La prueba de dispositivos electrónicos puede variar en complejidad desde el tipo más simple (prueba manual) hasta el equipo de prueba automatizado a gran escala (ATE) más complejo. Entre las pruebas manuales simples y las ATE a gran escala se encuentran las pruebas de bajo presupuesto y de mediana escala, que es el enfoque de esta nota de aplicación. Estos tipos de sistemas de prueba generalmente están bajo el control de una PC y se dedican a probar componentes o circuitos específicos. El puerto serie o paralelo de una PC proporciona una conexión conveniente entre una PC y aplicaciones pequeñas y sensibles al costo. El bus IEEE-488 facilita la conexión de su PC a múltiples instrumentos de prueba, algo que los puertos paralelos y seriales no pueden hacer. Los sistemas de prueba son más costosos, pero la capacidad de conectar múltiples instrumentos a su PC a la vez vale el costo adicional. Al diseñar hardware para equipos de prueba, el uso de buenas prácticas de diseño desde el principio puede eliminar o minimizar los problemas intratables que pueden surgir a medida que avanza el diseño. La separación de las conexiones a tierra digitales y analógicas, el uso de optoaisladores, la identificación de nodos de alta impedancia, la inversión de tiempo en la colocación de componentes, la consideración de caídas de voltaje en las trazas de alimentación y de conexión a tierra y otras técnicas pueden contribuir a un diseño exitoso y mejorar la sexualidad.
Este tutorial se centra en las pruebas de bajo presupuesto y mediana escala de dispositivos electrónicos. Este tipo de sistema de prueba generalmente se dedica a probar componentes o circuitos específicos bajo el control de una PC, y su puerto paralelo o serial proporciona una conexión conveniente entre la PC y aplicaciones pequeñas y sensibles al costo.
La prueba de dispositivos electrónicos puede variar en complejidad desde el tipo más simple (prueba manual) hasta el equipo de prueba automatizado a gran escala (ATE) más complejo. Las pruebas manuales generalmente requieren un DVM, un osciloscopio y otros equipos configurados en una configuración específica. Cambiar el tipo de dispositivo que se está probando generalmente requiere cambiar el hardware de prueba. Los probadores ATE, por otro lado, son muy flexibles y pueden probar muchos tipos diferentes de dispositivos sin cambiar el hardware de prueba. Los cambios de software permiten reconfigurar este tipo de probador para adaptarse a diferentes tipos de dispositivos. Además de la versatilidad que ofrece este instrumento, permite realizar pruebas electrónicas muy complejas, pero a un precio más elevado.
Entre las pruebas manuales simples y las ATE a gran escala se encuentran las pruebas de bajo presupuesto y las de mediana escala, que es el tema central de este artículo. Estos tipos de sistemas de prueba generalmente están bajo el control de una computadora personal y están dedicados a probar componentes o circuitos específicos. Carece de flexibilidad y complejidad de prueba en comparación con los grandes ATE. Sin embargo, el precio pagado por este equipo suele justificar su uso. Significativamente más barato que los probadores más grandes. Ver Figura 1.
Conecte su PC al equipo de prueba
puerto paralelo de pc
Una de las formas más fáciles de conectar el equipo de prueba y el dispositivo bajo prueba (DUT) a una computadora personal es a través del puerto paralelo de la PC. Este puerto viene de serie en casi todas las PC compatibles con IBM. Un puerto paralelo estándar proporciona 12 salidas lógicas y 5 entradas para conexión directa a circuitos TTL/CMOS. También puede usar una versión mejorada del puerto paralelo que se encuentra en muchas computadoras modernas. Fácil diseño de software: los puertos paralelos de PC son fáciles de programar usando C o Basic. Para obtener detalles sobre la programación, consulte Parallel Port Complete de Jan Axelson.
Su PC incluye el hardware necesario para operar el puerto paralelo de su PC, por lo que no necesita abrir su PC para instalar la tarjeta. El uso de un puerto paralelo elimina el riesgo de daños por ESD debido a procedimientos de manipulación inadecuados cuando la computadora está abierta.
Los ingenieros conectan puertos paralelos a diferentes tipos de interfaces. Los puertos paralelos a menudo manejan interfaces I²C de 2 hilos. El estándar I²C especifica que los transmisores I²C proporcionan señales lógicas a través de salidas de colector abierto, por lo que el circuito de interfaz es tan simple como un solo IC inversor de colector abierto 74HC05. La Figura 2 muestra el puerto paralelo a la interfaz I²C para enviar y recibir datos hacia y desde el DUT.
Además de las ventajas de comunicarse a través de un puerto paralelo de PC, su uso presenta algunos inconvenientes menores. Por ejemplo, el uso de un programa escrito para Microsoft Windows reduce a cuatro el número de pines de entrada de puerto paralelo no utilizados disponibles para uso exclusivo de la aplicación. Este problema se produce porque los programas escritos para Microsoft Windows no pueden determinar de forma fiable la dirección del puerto paralelo. Al conectar uno de los pines de salida del puerto paralelo a uno de los pines de entrada, el software puede determinar automáticamente la dirección del puerto paralelo. Sin embargo, hacer esto reduce el número de pines de entrada disponibles a cuatro. Puede surgir un problema más difícil cuando los voltajes más allá de los rieles de alimentación entran en contacto con el circuito conectado al puerto paralelo. Estos voltajes pueden destruir los circuitos externos de su computadora y el propio puerto paralelo.
Una forma de protegerse contra las sobretensiones es incluir un chip de protección del circuito. El IC de protección de circuitos MAX367 que se muestra en la Figura 2 protege contra tales eventos. (El circuito que se muestra en este diagrama está disponible en las tarjetas de interfaz de Maxim). Cuando el voltaje aplicado a cualquiera de los lados de cualquier protector en este IC excede los rieles de suministro, el protector en particular La resistencia se vuelve tan alta que evita que fluya una corriente significativa. eso. El chip también limita el voltaje dentro de los rieles de alimentación, evitando que los altos voltajes accidentales en los pines SCL, SDA o +5 V del DUT dañen los circuitos de interfaz y los puertos paralelos.
Usar el puerto paralelo de su PC puede causar otros problemas menores. Dado que la energía que se puede extraer de los pines de salida del puerto paralelo no utilizados es pequeña (menos de 10 mA si el voltaje de salida puede caer a 3 V), es posible que se requiera una fuente de alimentación externa. Sin embargo, un sistema de microenergía cuidadosamente diseñado puede eliminar la necesidad de esta fuente de alimentación externa. Otro posible problema es que los niveles lógicos del puerto paralelo pueden variar de una PC a otra. Los fabricantes de computadoras usan controladores de salida S, TTL, LSTTL o CMOS en sus computadoras, por lo que algunos controladores brindan niveles de salida más cercanos a 5V y otros más cercanos a 3V.
Los sistemas de prueba de bajo presupuesto a menudo comparten computadoras que ejecutan otras aplicaciones, lo que puede causar problemas. Por ejemplo, si su computadora tiene un controlador de impresora incorporado, puede mantener el control del puerto paralelo incluso cuando no se está imprimiendo nada. La mayoría de las PC solo tienen un puerto paralelo, por lo que en estas condiciones no podrá comunicarse con su equipo de prueba a través de ese puerto. Otra fuente de conflicto de bus es una clave de protección de software conectada al puerto paralelo.
Los ordenadores actuales suelen incluir extensiones que permiten la comunicación bidireccional a través del puerto paralelo. Los estándares ECP y EPP relativamente nuevos permiten que los puertos paralelos transfieran automáticamente bloques de datos hacia y desde una PC (es decir, bidireccional). El BIOS del sistema puede deshabilitar estas extensiones, o las computadoras con estas extensiones pueden no ser compatibles con otras computadoras.
Un puerto paralelo puede no ser una buena opción si necesita comunicarse con su sistema de prueba con una sincronización precisa. Las formas de onda sintetizadas por el puerto paralelo a menudo “vacilan” debido al intervalo periódico en el que el procesador principal actualiza la memoria dinámica de la PC. Peor aún, si está usando Windows, el programa que maneja el puerto paralelo puede interrumpirse periódicamente. Todos los eventos programados ocurren en el orden correcto, pero no se garantiza la sincronización exacta de estos eventos.
Puerto serie de PC (RS-232)
Un puerto serial de PC (a veces llamado puerto RS-232) proporciona otra manera fácil de conectar su PC a su dispositivo bajo prueba. Al igual que los puertos paralelos, los puertos serie están disponibles en la mayoría de las PC. No es necesario instalar una tarjeta de interfaz. Sin embargo, a diferencia de los puertos paralelos, que usan voltajes de nivel lógico, los puertos seriales emiten señales con voltajes que oscilan entre positivo y negativo. La especificación RS-232 requiere un nivel de voltaje del transmisor de ±5 V como mínimo. Sin embargo, en la práctica los niveles de voltaje pueden variar de ±3 V a ±30 V. Las fluctuaciones de nivel lógico que ocurren cuando se usa un puerto paralelo son tales que después de recibir una señal RS-232, un receptor RS-232 proporciona una salida con niveles lógicos cercanos al voltaje de la fuente de alimentación que alimenta al receptor (cuando la salida está ligeramente cargado), se aplica a los puertos serie.
Los puertos seriales permiten solo un controlador en cada línea de señal, por lo que solo puede conectar su PC a un dispositivo a la vez. Algunos dispositivos solucionan esta limitación mediante la señalización mediante líneas de protocolo de enlace de hardware. Sin embargo, esta es una técnica poco ortodoxa y su explicación está más allá del alcance de este artículo. Debido a que una PC generalmente tiene solo uno o dos puertos seriales y cada instrumento debe tener un uso exclusivo del puerto, la capacidad de escalar sistemas de prueba basados en puertos seriales es limitada.
Los puertos serie consumen incluso menos energía que los puertos paralelos y no están regulados por nivel de voltaje. Como se mencionó anteriormente, estos voltajes varían de 3 V a 30 V y las polaridades de la señal pueden ser positivas o negativas. Con la ayuda de algunos circuitos adicionales, los puertos serie pueden alimentar circuitos de micropotencia, pero la mayoría de las aplicaciones requieren una fuente de alimentación externa.
El uso de un puerto serie a menudo requiere un microcontrolador para enviar y recibir datos. Algunos microcontroladores como el 68HC11, 8051 y PIC16C63 incluyen un UART. Combinando un transceptor MAX3320 RS-232 con un resonador de cerámica de bajo costo, estos microcontroladores pueden recibir comandos desde un programa de interfaz de usuario que se ejecuta en una PC. Hay dos opciones para esta interfaz de usuario: usar un programa de terminal de solo texto (como HyperTerminal o Procomm) o usar una interfaz gráfica personalizada.
Después de recibir estos comandos de la interfaz de usuario, el microprocesador que se muestra en la Figura 3 puede realizar funciones de control relativamente sofisticadas sin la ayuda de una PC.
autobús IEEE-488
El bus IEEE-488 es un sistema más complejo pero mucho más versátil. También llamado bus GPIB o HPIB. A diferencia de los puertos serie o paralelos, este bus puede conectarse directamente a varios instrumentos a la vez.
La especificación IEEE-488 permite que varios instrumentos compartan el mismo bus porque el bus IEEE-488 utiliza una estructura de controlador de salida diferente a la de los puertos serie y paralelo descritos anteriormente. Cada controlador IEEE-488 contiene fuertes resistencias pull-down y resistencias pull-up débiles que permiten que uno o más dispositivos conectados al bus bajen cada línea de señal (o qué dispositivo (la línea puede permanecer alta si no se afirma baja tampoco). ).
Usar este autobús tiene otras ventajas. Una de las ventajas de la interfaz IEEE-488 es que incluye protocolo de enlace de hardware para ayudar a prevenir la pérdida de datos. Otra ventaja clave es su popularidad entre los principales proveedores de equipos de prueba de sobremesa (HP/Agilent, Tektronix, Fluke, Keithley, etc.). Las fuentes de alimentación, los bancos de interruptores de relé, las cámaras ambientales, los osciloscopios, los voltímetros digitales, los generadores de funciones y otros equipos están disponibles en el bus IEEE-488 para automatizar casi cualquier configuración de prueba de banco.