מסוים בפיתוח (למשל, בחינת אבטיפוס), וייתכן שמכשירים מודולריים יהיו טובים יותר לשלב אחר (למשל, אימות מערכת).

לפיכך, אם אתם בוחרים בגישה שמאפשרת לכם לעבור בקלות בין מכשירי קופסה למכשירים מודולריים, סביר שתחסכו זמן וכסף לאורך זמן.

פורסם בקטגוריות: Test & Measurments , חדשות , צב"ד , ציוד בדיקה

פורסם בתגיות: featured