Modular Instruments Testsystem für drahtlose Mikrofonstrecken

Author(s):
Dirk Dißel - Sennheiser electronic GmbH & Co. KG

Industry:
Manufacturing, Consumer Goods

Products:
LabVIEW, RF,

The Challenge:
Entwicklung eines Messsystems zum Testen von Leiterplatten und Fertiggeräten im Hause Sennheiser

The Solution:
Einsatz von LabVIEW zur Programmierung eines Messsystems, das die Möglichkeit bietet, ohne Programmänderungen prüfplatzspezifische Anpassungen vorzunehmen. Das bedeutet, dass messgerätabhängige Einstellungen und Messaufgaben sehr leicht austauschbar sind.

Diese Anwenderlösung ist ein Beitrag zum jährlichen VIP-Kongress von National Instruments und wurde mit einem "Best Paper Award" als zweitbeste Anwenderlösung ausgezeichnet. Der vollständige Beitrag ist auch im kongressbegleitenden Tagungsband VIP 2006, S. 34-37, veröffentlicht. 

Einleitung

Als einer der weltweit führenden Hersteller von Mikrofonen, Kopfhörern und drahtlosen Übertragungsstrecken legt die Firma Sennheiser großen Wert auf Qualitätssicherung und Prüfung aller hergestellten Produkte. Mit seinen Produktionsstandorten in Wennebostel (Deutschland), Burgdorf (Deutschland), Tullamore (Irland) und Albuquerque (New Mexico) ist Sennheiser produktionsseitig global vertreten. Im Zuge der Prüfmittelmodernisierung im Werk Irland wurde sich nach grundsätzlicher Abwägung aller technischen Daten für ein Messsystem basierend auf Messkarten entschieden. Zur Ansteuerung der Messkarten hat sich LabVIEW nach Auswertung einiger Demoversionen anderer Programmierumgebungen als intuitiv zu erlernende Programmiersprache herausgestellt. Für LabVIEW werden auch für die meisten Messgeräte im Internet Treiber angeboten, die einfach in Messroutinen eingebunden werden können.

 

Die Parameterdatei

Während der Entwicklung von neuen Produkten werden Prüfspezifikationen erstellt. Das heißt die Entwicklung legt zusammen mit den Prüfmittelentwicklern Vorgaben für einen Leiterplattentest fest. Diese Vorgaben enthalten im Wesentlichen eine beliebige Anzahl von Testschritten mit Voreinstellungen oder Bedingungen, unter denen bestimmte Messaufgaben durchgeführt werden sollen. Um den Aufwand zur Umsetzung der neuen Prüfspezifikationen in einen neuen Testablauf möglichst gering zu halten, wurden Parameterdateien eingeführt. Die Parameterdateien liegen im Textformat vor und sind daher an jedem Rechnerplatz zu editieren. Sie enthalten alle Preset- und Messaufgabenparameter. Zu Presetparametern gehören Testvoreinstellungen, also Einstellungen, die einmalig zum Testablauf benötigt werden, Prüfungsvoreinstellungen, die vor Einsetzen eines Prüflings gemacht werden müssen und Prüfschrittvoreinstellungen, die von Testschritt zu Testschritt variieren. Den Presetparametern entsprechend müssen für eine Messaufgabe Messparameter festgelegt werden, wie z.B. Toleranzen, Referenzwerte, Dimension, usw. Hierzu bietet es sich an, zwischen Preset- und Messmodulen zu unterscheiden. Preset- und Messmodule sind daher unabhängig voneinander und können unterschiedliche Messgeräte ansprechen (siehe Bild "Zuordnung von Presetmodulen über eine Referenzliste")

Die Referenzliste stellt die Austauschbarkeit von Preset- und Messmodulen sicher. Soll zum Beispiel statt einer DMM-Messkarte ein externes Digitalmultimeter verwendet werden, so tauscht man am entsprechenden Prüfplatz das Messgerät und das Presetmodul und das Messmodul aus. Anschließend wird die Änderung in die Referenzliste eingetragen, so dass der Sequenzer das neue Messgerät ansprechen kann. Die Parameterdatei muss dazu nicht angepasst werden.

 

Aufbau des Testsequenzers

Der Testsequenzer besteht aus einer Programminitialisierung, einer Hauptschleife zur Menüüberwachung und einer Hauptschleife zur Bedienelementüberwachung mit Testschrittabhandlung. In der Testschrittabhandlung werden die Prüfschritte gemäß der entsprechenden Zeile der Parameterdatei durchgeführt. Hierbei wird darauf geachtet, dass Presets nur bei Veränderungen zum vorherigen Testschritt durchgeführt werden LabVIEW bietet die Möglichkeit, VIs dynamisch zu laden. Diese Funktion wird zum dynamischen Laden von Preset- und Messmodulen genutzt. Damit die Austauschbarkeit der entsprechenden Module gewährleistet ist, sind die Schnittstellen der Messmodule so einfach wie möglich gehalten und müssen, wie es LabVIEW vorschreibt, gleich sein.

Beispiel: Messung der Kanaltrennung eines FM Stereo Signals

Im Beispiel Stereokanaltrennung eines demodulierten FM Stereo Signals sind einige wesentliche Messungen vereint: Der Prüfling produziert ein FM Stereo Signal. Traditionell müsste dieses Signal mit einem Modulationsanalysator mit Stereoausgang gemessen und das demodulierte Links- oder Rechtssignal an einen Audioanalysator weitergegeben werden. Ein möglicher Prüfaufbau ist im Bild "Klassische Messung der Kanaltrennung eines FM-Stereo-Signals" (siehe Galerie) dargestellt.

Im Prüfadapter sind ggf. Relais vorhanden, die das HF Signal auf verschiedene HF Analysatoren umschalten können. Auch der Audioanalysatoreingang muss evtl. auf andere Messstellen am Prüfling umgeschaltet werden. Dazu dient der Umschalter. Jede Buchse zu Messgeräten und jedes Relais stellt eine Schnittstelle dar und ist mit Signalverlusten behaftet.

Durch den Einsatz einer HF Messkarte vereinfacht sich der Prüfaufbau (siehe Bild "Messung der Kanaltrennung eines FM-Stereo-Signals mit einer HF Messkarte in der Galerie). Der Prüfaufbau vermeidet weitestgehend Buchsen und Relais, da nur noch eine Messkarte zur Messdatenerfassung benötigt wird. Ein großer Teil der Messdatenverarbeitung wird im Rechner durchgeführt. Dadurch ist eine hohe Flexibilität der Messfunktionen unabhängig von den vom Hersteller bereitgestellten Messfunktionen gegeben. Hierzu enthält LabVIEW eine Fülle von Signalanalysefunktionen, die nach Belieben kombiniert werden können.

Zur Messung der maximalen Kanaltrennung von Links- und Rechtssignal des FM-Stereo Signals wird das vom Prüfling erzeugte HF Signal zunächst mit dem Downconverter in einem 20 MHz Fenster auf die Bandbreite des Digitizers heruntergeteilt. Der Digitizer tastet das Signal ab. Das abgetastete Signal kann nun im Rechner Signalanalysefunktionen zugeführt werden. Mit dem Modulation Toolkit von LabVIEW wird das Signal mit dem entsprechenden VI FM-demoduliert. Wir erhalten ein MPX Signal, bestehend aus einem (Links + Rechts) Signal, einem Pilotton und einem verschobenen (Links – Rechts) Signal. Die Demodulation des MPX-Signals hängt nun von der Programmierung des MPX Decoders ab. Hier kann der Programmierer direkt Anpassungen an die vorliegenden Signale vornehmen. Beispielsweise kann ein beliebiger Pilotton verwendet werden. Am Ausgang des MPX Decoders liegen die Links- und Rechtssignale an. Mit einer Audioanalysefunktion kann nun der Pegel beider Signale ermittelt und der Abstand ausgerechnet werden. Ein mögliches Messmodul ist im Bild "Messmodul zur Messung der Kanaltrennung eines FM-Stereo-Signals" (siehe Galerie) dargestellt.

In einer Struktur sind die Messparameter, wie AFACTOR (Anzahl der Messwerte zur Bildung des Mittelwertes), MDELAY (Verzögerung vor der Messung), REF (Referenzwert), REL (relative Messung) usw. gespeichert. Zunächst werden die benötigten Stringwerte aus der Parameterdatei in Zahlen umgewandelt. Dann wird parallel zur Messkarteninitialisierung mit integrierter Autotunefunktion die Messverzögerung durchgeführt. Die Autotunefunktion öffnet Ressourcen für die Messkarte und sucht das Frequenzband nach Trägern ab, falls der Bereich der Messung nicht genauer spezifiziert ist. Anschließend werden einige messkartenspezifische Einstellungen, wie Art der Datenakquisition, Konfiguration der PLL Bandbreite, und time duration festgelegt. Die darauffolgende Messschleife wird solange ausgeführt, bis der Messwert in den vorgegebenen Toleranzen liegt oder die vorgegebene Messzeit abgelaufen ist. In der Schleife werden als erstes Messwerte von der Karte eingelesen, anschließend die FM Demodulation durchgeführt. Das resultierende MPX-Signal wird mit einem MPX Decoder demoduliert. Es folgt die Ermittlung der Pegel von Links- und Rechtssignal und die Differenzbildung beider Pegel. Das Ergebnis wird in die vorgesehene Clusterzelle für Messwerte gespeichert. Vor Ende der Schleife findet eine Mittelwertbildung, eine Verzögerung innerhalb der Schleife und eine Bewertung des Messergebnisses bzw. ein Abbruch der Schleife nach einer erfüllten Abbruchbedingung statt. Auf diese Weise kann bis zu 40dB Kanaltrennung gemessen werden.

 

Zusammenfassung

Mit dem neuen Testsequenzer steht Sennheiser ein wichtiges Werkzeug zur Verfügung, das ein einfaches Umsetzen von Prüfspezifikationen zulässt. Er bietet eine komfortable Benutzeroberfläche. Das neue Testprogramm kann zukünftig beliebig erweitert werden und ist dabei kompatibel zu bereits vorhandenen Prüfparameterdateien.

 

Weitere Informationen erhalten Sie über:

Dirk Dißel
Sennheiser electronic GmbH & Co. KG 
Am Labor 1  
30900 Wedemark  
Deutschland 
Tel.: +49 (5130) 600 - 0 
Fax.: +49 (5130) 600 - 300 
e-mail: disseld@sennheiser.com
Web: http://www.sennheiser.com

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