معدات الاختبار الإلكتروني

[تصغير|[راسم إشارة من طراز تيكترونيكس 7854 مزود بملحقات راسم المنحنيات ومقياس الانعكاس في المجال الزمني. الوحدة السفلية عبارة عن إطار رئيسي من سلسلة تيكترونيكس TM500 وتضم مقياس جهد رقمي، وعداداً رقمياً، ومستقبلاً قديماً لمعيار التردد WWVB مع مقارن طور، ومولد دوال.]]

تُستخدم **معدات الاختبار الإلكتروني**  لتوليد الإشارات والتقاط الاستجابات من الأجهزة الإلكترونية الخاضعة للاختبار (DUTs). وبهذه الطريقة، يمكن إثبات التشغيل السليم للجهاز الخاضع للاختبار أو تتبع الأعطال الموجودة فيه. يُعد استخدام معدات الاختبار الإلكتروني أمراً أساسياً لأي عمل جاد في مجال الأنظمة الإلكترونية.

تتطلب هندسة الإلكترونيات والتجميع العملي استخدام العديد من الأنواع المختلفة من معدات الاختبار الإلكتروني، والتي تتراوح من بسيطة جداً وغير مكلفة (مثل مصباح الاختبار الذي يتكون فقط من مصباح وسلك اختبار) إلى معقدة ومتطورة للغاية مثل معدات الاختبار الآلي (ATE). غالباً ما تتضمن معدات الاختبار الآلي العديد من هذه الأدوات في أشكال حقيقية ومحاكاة.

بشكل عام، تبرز الحاجة إلى معدات اختبار أكثر تقدماً عند تطوير الدوائر والأنظمة مقارنة بما هو مطلوب عند إجراء اختبارات الإنتاج أو عند استكشاف الأخطاء وإصلاحها في وحدات الإنتاج الموجودة في الميدان.

## أنواع معدات الاختبار
### المعدات الأساسية
[تصغير|يسار|مقياس جهد رقمي تجاري من شركة [كيسايت يقوم بفحص نموذج أولي.]]
تُستخدم العناصر التالية للقياس الأساسي للجهد والتيار والمكونات في الدائرة قيد الاختبار:
* مقياس الجهد (يقيس الجهد)
* مقياس المقاومة (يقيس المقاومة)
* مقياس التيار، مثل الجلفانومتر أو الميلي أميتر (يقيس التيار)
* مقياس متعدد (Multimeter)، مثل VOM (فولت-أوم-ميلي أميتر) أو DMM (المقياس المتعدد الرقمي) (يقيس كل ما سبق)
* مقياس LCR - مقياس المحاثة (L) والسعة (C) والمقاومة (R) (يقيس قيم LCR)

تُستخدم المعدات التالية لتحفيز الدائرة قيد الاختبار:
* مزودات الطاقة
* مولد إشارة
* مولد النماذج الرقمية
* مولد نبضات
[تصغير|يسار|200px|[مقياس متعدد محمول من طراز Voltcraft *M-3850*.]]
تقوم المعدات التالية بتحليل استجابة الدائرة قيد الاختبار:
* راسم إشارة (يعرض الجهد وتغيره مع مرور الوقت)
* عداد التردد (يقيس التردد)

ولربط كل ذلك معاً:
* مجسات الاختبار (Test probes)

### معدات متقدمة أو أقل استخداماً
**أجهزة القياس**

* مقياس جهد لولبي (*Wiggy*)
* مقياس المشبك (محول طاقة للتيار)
* قنطرة وهيتستون (تقيس المقاومة بدقة)
* مقياس السعة (يقيس السعة)
* مقياس LCR (يقيس المحاثة، والسعة، والمقاومة ومجموعاتها)
* مقياس المجال الكهرومغناطيسي (يقيس المجالات الكهربائية والمغناطيسية)
* مقياس إلكتروني (Electrometer) (يقيس الجهود، حتى الصغيرة جداً منها، عبر تأثير الشحنة)

#### المجسات
تصغير|يسار|مقياس متعدد مزود بمشبك مدمج. الضغط على الزر الكبير في الأسفل يفتح الفك السفلي للمشبك، مما يسمح بوضعه حول موصل (سلك). اعتماداً على المستشعر، يمكن للبعض قياس كل من التيار المتردد (AC) والتيار المستمر (DC).

* مجس التردد اللاسلكي (RF probe)
* متتبع الإشارة (Signal tracer)

#### المحللات
* محلل المنطق (يختبر الدوائر الرقمية)
* محلل الطيف (SA) (يقيس الطاقة الطيفية للإشارات)
* محلل البروتوكول (يختبر وظائف وأداء وتطابق البروتوكولات)
* محلل إشارة المتجهات (VSA) (يشبه محلل الطيف ولكنه يمكنه أيضاً أداء وظائف إزالة تشكيل رقمية أكثر فائدة)
* مقياس الانعكاس في المجال الزمني (يختبر سلامة الكابلات الطويلة)
* راسم منحنيات أشباه الموصلات

#### أجهزة توليد الإشارة
تصغير|يسار|200px|مولد إشارة من طراز Leader Instruments LSG-15.
* مولد إشارة يتميز عادة بنطاق التردد (مثل الترددات الصوتية أو الراديوية) أو نوع الشكل الموجي (مثل جيبية، مربعة، سن المنشار، المنحدرة، الممسوحة، المعدلة، ...)
* مركب تردد (Frequency synthesiser)
* مولد دوال
* مولد النماذج الرقمية
* مولد نبضات
* حاقن الإشارة
تصغير|جهاز اختبار الكابلات

### أجهزة متنوعة
* معدل الصندوق (Boxcar averager)
* فاحص الاستمرارية
* فاحص الكابلات
* فاحص الجهد العالي (Hipot tester)
* محلل الشبكات (يستخدم لتوصيف شبكة كهربائية من المكونات)
* مصباح الاختبار
* فاحص الترانزستور
* فاحص الأنابيب (للصمامات المفرغة)
* وحدة قياس المصدر (SMU)، أداة اختبار قادرة على توفير الطاقة وقياس الجهد أو التيار في نفس الوقت.

## المنصات
[تصغير|يسار|بديل=Keithley Instruments Series 4200-CVU|[Keithley Instruments Series 4200 CVU]]

يوجد حالياً العديد من منصات الأجهزة الإلكترونية المعيارية شائعة الاستخدام لتكوين أنظمة الاختبار والقياس الإلكترونية الآلية. تُستخدم هذه الأنظمة على نطاق واسع للفحص الأولي، وضمان الجودة، واختبار الإنتاج للأجهزة الإلكترونية والتركيبات الفرعية. تربط واجهات الاتصال القياسية في الصناعة مصادر الإشارة بأدوات القياس في أنظمة "الرف والمكدس" (rack-and-stack) أو الأنظمة القائمة على الهيكل/الإطار الرئيسي، وغالباً ما تكون تحت سيطرة تطبيق برمجي مخصص يعمل على جهاز كمبيوتر خارجي.

### GPIB/IEEE-488
ناقل الواجهة للأغراض العامة (GPIB) هو واجهة متوازية بمعيار IEEE-488 (معيار أنشأه معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات) يُستخدم لربط المستشعرات والأدوات القابلة للبرمجة بجهاز كمبيوتر. GPIB عبارة عن واجهة اتصالات متوازية رقمية 8-بت قادرة على تحقيق نقل بيانات يزيد عن 8 ميجابايت/ثانية. يسمح بتوصيل ما يصل إلى 14 أداة بشكل تسلسلي (daisy-chaining) بوحدة تحكم النظام باستخدام موصل 24-بناً. وهي واحدة من أكثر واجهات الإدخال/الإخراج شيوعاً في الأدوات ومصممة خصيصاً لتطبيقات التحكم في الأدوات. وحدت مواصفات IEEE-488 هذا الناقل وحددت مواصفاته الكهربائية والميكانيكية والوظيفية، كما حددت قواعد الاتصال البرمجية الأساسية الخاصة به. يعمل GPIB بشكل أفضل للتطبيقات في البيئات الصناعية التي تتطلب اتصالاً قوياً للتحكم في الأدوات.

تم تطوير معيار GPIB الأصلي في أواخر الستينيات بواسطة هيوليت-باكارد لتوصيل والتحكم في الأدوات القابلة للبرمجة التي تصنعها الشركة. أدى إدخال وحدات التحكم الرقمية ومعدات الاختبار القابلة للبرمجة إلى خلق حاجة لواجهة قياسية عالية السرعة للاتصال بين الأدوات ووحدات التحكم من مختلف البائعين. في عام 1975، نشر IEEE معيار ANSI/IEEE 488–1975، وهو الواجهة الرقمية القياسية للأجهزة القابلة للبرمجة، والذي احتوى على المواصفات الكهربائية والميكانيكية والوظيفية لنظام التوصيل البيني. تم تنقيح هذا المعيار لاحقاً في عام 1978 (IEEE-488.1) و1990 (IEEE-488.2). تتضمن مواصفات IEEE 488.2 الأوامر القياسية للأجهزة القابلة للبرمجة (SCPI)، والتي تحدد أوامر محددة يجب أن تلتزم بها كل فئة من الأدوات. تضمن SCPI التوافق وقابلية التكوين بين هذه الأدوات.

لطالما كان ناقل IEEE-488 شائعاً لأنه سهل الاستخدام ويستفيد من مجموعة كبيرة من الأدوات والمحفزات القابلة للبرمجة. ومع ذلك، فإن الأنظمة الكبيرة لها القيود التالية:

* **سعة تفرع المشغل (Driver fanout):** تحد النظام بـ 14 جهازاً بالإضافة إلى وحدة تحكم.
* **طول الكابل:** يحد المسافة بين وحدة التحكم والجهاز بمترين لكل جهاز أو 20 متراً إجمالاً، أيهما أقل. يفرض هذا مشاكل في النقل على الأنظمة المنتشرة في الغرفة أو الأنظمة التي تتطلب قياسات عن بعد.
* **العناوين الأولية:** تحد النظام بـ 30 جهازاً بعناوين أولية. نادراً ما تستخدم الأدوات الحديثة عناوين ثانوية، لذا يضع هذا حداً بـ 30 جهازاً لحجم النظام.

### امتدادات الشبكة المحلية للأجهزة (LXI)
يحدد معيار امتدادات الشبكة المحلية للأجهزة (LXI) بروتوكولات الاتصال للأجهزة وأنظمة جمع البيانات باستخدام الإيثرنت. تعتمد هذه الأنظمة على أدوات معيارية صغيرة، تستخدم شبكة محلية (Ethernet) منخفضة التكلفة وذات معايير مفتوحة. توفر الأدوات المتوافقة مع LXI مزايا الحجم والتكامل للأدوات المعيارية دون قيود التكلفة وعامل الشكل لهندسة أقفاص البطاقات. من خلال استخدام اتصالات الإيثرنت، يسمح معيار LXI بالتغليف المرن، والإدخال/الإخراج عالي السرعة، والاستخدام الموحد لاتصال الشبكة المحلية في مجموعة واسعة من التطبيقات التجارية والصناعية والفضائية والعسكرية. تتضمن كل أداة متوافقة مع LXI محرك أداة افتراضية قابلة للتبديل (IVI) لتبسيط الاتصال مع الأدوات غير التابعة لـ LXI، بحيث يمكن للأجهزة المتوافقة مع LXI الاتصال بالأجهزة التي ليست هي نفسها متوافقة مع LXI (أي الأدوات التي تستخدم GPIB، VXI، PXI، وما إلى ذلك). هذا يبسط بناء وتشغيل التكوينات الهجينة من الأدوات.

تستخدم أدوات LXI أحياناً البرمجة النصية (Scripting) باستخدام معالجات نصوص اختبار مدمجة لتكوين تطبيقات الاختبار والقياس. توفر الأدوات القائمة على النصوص مرونة معمارية، وأداءً محسناً، وتكلفة أقل للعديد من التطبيقات. تعزز البرمجة النصية فوائد أدوات LXI، ويقدم LXI ميزات تمكن وتعزز البرمجة النصية. على الرغم من أن معايير LXI الحالية للأجهزة لا تتطلب أن تكون الأدوات قابلة للبرمجة أو تنفذ البرمجة النصية، فإن العديد من الميزات في مواصفات LXI تتوقع الأدوات القابلة للبرمجة وتوفر وظائف مفيدة تعزز قدرات البرمجة النصية على الأدوات المتوافقة مع LXI.

### امتدادات VME للأجهزة (VXI)
تعد امتدادات VME للأجهزة (VXI) معياراً كهربائياً وميكانيكياً يُستخدم بشكل أساسي مع معدات الاختبار الآلي (ATE). يسمح VXI للمعدات من بائعين مختلفين بالعمل معاً في بيئة تحكم وتغليف مشتركة. VPX (المعروف أيضاً باسم VITA 46) هو معيار ANSI يعتمد على ناقل VME مع دعم للنسيج المبدل (switched fabric) باستخدام موصل عالي السرعة. يجمع VXI بين مواصفات ناقل VME وميزات من ناقل الواجهة للأغراض العامة (GPIB) لتلبية احتياجات تطبيقات الأجهزة. قد تتوفر أيضاً تقنيات أخرى لوحدات تحكم ومعالجات VME وVPX وVXI.

يتطلب اختيار واجهات ومحولات ناقل VME وVPX وVXI تحليلاً للتقنيات المتاحة. يستخدم ناقل VME الأصلي (VMEbus) بطاقات يورو (Eurocards)، وهي لوحات دوائر قوية توفر قابساً بـ 96-بناً بدلاً من موصل الحافة من أجل المتانة. VME64 هو إصدار موسع من ناقل VME يوفر نقل بيانات وعنونة 64-بت. تشمل ميزات VME64 عمليات نقل البيانات غير المتزامنة، ونطاق عنونة بين 16 و40 بت، وعرض مسار بيانات بين 8 و64 بت، وعرض نطاق ترددي يبلغ 80 ميجابت/ثانية. VME64 الموسع (VME64x) هو نسخة محسنة من ناقل VME الأصلي يتميز بعائلة موصلات 160-بناً، ودبابيس إمداد طاقة 3.3 فولت، وعرض نطاق ترددي يصل إلى 160 ميجابت/ثانية، ومقابض قفل للحاقن/الطارح، وقدرة التبديل الساخن (hot swap). ينقل VME160 البيانات بسرعة 160 ميجابت/ثانية. ينقل VME320 البيانات بمعدل 320 ميجابت/ثانية. يجمع VXI بين مواصفات ناقل VME وميزات من ناقل الواجهة للأغراض العامة (GPIB) لتلبية احتياجات تطبيقات الأجهزة. تتوفر أيضاً واجهات ومحولات ناقل VME وVPX وVXI لتطبيقات VPX.

### امتدادات PCI للأجهزة (PXI)
امتدادات PCI للأجهزة (PXI)، هو ناقل طرفي متخصص لأنظمة جمع البيانات والتحكم في الوقت الفعلي. تم طرح PXI في عام 1997، ويستخدم عوامل الشكل CompactPCI 3U و6U ويضيف خطوط انطلاق (trigger lines)، وناقلاً محلياً، ووظائف أخرى مناسبة لتطبيقات القياس. يتم تطوير مواصفات أجهزة وبرامج PXI وصيانتها بواسطة تحالف أنظمة PXI. تنتج أكثر من 50 شركة مصنعة حول العالم أجهزة PXI.

### الناقل التسلسلي العام (USB)
يربط الناقل التسلسلي العام (USB) الأجهزة الطرفية، مثل لوحات المفاتيح والفئران، بأجهزة الكمبيوتر. USB هو ناقل التوصيل والتشغيل (Plug and Play) يمكنه التعامل مع ما يصل إلى 127 جهازاً على منفذ واحد، وله سرعة نقل نظرية قصوى تبلغ 480 ميجابت/ثانية (USB عالي السرعة المحدد بواسطة مواصفات USB 2.0). نظراً لأن منافذ USB هي ميزات قياسية لأجهزة الكمبيوتر، فهي تطور طبيعي لتكنولوجيا المنفذ التسلسلي التقليدية. ومع ذلك، لا يتم استخدامه على نطاق واسع في بناء أنظمة الاختبار والقياس الصناعية لعدة أسباب (على سبيل المثال، نادراً ما تكون كابلات USB من الدرجة الصناعية، وهي حساسة للضوضاء، وليست مثبتة بشكل إيجابي ولذلك يسهل فصلها، والمسافة القصوى بين وحدة التحكم والجهاز محدودة ببضعة أمتار). مثل بعض الاتصالات الأخرى، يُستخدم USB بشكل أساسي للتطبيقات في المختبرات التي لا تتطلب اتصال ناقل قوياً ومتيناً.

### RS-232
RS-232 هي مواصفات للاتصال التسلسلي شائعة في الأدوات التحليلية والعلمية، وكذلك للتحكم في الأجهزة الطرفية مثل الطابعات. على عكس GPIB، مع واجهة RS-232، من الممكن توصيل والتحكم في جهاز واحد فقط في كل مرة. تعد RS-232 أيضاً واجهة بطيئة نسبياً بمعدلات بيانات نموذجية تقل عن 20 كيلوبايت/ثانية. تعد RS-232 هي الأنسب للتطبيقات المختبرية المتوافقة مع اتصال أبطأ وأقل متانة.

### معالجات نصوص الاختبار وناقل توسيع القنوات
تستخدم واحدة من أحدث منصات أنظمة الاختبار التي تم تطويرها أجهزة مزودة بمعالجات نصوص اختبار (test script processors) مدمجة مقترنة بناقل عالي السرعة. في هذا النهج، تقوم أداة "رئيسية" واحدة بتشغيل نص اختبار (برنامج صغير) يتحكم في تشغيل مختلف الأدوات "التابعة" في نظام الاختبار، والتي ترتبط بها عبر مزامنة انطلاق عالية السرعة قائمة على الشبكة المحلية (LAN) وناقل اتصال بين الوحدات. البرمجة النصية هي كتابة برامج بلغة برمجة نصية لتنسيق تسلسل من الإجراءات.

تم تحسين هذا النهج لعمليات نقل الرسائل الصغيرة التي تميز تطبيقات الاختبار والقياس. مع القليل جداً من عبء الشبكة ومعدل بيانات 100 ميجابت/ثانية، فهو أسرع بكثير من GPIB و 100BaseT Ethernet في التطبيقات الحقيقية.

ميزة هذه المنصة هي أن جميع الأدوات المتصلة تتصرف كنظام واحد متعدد القنوات متكامل بإحكام، بحيث يمكن للمستخدمين توسيع نطاق نظام الاختبار الخاص بهم ليناسب عدد القنوات المطلوب بفعالية من حيث التكلفة. يمكن للنظام الذي تم تكوينه على هذا النوع من المنصات أن يقف بمفرده كحل كامل للقياس والأتمتة، حيث تتحكم الوحدة الرئيسية في المصادر، والقياس، وقرارات النجاح/الفشل، والتحكم في تدفق تسلسل الاختبار، والتصنيف (binning)، ومعالج المكونات أو المجس. يعني الدعم لخطوط الانطلاق المخصصة أن العمليات المتزامنة بين أدوات متعددة مجهزة بمعالجات نصوص اختبار مدمجة ومرتبطة بواسطة هذا الناقل عالي السرعة يمكن تحقيقها دون الحاجة إلى توصيلات انطلاق إضافية.

## تبديل معدات الاختبار
تسمح إضافة نظام تبديل (Switching system) عالي السرعة إلى تكوين نظام الاختبار بإجراء اختبار أسرع وأكثر فعالية من حيث التكلفة لأجهزة متعددة، وهو مصمم لتقليل كل من أخطاء الاختبار والتكاليف. يتطلب تصميم تكوين التبديل لنظام الاختبار فهماً للإشارات التي سيتم تبديلها والاختبارات التي سيتم إجراؤها، بالإضافة إلى عوامل شكل أجهزة التبديل المتاحة.

## انظر أيضًا
* قائمة أجهزة القياس الكهربائية والإلكترونية
* سحب الحمل (Load pull)، مصطلح عام يطلق على عملية تغيير الممانعة المقدمة لجهاز قيد الاختبار بشكل منهجي.

## المراجع

## روابط خارجية
* اتحاد LXI
* معيار NIST 1588
* ICS Electronics. “GPIB 101A Tutorial About the GPIB Bus.”, Retrieved December 29, 2009.
* مسرد مصطلحات الاختبار
* شركة United Testing Systems Inc.

تصنيف:أجهزة قياس إلكترونية