Kürzere Produktzyklen verändern die Test- und Prüftechnik grundlegend Schneller funken heißt auch schneller testen und prüfen - AutomobilKONSTRUKTION

Kürzere Produktzyklen verändern die Test- und Prüftechnik grundlegend

Schneller funken heißt auch schneller testen und prüfen

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Die Zyklen bis zur Einführung neuer Funk-Standards wie Radar, LTE-Advanced Pro und 5G werden immer kürzer, gleichzeitig steigt die Anzahl der Akteure im Funknetz gewaltig – was auch Prüftechnikhersteller zu spüren bekommen. National Instruments hat sich daher bereits 2012 entschlossen, einen Vektorsignal-Transceiver (VST) mit LabView-programmierbarem FPGA vorzustellen. Dieser Ansatz wird mit der neuen zweiten Generation konsequent weiterverfolgt. Auch Prüfgeräte-Hersteller wie der Mittelständler Noffz können damit entsprechend schnell reagieren.

Der Autor: Tobias Meyer, freier Mitarbeiter der AutomobilKonstruktion

Als Hersteller für HF-Prüftechnik muss National Instruments (NI) sämtliche Funkstandards bis ins kleinste Detail kennen, um Kunden daraufhin beraten zu können, wie ihre funkenden Produkte sauber getestet werden können. „Unsere Ingenieure benötigten früher zwischen 12 und 24 Monate, um einen neuen Standard vollständig zu integrieren. Heute dauern die Zyklen bis zur nächsten Stufe in der Übertragungstechnik teilweise aber nur noch 18 Monate, künftig wird es noch schneller gehen, wir würden also ständig hinterher hinken“, erklärt Charles Schroeder, Vice President of RF Product Marketing bei NI. Daher entschloss sich NI im Jahr 2012 dazu, seine Plattform zu öffnen, der Kunde durfte die Parameter des VST nun selbst ändern. „Der branchenweit erste VST mit LabView-programmierbarem FPGA war ein Tabubruch, den die Konkurrenz bis heute in diesem Umfang nicht mitgehen wollte“, so Schroeder. Zu groß sei die Angst, der Anwender könne durch seine Eingriffe in das Nervenzentrum des Testsystems Schaden anrichten oder ungewollt falsche Werte erhalten. Wirkliche Probleme verursache die offene Firmware des FPGA aber nur sehr selten: „Natürlich ruft auch mal ein Kunde an, weil er durch falsche Konfiguration das System zerschossen hat. In diesen Extremfällen helfen unsere Servicetechniker aber natürlich wo sie können“, sagt Charles Schroeder. Aus diesem Grund sind empfindliche Bereiche wie die Kalibrierung abgekoppelt vom editierbaren Messsystem.
Flexible Tests für evolutionäre Produkte
Aber nicht nur die Funk-Standards, sondern auch die Produkte selbst ändern sich heute so schnell, dass eine speziell darauf konzipierte Testeinheit schnell veraltet ist. Denn häufig ändern sich Produkte nicht mehr in Form ihrer Hardware, sondern werden nur noch softwareseitig angepasst. Der Elektroauto-Spezialist Tesla beispielsweise aktualisiert die Software seiner Flotte zirka ein Mal im Monat via Luftschnittstelle und bringt so neben Sicherheitsupdates auch neue Features in Bestandsfahrzeuge. Daher muss Tesla im Vorfeld prüfen, ob die neue Software auf der verbauten Hardware funktioniert. Schnell und unkompliziert im eigenen Haus auf die neuen Gegebenheiten anpassbare Prüftechnik kommt den OEMs hier sehr gelegen. Der Trend gehe laut NI ganz klar vom früher gültigen „Vendor knows best“ hin zu „Customer knows best“.
Das Öffnen der FPGA-Plattform des VST sei daher auch aus Sicht von NI richtig und sinnvoll gewesen, weshalb man dieses Konzept nun auch mit der zweiten Generation konsequent weiterverfolge: Der PXIe-5840 bietet einen 6,5-GHz-HF-Vektorsignalgenerator, einen 6,5-GHz-Vektorsignalanalysator, einen anwenderprogrammierbaren FPGA sowie serielle und parallele Hochgeschwindigkeits-Digitalschnittstellen in einem PXI-Express-Modul, das nur noch zwei statt bisher drei Steckplätze im Chassis belegt. Insgesamt können in einem Rack acht VST-Einheiten gekoppelt und so beispielsweise acht 5G-Antennen parallel getestet werden.
Dank der Bandbreite von 1 GHz soll sich der neue VST für unterschiedlichste Anwendungen eignen, darunter das Testen von 802.11ac/ax- sowie Mobilfunk- und IoT-Geräten, Entwicklung und Test von 5G- und LTE-Advanced Pro-Technologien, RFIC-Tests sowie die Prototypenerstellung von Radarsystemen. Zudem bietet das Gerät die erforderliche Messgenauigkeit für das Testen von 802.11ac-Geräten mit einer EVM-Leistung von -50 dB. Das Messgerät verbindet die für klassische Prüf- und Messanwendungen erforderliche HF-Leistung mit der Flexibilität eines SDR-Systems (Software-Defined Radio). Der FPGA macht neben der freien Konfiguration auch die Prüfung in Echtzeit möglich, da kein latenzbehafteter externer Rechner an der Prüfeinheit benötigt wird.
NI stellte zudem bereits im Mai eine Vorabversion der Wlan Measurement Suite vor, die nun auch mit dem noch im Entwurf befindlichen High-Efficiency-Wlan-Standard IEEE 802.11ax (Version 0.1) kompatibel ist. Die Software unterstützt wichtige Eigenschaften von 802.11ax, darunter ein geringerer Unterträgerabstand, 1024-QAM und Multi-User-OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Dank des plattformbasierten Ansatzes von NI können Anwender über ein Software-Update mit ihren bestehenden PXI-Systemen auch 802.11ax-Geräte testen. Dies gilt auch für mögliche Weiterentwicklungen des 802.11ax-Standards. Unter anderem unterstützt die Suite natürlich die gängigen Standards 802.11a/b/g/n/j/p/ac/ah/af.
Tradition kills Innovation
Bis vor wenigen Jahren war HF-Technik nur in obligatorischen Geräten zu finden – Autoradio, Mobiltelefon und Computer, Unterhaltungselektronik – die meisten Hersteller hatten bereits lange Erfahrung. Immer stärker integrieren nun aber auch HF-Neulinge entsprechende Technik in ihre Produkte, so auch viele Automotive-Zulieferer. In nicht all zu ferner Zukunft sollen pro Smartphone etwa 25 weitere Sensoren und andere externe Geräte eigenständig via Funk untereinander kommunizieren, Themen wie Smart Home liegen im Trend, Funktionen wie der eCall im Auto erfordern HF-Technik, wo sie bisher nicht erforderlich war. Auch in der Industrie selbst gehen immer mehr Hersteller dazu über, Sensoren einfach und flexibel via Funk in Anlagen zu integrieren, was vor allem beim Nachrüsten bestehender Anlagen Vorteile bringen kann, da eine aufwändige Verkabelung entfällt. Parallel zu den Geräten selbst wächst im Hintergrund natürlich der Markt für Network Access Devices (NADs) wie Router und Switches und Telematic Control Units (TCUs).
Um mit dem schnell wachsenden Markt für solche neuen Produkte Schritt halten zu können, müssen auch die Testsysteme für diese vielseitig und flexibel sein: „Der Kunde von heute erwartet HF-Testlösungen aus einer Hand – ausgehend vom zu testenden Produkt hin zur Testlösung mit geschirmtem Adapter, passender Messtechnik und Signalanpassung – alles eingebunden in eine intuitive Software-Bedienoberfläche“, sagt Manuel Bogedain, Geschäftsführender Gesellschafter und Verantwortlich für den Bereich R&D und HF-Technik bei Noffz. Der Mittelständler aus Tönisvorst bei Krefeld liefert seine Universelle Tester Plattform (UTP) weltweit an Kunden aus den Bereichen Automobil, Telekommunikation, Energietechnik, Maschinenbau sowie Elektrotechnik und Elektronik.
2016 sollen täglich 5,5 Mio. neue Geräte vernetzt werden, dem Wachstum des Internet of Things (IoT) könne man laut Noffz regelrecht zusehen. Alte Zöpfe abzuschneiden und „alle Regeln zu brechen“ ist für den Prüftechnik-Hersteller daher völlig normal: Der Weg gehe ganz klar weg vom traditionellen Box-Instrument und produktspezifischen Testern hin zu individuell konfigurierbaren Hybrid-Multi-DUT-Plattformen. Oftmals müssten laut Noffz Testsysteme schon während der Produktentwicklung realisiert werden, um das Time-to-Market-Ergebnis zu optimieren. Dies erfordere wiederum flexible und skalierbare Testsysteme, da sich Produktänderungen – und somit Änderungen in den Testanforderungen – auch noch während des Entwicklungsprozesses ergeben könnten. Der NI VST erlaube es Noffz dabei, sämtliche Testsysteme für Konnektivität und Mobilfunkprodukte mit dem gleichen HF-Instrument zu entwickeln und so auch im eigenen Haus deutlich Entwicklungszeit einzusparen.
Mit seiner offenen Plattform geht National Instruments einen Weg, den NI-Mitbegründer und CEO James Truchard schon Mitte der 80er Jahre beschrieb: „Wir wollen für Ingenieure das bewirken, was die Tabellenkalkulation für die Finanzanalyse getan hat.“
National Instruments Germany GmbH
Tel.: 089 7413130

PLUS
Der NI PXIe-5840 wurde für anspruchsvolle Design- und Prüfanwendungen im RF-Bereich konzipiert und eignet sich für unterschiedlichste Anwendungen, darunter das Testen von 802.11ac/ax- sowie Mobilfunk- und IoT-Geräten, Entwicklung und Test von 5G-Technologien, RFIC-Tests sowie die Prototypenerstellung von Radarsystemen.
Merkmale des NI PXIe-5840 sind:
Echtzeitbandbreite von 1 GHz für anspruchsvolle Tests mit digitaler Vorverzerrung (DPD) und Breitbandsignale wie Radar, LTE-Advanced Pro und 5G
Erforderliche Messgenauigkeit für das Testen von 802.11ax-Geräten mit einer EVM-Leistung von -50 dB
10-fache Geschwindigkeit klassischer Messgeräte dank FPGA-basierter Beschleunigung und optimierter Messsoftware
Geringe Abmessungen und nahtlose Synchronisierung für bis zu 8×8-MIMO-Konfigurationen (Multiple Input, Multiple Output) in einem einzelnen Chassis mit 18 Steckplätzen
Programmieren lässt sich der FPGA übrigens per LabView, denn der VST ist integraler Bestandteil der NI-Plattform, die Anwendern das Erstellen intelligenterer Prüfsysteme ermöglicht. Die Plattform umfasst mehr als 600 PXI-Produkte – von DC bis hin zu Frequenzen im mm-Wellenbereich –, die durchsatzstarke Datenübertragungen über PCI-Express-Schnittstellen der 3. Generation unterstützen. Darüber hinaus ermöglichen sie Synchronisierungen unterhalb des Nanosekundenbereichs und bieten integrierte Timing- und Triggerfunktionen. Mithilfe der produktivitätssteigernden Funktionen der Entwicklungsumgebungen LabView und der Testmanagementsoftware TestStand in Kombination mit dem dynamischen Ökosystem aus Partnern, zusätzlicher IP und Applikationsingenieuren können Anwender ihre Prüfkosten zudem weiter senken, Markteinführungszeiten verkürzen und ihre Prüfsysteme schon jetzt auf die Anforderungen von morgen vorbereiten.
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