2. Protocolos de instrumentación -...

Automatización de la medida de característica estática de circuitos analógicos

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2. Protocolos de instrumentación

En este apartado se recogen los protocolos de instrumentación más extendidos actualmente,

haciendo especial hincapié en el protocolo LXI, en el cual se basa el sistema de

instrumentación diseñado.

2.1. GPIB

Bus estándar desarrollado a finales de los años 60 y principio de los 70 por Hewlett Packard

(HP), para la conexión de dispositivos de test y medida con equipos de control. El objetivo

principal de este bus es gestionar la transferencia de información entre dos o más dispositivos.

Posteriormente al lanzamiento del primer dispositivo fabricado por HP conocido como HP-IB

que implementaba el bus tratado, otros fabricantes lo imitaron implementándolo en sus

equipos y denominándolo como Gerenal Purpose Instrumentation Bus (GPIB) que le dio el

nombre común al bus. Debido al alto índice de popularidad del bus GPIB, en 1973 se convirtió

en estándar IEC (International Electrotechnical Commission), recibiendo el IEEE-488 y en 1987

adoptó el nombre de ANSI/IEEE-488.1 que define el hardware de GPIB. Ese mismo año se llevó

a cabo una ampliación del protocolo, IEEE-488.2 con el fin de describir los controladores y la

comunicación entre dispositivos.

Uno de los problemas iniciales que existió en el bus GPIB fue que los comandos de control de

una misma clase de equipos de instrumentación variaban según el fabricante y el modelo, por

tanto, en 1989 HP desarrolló su lenguaje TML, precursor de los comandos estándar para la

programación mediante SCPI (ver 3.5.3 Comandos SCPI). El lenguaje SCPI cumple con el

estándar IEEE-488.2 y además de ser un lenguaje de programación de equipos de

instrumentación para equipos que implementan otros buses de instrumentación distintos de

GPIB.

El bus GPIB es un protocolo paralelo de 8 bits, asíncrono, cuya arquitectura es maestro-

esclavo, es decir, en la que únicamente existe un controlador del bus que es el encargado de

supervisar todas las operaciones realizadas. Dicho controlador es el que gestiona cual es el

dispositivo que envía la información y en que instante se produce el envío, para así evitar la

simultaneidad de envío de varios equipos al mismo tiempo en una misma red. Además cuenta

con funciones de control de transferencia de datos o data hardware handshake para

garantizar la recepción de los datos en los dispositivos esclavos.

La baja latencia y el buen ancho de banda son la firma del bus GPIB, que cuenta con un ancho

de banda de más de 1 MBytes/s, pudiéndose incrementar hasta la velocidad de 8 MBytes/s en

la versión Hi-Speed (HS488). Sin embargo, el ancho de banda varía en función del número de

equipos conectados a la red, ya que éste se distribuye de forma que se reparte entre todos los

dispositivos conectados.

La distancia máxima alcanzable por el bus es de 20 m con un máximo de 2 m entre

dispositivos. Al contrario que ocurre con el ancho de banda, la latencia de este protocolo es

mejor incluso que la de USB 2.0 que es de 100 µs.

Los dispositivos suelen conectarse mediante un cable apantallado de 24 polos. La gran

robustez de los conectores IEEE-488 utilizados dota al sistema de una alta fiabilidad, con la

particularidad de que dichos conectores de cada extremo son al mismo tiempo enchufe y

receptáculo como se puede observar en la Ilustración 4.


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Ilustración 4. Conectores IEEE-488 [ 2 ]

Es posible encadenar dispositivos mediante configuraciones lineales, en estrella o utilizando

una versión híbrida. En Ilustración 5 se muestra la conexión en lineal, a la izquierda, y la

conexión en estrella, a la derecha.

Dispositivo A

Dispositivo C

Dispositivo B

Dispositivo A

Dispositivo BDispositivo C

Dispositivo D

Ilustración 5. Conexión lineal y en estrella.

El número máximo de dispositivos que se puede conectar en un mismo bus GPIB contiguo es

de 15 siendo uno de ellos el controlador. A pesar de que los dispositivos GPIB cuentan con una

dirección que se puede encontrar entre 0 y 30, el número de equipos que se permite tener

conectados es inferior. Esto es debido a que las restantes direcciones se reservan para equipos

secundarios, por ejemplo, un multímetro digital tiene la dirección 3 y puede tener un módulo

de relés a la entrada de alguna de las señales, dicho módulo podría tener la dirección

secundaria 5. La dirección número 0 del bus GPIB queda reserva para el controlador del

mismo.

La baja latencia, el ancho de banda, la robustez y la fiabilidad hacen que tras 30 años se siga

utilizando el bus GPIB para el control de instrumentación. A pesar de su antigüedad, hoy día

existen numerosos equipos y fabricantes que lo siguen implementando, pese a que en el

mercado han aparecido buses que tienden a desplazar al bus GPIB.


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2.2. VME

En 1981 las empresas Motorola, Mostek y Signetics/Philips lanzaron al mercado el bus VME,

que es la evolución de un bus estándar creado en 1979 por Motorola para sistemas basados en

el microprocesador 68000 de Motorola.

Dada la gran funcionalidad del bus VME, éste se aplicó a muchas otras aplicaciones

estandarizadas como ANSI/IEEE 1014 e IEC 821. Pese a que VME no se considera un bus de

instrumentación, se ha incluido debido al gran número de dispositivos dedicados a la

instrumentación que lo implementan, además de ser la base de la cual parte el bus de

instrumentación VXI.

VME es un bus interno, de arquitectura es compartida en la que el bus reside en un panel de

conexiones. Dicho panel cuenta con varios slots donde se instalan las distintas tarjetas VME.

Un ejemplo del panel de conexión o chasis VME se muestra en la Ilustración 6, en la cual se

observa un chasis de 21 slots del fabricante ELMA.

Ilustración 6. Chasis VME [ 4 ]

VME es una tecnología muy extendida en el mercado, por lo que existe una amplia variedad de

tarjetas de adquisición de datos, memorias, de generación de señales, etc, que deben ser

instaladas en chasis VME. Existen cuatro tamaños de tarjetas VME que se encuentran

estandarizados, éstos se muestran en la Ilustración 7.

Ilustración 7. Tamaño tarjetas VME [ 5 ]


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Para definir los tamaños de las tarjetas se sigue la siguiente normativa:

IEEE 1101.1 Base Document for Mechanics.

IEEE 1101.10 Mechanics for VME Boards and Subracks.

IEEE 1101.11 Mechanics for Rear Transition Modules.

El bus VME es una tecnología asíncrona con una tasa de datos de 40 Mbytes/s. Con el paso del

tiempo se han realizado nuevas versiones que han ido mejorando el rendimiento de la

especificación del bus VME, consiguiéndose tasas de transferencia de datos mayores que

llegan hasta 160 Mbytes/s para el estándar VME64x y 320 Mbytes/s para VME320. Sin

embargo, el número de equipos que siguen VME320 es muy reducido, además aún no se ha

considerado como un estándar de VME. La latencia del bus VME ronda los 0.8 µs en el mejor

de los casos.

A continuación en el siguiente apartado se describe el bus VME dedicado a instrumentación,

denominado VXI.

2.3. VXI

Con el tiempo el bus VME ha evolucionado en forma de nuevos buses de expansión que parten

de la plataforma VME. Éste es el caso de VXI (VME eXtensions for Instrumentation) que es la

extensión del bus VME para instrumentación.

VXI nació por la necesidad de reducir el tamaño físico de los sistemas de instrumentación y

actualmente es utilizado en aplicaciones de sistema de pruebas, mediación, adquisición de

datos y análisis, sistemas de automatización industrial, sistemas militares y aeroespaciales.

En 1987 el consorcio VXI desarrolló la normativa de VXI, con el objetivo de definir un estándar

para múltiples fabricantes que se dedicaban al desarrollo de tarjetas de instrumentación, que

no fue aceptada por IEEE hasta 1993, como IEEE-1155. Inicialmente los miembros del

consorcio fueron GenRad, Hewlett Packard, National Instruments, Racal Instruments y

Tektronix, a medida que aumentó la importancia de VXI se elevó el número de miembros.

Actualmente en el mercado existen más de 250 fabricantes y más de 1500 dispositivos que

implementan el bus VXI.

Entre las diferencias de VME y VXI se encuentran las líneas extras para temporización y

disparo, nuevos protocolos para la comunicación y la comunicación basada en mensajes (SCPI).

VXI al igual que VME son tecnologías asíncronas que cuentan con una tasa de datos máxima de

160 MBytes/s, al igual que ocurre con GPIB el ancho de banda es distribuido y por tanto,

dividido por el número de elementos conectados al bus. Se debe destacar la baja latencia que

posee el bus VXI.

El bus VXI utiliza la arquitectura definida por el estándar IEEE-1014 VMEbus que es la

arquitectura de VME de 32 bits. Las dimensiones de las tarjetas VXI son idénticas a las tarjetas

VME que se recogen en la Ilustración 7.

Entre las ventajas de VXI se encuentran las siguientes:

Es un sistema modular ya que en un mismo chasis podemos instalar tarjetas VXI de

distinta naturaleza. En caso de fallo de una tarjeta, ésta se puede sustituir por otra en

un corto espacio de tiempo, por tanto, se reducen los tiempos de reparación.


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Las tarjetas VXI soportan el software VXIplug&play que facilita la configuración del

sistema y la programación.

El bus VXI contiene funciones de sincronización y disparo que mejoran la capacidad de

medición.

La especificación VXIbus incluye requisitos de emisión de radiaciones que impiden que

un módulo pueda interferir en el funcionamiento de otros módulos.

El principal inconveniente de la tecnología VME y VXI es que se tratan de buses internos y por

tanto es necesario el despliegue de un bus de comunicaciones a la salida de los chasis que

alojan las tarjetas VME o/y VXI si se desea conseguir un mayor alcance.

2.4. PCI

A principio de los años 90 la compañía Intel desarrolló un bus interno conocido como PCI, que

a pesar de la poca aceptación que tuvo inicialmente fue sustituyendo a los servidores MCA y

EISA como buses de expansión. El apogeo del bus PCI se produjo a mitad de la década de los

noventa con la aparición de la segunda generación de los procesadores Pentium. Fue entonces

donde el bus PCI comenzó a sustituir al bus ISA en los ordenadores personales debido, entre

otras cosas, a la configuración dinámica de dispositivos, mientras que ISA deber ser

configurado manualmente.

PCI es un bus interno o de sistema lo que le reporta unas mejores características de ancho de

banda y latencia. El bus presenta un ancho de banda de 132 MBytes/s para un bus de 32 bits y

266 MBytes/s si se trata de un bus de 64 bits. En cuanto a latencia se tiene unos 700 ns.

El bus PCI opera con líneas multiplexadas para dirección y datos, lo que permite reducir el

número de contactos entre los conectores y las tarjetas de extensión que trae consigo una

reducción del coste de fabricación

El gran inconveniente del bus PCI es que el ancho de banda es compartido por entre todos los

elementos conectados al bus, por tanto, un número muy elevado de tarjetas provoca una

disminución del rendimiento.

En el año 2002 se desarrolló el bus PCI-Express (PCIe), que es la evolución del PCI. La diferencia

entre PCI y PCIe es la topología del bus; mientras PCI se ejecuta en un bus paralelo, PCIe lo

hace en una interfaz serie que permite alcanzar un ancho de banda mayor que PCI y dedicado

para dispositivo del bus. PCIe llega a conseguir tasas de transferencias de 250 MBytes/s por

carril y un total de 8 GBytes/s si se utilizan 32 canales.

A igual que ocurría en VME, las dimensiones de las tarjetas PCI y PCIe se encuentran

normalizadas. En la Ilustración 8 se muestran las dimensiones de ambas tarjetas.


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Ilustración 8. Tamaño de las tarjetas PCI y PCIe [ 14 ][ 15 ]

Como se puede comprobar en la Ilustración 8 se tienen varios tipos de tarjetas PCI, cortas y

largas, cuya diferencia es la longitud de las tarjetas que en el primer de los casos es de 174 mm

y en el segundo de 312 mm, manteniendo el mismo ancho que es de 106.68 mm. Para las

tarjetas PCIe también se tienen dos formatos de tarjeta corta y larga, cuyas dimensiones tal

como se puede comprobar en la Ilustración 8 son similares.

Entre las ventajas de ambos buses se encuentran que son sistemas de bajo costo por lo

general, no necesitan un alto nivel de procesamiento y al ser buses internos tienen una

conexión robusta. El inconveniente es que al ser buses de sistema poseen un alcance muy

limitado. Sin embargo, tanto PCI como PCIe son compatibles con Ethernet ya que existe una

gran variedad de dispositivos que implementan los ambos buses.

Al igual que ocurre con el bus VME, PCI y PCIe no se pueden considerar realmente buses de

instrumentación, sin embargo, se recogen en este texto porque PCI es el bus en el que se

encuentra basado el bus de instrumentación PXI y por el gran catálogo de equipos de

instrumentación que implementan PCI y PCIe.

2.5. PXI

En 1997 la compañía National Instruments diseñó un bus específicamente para plataformas de

instrumentación, medida y control automático. Dicho modelo se denominó PXI, el cual el

mismo año de su creación fue considerado como un bus estándar, además se extendió

rápidamente entre las distintas industrias como la aeroespacial, militar o automoción.

Posteriormente en 2005 se elaboró la especificación del bus PXI Express (PXIe) que incluye las

especificaciones de compatibilidad con PXI.

Los buses PXI y PXIe son las extensiones para instrumentación de los buses PCI y PCIe

respectivamente que utilizan el estándar CompactPCI (cPCI). El estándar cPCI se basa en la

arquitectura PCI, combina las características eléctricas de éste con un formato robusto y

modular, con la ventaja de que las tarjetas cPCI pueden ser sustituidas en caliente y puede

utilizarse en ambientes con grandes interferencias magnéticas.

Tanto PXI como PXIe además de incluir las ventajas que incluye cPCI respecto a PCI, añaden las

ventajas de temporización y triggering como TriggerBus, StarTrigger y un reloj de sistema

compartido de 10 ó 100 MHz.

Al tratarse de dos buses internos, tienen latencias por debajo de 1 µs, y tasas de datos altas,

obteniéndose para PXI una tasa de 132 MBytes/s y de hasta 6 GBytes/s para PXIe. El hecho de


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que los buses sean internos significa que son una plataforma robusta con una alta

transferencia de datos, sin embargo poseen un corto alcance.

El bus de disparo PXI permite la transmisión de relojes de frecuencias variables de manera que

diferentes módulos puedan compartir directamente un reloj de muestreo o una base de

tiempos. Como características, PXI ofrece las mismas que PCI.

PXIe a diferencia de PXI incluye características de temporización y sincronización adicionales

gracias a los avances tecnológicos y a que posee dos conectores diferenciales, que ofrecen una

sincronización de un reloj diferencial, señalización diferencial y disparos en estrella

diferenciales. El bus PXIe permite la transmisión a mayores frecuencias debido a que

implementan relojes de instrumentación que crean una mayor inmunidad al ruido.

Las tarjetas PXI y PXIe se presentan en dos formatos distintos que se muestran en la Ilustración

9. De los dos formatos, el más común es el de dimensiones 3U.

Ilustración 9. Tamaño de tarjetas PXI [ 16 ]

Además de la notable diferencia de dimensiones entre ambas tarjetas, se puede observar que

las dos no tienen el mismo número de conectores, ya que la de tamaño 3U posee 3 conectores

y la de 6U tiene 5 conectores.

Los conectores J1 de ambas tarjetas proporcionan señales PCI de 32 bits, los J2 señales PCI de

64 bits y algunas PXI. El resto de conectores J3, J4 y J5 que solo se encuentran en el formato 6U

quedan reservados para señales recogidas en la especificación PXI.

Las tarjetas PXI y PXIe se alojarán en chasis como los mostrados en la Ilustración 10, que le

proporcionarán una envolvente robusta. Estos chasis, aparte de alojar a las distintas tarjetas

proporcionan otros buses de comunicación como Ethernet, para dotar a los sistemas basados

en PXI y PXIe de mayor alcance.


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Ilustración 10. Chasis PXI de 3U, chasis híbrido de 3U y 6U

Los chasis generalmente están disponibles en tamaños 3U y 6U que contienen 4, 6, 8, 14 ó 18

slots. Entre las opciones que incluyen los chasis, se encuentran las fuentes de alimentación que

pueden ser AC y DC, además del acondicionamiento de señales que en algunos casos se

encuentra integrado. También existen chasis que permiten alojar tanto módulos PXI como PXIe

de forma que se puede tener un sistema híbrido totalmente compatible.

2.6. LXI

2.6.1. Introducción LXI

LAN eXtensions for Instrumetation (LXI) es un protocolo estándar para instrumentación,

basado en Ethernet. Cabría pensar que debido a la existencia de equipos destinados a la

instrumentación que implementan Ethernet, LXI es similar. Sin embargo, las principales

diferencias entre ambos se muestran en la Tabla 1.

COMPARACIÓN ENTRE ETHERNET Y LXI

Características Instrumentos Ethernet Instrumentos LXI

Interfaz LAN Requerido Requerido

Trigger inputs/outputs Opcional Opcional

Panel de configuración Web Opcional Requerido

IVI-compliant Instrument Driver Opcional Requerido

Bussed hardware trigger Opcional Requerido para la clase A

IEEE-1588 Opcional Requerido para las clases A y B

Tabla 1. Comparación entre Ethernet y LXI.

En la tabla anterior se puede comprobar que el estándar LXI requiere, para los equipos que lo

cumplen: un panel de configuración del equipo vía Web, la implementación de driver IVI, un

bus de trigger para los instrumentos LXI clase A (existen tres categoría en las que clasificar los

equipos LXI: A, B y C que se describirá más adelante) y que cumplan el estándar de

sincronización IEEE-1588. Los equipos que implementen Ethernet no tienen por qué contener

obligatoriamente estas funciones pero para dotar de mayores prestaciones a los equipos,

algunos fabricantes implementan algunas de las características de LXI en equipos que se

comunican mediante Ethernet.

Algunas de las características expuestas en la Tabla 1 se describen en los sucesivos apartados.

2.6.2. Origen LXI

El estándar LXI fue desarrollado por el consorcio LXI, organización creada en 2004. Es una

corporación sin ánimo de lucro formada por empresas relacionadas con el ámbito de la

instrumentación, que desarrolla y promueve la adopción de la norma LXI como un estándar

abierto accesible para la industria de medida y adquisición de datos. En septiembre de 2005 el


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consorcio LXI lanzó la versión 1.0 del estándar, fue entonces cuando las empresas Agilent y VTI

Instruments lanzaron los primeros equipos con esta tecnología. En 2006 se elaboró la versión

1.1, que fue una corrección de la versión 1.0. Un año más tarde se aprobó la versión 1.2 en la

que se incorporó el reconocimiento de equipos. Posteriormente, en 2008, ve la luz la versión

1.3 del estándar que incorpora la norma IEEE-1588, que incluye la sincronización entre los

instrumentos.

En 2011 se creó la versión 1.4 de la especificación LXI, que define un conjunto de

características “fundamentales” y funciones extendidas opcionales que pretende sustituir al

modelo de clases de versiones anteriores. Cada función extendida tiene requisitos que se

deben cumplir según la clase base. Actualmente el número de equipos que se encuentran en el

mercado y que cumplen la versión 1.4 del estándar es muy reducido.

La Tabla 2 se resume algunas de las diferentes características y tecnologías disponibles con

diferentes versiones de las especificaciones LXI.

RESUMEN DE CARACTERÍSTICAS DE LAS ESPECIFICACIONES DEL ESTÁNDAR LXI

Características/ tecnología Versión 1.1 Versión 1.2 Versión 1.3 Versión 1.4

Fecha de publicación

2006 2007 2008 2011

Detección de dispositivos

VXI-11 Sí Sí Sí Sí

mDNS No No Sí Sí

XML Identification Document URL

No Sí Sí Sí

Estándar de sincronización

IEEE 1588-2002 Sí Sí No No

IEEE 1588-2008 No No Sí Sí

Equipo de comunicación

VXI-11 Sí Sí Sí Sí

HiSLIP No No No Sí

IPv4 Sí Sí Sí Sí

IPv6 No No Sí Sí

Interfaz Web

Front Panel LEDs No No Sí Sí

LAN Configuration Initialize (LCI)- Factory

default reset Sí Sí Sí Sí

WTB Wired Trigger Bus Sí Sí Sí Sí

Clases Sí Sí Sí No

Dispositivo de grupo

Core Standard with Extensions

No No No Sí

Tabla 2. Resumen de características de las especificaciones del estándar LXI.

2.6.3. Objetivos LXI

El estándar LXI se elaboró a partir de las características de los instrumentos GPIB y de los

módulos VXI, como alternativa a la tecnología PXI. El estándar LXI reemplaza las conexiones de

VXI, PXI y GPIB por conexiones de Ethernet, que es una tecnología muy madura que garantiza

sistemas estables y seguros, además de aportar ciertas ventajas técnicas que se comentan en

apartados posteriores.

El principal objetivo del bus LXI es la creación de pruebas modulares y escalables. Un sistema

modular es aquel que puede ser confeccionado a partir de varios módulos conectados entre sí,

mientras que un sistema escalable es aquel que puede aumentar su funcionalidad o

incrementar su tamaño manteniendo la calidad de operación.


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2.6.4. Especificaciones técnicas de LXI

2.6.4.1. Ancho de banda

Para el ancho de banda de LXI, si se utiliza una conexión Fast Ethernet (IEEE 803.2u, 100 Mb/s),

la máxima tasa de datos útil es de aproximadamente 12,5 MBytes/s, mientras que si se hace

uso de Gigabit Ethernet (IEEE 802.3z), recomendado por la especificación LXI, se puede

conseguir un ancho de banda teórico de 125 MBytes/s.

2.6.4.2. Alcance

Una de las grandes ventajas de LXI respecto a los buses VXI, PXI y GPIB es el alcance. LXI puede

alcanzar distancias de 80 a 100 metros sin necesidad de repetidores; haciendo uso de éstos, el

alcance puede aumentar significativamente.

2.6.4.3. Clases del estándar LXI

Pese a que en la versión 1.4 del estándar LXI ya no existe la división de equipos por clases, a

continuación se expone dicha división dado el gran número de equipos que existen en el

mercado que se clasifican según ésta.

El estándar LXI establece que los equipos pueden implementar de forma opcional un control

de tiempo y una serie de disparos (triggering) según la clase del equipo. Se tienen tres clases

de equipos: A, B o C. La clase C no posee opciones de sincronización, mientras que la clase B

cuenta con la sincronización IEEE-1588. La clase A además soporta señales de disparos y

sincronización de alta precisión.

Las clases superiores contienen las características de las inferiores, es decir, la clase B contiene

todas las características de la clase C y la clase A contiene todas las características de la clase B

y C.

Ilustración 11. Estructura de clases del estándar LXI [ 8 ]

Tanto los equipos de clase A como los de clase B se utilizan en aquellos casos en los que se

desee conseguir una sincronización y un ajuste temporal preciso. Si se desea tener una mayor

precisión, se deberá hacer uso de equipos de clase A o B e incorporar un reloj periférico, que

es un conmutador especial que incorpora el protocolo IEEE 1588. La clase A además permite

conseguir una mayor sincronización gracias a un bus de triggering, que se implementa

independientemente de la red de Ethernet. En la Ilustración 12 se recogen los distintos

triggering que implementan los equipos LXI dependiendo de la clase.


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Ilustración 12. Triggering LXI [ 9 ]

2.6.4.4. Latencia

La latencia del bus LXI se encuentra en torno a 200 µs, los datos cuentan con una trazabilidad

muy por encima de dicha latencia. Por esta razón en los casos en los que no se necesite envío

de datos estrictamente en tiempo real se pueden alcanzar precisiones muy por debajo de los

200 µs de latencia, llegando incluso a alcanzar una precisión de sincronización en los relojes de

los distintos equipos (de clase A o B) de unos 20 ns por metro de cable. Por tanto la latencia

del bus, en este caso, no influye en la precisión de las medidas en lo que a instantes de tiempo

se refiere.

2.6.5. Topología red LXI

A continuación se presentan las distintas topologías que puede adoptar una red formada por

LXI. Al ser LXI un bus basado en Ethernet, el estándar de instrumentación puede tomar las

topologías de ésta.

Topología en bus

La topología en bus se caracteriza por conectar en serie y por medio de un cable los

distintos equipos de la red. Las tramas de información emitidas por un nodo (terminal

o servidor) se propagan por todo el bus (en ambas direcciones), alcanzado a todos los

demás nodos. Cada nodo de la red debe reconocer la información que recorre el bus

para determinar cuál le corresponde a él.

Ilustración 13. Topología en bus [ 11 ]


21

La gran ventaja de esta topología es que se trata de una instalación sencilla, sin

embargo el fallo de un nodo de la red provoca la caída del sistema, además de la

dificultad de localizar el fallo.

Este tipo de topología se utilizaba en redes Ethernet antiguas.

Topología en estrella

La topología más común para la implementación de LXI es la topología en estrella. En

esta topología, los dispositivos individuales son conectados a un conmutador o hub

central, formando un segmento. Las señales de cada dispositivo conectado son

enviadas al hub y luego difundidas a todos los otros dispositivos conectados. Este

diseño permite a LXI operar lógicamente como un bus, pero físicamente el bus solo

existe en el hub.

Ilustración 14. Topología en estrella [ 11 ]

La topología en estrella simplifica la gestión de la red y la resolución de problemas, ya

que cada tramo de cable conecta únicamente a dos dispositivos, uno a cada extremo

del cable. En el caso de que un dispositivo no pueda comunicarse con la red

correctamente, puede ser ubicado en otro emplazamiento y así comprobar si el fallo

reside en el dispositivo o el cableado. En aquellos casos en los que la red del sistema

de instrumentación sea muy grande, se podrá conformar un sistema con topología

jerárquica o de estrella extendida

Ilustración 15. Topología jerárquica [ 11 ]


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Topología en árbol

Esta topología se da por ejemplo, cuando se tiene un equipo que está conectado tanto

a una Intranet corporativa como a una red LAN en la que se encuentran los distintos

dispositivos LXI, como se muestra en la Ilustración 16.

Ilustración 16. Topología en árbol

Por último, se debe comentar la posibilidad de colisiones de datos en una red Ethernet. Para

evitarlas se utiliza el método de acceso CSMA/CD, método que gestiona el acceso al bus por

parte de los terminales y que por medio de un algoritmo resuelve los conflictos causados en

las colisiones de información. Cuando un nodo desea iniciar una transmisión, en primer lugar

“escucha” al medio para saber si está ocupado, debiendo esperar en caso afirmativo hasta que

quede libre. Si se llega a producir una colisión, las estaciones reiniciarán cada una su

transmisión transcurrido un tiempo aleatorio distinto para cada estación.

2.6.6. Ventajas e inconvenientes de LXI

A continuación se muestran las ventajas e inconvenientes del uso de la tecnología LXI.

Entre las ventajas de LXI se encuentran:

LXI está basado en Ethernet que se trata de una tecnología madura y muy utilizada en

diversos ámbitos de las comunicaciones.

Un sistema LXI es modular y escalable.

LXI permite crear un sistema distribuido.

Buen ancho de banda.

Baja latencia.

Gran alcance; se puede cubrir una distancia de unos 100 m sin necesidad de

repetidores.

Coexistencia con las tecnologías GPIB, VXI y PXI entre otras.

Posibilidad de etiquetar con una marca de tiempo los datos adquiridos.


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Permite conseguir medidas de alta precisión, gracias a la sincronización entre equipos.

Muchos de los equipos LXI del mercado poseen la suficiente capacidad de cómputo

como para realizar medidas y cálculos de forma independiente, liberando el

controlador del sistema para otras tareas.

Programación mediante el lenguaje SCPI basada en comandos ASCII o mediante IVI-C o

IVI-COM. Además existen API para software como por ejemplo Matlab.

A continuación se presentan algunas desventajas de LXI:

Al ser un sistema distribuido, la alimentación también deberá ser distribuida. Como

alternativa se podrá transportar la alimentación por un conductor paralelo al bus LXI,

que puede dar origen a interferencias si no se apantallan correctamente.

En el caso de necesitar una alta precisión (solo equipos de clase A) el sistema de

pruebas deberá implementar un bus de disparo, el cual incrementa el coste del

sistema.

Posibilidad de colisiones de datos en la red.

2.6.7. Comparativa entre LXI y otros buses se instrumentación

A continuación se muestra una tabla comparativa entre los buses se instrumentación PXI, VXI,

GPIB y LXI.

COMPARACIÓN ENTRE BUSES DE INSTRUMENTACIÓN

GPIB VME, VXI PCI, PXI PCIe, PXIe LXI

Ancho de banda (MBytes/s)

1.8 (488.1) 8 (HS488)

160 > 100 1000 125

(Gigabit Ethernet)

Robustez del conector

Muy buena Muy buena La mejor La mejor Buena

Latencia (µs) 30 0.8 0.7 0.3 200

Instalación y configuración

Buena Buena Muy buena Muy buena Buena

Alcance (m) 20 Bus interno Bus interno Bus interno 100 Tabla 3. Comparación entre buses de instrumentación

Seguidamente de muestra un gráfica comparativa entre los buses de instrumentación en la

que se pueden observar las diferentes latencias frente a las tasas de datos.


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Gráfica 1. Comparativa de latencia frente a ancho de banda de buses de instrumentación.

En la Gráfica 1 se observa que los buses con mejores características, tanto de latencia como de

tasa de transferencia de datos, son los buses basados en PCI y PCIe, seguidos de los buses

VME y VXI. El gran inconveniente de estos buses es que son buses internos, que a pesar de la

buena latencia y alta tasa de datos tienen un alcance muy limitado. Como consecuencia, estos

buses son ideales para sistemas concentrados. En aquellos casos en los que se desee diseñar

un sistema distribuido a partir de ellos se deberá acudir a unos buses complementarios que

permitan un mayor alcance, como Ethernet, para conseguir una mayor extensión del bus.

Los buses más adecuados para sistemas distribuidos son GPIB y LXI. La latencia del bus GPIB es

mejor que la del bus LXI a primera vista. Sin embargo, gracias a las funciones de sincronización

y marcas de tiempo incluidas por el bus LXI se puede conocer el instante en el cual se realiza la

medida con una presión muy alta. Por el contrario, el bus LXI tiene un ancho de banda muy

inferior a los 8 Mbyte/s que se puede conseguir con el bus GPIB.

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