1990年代は、GPIB ベースと VXI ベース のシステムがテスト・システム・アーキ テクチャの主流になっていました。90 年 代半ばに PXI が発売され、2005 年に LXI が発売されたことにより、現在使用され ているテスト機器のアーキテクチャは多 様化しています。将来を展望したとき、 「新たにテスト・システムを構築する場合、 一番有効なアーキテクチャはどれか？」 という疑問が湧いてくるはずです。
ハイブリッド・テスト・システムの構築
パート
1
適切に移行するための準備
別の手法と比較、検討した場合の「ベス ト」の答えは、おそらく 2 種類（場合によ っては 3 種類）のハイブリッド・テスト・ アーキテクチャです。このハイブリッド 手法を検討するための理由が少なくても 4 つあります。 ● 単一アーキテクチャでは必要な機能が 得られない ● 単一アーキテクチャでは対応できない 物理的な要件、配線、性能がある ● 2つのアーキテクチャを比較すると、特 定の機能のコスト・パフォーマンスに 大きな開きがある ● 単一アーキテクチャには含まれない、 既存の機器を再利用したい 例として、家庭用オーディオ・ビジュア ル（A/V）システムを考えましょう。ホー ム・シアターのセットアップ時（または新 しい娯楽室の構築時）に、システム全体を 一度に購入するかどうかを選択する必要Application Note 1465-32
があります。最も簡単な方法は、1 つのメ ーカのコンポーネント・セットを選択す る方法です。これなら（おそらく 1 個のリ モート・コントローラで）すべてのパーツ の連携動作が完璧に行われ、システム全 体が最高の性能を発揮する可能性が高ま ります。もちろん、他のメーカからケー ブル、キャビネットなどを購入する必要 がありますが、コア・コンポーネントの 連携は、申し分がないはずです。 これと対比できるのが、既存の A/V シス テムに新しい機能を追加する場合で、こ ちらがより一般的な状況と言えます。既 存の機器をそのまま使用しながら、すべ ての機器の動作の連携を図る必要があり ます。これには、複数のコンポーネント の交換と、多くの変更が必要になります。 新しいシステムを購入するよりも全コス トを抑制できますが、連携が保証された 新しい互換性のある最新コンポーネント を使用する場合よりも、システムの操作 が困難になります。テスト・システムでの
手法の比較
テスト・システムの場合も同様で、1 つの アーキテクチャの最新コンポーネントで システムを組み立て、プログラミングす る方が、はるかに簡単です。ただし、こ れが常にコスト・パフォーマンスの高い 方法とは限りません。通常、ハイブリッ ド・アーキテクチャを選択する理由とし て、既存の機器を使用する必要がある、 機能がそのアーキテクチャでは得られな い、ということがあります。 単一アーキテクチャでのシステムの構築 には、以下の明らかな利点があります。 ● 測定器ドライバのタイプとデバッグ手 法に一貫性があるため、プログラミン グ・インタフェースが簡素化 ● 測定器、スイッチ、テスト・デバイス の配線と接続が非常に簡単 ● 一貫性のあるパッケージ、ラック、イ ンタフェース ● 性能の拡張が可能 各アーキテクチャには固有の機能、能力、 性能があるので、アーキテクチャ固有の 利点というものも存在します。 ハイブリッド・テスト・システムの構築 にはさまざまな決定が必要ですが、その プロセスですぐに有効ないくつかの経験 則を示します。 ● 3種類以上のアーキテクチャの使用は 避けます。通常、使用する種類を増や すと、複雑化し過ぎて、問題が発生し やすくなります。A/V の例に戻ります。 コンポーネントをそれぞれ別のメーカ から購入すると、互換性がない配線や リモート・コントローラなどによる問 題が発生します。同様の問題は、複数 のテスト・アーキテクチャと複数のベ ンダの製品を混在させた場合にも発生 します。 ● システムをできるだけ単一の最新アー キテクチャで構築します。これにより、 多くの新機能が利用できるようになり、 最大の利点が得られます。 ● 既存システムをアップデートする場合 は、測定器、アプリケーション・ソフ トウェア、測定器ドライバ、サポート・ ツールなどのうち、どのパーツを残し、 どのパーツを交換するかを慎重に検討 します。構成要素は、一度に 1 つまた は 2 つだけ変更するのが理想的です。 また、システムのすべてのパーツの寿 命とサポート・ステータスを考慮する ことが重要になります。このアプリケ ーション・ノートでは、この点につい て詳しく説明します。問題の解決
複雑さや注意事項を示すために、最初に テスト・システムのさまざまなコンポー ネント／レイヤを示します。 ● システム測定 ● テスト・アプリケーションまたはプロ グラム ● 入力／出力（I/O）ライブラリ ● 測定器制御 ● コンピュータ ● 接続 ● 測定器 ● フィクスチャの作成、配線、ルーティ ング ● 被試験デバイス（DUT） 明らかに、レベルごとに多くの選択を行 う必要があります（図 1）。テスト要件、性 能、使用可能なリソースなどの主要因子 が、各レベル内での判断に影響を与え、 プライマリ・アーキテクチャとセカンダ リ・アーキテクチャの選択に影響を与え ます。 テスト・エグゼクティブ、 データベース・プログラムVEE Pro
、MATLAB
®、LV
、Visual Studio
®VISA
、NI-488
、SICL
SCPI
、IVI-COM
、IVI-C
、VXI
Windows
®、Linux
、またはリアルタイムOS
搭載のPC
LAN
、GPIB
、USB
、PXI
、VXI
DMM
、オシロスコープ、アナライザ、 信号源など 測定器-DUT
接続 システム管理 テスト・アプリケーション またはプログラム 入力／出力（I/O
）ライブラリ 測定器制御 コンピュータ コンピュータ−測定器接続 測定器 スイッチ、フィクスチャ、 ケーブル、ルーティング 被試験デバイスplug&play
図1. テスト・システムのコンポーネント以下に、ハイブリッド・テスト・システ ムを構築する際の参考として、一般的な プロセスを示します。 1. コンポーネントの一覧表を作成し、継 続して使用するコンポーネントを決定 します。 2. ステップ 1 で選択した機器では、どの 測定と要件がカバーされないかを判断 します。 3. 1つのアーキテクチャだけですべての測 定を実行できる（また、その他のすべて の要件に適合できる）かどうかを判断し ます。 4. 複数のアーキテクチャをどのように組 み合わせるかを決定します。 5. 選択したアーキテクチャの組み合わせ により生じるソフトウェアの問題を解 決します。 6. コンピュータ、オペレーティング・シ ステム、組み立て、配線、シールドな どのその他の問題を解決します。 7. 測定器、ソフトウェアなどの必要なシ ステム構成要素をオーダするか、入手 します。 成功を確実なものとするために、ステッ プ 1、2、3、4、5 で考慮すべきいくつか の重要なポイントがあります。
ステップ
1.
測定器の一覧表を作成す る場合は、性能も考慮します。最新モデ ルを使用すると性能が大幅に向上する場 合は、1 つ以上の主要測定器を交換するこ とが効果的な場合もあります。また既存 の測定器は、別の場所で使用できる可能 性があります。ステップ
2
と
3.
満たされていない 測定と要件を解決するテスト・アーキテ クチャを選択する必要があります。図 2 に、主なアプリケーションに対する使用 可能なテスト機能を示します。詳細は時 間と共に変化し、スコアの低いアーキテ クチャでも必要な機能を提供できる場合 があります。注意として、古いアーキテ クチャではより多くの選択肢があっても、 その製品では、最新のアーキテクチャで 使用可能なソリューションと同じ性能、 機能、費用効率が得られない場合があり ます。 図2. 5種類の主要なアーキテクチャの相対的な機能カバレージ（1～5）インタフェース GPIB LXI PXI VXI USB
電源 DMM オシロスコープ ● ファンクション・ ジェネレータ カウンタ スイッチ スペクトラム・ アナライザ RF信号発生器 デジタイザ デジタルI/O パルス／パターン・ ジェネレータ ロジック ● デジタル・アナログ ネットワーク・ アナライザ データ収集 ● 追加の（LXIではない）LANベースのソリューションが使用可能
ステップ
4
.これは、図 1 の複数のレ イヤに関係します。例えば、インタフェ ースの選択は、コンピュータの選択に影 響を与える可能性があります。通常、最 高のインタフェース性能を得るには、コ ンピュータに専用 I/O カードを差し込み ます。しかしこの方法では、選択肢が 1 つ（すなわちテスト機器の周辺に配置さ れたデスクトップ・コンピュータ）に限 定される可能性があります。最新の PC に は LAN イ ン タ フ ェ ー ス と USB イ ン タフェースが組み込まれているため、こ の問題を軽減できますが、柔軟性を高め る方法として、リモート（LAN）接続や、 I/Oゲートウェイ／コンバータなどの別 の方法を検討することも価値があります。 特に、多くの I/O コンバータは、システ ム・ソフトウェアに対してトランスペア レントなプログラミング・モードをサポ ートしています。例えば Agilent E5810A LAN/GPIBゲートウェイを使用すると、 GPIB測定器が物理的には LAN に接続さ れているにもかかわらず、専用 GPIB カ ードを介して接続されているかのように GPIB測定器をプログラミングできます。 図 3 に、 一 般 的 な テ ス ト・ ア ー キ テ ク チャに対するさまざまな接続方法を示し ます。モジュラ・アーキテクチャ（VXI、 PXI、PXI Express など）は、中央制御型 のコンピュータ・アーキテクチャを使用 し、ローカルの高速バックプレーンに依 存するため、柔軟性がいくらか劣ります。ステップ
5
.最初は、ソフトウェアの 問題が、ハイブリッド・テスト・システ ムの構築で最も問題の多い箇所に見える 可能性があります。図 1 では、ソフトウ ェアは複数のレイヤに存在します。これ らをそれぞれ、前の決定に照らしてテス トする必要があります。以下に、推奨手 順を示します。 1. オペレーティング・システムを決定し ます。 レガシー・システムは Windows® 98 ま たは Windows NT® 上で動作しますが、 Microsoft®のサポートはどちらも終了 しています。Windows 2000 のサポート は、2010 年に終了します。Windows ベ ースの OS、Linux、リアルタイム・オ ペレーティング・システムのどれを使 用しているかに関係なく、テスト・シ ステムの期待される耐用期間中（または 少なくとも開発段階のあいだ）の継続サ ポートを確認します。 2. アプリケーション・ソフトウェアの期 待されるサポート期間を確認します。 古いシステムから移行する場合は、よ り新しいリビジョンまたはリリースに アップグレードする必要があります。 アプリケーション・ソフトウェアの選 択は、測定器ドライバの選択にも影響 を与えます（以下で説明）。 3. I/Oラ イ ブ ラ リ の サ ポ ー ト を 確 認 し ます。 新しいプログラムの場合は、VISA の使 用を強くお勧めします。これは、オー プンな業界標準ライブラリです。この ライブラリは、代表的な電子計測アプ リケーション・ソフトウェアを使用し ている場合は、自動的にリンクします。 今後のプロジェクトに対する移植性も 高まります。注記：多くの GPIB 測定器 は、専用の NI-488 ライブラリを介して アクセスされます。NI 社と Agilent の I/Oライブラリはどちらも、VISA コー ルと NI-488 コールをサポートしていま す。選択したオペレーティング・シス テムでサポートされているリビジョン の I/O ライブラリを使用していること LAN/GPIB ゲートウェイ LAN LAN ルータ GPIBGPIB測定器 LANおよびLXI測定器
LAN LAN LAN装備の、 VXIまたはPXI メインフレーム ルータ LANおよび LXI測定器 MXI インタフェース LAN ルータ VXIまたはPXI メインフレーム LANおよびLXI測定器 LAN GPIB GPIB カード LAN/GPIB ゲートウェイ ルータ
GPIB測定器 LANおよびLXI測定器
4. 測定器制御ドライバ／言語を決定し ます。 VXI、PXI などのモジュラ・アーキテ クチャには、（例えば、一般的な測定 や制御機能を実行するために）測定器 制御用の測定器ドライバが必要です。 一 方、GPIB、LXI、USB 測 定 器 に は 通 常、SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments）と呼ばれ るネイティブ言語がありますが、ドラ イバも使用できます。 SCPIで直接記述すると、最高の性能と 詳細な制御が得られますが、この方法 は、ドライバの場合ほどスムーズにプ ログラミング言語に統合できない可能 性があります。注記：さまざまなタイ プのドライバが、さまざまな理由で作 成されています。測定器ドライバの詳 細については、「測定器のプログラミン グ」を参照してください。 この時点で、システムの残りを組み立 て る 準 備 が 整 い ま し た。Web サ イ ト www.agilent.co.jp/find/openには、シ ステムの作成における一般的な問題に ついて説明したアプリケーション・ノ ートがあります。
測定器のプログラミング
ドライバを使用するか、直接プログラミ ングするかの判断は、測定器のアーキテ クチャ、測定器の寿命、プログラミング 言語、個人の好みに依存します。PXI、PXI Express、VXIを使用する場合は、 測定器の制御にドライバが必要です。こ れらのアーキテクチャには、バックプレ ーン接続があり、レジスタのリード／ラ イトを使ってカード・ベースのモジュラ 測定器を制御します。ほとんどのモジュ ールには、ホスト・コンピュータに依存 した制限があります。この場合は、選択 したオペレーティング・システムおよび 推奨プログラミング言語と互換性のあ る、ドライバを使用する必要があります。
GPIB、LXI、USB測定器を使用する際には、 通常、測定器のネイティブ言語で命令を 記述するか、測定器ドライバを使用する かを選択できます。SCPIは、最も一般的 なネイティブ測定器言語で、移植性に優 れ、すべてのオペレーティング・システ ムのほぼすべてのリビジョンで動作する という利点があります。測定器の詳細な 制御も可能です。SCPIは、測定器のネイ ティブ言語であるため、測定器が発売さ れてからずっと後に記述されたドライバ よりも、バグが少ない傾向にあります。 また測定器ドライバには実装できない機 能もSCPIには実装されています。 SCPIプログラミングには、プログラミン グ言語にシームレスに統合できないとい う弱点があります。SCPIプログラミング は、プログラミング言語の書き込み／読 み取り関数を使ってASCII文字列を送信 することにより実行されますが、ドライ バには、プログラミング言語の拡張とし て表示されるプログラミング・インタフ ェースがあります。 ドライバの使用を選択した場合は、次に 使用するタイプを決定する必要がありま す。初期の測定器ドライバは独自のドラ イバで、テスト専用言語で記述されてい ます。LabVIEWは、専用測定器ドライバ を使用している唯一の一般的なテスト言 語で、グラフィカル・インタフェースの ために測定器専用ドライバが必要です。 LabVIEWでプログラミングしている場合 は、業界標準ドライバも使用できますが、 測定器専用ドライバを使用することをお 勧めします。その他の言語は通常、IVI（C
またはCOM）またはVXI plug&playドライ バを呼び出します。VXI plug&playドライ バは、テスト業界のさまざまなメーカで 使用されているオリジナルのオープン・ ドライバで、古い測定器の多くは、これ らのドライバを備えています。これらは DLLベースであるため、すべてのドラ イバに、共有ライブラリ・ドライバに 関連するリビジョンの問題があります。 VXI plug&playドライバはアップデートさ れ、IVI-Cドライバになりました。すべ て のIVI-Cド ラ イ バ に は、VXI plug&play
ドライバと同じ利点と問題があります。
IVI-COMドライバは、Microsoft COMモデ ルを使用しているので、現在の最新言語 への移植性に優れています。 ドライバに対する完璧な選択はありま せ ん。COMオ ブ ジ ェ ク ト が 使 用 可 能 な最新の言語を使用している場合は、 IVI-COMドライバの使用をお勧めします。 使用可能なIVI-COMドライバがない場合 は、IVI-CドライバまたはVXI plug&playド ライバを見つける必要があります。 多くの測定器には、測定器ドライバを 収録したCDが付属しています。Agilent にもNI社にも、最新ドライバをダウン ロードできるWebサイトがあります。 Agilentドライバの場合はwww.agilent. co.jp/find/ADN、NIドライバの場合は www.ni.com/devzone/idnet/をご覧く ださい。その他の測定器メーカも通常、 Webサイトでドライバを提供しています。
システムの優先度の評価
ハイブリッド・テスト・システムの構築 では、ある状況に対してどの選択が最適 かは、優先度に依存します。どの方法に 進んだとしても問題はありますが、可能 性のある問題を理解することで、ほとん どの問題を回避できます。 システムの作成には、2 つの一般的なシナ リオがあります。 ● 開発時間を短縮したい場合 古い機器と新しい機器を組み合わせて、 システムをすばやく構築し、DUT をで きるだけ速くテストできるようにした い場合です。システムの組み立て、プ ログラミング、デバッグが必要ですが、 これらの作業に費やす時間を短縮した い場合に選択されます。また優れた性 能を期待しますが、性能は最優先事項 ではない場合です。 ● 全体の性能をできるだけ向上したい 場合 大量の製品をテストしていて、1 ユニ ットあたりのテスト時間が、全テスト・ コストを支配している場合に選択され ます。システム性能を高めるために、 より多くの時間を使用できる場合です。 ハイブリッド・システムは、どちらのシ ナリオに対しても可能です。このシリー ズの次のアプリケーション・ノートで、 これらの 2 つのシナリオについて説明し、 開発時間の短縮と全体のシステム性能の 向上に有効な推奨ステップを紹介します。まとめ
新しいテスト・システムを構築する際の ベストの答えは、テスト要件に適した 2 つのアーキテクチャを含む、ハイブリッ ド手法です。3 種類以上のアーキテクチャ を使用すると、複雑化し過ぎて、問題が 発生しやすくなります。 2アーキテクチャ・ハイブリッド手法は、 開発時間を短縮する場合にも、全体のシ ステム性能を向上する場合にも最適です。 前者のシナリオ例では、5 つのステップを 実行するだけで、すべての GPIB システム を、既存 GPIB 測定器と新しい LXI 測定 器を使用した LAN ベースのハイブリッド・ システムに変更できます。関連カタログ
1465シリーズのアプリケーション・ノー トで、テスト・システムの作成、これら のシステム内でのLAN、無線LAN、USBの 使用法、RF/マイクロ波テスト・システム の最適化と機能拡張に関する豊富な情報 が得られます。
● Test-System Development Guide:
A Comprehensive Handbook for Test Engineers
（カタログ番号5989-5367EN）
http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-5367EN.pdf
テスト・システム開発 ●Test System Development Guide:
Application Notes 1465-1 through 1465-8 （カタログ番号5989-2178EN） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-2178EN.pdf ●システム開発者ガイド:テスト・ システムでのLANの使用：基礎 AN 1465-9（カタログ番号5989-1412JA） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-1412JA.pdf ●テスト・システムでのLANの使用： ネットワークの設定 AN 1465-10（カタログ番号5989-1413JA） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-1413JA.pdf ●システム開発ガイドテスト・システム でのLANの使用：PCの設定 AN 1465-11（カタログ番号5989-1415JA） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-1415JA.pdf ●システム開発ガイド計測環境での USB使用 AN 1465-12（カタログ番号5989-1417JA） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-1417JA.pdf ●システム開発ガイド SCPI＋ダイレクト I/O、ドライバの使用法 AN 1465-13 （カタログ番号5989-1414JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-1414JAJP.pdf ●システム開発ガイドテスト・システム におけるLANの使用法 AN 1465-14 （カタログ番号5989-1416JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ ● システム開発ガイドテスト・システム でのLANの使用：システムI/Oの セットアップ AN 1465-15 （カタログ番号5989-2409JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-2409JAJP.pdf ● LXIによる次世代テスト・システム AN 1465-16 （カタログ番号5989-2802JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-2802JAJP.pdf RF and Microwave Test Systems
● RF/マイクロ波テスト・システムの 構成要素の最適化 AN 1465-17 （カタログ番号5989-3321JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-3321JAJP.pdf ● RF/マイクロ波テストシステムの テスト品質向上のための6ヒント AN 1465-18 （カタログ番号5989-3322JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-3322JAJP.pdf ● システムの信号経路の校正：ベクトル およびスカラ補正法による測定精度の 向上 AN 1465-19 （カタログ番号5989-3323JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-3323JAJP.pdf LXI（LAN eXtensions for Instrumentation） ● 次世代LXIテスト ･ システム AN 1465-20 （カタログ番号5989-4371JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-4371JAJP.pdf ● LXIに移行する10の理由 AN 1465-21 （カタログ番号5989-4372JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-4372JAJP.pdf ● GPIBからLXIへの移行 AN 1465-22 （カタログ番号5989-4373JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-4373JAJP.pdf
● PXI、VXI、LXIによるハイブリッド・ テスト・システムの構築 AN 1465-23 （カタログ番号5989-4374JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ ● テスト・システムにおけるシンセティ ック測定器の使用法:利点と トレードオフ AN 1465-24 （カタログ番号5989-4375JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-4375JAJP.pdf ● GPIBからLXIへの移行 （システム ･ ソフトウェア編） AN 1465-25 （カタログ番号5989-4376JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-4376JAJP.pdf ● LAN/LXIを組み込むための GPIBシステムの変更 AN 1465-26 （カタログ番号5989-6824JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-6824JAJP.pdf テスト・システムでのLinuxの使用 サンプル・コードは、http://www.agilent. co.jp/find/linuxからダウンロードできます。 ● Linuxを使用したテスト・システム： Linuxの基礎 AN 1465-27 （カタログ番号5989-6715JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-6715JAJP.pdf ● Linux を使用したLXI測定器の制御： VXI-11 の使用 AN 1465-28 （カタログ番号5989-6716JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-6716JAJP.pdf ● Linux を使用したLXI 測定器の制御： TCP の使用 AN 1465-29 （カタログ番号5989-6717JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-6717JAJP.pdf ● Linux を使用したUSB測定器の制御 AN 1465-30 （カタログ番号5989-6718JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-6718JAJP.pdf ● Linux のリアルタイム・アプリケーショ ンでテスト・システムの性能を最適化 するためのヒント AN 1465-31 （カタログ番号5989-6719JAJP） http://cp.literature.agilent.com/ litweb/pdf/5989-6719JAJP.pdf
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