차세대 테스트 시스템<2>

LXI를 통한 효율적인 테스트 시스템 구축

이 글에서는 LXI를 소개하면서 장점들에 대해 설명하고, 테스트 시스템의 범위와 기능을 확장하는 사용 모델을 보여준다. 또한 애질런트 오픈을 호출하는 방식에서 LXI 역할을 설명함으로써 개방형 소프트웨어 환경을 통해 시스템 개발을 단순화는 것을 보여준다.

자료제공│한국 애질런트 테크놀로지스(www.agilent.co.kr)

미래 구현

LXI는 테스트 시스템의 범위와 기능을 비롯하여 시스템 정의를 확장하는 새로운 사용 모델을 활용할 수 있다는 장점이 있다. 다음의 예제에서는 LXI를 사용하여 수행할 수 있는 여러 가지 시나리오를 보여 준다.

*손쉬운 전환: 신제품의 수명주기에 있어서 가장 큰 관심 사항 중 하나는 연구개발 단계에서 제조생산 단계로 테스트 시스템을 전환하는 것이다. LXI를 사용하면 카드케이지 기반 시스템보다 훨씬 간편하고, 비용 효율적인 방법으로 전환을 수행할 수 있다.

예제 시나리오에서 엔지니어는 R&D 단계 동안 LXI 유형 C 계측기의 디스플레이와 키패드를 사용하여 다양한 측정 및 분석 기능에 신속하게 액세스 할 수 있다. 제조생산 단계에서, 동일한 모듈형 LXI 계측기를 포함하는 시스템은 독립 실행형 계측기를 통해 개발된 소프트웨어와 테스트 루틴을 사용할 수 있다. VXI 또는 PXI와는 달리, 카드케이지 및 해당 인터페이스의 오버헤드 없이 동일한 계측기 정밀도와 성능을 보장한다.

*신속한 재구성: LXI 기반 통합 계측기는 디지타이저, 파형 생성기, 업컨버터, 다운컨버터 등과 같은 다목적 모듈을 활용하여 스펙트럼 분석기, 신호 발생기, 오실로스코프 등과 같은 전통적인 계측기를 만들어냄으로써, 시스템 크기와 비용을 줄여준다. 이러한 기본적인 빌딩 블록은 서로 다른 측정 작업을 동적으로 통합하는 PC 소프트웨어에 따라 다르다.

예를 들어, RF 다운컨버터 LXI 모듈을 단일 테스트 시퀀스의 스펙트럼 측정에 사용한 다음, 또 다른 테스트 시퀀스의 네트워크 측정을 위해 재구성 할 수 있다. 네트워크 분석을 위한 자극 신호를 생성 하려는 경우, 완전히 새로운 신호 생성기를 구매할 필요 없이 다른 LXI 업컨버터를 간단히 추가하여 출력 주파수 범위를 쉽게 변경할 수 있다. 이러한 기본 하드웨어 요소의 리던던시 감소 및 효율 증대로 테스트 시스템의 크기와 비용을 절감할 수 있다.

*처리 속도 향상: LXI는 두 가지 방법을 유연하게 사용하여 시스템 처리 속도를 향상시킬 수 있다. 한 시나리오에서는 소프트웨어 루틴이 LXI 모듈 내에서 실행될 수 있으며, 기본 분석 기능을 수행 하여 그 결과(데이터 블록 아님)를 호스트 PC에 간단히 전달한다. 필요한 경우, PC에서 고급 루틴을 실행할 수 있다. 이 경우에는 대부분의 LXI 모듈에 비해 계산 능력이 향상된다. 또 다른 시나리오에서는 LXI 모듈 간의 일대일 통신을 사용 하여 서로의 작업을 조정할 수 있다. 이렇게 되면 모든 메시지가 호스트 PC에서 처리되는 경우에 발생할 수 있는 병목 현상이 제거된다.

*원격 사이트간 협업: 지리적으로 분산된 팀이 단일 프로토타입으로 작업하는 경우, LXI를 사용하면 팀 구성원들은 장소에 관계 없이 해당 위치에서 측정을 수행할 수 있다. 시스템 보안을 위해 인텔 프로세스와 윈도우 운영 체제를 포함하는 LXI 계측기에서는 테스트 시스템을 무단 액세스로부터 보호하는 방화벽 애플리케이션을 실행할 수 있다. 일반적으로 대부분의 LXI 장치는 전용 LAN을 갖춘 시스템의 일부이지만 원격 사용자들은 호스트 PC를 통해 시스템에 보안 액세스 할 수 있다.

*동기화된 시스템: 유형 A 및 B LXI 장치의 타이밍 기능을 사용하면 건물 내, 사이트 간 또는 전세계의 여러 시스템을 동기화 할 수 있다. 이 기능은 IEEE 1588에 의해 가능해졌으며, 네트워크 전반적으로 장치 간의 마이크로초 단위 정확도를 달성할 수 있다. 가능한 애플리케이션은 여러 계측기 또는 시스템의 데이터로 구동되는 경향 및 인과관계 분석을 포함한다. 모든 데이터에 타임 스탬프를 표시하여, 하나 이상의 컴퓨터에서 해당 데이터를 교정 및 분석하여 경향 또는 인과 관계를 식별할 수 있다.

애질런트 오픈을 통한 시스템 개발의 단순화

시스템 친화적 기능 및 PC 표준 I/O를 지원하는 LXI 기반 계측기는 애질런트 오픈 방식의 다음 단계에 해당된다. 이 개념은 다음과 같은 세 가지 방식으로 테스트 시스템 생성을 향상시키는 통합 시스템 구성 요소(하드웨어 및 소프트웨어)를 포함한다.

- 자동화된 테스트를 위해 최적화된 System Ready 계측기를 제공하여 개발을 가속화

- 계측기와 PC를 쉽게 연결하게 해주는 PC 표준 I/O인터페이스를 포함하여 통합을 단순화

- 마이크로소프트, 엑셀을 비롯하여 애질런트 VEE Pro, Visual Studio, .NET 및 기타 개방형 애플리케이션 개발 환경 등 다양한 소프트웨어를 지원하여 새 프로그램 작성의 필요성을 감소

애질런트 오픈을 사용하는 시스템은 여러 공급 업체에서 제공하는 다양한 형식의 계측기(GPIB, VXI, PXI, LAN, USB)를 포함할 수 있다. 과거보다 훨씬 적은 노력으로 이러한 장치를 함께 사용할 수 있다.

- Agilent IO Libraries Suite를 사용하여 시스템을 쉽게 통합할 수 있다.

- 표준 IVI-COM 드라이버는 여러 프로그래밍 언어로 작업이 가능하다.

- 표준 계측기 드라이버가 주요 I/O 유형에서 작동한다.

- .NET 객체와 같은 PC 표준 도구를 사용하여 코드 작성 양을 줄일 수 있다.

다양한 산업 표준에 따라 애질런트 오픈은 시스템 수명을 향상시키고 측정, 연결 및 프로그래밍과 관련한 향후의 개선 사항에 대비한다.(그림 3)

미래 테스트 시스템의 구축

애질런트는 테스트 시스템을 LAN의 고급 기능으로 마이그레이션하는 분야에서 주도적 역할을 하고 있다. 애질런트는 LAN 사용 계측기와 관련하여 업계 최대인 포트폴리오에 지속적으로 새로운 사항을 추가할 것이다. 동시에 Agilent E5-810A LAN/ GPIB 게이트웨이, 82357A USB/GPIB 인터페이스 등과 같은 장치를 제공하여 사용자의 GPIB 투자를 보호할 것이다.

시스템 통합을 단순화하고, 시스템 개발을 가속화하며, 개방된 연결을 활용하려면 애질런트 오픈 웹페이지(www.agilent.com/find/open)를 방문하면 된다. 웹사이트에 방문하여 등록을 하면 추후 본 시리즈의 애플리케이션 노트를 제공받을 수 있다.

부록 A: LAN 기술력의 활용

LAN은 계측기 I/O를 위한 논리적인 선택이다. 대부분의 최신 PC에 LAN 포트가 내장되어 있으므로 최소의 물리적 구성 만으로 테스트 시스템을 운영할 수 있다. LAN은 비용면에서도 이점을 제공한다. 케이블, 인터페이스 카드, 허브, 라우터, 스위치, 무선 액세스 포인트 등의 가격이 매우 저렴하며 계속해서 인하되고 있다.

이러한 이점은 컴퓨터 업계의 네트워크 기술에 대한 투자 확대에서 기인한다. 이 경우, 전문인력에 대한 투자가 대부분을 차지한다. 컴퓨터 업계에서는 계측기 산업보다 훨씬 더 많은 설계 엔지니어를 채용한다. 1980년 이후 컴퓨터 업계에서는 10Mb/s에서 10Gb/s로 이더넷의 속도를 1000배 향상시켰다. 뿐만 아니라 속도 향상과 더불어 이전 버전과의 호환성도 유지하고 있다. GPIB, MXI 등과 같은 계측기 표준 인터페이스는 속도, 기능, 호환성 등의 측면에서 LAN과 비교가 되지 않는다.

다른 표준을 개발하는 것보다는 LAN의 혁신에 편승하는 것이 훨씬 합리적이다. 계측 장비 제조업체는 PC 표준 기술을 활용함으로써, 최선의 노력으로 우수한 계측기를 제공할 수 있다.

부록 B: IEEE 1588을 통한 정교한 타이밍의 활용

전통적으로 측정시스템은 계측기와 호스트 컴퓨터를 서로 가까운 위치에 배치하는 중앙 집중식 아키텍처를 사용했다. 이 유형의 시스템은 프로그래밍 및 통신 기술 애플리케이션에 주의함으로써 타이밍 요건을 충족시킬 수 있다. 그렇지 않은 경우, 대기 시간이 발생하게 된다.

오늘날 대부분의 측정 애플리케이션은 테스트 시스템에 대한 타이밍 요건을 점차적으로 강화하고 있다. 또한 애플리케이션의 수적 증가로 장치를 다양한 위치에 분산 배치함으로써 분산 아키텍처를 사용하는 시스템이 요구되고 있다. 표준 네트 워크 기술은 분산 시스템에 적합하지만, 이러한 기술은 대부분 측정 애플리케이션에 적용하기에는 부족한 타이밍 사양을 사용한다. 이로 인해 네트 워크 측정 및 제어 시스템을 위한 정밀 클럭 동기화 프로토콜용 IEEE 1588 표준이 개발되었다.

IEEE 1588 프로토콜은 멀티캐스트 메시징을 지원 하는 이더넷과 같은 LAN을 통해 통신하는 시스템에 적용될 수 있다. 이 프로토콜은 마이크로초 단위 의 동기화가 가능하지만 PC, 계측기, 스마트 센서 및 기타 시스템 장치에 포함된 실시간 클럭을 사용하여 시스템의 네트워크 및 컴퓨팅 자원에 대한 부담을 최소화한다.

동기화 프로세스가 시작되면 해당 장치는 시스템 에서 가장 정확한 클럭을 식별하여 마스터 클럭 역할을 할당한다. 그림 4에서는 이 단순 프로세스의 나머지 부분을 보여줍니다.

1. 마스터 클럭은 네트워크상의 모든 다른 장치에 동기 펄스와 현재 시간을 전송한다. 모든 슬레이브는 해당 클럭을 마스터 시간으로 설정한다.

2. 각 슬레이브는 타임 스탬프가 있는 응답을 마스터에 보낸다. 마스터는 원래의 동기 펄스 전송 시간과 다양한 수신 시간 간의 오프셋을 계산한다.

3. 마스터는 오프셋 값을 각 슬레이브에 보내 클럭을 조정하여, 마스터 동기 펄스와 슬레이브의 수신 시간 간의 차이를 보정한다.

이 초기 정렬 이후에는 주기적 동기 펄스를 통해 슬레이브를 마스터 클럭과 동기화된 상태로 유지할 수 있다. 그러면 가장 수요가 많은 분산 측정 애플리케이션을 수용할 수 있는 테스트 시스템이 구축된다.

IEEE 1588 및 해당 작업에 대한 보다 자세한 내용을 원하시면 웹 사이트(ieee1588.nist.gov)를 방문하면 된다.

부록 C: 통합 계측기(Synthetic Instrument)의 정의

1990년대 중반, 미국방부(DoD)는 미 해군에 공장, 최전방 및 이들 경계 지역에서의 항공 전자 기기와 무기 테스트를 위한 새로운 형태의 자동 테스트 시스템(ATS)을 개발하라는 임무를 지시했다. 이 프로젝트는 다음과 같이 여섯 개의 운영 목표를 추진 과제로 삼고 있다.

- ATS 총 소유 비용(TCO) 절감

- 새로운 또는 향상된 ATS의 개발 및 배치 시간 단축

- 각 시스템의 물리적 면적 축소

- 예비 부품, 지원 시스템 및 훈련 감소를 통해 물류 면적 축소

- 미국 및 관련 서비스 간의 상호 운용이 가능한 시스템을 통해 최대한의 유연성 보장

- 전반적인 테스트 품질 향상

이와 같은 목표들이 다소이상적으로 보일 수도 있지만, 장비 제조업체, 국방 계약기관 및 국방부는 상용화된 첨단 기술을 통해 이를 달성할 수 있을 것이라 확신한다.

이러한 목표 달성의 최대견인차는 바로 통합 계측기(Synthetic Instrument)다. Synthetic Instruments Working Group에 따르면, 통합 계측기는 표준 인터페이스를 통해 하드웨어와 소프트웨어 구성요소를 연결하여 신호를 생성하거나 수 처리 기술을 이용해 측정을 수행하는 재구성이 가능한 시스템이다. 여기에서 핵심은 바로 재구성이 가능하다는 것이다. 통합 계측기는 소프트웨어 명령을 이용해 기본 블록들을 조정 및 재조정함으로써 전통적인 테스트 장비를 에뮬레이트 할 수 있다.

이를 위해 통합 계측기는 4개의 주요 구성요소, 즉 신호 컨디셔너, 주파수 변환기, 데이터 변환기와 수치 계산기를 포함한다. 그림 5의 기본 구성도는 스펙트럼 분석기, 주파수 변환기, 네트워크 분석기 및 신호 발생기를 포함하여 일반적인 마이크로 웨이브 계측기를 보여준다.

스펙트럼 분석이나 신호 발생 등의 단일 작업을 수행할 수 있도록 최적화된 일반 계측기와는 달리, 통합 계측기는 한 시스템 내의 여러 계측기 가운데 디지타이저 및 다운컨버터와 같은 중복되는 요소를 줄임으로써 ATS에서의 효율성을 높여준다.

국방부는 다양한 업체의 통합 계측기 모듈이 요구 사항의 변화나 오래된 모듈에 유연하게 대처할 수 있을 것이라 기대한다. 또한 모듈 교체 시에 핵심 시스템 소프트웨어는 최소한의 변경만을 필요로 한다.

애질런트는 지속적인 발전을 거듭하고 있는 LAN 기술을 이용하여 LXI 모듈 형태의 통합 계측기를 개발할 계획이다. 더욱이 애질런트 오픈의 접근 방식은 새롭거나 업그레이드된 시스템의 개발 및 배치를 가속화할 전망이다.

부록 D: 시스템 소프트웨어 비용의 절감

시스템 소프트웨어의 개발 및 유지보수에 필요한 시간과 비용을 줄이면 현재 및 향후 테스트 시스템 비용을 현저하게 감소시킬 수 있다. 이를 위해, 애질런트는 다음과 같은 두 가지 방법을 제안하고 있다.

편리한 작업 환경

애질런트는 테스트 엔지니어들이 스프레드시트, 프로그래밍 언어, 그래픽 개발 환경 등 각자 자신이 선호 하는 소프트웨어를 이용할 수 있도록 도와준다. 또한 표준화된 IVI-COM 드라이버를 애질런트 계측기와 함께 제공한다. 이것을 이용해 개발자들은 애질런트 VEE Pro 또는 산업표준을 준수하는 범위내에서 다른 계측기 고유의 언어로 작업할 수 있다. IVI-COM 드라이버는 Visual C++, Visual Basic, C#과 같은 Visual Studio .NET 언어로 프로그래밍을 수행할 수 있도록 도와준다. 따라서 개발자들은 다양한 언어를 이용해 프로그램을 작성한 후, 이들 프로그램을 적절하게 일치시켜 보다 큰 규모의 테스트 프로그램을 만들어 낼 수 있다.

애질런트 T&M Toolkit은 측정 어플리케이션을 위해 확장된 Visual Stu-dio.NET을 제공한다. 이 툴킷은 프로젝트 마법사, API, 클래스 라이브러리, 부품, 그래픽 및 드라이브 등 사용이 간편한 통합 소프트웨어 툴과 구성요소를 포함한다. 개발자들은 T&M Toolkit과 Visual Studio를 결합함으로써 사용자 애플리케이션에서 테스트 및 측정 과정을 간편하게 수행할 수 있다.

측정 유연성 및 일관성 향상

일반적으로 테스트 시스템에 활용된 소프트웨어는 각 계측기 내 코드를 포함한다. 펌웨어, 핵심 측정 기능, 개별 측정 루틴 및 다운로드 가능한 계측 슈트나 기능들이 이에 해당된다. 오늘날 대부분의 애질런트 계측기들은 산업 표준 마이크로소프트 운영체제를 사용하므로 기존 계측기에서 뿐만 아니라 PC, 더 나아가 윈도우 기반 계측기에서 작동 가능한 㰡측정 소프트웨어㰡‘ 모듈을 개발할 수 있도록 해준다. 또한 다양한 하드웨어 플랫폼 전반에 걸쳐 선호하거나 표준화된 측정을 사용할 수 있기 때문에, 테스트 시스템 개발 비용을 줄이는 동시에 연구개발, 설계 검증 및 제조생산 시에 비교 가능한 일관된 결과를 보장할 수 있다.

시스템 개발의 가속화

산업 표준 소프트웨어의 사용은 애질런트 오픈 시스템 개발 접근 방식에 있어 핵심적인 부분이다. 친숙한 소프트웨어를 사용하고 기존에 활용중인 계측기와 간편하게 상호 운용할 경우 시간을 절약 할 수 있다. 더 나아가 향후에 필요한 측정 소프트웨어를 선택하고, 계측기 또는 PC에서 효율적으로 사용함으로써 시간 및 노력을 최소화할 수 있다. 또한 연구개발, 제조생산 등 전반적으로 일관된 측정을 수행할 수 있어 짧은 시간에 불일치 문제를 해결할 수 있다. 요약하자면, 애질런트 오픈의 접근 방식은 현재 및 향후 테스트 시스템과 관련된 비용 문제를 효율적으로 해결해주는 최선의 방법이다.

<기사제공 : 월간 반도체네트워크 2006년 03월호>