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[계측기 & EDA] 자동차 전장 테스트를 위해 LXI를 고려해야 하는 10가지 이유

관리자

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[편주]
자동차 업계의 치열한 경쟁은 비용 절감과 품질 향상이라는 끊임없는 압박을 가중시킨다. 그 결과, 전자 기능 테스트와 같은 까다롭지만 유용한 운용은 이러한 필수 투자에 대한 높은 수익을 제공해야 하는 '필요악'으로하는 이유에 대해서 설명해 본다. 종종 여겨진다. 테스트 업무를 수행해야 하는 엔지니어들은 구매장비로 보다 확장된 기능을 통해 테스트 과정을 원활히 수행해 내길 원하고 있으며, 또한 경쟁적인 가격에서 탁월한 성능을 제공받길 원한다. 이러한 테스팅 과정의 환경은 장비공급업체들의 과제라 할 수 있다. 본고에서는 자동차 전장 테스트를 위해 LXI가 사용되어야 하는 이유는 아래와 같다.

[본문]
테스트 시스템의 차세대 솔루션인 LXI(LAN eXtensions for Instrumen-tation)를 살펴보자. 먼저 LXI는 이더넷과 같이 입증되어 널리 사용되는 표준에 기반한 테스트 시스템을 위한 아키텍처이다. 이들 표준은 모듈러 및 기존 폼 팩터에서 변함없이 탁월한 측정을 제공하기 위해 ‘딱 충분한’ 냉각, 전력, 차폐 및 물리적 크기를 제공한다는 입증된 원칙을 근간으로 하고 있다.
LXI의 매력은 벤치탑 계측기에서의 가용성 때문에 더욱 빛을 발한다. 이 벤치탑 계측기는 전통적으로 카드케이지 기반 대안품보다 훨씬 대용량으로 판매되어 경쟁적인 가격에서 탁월한 성능을 제공한다.
이러한 장점 때문에 자동차 전자제품을 테스트하는 시스템 설계자는 LXI를 사용하여 성능을 극대화하고 비용은 최소화하며 미래를 계획할 수 있다. LXI Connexion지가 최근에 밝힌 것처럼 LXI를 고려해야 하는 이유가 적어도 10가지 있다. 이 이유는 현재 및 미래의 테스트 시스템에 적용된다.
1. 사용 용이성
2. 성능
3. 비용
4. 확장성
5. 수명
6. 유연성
7. 랙 공간
8. 분산 시스템
9. IEEE-1588 동기화
10. 합성 계측기

위의 10가지 이유에 대한 자세한 검토는 자동차 업계의 테스트 시스템에서 LXI의 가치를 보여줄 것이다.

1. 사용 용이성
신차 모델이 매년 바뀌면서 자동차 전자제품 제조업체는 단기간에 신제품을 출시해야 한다. 테스트 시스템의 신속한 개발을 방해하거나 생산 업타임을 감소시키는 그 무엇도 용납할 수 없다. 이러한 이유 때문에 신속한 시스템 제작은 계측기를 연결하여 가능한 빨리 시스템을 작동시키느냐에 달려있다. 이로써 시간을 단축할 뿐만 아니라 제조업체가 보다 큰 작업 즉, 모듈과 그 하위 어셈블리의 기능을 검증하는 데 주력할 수 있게 해준다.
현재 이러한 시스템 중 상당수가 VXI 또는 PXI 기반 하드웨어를 통해 제작되었다. 인터페이스 카드 및 케이블을 통해 연결된 임베디드 PC 또는 독립형 PC로 이 시스템을 제어해야 하기 때문에 개발자는 LXI가 해결하는 4가지 주요 문제에 직면하게 된다.
· 인터페이스 : LXI는 MXI나 GPIB 인터페이스보다는 컴퓨터 분야에서 오랜 표준으로 자리잡은 이더넷을 사용한다. 즉, PC에 추가 인터페이스 카드를 설치하지 않아도 되고 독자적인 케이블 및 소프트웨어가 없어도 된다. 이 하나만으로도 몇 시간이 아닌 몇 분 이내에 시스템을 실행할 수 있다.
· PC 구성 : PXI 카드케이지는 PC 백플레인의 연장이기 때문에 카드를 삽입하거나 제거할 때마다 전체 시스템을 재부팅해야 한다. 하지만 LXI에서는 그렇게 하지 않아도 된다. LXI의 LAN 연결로 계측기를 연결하고 분리할 때 PC를 재부팅할 필요가 없다. 게다가 애질런트 34980A 다기능 스위치/측정 장치 같은 일부 모듈러 LXI 계측기는 ‘핫 도킹’이 가능하고 전원이 켜진 상태에서 카드를 삽입 또는 제거할 수 있다.
· 드라이버 : PXI 시스템 재부팅 시 PC는 계측기 검색 프로세스를 사용하여 새로 연결된 디바이스를 식별한다. 이를 위해서는 일반적으로 디바이스를 다운로드하여 설치해야 한다. 뒤에서 언급하겠지만 드라이버 제한으로 시간 소모적인 좌절감을 유발할 수 있다. LXI 표준에서는 IVI-COM 드라이버 사용을 지정함으로써 다양한 개발 환경에서 작동하기가 쉽다. 하지만 보다 우수한 기능 또는 성능이 필요한 경우 SCPI(Standard Commands for Programmable Instruments)를 통해 일부 LXI 계측기를 직접 프로그래밍 할 수 있다(단순한 VISA 기능 호출을 통해 모든 컴퓨터 언어로 SCPI를 설정하여 사용할 수 있다).
· 사용자 인터페이스 : 전면판 인터페이스가 없을 경우 PC 기반 소프트웨어를 사용하여 PXI 및 VXI 디바이스에서 문제를 진단하기란 때로 어렵다. 개발자는 우선 새 디바이스의 성능을 배울 때 일반적으로 제품 매뉴얼을 철저히 읽어야 한다. 벤치탑 LXI 계측기를 사용함으로써 전면판 인터페이스를 통해 계측기로 실험하고 계측기가 어떻게 작동하는지 배우기가 쉬워진다. 물론 대부분의 모듈러 LXI 계측기는 전면판이 부족하지만 내장형 웹 인터페이스로 연결된 PC에서 웹 브라우저를 여는 것만으로도 기능을 배울 수 있다. 또한 브라우저 기능을 통해 전세계 어디에서나 장비에 일어나는 일을 보기가 훨씬 쉬워져 시스템 지원을 단순화하고 더 큰 시스템 업타임을 보장한다.

2. 성능
자동차 전자제품 테스트에는 수 천 가지 테스트가 필요한 복잡한 파워트레인 제어 모듈에서 많은 데이터를 전송해야 할 수도 있는 단순한 에어백 모듈에 이르기까지 모든 모듈이 포함된다. 이 까다로운 테스트는 자주 최대 속도가 1MB/s인 GPIB 속도에 부담이 된다. LAN 사용 시 1Gbit/s 연결이 일반적이고 10Gbit가 진행 중이기 때문에 I/O 전송 속도는 아무런 문제가 되지 않는다.
큰 데이터 블록의 트랜잭션 프로그래밍 및 전송이 필요한 일반 자동차 애플리케이션의 LXI 디바이스에서 I/O 성능이 문제가 되어선 안된다. 디지타이저로 캡처한 파형처럼 큰 데이터 블록을 전송할 때 LAN 속도는 빛을 발한다. 트랜잭션 프로그래밍의 경우 LAN에서의 지연 시간은 잘 알려진 문제이다. 이는 스토리지 네트워크의 문제이기도 하기 때문에 컴퓨터 업계는 솔루션 마련에 주력하고 있다. 또한 계측기 벤더는 명령을 LXI 디바이스에 사전 로드함으로써 필수 통신 주기 수를 줄이고 있다.

3. 비용
전체 테스트 비용을 최소화하려면 가능한 저렴한 가격에서 빠르고 신뢰할 수 있는 테스트가 필요하다. 일부 산업관련 저널 기사에 따르면 대부분의 제조업체가 수입 부품을 검사하고 X선 검사를 수행한 다음 인서킷 테스트를 완료하는 제조 프로세스의 마지막 단계에서는 기능 테스트가 아무런 가치도 없다고 한다.
이런 단계는 제품 품질은 향상시키지만 초기 고장률, 설계 오류(예 : 허용오차 증가) 및 액세스가 불가능한 노드(종종 테스트에 맞게 설계하지 않은 결과)로 인해 장애를 감지할 수 없기 때문에 기능 테스트의 필요성을 없애주지는 못한다.
이 모두는 상충되어 보이는 자동차 제조업체의 요구사항들에 의해 복합적인 성격을 띄게 된다. 즉, 제조업체는 늦은 배송과 높은 불량률에 대해 모두 위약금을 부과할 수 있다. 이 문제를 해결하려면 비용 대비 최적의 기능과 성능을 제공하는 계측기가 필요하다(그림 2 참조). 또한 초기 하드웨어 비용과 예비부품, 보증, 현지 수리 옵션 대 공장 반품 수리 옵션 및 대여 장비 가용성과 같은 발생 비용 모두를 신중히 고려해야 한다. 많은 경우, 계측기별 가격 비교를 해보면 LXI 대 PXI 하드웨어 비용이 최대 40%까지 절감된다.
카드 케이지 계측기 대 LXI의 학습 곡선 비용을 고려하는 것도 가치가 있다. 카드케이지 계측기는 LabVIEW, Visual Basic, C++ 등과 같은 각각의 개발 환경에 서로 다른 소프트웨어 드라이버를 사용해야 한다. 반면, LXI 계측기는 일반적으로 드라이버 또는 SCPI 중에서 선택하여 사용할 수 있다. SCPI에 익숙한 개발자의 경우 계측기 학습 곡선은 대개 매우 짧다. 물론 .NET 환경의 IntelliSense 도움말 기능과 온라인 설명서가 드라이버를 사용한 프로그래밍을 단순화할 수 있도록 도와준다.

4. 확장성
그림 3에서는 확장 가능한 리드 릴레이 매트릭스, 많은 전기자 릴레이 로드 스위치, 임의 파형 출력의 많은 채널 및 D/A 변환의 많은 채널과 같은 LXI 디바이스로 구축된 일반 자동차 전자 기능 테스트 시스템을 보여준다. 카드케이지 기반 시스템에서 이 디바이스는 모든 슬롯을 신속하게 채울 수 있다.
그런 다음 단 하나의 디바이스를 추가하려면 또 다른 카드케이지와 컴퓨터 인터페이스가 필요하다. 몇 개의 카드만 필요한 단순한 시스템의 경우 카드케이지는 향후 확장을 위한 빈 슬롯이 있어도 비용을 추가하고 공간을 소모한다. LXI 계측기는 카드케이지 또는 컴퓨터 인터페이스를 추가하지 않고도 필요한 정확한 기능을 제공하면서 나중에 쉽게 추가할 수 있다. 추가된 LXI 디바이스에 더 많은 포트를 제공하기 위해 기껏해야 시스템은 저렴한 LAN 스위치를 추가해야 할 수 있다.

5. 수명
1970년대 중반에 휴렛팩커드(현재 애질런트테크놀로지스) 테스트 및 측정 부서에서 GPIB를 발명했으며 이 인터페이스는 여전히 업계 표준이다. LAN 역시 1970년대 Arpanet으로 시작하여 지금까지 이어오고 있다. 그림 4에서는 지난 30년 동안의 다양한 인터페이스를 비교한 것이다. 가장 두드러진 점은 LAN은 역호환성을 유지하면서 계속 발전해왔다는 점이다. LAN의 광범위한 채택은 앞으로도 오랫동안 컴퓨터 업계를 계속 주도할 거라는 점을 시사한다.
LXI 표준의 연장으로 이 표준은 오랫동안 테스트 및 측정 업계의 요구에 부합할 것이다. 이런 긴 수명은 능동적인 애프터마켓 및 긴 제품 수명을 지원하는 자동차 전자제품 업계 수명에 중요하다. LXI는 이러한 환경에 안정적이고 오랫동안 살아남을 수 있는 테스트 환경을 제공하도록 설계되었다.

6. 유연성
카드케이지 기반 솔루션은 테스트 랙에서 최적의 계측기 배치를 제한한다. 예를 들어 스위칭을 하나의 저렴한 하위 시스템에 배치하고 자극/측정 계측기를 다른 하위 시스템에 배치하는 것이 유용하다. 이러한 배치는 서비스를 단순화하는 것은 물론 느린 릴레이를 제어하기 위해 비싼 고성능 백플레인의 비효율적인 사용(종종PXI 또는 VXI 카드케이지의 경우)을 없앤다.
LXI 계측기는 보다 효율적인 방법을 구현한다. 내부 DMM이 지원되고 스위칭 카드를 선택할 수 있는 애질런트 34980A는 스위칭 하위 시스템을 생성하는 저렴한 독점적인 방법을 제공한다. 또한 LXI 기반 계측기 하위 시스템을 어디에나 배치할 수 있다.
기능 역시 문제가 될 수 있다. 많은 자동차 전자 모듈의 전류 요구사항에 부합하는 카드케이지 기반 전원 공급기는 거의 없다. 이를 위해서는 서로 다른 아키텍처에 따라 외부 전원 공급기를 사용해야 한다. 한 가지 좋은 대안은 LXI와 호환되는 최신 전원 공급기이다. 한 예로, 애질런트는 LXI와 호환되도록 입증된 설계를 업데이트하고 fast up/down 프로그래밍, 전력 파형 생성 및 모니터링과 같은 다른 향상 기능 및 컴팩트 인클로저를 추가했다. 애질런트 N6700 모듈러 공급기 및 N5700 시리즈 전원 공급기가 그 예다(그림 5 참조).

7. 랙 공간
자동차 애플리케이션에서 LXI 기반 기능 테스트 시스템을 400mm높이의 랙에 어셈블링할 수 있다(그림 6 참조). 이러한 수준의 공간 효율성은 부분적으로 1U 애질런트 N6700B 모듈러 전력 시스템 및 통합 DMM이 지원되는 8슬롯 애질런트 34980A와 같은 LXI 기반 디바이스 때문이다.
최대 밀도를 구현하고자 시스템 개발자는 자주 카드케이지 기반 계측기를 사용한다. VXI에서 C 사이즈 카드케이지는 약 6U에 최대 12개의 고성능 계측기를 배치할 수 있지만 이 카드케이지는 고가의 솔루션이다. PXI 또한 고밀도를 제공하지만 그 컴팩트한 4U 크기는 다음과 같은 4가지 단점이 있다.
· 카드 크기 : PXI 카드 크기 때문에 때로 필수 기능을 구현하려면 2개 이상의 슬롯을 사용해야 한다. 다양한 크기로 LXI 계측기를 제작하여 의도한 용도를 충족할 수 있도록 보장할 수 있다.
· 차폐 : PXI 카드는 다양한 인터페이스 문제에 직면한다. 예를 들어 높은 수준의 자기 간섭을 방출하는 SCXI 전원 공급기는 인접 PXI DMM의 성능을 저하시켜 전체 디지트의 분해능만큼 DMM 성능을 저하시킬 수 있다. VXI에서는 모든 카드에 차폐 인클로저가 있어야 하기 때문에 이런 문제를 피한다. 마찬가지로 LXI 디바이스는 완벽한 일체 완비형이기 때문에 본래부터 차폐되어 있다.
· 냉각 및 전력 : 카드케이지는 충분한 냉각 및 전원 공급기 기능을 제공하여 한 번에 최대 수의 계측기 또는 릴레이를 처리해야 한다. 까다로운 시스템에서는 필요한 냉각 및 전력을 제공할 수 있는 1개 이상의 고가 메인프레임으로 업그레이드해야 한다. 또한 자동차 전자제품의 애플리케이션은 많은 PXI 메인프레임의 전압 능력을 초과하는 계측기 출력 전압이 자주 필요하다. 일반적으로 LXI 계측기는 대상 어플리케이션에 필요한 전력, 전압 및 냉각을 제공하도록 설계되었다.

8. 분산 시스템
자동차 생산 테스트 시스템은 일반적으로 모든 계측기를 통합 배치한다. 하지만 내구성 테스트 시스템, R&D 테스트 시스템 및 생산 검증 시스템은 측정을 수행해야 하는 LXI 계측기에 배치가 가능해야 좋다. 테스트 엔지니어 책상에 있는 PC에 무선 LAN 연결을 통해 EC(environmental chamber) 옆에 배치할 수 있다.
생산 테스트 시스템은 또한 원격 테스트 헤드의 혜택을 누릴 수 있다. 예를 들어 상용 LXI 스위치 모듈을 통해 핀아웃이 무엇이든지 간에 라인에서 나오는 모든 엔진 제어 모듈에 자동으로 적용되는 테스트 픽스쳐를 생성할 수 있다. 인클로저 내에 장착하여 최종 로봇 테스트 케이지 내에 연결할 수 있다.
시스템 코어에 최소의 케이블링으로 심지어 케이블링 없이도 필요한 자극 및 측정 계측기에 배치할 수 있다는 것은 원격 또는 분산 애플리케이션용으로 설계된 애질런트 L4400A 시리즈(1U 높이, 전면판 없음)와 같은 LXI 모듈의 고유 특징이다(그림 7 참조).
LXI에 유리한 다른 요소는 원격 디버깅 및 문제해결이다. 원격 액세스 권한을 가진 서비스 기술자는 웹 브라우저를 사용하는 것만으로도 전세계 어디서든 테스트 시스템을 진단할 수 있다. LAN 연결 웹캠을 시스템에 추가하면 원격 기술자가 먼 곳에서 시스템 문제를 해결하면서 무엇이 일어나는지 볼 수 있다.

9. IEEE-1588 동기화
대량 생산 라인에서 모듈당 단 1초의 테스트 시간을 줄이는 것은 수천 달러의 가치가 있다. 그럴 경우 테스트 실행 시간을 늘리는 하드웨어 또는 소프트웨어 변경은 결코 용납될 수 없다.
LXI는 광범위한 트리거링 기능을 통해 이를 해결했다. LXI는 Class A LXI 계측기의 표준화된 트리거 버스로 시작해서 한층 발전되어 테스트 실행 시간을 향상시키는 새로운 방법을 제공한다. 즉, 정확한 실시간 클럭에 따라 자체 트리거된 측정은 계측기 간에 동기화된다. IEEE-1588 고정밀 시간 프로토콜에 기반한 이 기능을 사용하여 호스트 컴퓨터의 개입 없이도 복잡하고 시간 소모적인 측정을 수행할 수 있다.
이로써 테스트 시스템을 연결하는 트리거를 최소화(또는 제거)하고 I/O 병목현상을 줄일 수 있다. 이 새로운 기능은 아직 모든 LXI 디바이스에 지원되지 않지만 곧 지원될 예정이며 검토해볼 만한 충분한 가치가 있다.

10. 합성 계측기
자동차가 인터넷, 휴대전화 및 GPS 연결의 움직이는 허브가 되면서 다양한 유형의 무선 연결을 활용하고 있다. 그 결과 자동차 업계의 테스트 요구사항이 텔레콤 및 우주항공/방위 산업의 요구사항과 통합되기 시작했으며 더 많은 RF 테스트 세트가 향후 자동차 전자 테스트 시스템에 진출할 가능성이 크다.
미국 해군의 NxTest(next test) 이니셔티브로 추진된 우주항공/방위 산업은 실시간으로 쉽게 배열 및 재배열하여 오실로스코프, 네트워크 분석기, 스펙트럼 분석기 등의 기능을 제공할 수 있는 RF 증폭기, 업컨버터 및 다운컨버터 같은 이산 계측기 빌딩 블록을 요구하고 있다. 애질런트는 이 분야의 선두기업으로서 합성 계측기 제품의 기반을 LXI에 두고 있다(그림 8 참조).

결론
이제 LXI가 장기간에 걸쳐 구축되었으며 자동차 전자 테스트에 매우 적합하다는 것이 확실해졌다. LXI의 주요 장점은 비용, 확장성과 사용 용이성이지만 성능, 수명, 유연성, 동기화와 랙 공간이라는 장점도 제공한다.
또한 테스트 및 측정 산업의 가상 who's who 가 표준을 제공하고 개발자에게 LXI는 현재와 미래를 위한 자생력 있는 아키텍처라는 충분한 확신을 준다.

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