测试测量

NIWEEK 2019 Day1全解析:原力觉醒,全力前进

2019-05-22 来源:EEWORLD

每年的5月21日,4000名世界顶尖的工程师和科学家都会集聚美国德州奥斯汀,参加一年一次的NIWeek,以寻求如何用全新技术解决自己在工程开发上面的难题。NIWeek作为美国国家仪器(NI)的最强IP,已经连续举办了25年。


此次NIWeek的主题是Full Force Ahead(全力前进),与去年Future Faster(加速未来)相比,更多了一份坚定与信心,这自然是离不开不断纵深行业的产品线和创新服务、合作伙伴的协助、以及客户的支持。


在稍早一天(5月20日)举办的合作伙伴日上,NI CEO Alex Davern宣布,公司的目标从专注转变为成长,通过加速系统级业务(单一订单超过2万美元的产品),从而实现公司营收的进一步突破。


为了实现系统级突破,NI将继续关注四大纵深领域,通过以软件定义测试的平台化解决方案为基础,解决半导体、交通、航空航天及国防、以及基础事业( 主要包括科研、电子以及能源)四大市场所遇到的难题和瓶颈。


   NI CEO Alex Davern介绍四大垂直产业(图源自网络)


每年的NIWeek主题演讲,更多展示的是NI同合作伙伴及客户一起,如何共同加速产品化的落地,此次也不例外。


半导体领域:


Qorvo:5G带来的机会


Qorvo 5G业务开发总监Ben Thomas是第一家上台演讲的客户代表。


作为无线射频领域的领军企业,Qorvo与NI合作历史超过了十年,早在3G转向4G时代,Qorvo就利用PXI和软件进行产品的验证和测试。Ben说道:“当时使用传统仪器进行RF测试非常耗时,考虑到测试项目数量的增加,我们面临着需要不断扩充测试平台的挑战,而PXI可以让我们不牺牲质量的情况下显著提升吞吐量。”


如今,在5G时代,Ben和Qorvo团队面临着比当时更复杂的情况:5G引入了新的频段,其中大部分带宽比LTE宽得多,同时增加了许多载波聚合、MIMO、更复杂的波形与调制等。也正因此,5G RF组件相比4G时代要有60%以上的内容需要重大更改。


“老实说,如果没有NI的平台,我们将无法满足我们的5G发布时间表。”Ben说道,“5G时代的测试项目为600个,LTE-A是140个,LTE为74个,尽管测试项目急剧增长,但我们的团队可以借助灵活的PXI平台,支持全新的测量方法,同时确保核心测量软件和硬件不变。”


由于NI平台的完整性灵活性,使得Qorvo成为全球首批量产专为新型n77 5G频段设计的射频前端模块,这款RF前端将PA,LNA,滤波和开关结合在一个紧凑的集成封装中。


Ben最后也表示,随着5G波段向毫米波演进,由于传播和更短距离等挑战,需要更多支持毫米波频谱的仪器。


在2018年2月,两家公司就曾在第20届GTI研讨会上联合演示测试首款市售5G RF前端模块(FEM)。


ADI:同时扮演了供应商与客户角色


ADI仪器和精密技术业务部总经理Mike O'Sullivan表示,ADI的理念就是超越一切可能,为此,ADI与客户密切合作,了解并满足市场不断变化的需求。


NI总裁兼COO Eric Starkloff说道,NI最新推出的毫米波矢量信号收发仪,正是基于与ADI的密切合作,每个产品上采用了200多颗ADI芯片,从ADC到DAC,从放大器到电源管理IC等。


除了产品设计,双方在实验室和量产测试上的合作也非常多。


Mike表示,半导体公司在测试上始终面临减少测试时间和成本的压力,有效利用自动化是其中最关键的第一步。但这还不够,在实验室和生产车间使用不同的测试解决方案会造成额外的重复工作,致使效率变差,因此因这些团队之间的重复工作而产生额外的低效率。“打破工程和生产之间的障碍并不是新鲜想法,但传统的ATE测试解决方案已经是分别针对实验室或生产环境进行了优化,这使得双方打通很难实现。”Mike说道。“因此在ADI,推出了一项名为LEAP(Leveraging Evaluation to Accelerate Production)的计划,该计划通过研发实验室进行自动化测试IP验证,最终将其复用到量产环节。”


这项计划看起来,只有NI的STS(半导体测试系统)最为合适,2014年,公司在晶圆厂和实验室都部署了NI STS产品进行试点。ADI高度认可STS系统的灵活性,目前STS广泛应用在晶圆探针测试和最终的封装测试中,产品涵盖从混合信号器件到RFIC的组合,并且未来将会继续扩展。


“通过完全相同的平台,我们简化了实验室到量产间的过渡,通过最终试点,我们也获得了强大的投资回报率,如今我们正在全球范围内扩展该项目。”Mike解释道,“STS可以显著减少测试成本和占地面积,同时STS对于5G收发器产品的支持也非常好,另外则是高度的可靠性,平均故障间隔时间超过10000小时,并且双方可以认真聆听彼此意见,不断改进系统性能。”


ADI利用NI的平台进行射频器件测试


Butterfly:NI灵活测试平台助力测试开发


作为手持超声波领域初创公司Butterfly Network来说,其核心就是自己的超声波芯片技术,可将典型超声波探头的性能集成到一个由数以千计MEMS组成的2D矩阵阵列中。


作为系统级的初创公司,Butterfly Network的芯片采用了代工模式,但公司测试工程经理Andrew Betts表示,公司内部依然有软硬件开发的测试人员,只是将测试执行交给了外包OSAT。“我们需要一个可定制的灵活测试解决方案,NI的STS可以提供对于C#和Python的支持,提供了I / O定制和资源密度,具有极具吸引力的成本目标和紧凑的占地面积,因此我们可以在实验室就进行测试方案的开发。STS可以使我们的迭代时间从三周缩短到一天。”Andrew说道。


Butterfly Network的彩超展示


更垂直深入的半导体解决方案


Qorvo、ADI和Butterfly的合作方案,也引出了NI几个全新产品,其中包括与东京电子、FormFactor和Reid-Ashman联合演示5G毫米波半导体晶圆探针测试解决方案。


5G毫米波半导体晶圆探针测试解决方案


全新的毫米波矢量信号收发仪(VST),结合了射频信号发生器、射频信号分析仪和集成开关,频率高达44 GHz的1 GHz瞬时带宽,以解决5G毫米波RFIC收发仪和功率放大器带来的测试挑战。


汽车领域:


法雷奥:NI平台助力XtraVue Trailer系统


在CES 2019上,法雷奥展示了XtraVue Trailer,通过在牵引车后部安装一个摄像头,通过计算,在中控系统显示屏上显示一幅图像,使拖车几乎“透明”。


法雷奥XtraVue Trailer


法雷奥测试开发经理Chris Forristal表示,在该系统中,采用了PXI平台,用于新技术的开发和验证。该平台既有现成的技术组合,同时也允许客户进行软件开发。FlexRIO在其中扮演着重要角色,开放式的可编程FPGA可以灵活解决挑战。法雷奥使用FlexRIO作为主要的相机界面,可以进行实时初始化,控制和捕获摄像机的数据。“当ECU正在开发中,我们可以完成控制和同步摄像机的工作,可以将这些数据实时传输到正在开发并在PC上运行的算法。而当ECU准备就绪时,我们可以通过控制ECU来直接记录摄像机数据。除了摄像机数据,我们还可以捕获ECU调试数据,车辆总线和参考传感器数据。”Chris说道。


Chris表示,利用捕获到的数据,法雷奥可以随时进行视觉算法的训练和验证,在算法开发期间就可以进行数据处理,并将数据重放到ECU硬件上,作为我们测试工作包括HIL流程的一部分。


基于PXI和FlexRIO的平台化系统可以涵盖从设计验证到环境测试和量产的任何环节中,作为一项全新项目,除了重新设计FlexRIO相机界面之外,其他90%的硬件和软件都可以直接重复使用。“对于相机设计这种全新的测试项目,封闭式的解决方案不够灵活,非常浪费开发时间。而通过NI平台,开发阶段已缩短至3个月,比此前至少快了50%以上。”Chris说道。


博世:NI助力中央网关测试


博世测试设备开发工程经理Jason Guss表示,目前博世针对网关ECU的验证团队中已经对3种不同的NI系统进行了标准化,其中包括PXI、LabVIEW以及TestStand。



对于车用ECU来说,越来越多的ECU,使得DUT的测试复杂度大幅提升。



如图所示,针对不同复杂度的验证工作,博世灵活选择了NI的软硬件,并结合自身knowhow,大幅提升了工作效率。


Jason表示,针对不同的复杂度,博世曾经考虑过多供应商解决方案,但最终还是选择了NI,可以通过一家公司的平台化产品满足大部分需求。


“我们考虑NI的原因主要是因为可以降低测试的开发周期和成本,同时具有可重复使用的硬件和软件。”Jason说道。


通过NI系统的标准化工作,博世实现了更紧密的团队配合及项目导入,由于不再需要支持多种软件语言和专有的测试管理人员,因此减少了团队基础配置,同时工程师基于标准化设计的新测试系统所需的时间大大减少。


也正是因为这一项目中的成功,Jason已经在博世中领导整个汽车多媒体/信息娱乐部门的全球标准化工作,目前在德国已经有20个车辆驾驶舱单元测试仪采用了此标准。


NI副总裁兼交通事业部总经理Chad Chesney表示:“整个汽车的割裂是普遍存在的,每个系统部分都有自己的处理器和传感器,但是神经网络和人工智能的出现,将对未来汽车界产生重大影响。未来的融合挑战需要集体努力,没有一家公司,一家Tier1供应商,一家测试供应商可以处理汽车中各个方面的技术难题。”


NI电动车大功率测试解决方案


针对电动车大功率相关模拟仿真测试,需要在一侧模拟电池,在另一侧模拟电机。由于电池是EV动力总成中成本最高且最具潜在危险的部件,因此使用实际物理电池验证性能与模拟相比至关重要,为了获得足够的测试覆盖率和信心,必须长期测试大量的实测案例,这需要工作流程的控制和测量步骤中的高度自动化。


NI正在构建三套汽车测试系统,用于电池组验证,牵引逆变器验证和ECU生产测试,其中两项和大功率有关。


“优化工作流程的硬件和测试配置步骤可以防止测试开发人员不得不一遍又一遍地重新发明轮子,通过NI与特定应用的组合,为产业提供一站式解决方案,从而缩短测试开发时间。”Ty说道。


其中一个很好的例子就是NI增加了电力电子功能,为EV测试应用(如电池循环器)提供适当功率级别的高性能电源和负载,此前NI一直专注于中小功率产品,但目前NI已在比利时投资了新的研发基地,实现电力电子方向的新突破。



基础事业(包括科研、电子及能源):


NI高级副总裁兼基础事业总经理Ajit Gokhale介绍了NI在此领域的四项重要实践。


在科研及教学领域:俄克拉荷马州立大学部署了60多种NI ELVIS III,为学生提供工程实践,以便获得和业界一致的开发体验。


在能源领域:Tokamak Energy正在使用LabVIEW和CompactRIO来维持1亿摄氏度的等离子体。


在消费电子领域:Amfax通过LabVIEW FGPA提供革命性的检测技术,以显着提高PCB的生产质量。


在电气设备的维护和监控领域:NI平台正在产生巨大的业务影响,世界各地的制造商都在寻求提高生产线设备的有效利用率。



德勤:NI赋能物联网整体解决方案


德勤首席物联网科学家Robert Schmid利用AR技术,展示了德勤虚拟工厂。在这一Turnkey IoT解决方案中,德勤结合了NI平台的CompactRIO和InsightCM,通过CompactRIO执行高速采集和分析,将信息汇总,以评估生产线的健康和效率。


德勤通过这一手段,帮助某家客户进行了产线改进,实现了2000万美元以上的整体收益,效率提高了9%。“借助NI的平台,我们可以看到集成的高性能采集和分析带来无穷机会,为客户资产实现效率,运行时间和质量的提升。”Robert说道。


为了减少工厂复杂的布线要求,NI特别推出了全新的无线节点网关和产线健康状态检测的振动传感器,该传感器采用MEMS技术准确判断出物体的振幅和振频,通过蓝牙将各传感器数据汇总到新推出的无线网关中,之后再由支持无线系统的在线资产监测软件InsightCM汇总。


全新的无线网关以及振动传感器


国防与航空航天:


Virgin Orbit:NI平台助力卫星小型化


来自Virgin Orbit的副总裁Will Pomerants和测试工程师Omar Mussa介绍了NI在航空航天上的应用。作为专注中小型卫星的公司,Virgin Orbit的运载火箭2018年首次绑在飞机机翼上进行测试飞行。


这个背后的功臣,就是通过灵活且快速的NI平台实现的。目前Virgin Orbit大部分操作系统产品都来自NI,从多级航空电子硬件在环测试台,到飞行验收和鉴定测试,再到发射控制,以及监控飞机上的火箭和有效载荷状态,通过使用NI的硬件和软件平台组合,包括LabVIEW,VeriStand,TestStand,SystemLink,PXI,CompactRIO和CompactDAQ。通过VeriStand和LabVIEW运行多个场景来测试控制软件如何飞行火箭,以及航空电子设备硬件和发射操作系统的交互。


“NI平台让我们能够保持自我设定的激进时间表,它的灵活性和可扩展性使得我们可以实现最快速的创新。”


软件平台的进展


软件是NI最重要的武器,NI的一切都可以通过软件定义。每年,LabVIEW都会有重大革新,但此次的意义非比以往。



LabVIEW NXG改进了与MATLAB软件的互操作性,增加了对于MATLAB的接口,这意味着两家公司第一次官宣合作。


MathWorks MATLAB工程副总裁Roy Lurie以奥斯汀大学Reneu Labs计算臂原型开发为例。在这个实验中,工程人员验证控制算法的系数,以便在抓住物体时最大化手的刚度。在每次手臂移动时,都使用MATLAB编写的脚本。“过去,研究人员先进行试验,然后把采集到的数据导出到Excel中,再导入MATLAB进行分析,非常的不科学。”


如今,接口的支持使用户能够在一个工具中同时执行采集和分析,而无需进行痛苦的数据格式转换。“所有这些都不需要离开LabVIEW NXG,您甚至可以在VI运行时调试或修改MATLAB代码。”Roy兴奋地说道。


通过LabVIEW和MATLABS,消除开发隔阂


NI CEO:平台化趋势势不可挡


正如CEO Alex Davern所说,在如今快速发展的科技与解决问题的工具方面形成了一个鸿沟。如何弥补这种差异的关键点是在整个工作流程中提供高价值的平台。


在Alex看来,“一个开放的平台,可以满足各种特定业务和技术的需求;一个软件定义的平台,可以快速适应新的要求;一个平台话的产品理应允许开发人员使用更多常用的编程工具,包括NI提供的软件和其他如Python,.NET,MATLAB和Simulink等软件;一个平台应该具备提供模块化的高性能I / O,具有先进的驱动软件和测量IP;一个平台应该是小尺寸,但是具有丰富的可扩展性的平台。”


对于NI来说,在软件定义的平台之上,构建了越来越深厚,越来越广泛的行业应用,以帮助客户加速产品的上市周期。“如果您没有充分利用NI平台,您将无法跟上竞争对手的步伐。”Alex表示。


小发现:


此次NIWEEK 2019以Full Force为主题,在整个演讲过程中,渗透了大量星战元素。比如每位参会者都会收到一个光剑(lightsaber)礼物。


在主题演讲论坛上,NI产品规划副总裁Stephanie Breyer甚至挥舞起剑,通过NI强大的数据采集功能实时获得加速度等数据。


同时也有打扮成打扮成R2-D2的STS系统,以及打扮成绝地武士的NI测试系统主管Charles Schroeder。


诚意满满的星战主题,似乎预示着NI的原力已觉醒。

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