Por Grant Drenkow, planificador de soluciones para componentes de sistemas de prueba de Agilent Technologies.

En el momento de publicar este artículo, el consorcio formado por las principales empresas de medida y prueba (T&M) está a punto de publicar las especificaciones definitivas de LXI (LAN eXtensions for Instruments). Esta aparición puede ser la mejor noticia en el sector T&M desde la invención del HP-IB (bus de interfaz Hewlett-Packard) en 1972. En los más de treinta años transcurridos desde entonces se han instalado cientos de miles de instrumentos GPIB (HP-IB). LXI señala ahora un nuevo rumbo para el bus de comunicaciones primario entre los instrumentos y el PC, con el paso de IEEE-488 (bus de interfaz de uso general) a Ethernet. Al igual que GPIB, el LXI se basa en un bus de comunicaciones estándar del sector que se encuentra disponible universalmente en la mayoría de los PC. Ahora, la elección no tiene que ver con un factor de formato entre instrumentos GPIB apilables en bastidor y productos modulares en jaulas de tarjetas como VXI o PXI. LXI admite tanto instrumentos estándar (con teclados y pantallas en el panel frontal) como módulos de instrumentación (instrumentos sin panel frontal) en una arquitectura de sistema de prueba en la que la LAN se convierte en la espina dorsal de las comunicaciones del sistema.

Características físicas
Los dispositivos LXI utilizan unidades de bastidor estándar de acuerdo con la definición de la publicación 60297 del IEC. Estas dimensiones son las mismas que las de los instrumentos GPIB con anchura de bastidor completo, por lo que los instrumentos LXI y GPIB son compatibles en cuanto a tamaño físico. Si bien los estándares IEC no hacen referencia a los instrumentos de bastidor medio, algunos proveedores de T&M ofrecen instrumentos GPIB con anchura de bastidor medio. Con el fin de garantizar la compatibilidad del montaje en bastidor, el Consorcio LXI ha definido las dimensiones máximas de los dispositivos con anchura de bastidor medio, tal como se muestra en el diagrama inferior. Cada proveedor de LXI es responsable del hardware de montaje de su módulo al bastidor. Este enfoque garantiza que los módulos LXI de bastidor medio de distintos proveedores se puedan instalar juntos correctamente. (Tabla 1)
Muchos creen que el beneficio real del LXI derivará en pequeños módulos descubiertos, de un tamaño de sólo 1U (1 unidad de bastidor) y una anchura de bastidor medio. Al regular las versiones de bastidor medio de los dispositivos LXI, incluido el nuevo tamaño 1U y track medio, el Consorcio LXI ha establecido las bases para la instrumentación en tamaño reducido.
Los sistemas LXI con módulos descubiertos presentan varias ventajas en relación con los módulos descubiertos VXI y PXI. En primer lugar, no necesitan una costosa jaula de tarjetas con conexión multicapa, ventiladores de alta velocidad, fuente de alimentación de alto rendimiento, controlador de ranura 0 o un enlace de comunicaciones exclusivo entre la jaula de tarjetas y el PC. En segundo lugar, los módulos LXI se instalan perfectamente en el bastidor junto a otros instrumentos LXI e instrumentos GPIB existentes. Por último, es posible ajustar el tamaño de los módulos LXI de acuerdo con el rendimiento, a diferencia de los productos de jaulas de tarjetas, que acaban comprometiendo el rendimiento para adaptarse a sus restricciones de tamaño.
Asimismo, los módulos LXI disponen de su propia refrigeración. Los dispositivos captan el aire desde los lados y lo expulsan por la parte posterior. Los módulos de bastidor medio están diseñados para mantener una refrigeración adecuada aunque uno de los lados del módulo quede completamente bloqueado por un instrumento situado junto a él en el bastidor. No es posible la entrada de aire por la parte superior e inferior de los módulos, por lo que pueden apilarse unos sobre otros en el bastidor sin dejar espacio entre ellos. Así pues, con el LXI desaparece la preocupación de la refrigeración.

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Características eléctricas
Cada módulo LXI debe cumplir los estándares CSA, EN, UL y IEC de la región o del mercado donde se comercializa. Cada módulo dispone de apantallamiento EMC adecuado para el mercado (por ejemplo, FCC, VDE o Mil Std). Reciben tensión AC monofásica estándar de 100-240 voltios a 47-66 Hz. La especificación establece que los dispositivos también reciban alimentación de tensiones DC o PoE (alimentación a través de Ethernet).
Los instrumentos GPIB siguen estos mismos estándares de alimentación, mientras que los módulos de jaulas de tarjetas utilizan las tensiones DC suministradas por la fuente de alimentación de la jaula de tarjetas. Por ello, los módulos VXI y PXI están limitados por los niveles de tensión y la cantidad de corriente suministrada por la fuente de alimentación de la jaula de tarjetas, mientras que en el LXI, cada módulo regula la tensión de AC entrante de acuerdo con sus necesidades.
Hay que tener en cuenta también que todos los dispositivos LXI deben implementar IEEE 802.3 (LAN) y la red debe ser compatible con TCP/IP con IPv4, como mínimo. La especificación recomienda Ethernet Gigabit (1000BaseT) que puede negociarse a la baja hasta 100BaseT. Se recomienda que los usuarios creen su red con cable CAT5 y la infraestructura para soportar 100BaseT como mínimo. Si bien se admite 10BaseT, creemos que prácticamente todos los proveedores suministrarán 100BaseT como mínimo. A 100 Mbits/segundo, LXI será aproximadamente 12 veces más rápido que GPIB.
Deben, además, mostrar la dirección MAC a través de una pantalla de usuario o una etiqueta que sea visible incluso cuando se monta en bastidor, así como implementar un sistema detector de medios, que supervise la conexión Ethernet, incluidas las direcciones IP duplicadas. Deberán asumir que si un enlace se interrumpe durante menos de 20 segundos, significa que el usuario está cambiando cables y el dispositivo volverá a la misma dirección. Si el usuario desconecta el dispositivo LXI durante más de 20 segundos, el módulo asumirá que el usuario lo ha desconectado permanentemente y se perderá el enlace. Si el usuario vuelve a la red más tarde, el controlador de la red intentará utilizar primero la dirección IP original del dispositivo, a menos que la esté utilizando otro usuario.
Los dispositivos LXI también deben implementar Auto-MDIX, que comprueba la conexión física de la LAN. En los escasos casos en que un módulo LXI no pueda implementar Auto-MDIX deberá marcarse claramente con una etiqueta.
Además, admitirán tres métodos de configuración de direcciones IP para ofrecer la máxima flexibilidad. Primero, admiten DHCP (Protocolo de configuración de host dinámico), un método para asignar automáticamente direcciones IP en una gran red a través de un router Ethernet (la mayor parte de las intranets utilizan este protocolo). Estos módulos deberán implementar un intervalo DHCP de 30 segundos en espera de respuesta y un periodo de concesión DHCP de 5 minutos.
Segundo, los módulos LXI admiten direccionamiento local de enlaces configurado dinámicamente, un método empleado en redes pequeñas de un sólo ordenador. Por último, estos módulos soportan direccionamiento IP manual, en el que el usuario puede establecer la dirección IP por defecto del dispositivo LXI. Además, un dispositivo LXI deberá permitir el uso de una dirección IP DNS (sistema de nombres de dominio) que puede ser distinta de la información de configuración DHCP. Todas estas reglas de Ethernet son importantes para garantizar el correcto funcionamiento de los módulos LXI y otros dispositivos LAN en la red.
Asimismo, todos los módulos LXI deben tener un controlador IVI y se recomienda utilizar el modelo de clase IVI pertinente (los controladores IVI han de ser compatibles con los nombres de recursos VISA) y emplear VXI-11 para reconocer si se admiten otros mecanismos de reconocimiento.
Por último, añadir que este estándar requiere que todos los dispositivos ofrezcan una página web con información clave sobre el producto, donde pueda verse en un navegador web W3C estándar y ser compatible con páginas HTML HTTP 1.1 de la versión 4.01 o posterior.


IEEE-1588 y bus de disparo
El IEEE-1588 (sincronización temporal de dispositivos Ethernet) es un estándar desarrollado por los Laboratorios Agilent hace más de diez años. El protocolo IEEE-1588 designa un dispositivo como reloj maestro y procede a sincronizar los relojes de otros dispositivos de la red (Figura 1).
Durante unos segundos, el reloj maestro y los esclavos se sincronizan con una precisión de 100 nanosegundos o menos, dependiendo de la precisión de los relojes. El disparo de dispositivos se realiza indicando a cada uno de ellos cuándo debe iniciar su actividad de medida o de salida de señal. La sobrecarga o la latencia de la LAN no guarda ninguna relación con los dispositivos que se disparan porque todos ellos comienzan su actividad en función del tiempo, no de cuándo reciben un comando a través de la LAN.
IEEE-1588 es un paradigma completamente nuevo en prueba y medida. Anteriormente, los usuarios enviaban disparos a través de cables o de una conexión entre instrumentos cuando el tiempo era un factor crítico. La sincronización sólo funcionaba si los instrumentos se encontraban próximos entre sí. El IEEE-1588 elimina la necesidad de líneas de disparo, pues el disparo se establece en función del tiempo. Este método ofrece la posibilidad de sincronizar medidas entre instrumentos que no están físicamente juntos y proporciona un modo muy preciso de correlacionar medidas entre múltiples instrumentos. Es muy posible que se convierta en el estándar de facto de aplicaciones que requieren una correlación precisa de señales y medidas.
Por su parte, el bus de disparo LXI, incluido en los productos de la Clase A, es un sistema de señalización LVDS multipunto de 8 canales que permite configurar los módulos LXI como fuentes y/o receptores de señales de disparo. La interfaz también se puede definir en una configuración OR cableada. Cada módulo tiene un conector de entrada y salida para permitir la conexión de dispositivos en configuración de tipo “daisy chaining” (forma especial de propagar señales a lo largo de un bus) (Figura 2). El bus de disparo actúa en gran medida como los disparos de conexión que se encuentran en VXI y PXI. Se puede configurar como un bus serie o estrella. Para instrumentos y módulos LXI que se encuentran próximos entre sí, el bus de disparo constituye una buena solución. El bus de disparo brinda a un sistema LXI sin jaula de tarjetas las ventajas de disparo que aporta un sistema de jaula de tarjetas.

Aplicaciones de LXI
El diseño del LXI combina las ventajas de los instrumentos apilables en bastidor y de los productos de jaulas de tarjetas en una sola arquitectura. Por ello, LXI se utilizará en una amplia variedad de aplicaciones. Es muy probable que los instrumentos de banco de pruebas cambien de GPIB a LAN en un futuro muy cercano. Por ejemplo, Agilent ya se ha comprometido a introducir nuevos instrumentos con LAN como una de sus interfaces. Los productos seguirán teniendo pantallas y botones en el panel frontal, pero la incorporación de LAN permitirá compartir más fácilmente los instrumentos entre departamentos ubicándolos en una red interna. Estos instrumentos cumplirán como mínimo los requisitos de la Clase C.
Los productos LXI de la Clase B serán los más comunes en aplicaciones remotas o muy dispersas en las que los instrumentos se encuentren separados físicamente. Muchas aplicaciones de adquisición de datos emplearán la temporización IEEE-1588 para sincronizar medidas y señales de salida en distintas ubicaciones. Por ejemplo, la caracterización de las desviaciones del ala de un avión en un túnel de viento podría requerir múltiples instrumentos de adquisición de datos ubicados a lo largo del ala. Puede emplearse IEEE-1588 para registrar el tiempo de los datos con una precisión de submicrosegundos que permita analizar los datos de múltiples fuentes, creando una imagen real de los movimientos del ala.
Los productos LXI de la Clase A proporcionarán la máxima flexibilidad a los diseñadores de sistemas de prueba. Cuando los instrumentos se encuentran próximos físicamente, el bus de disparo ayuda a sincronizar sus actividades. Cuando se necesita registrar el tiempo de los datos, se utiliza el IEEE-1588. La instrumentación sintética, que descompone los instrumentos de alto rendimiento (como los analizadores de espectros) en sus componentes (conversores de bajada y digitalizadores), serán muy probablemente de la Clase A.
Los módulos LXI descubiertos (que pueden ser de cualquiera de las tres clases) se utilizarán más probablemente en pruebas de fabricación cuando el espacio sea limitado. Ya está previsto el uso de instrumentación sintética LXI en sistemas de prueba militares portátiles y pruebas de base como solución a las limitaciones de peso y espacio.

Futuro de la instrumentación
Lo mejor de LXI es su estructura abierta. Además de dar cabida a dispositivos basados en LAN, también admite dispositivos GPIB, VXI y PXI a través de convertidores. Si bien los instrumentos de GPIB han atendido bien las necesidades de medida y prueba durante más de 30 años, no hay duda de que el LXI se convertirá en el próximo estándar de medida y prueba. Los instrumentos de la Clase C sustituirán a los instrumentos GPIB como nuevo estándar para bancos de pruebas. Los dispositivos de la Clase B brindarán nuevas posibilidades en la sincronización de medidas remotas. El LXI de Clase A pasará a ser el estándar de instrumentación sintética y módulos descubiertos. El dispositivo LXI lleva camino de conseguir una rápida aceptación en el sector y de abrir una nueva era para los sistemas de medida y prueba.