Dans un système de test, la commutation est un élément aussi important, voire même plus important diront certains, que peuvent l'être la génération, la numérisation, le conditionnement de signal, etc. L'ensemble des signaux étant routés entre l'unité sous test (UUT) et les différentes ressources composant le système de test, la commutation doit en effet être dimensionnée pour supporter l'ensemble des signaux, aussi bien en génération qu'en mesure. Pour y parvenir,plusieurs éléments sont à prendre en considération par l'utilisateur: savoir s'il s'agit de signaux différentiels ou référencés à la masse ; quelle est la bande passante requise ? Quels sont les tensions et les courants de commutation et de passage ? Quelle est la diaphonie entre voies ?

Dans la majorité des systèmes de test, il n'existe pas une solution de commutation unique, mais plusieurs adaptées aux signaux concernés. On trouve par exemple les courants forts (alimentations…), les tensions élevées (mesure d'isolation, par exemple), les faibles tensions (capteur de température…), les signaux de hautes fréquences (RF, micro-ondes, etc.). La configuration de ces signaux nécessitera par ailleurs une sélection de commutation adaptée : configuration 1 fil, 2 fils ou 4 fils, relais indépendants (SPST, DPST, SPDT…), multiplexeur (1 vers N), matrice (N vers N),relais coaxiaux pour les signaux de hautes fréquences.

Pour répondre à ces différentes contraintes, les utilisateurs ont à leur disposition plusieurs types de cartes de commutation, chacun étant plus ou moins bien approprié selon l'application: les cartes GPIB, les modules aux formats PXI/PXI Express, la commutation LXI, modulaire ou non. Éludons très rapidement le cas de la commutation GPIB (IEEE-488). Comme il s'agit en général de plateformes de commutation anciennes, nous n'allons donc pas nous étendre sur ces solutions, aujourd'hui en voie d'obsolescence.

De par sa taille, la capacité d'une carte PXI est plus limitée que celle d'une carte LXI. Prenons l'exemple de deux designs de cartes de commutation réalisés avec les mêmes relais. Une carte PXI de dimensions 160 x 100 mm intègre une double matrice 4 x 8, soit 64 voies 2 fils, avec une bande passante de 25 MHz et une diaphonie de - 60 dB à 100 kHz. Avec la carte EX1200 (285 x 100 mm) de VTI Instruments, les utilisateurs disposent d'une double matrice 4 x 16, soit 128 voies 2 fils, avec une bande passante de 45 MHz et une diaphonie de - 90 dB à 100 kHz.

Les modules PXI sont limités par leur taille

En ce qui concerne les formats PXI (PCI eXtended for Instrumentation) et PXI Express (PXIe),différentes solutions basées sur ces standards sont aujourd'hui proposées par un certain nombre de fabricants. Dans le cas d'une commutation de petite capacité, des cartes PXI ou PXIe répondent sans problème aux exigences recherchées par les industriels. D'autant que l'offre est très large et couvre la majorité des applications. Bien que les performances aient évolué de manière importante ces dernières années, on s'aperçoit rapidement de certaines limitations, lorsqu'il est nécessaire de disposer d'une commutation de moyenne ou de large capacité, par exemple. De par sa taille, la capacité d'une carte PXI ou PXIe est en effet limitée, et il est difficile de réaliser des cartes ayant une densité importante ou supportant des forts courants ou des tensions élevées. Les utilisateurs doivent alors obligatoirement faire un compromis et ceci, malgré tout, avec des performances pas toujours optimales, notamment en termes de nombre de voies, de bande passante ou de diaphonie.

Prenons l'exemple de deux designs de cartes de commutation réalisés avec les mêmes relais ( voir figure 1 ), un module PXI et la carte LXI EX1200 de l'américainVTI Instruments (groupe Ametek). La carte PXI présente des limitations en termes de nombre de voies et de performances: avec des dimensions de 160 x 100 mm, elle intègre une double matrice 4x8, soit 64 voies 2 fils, avec une bande passante de 25MHz et une diaphonie de - 60dB à 100 kHz. En face, la carte EX1200 (285x100mm) regroupe une double matrice 4x16, soit 128 voies 2 fils, avec une bande passante de 45MHz et une diaphonie de - 90dB à 100kHz. Les différences sont essentiellement dues au peu de place disponible sur la carte électronique pour intégrer les relais de commutation, d'où un espacement entre les pistes très faible, des plans de masse différents.

La diaphonie peut également être dans ce cas un élément important: avec la carte PXI, un signal agresseur de 1V sur les voies adjacentes entraîne 1mV de bruit sur le signal mesuré. Cela peut donc faire perdre 1½ digit sur le multimètre connecté à la carte de commutation, pour un signal mesuré de 10 V. Il ne sert alors à rien d'investir dans un multimètre numérique 6½ digits… Avec la carte EX1200, le bruit est seulement de 31,6µV et n'est donc plus significatif (aucune influence sur la mesure). C'est pourtant un point que presque tout le monde oublie et qui a des conséquences importantes, d'autant qu'il faut prendre en compte la diaphonie sur l'ensemble de la chaîne de mesure.

Avec la plateforme EX1200-SMP (4 emplacements pour des cartes matrice SMP), la réalisation de matrices (très) importantes est simplifiée, dans la mesure où il n'y a plus de câblage supplémentaire entre les cartes. Les liaisons entre ces dernières sont en fait réalisées en fond de panier via un bus analogique 16 lignes. Ce module s'intègre dans un châssis EX1208 ou EX1268 et peut même cohabiter avec tous les autres modules de la série EX1200, fournissant ainsi une solution modulaire complète.

En commutation LXI, on trouve aujourd'hui des matrices et des multiplexeurs haute densité, de la commutation de puissance ou RF, etc. La nécessité d'assurer, en général, le routage de plusieurs signaux de différents types dans un système de test oblige d'intégrer plusieurs systèmes de commutation dédiés avec la commutation LXI.

Une taille non imposée avec le LXI

Intéressons-nous maintenant à la commutation au format LXI (LAN eXtended for Instrumentation). Les premières solutions basées sur ce standard sont apparues il y a quelques années; il s'agit de systèmes de commutation dédiés répondant à un besoin spécifique. On trouve ainsi plusieurs solutions, telles que des matrices haute densité, des multiplexeurs haute densité, de la commutation haute tension, de la commutation de puissance, de la commutation RF et hyperfréquence.Tous ces systèmes affichent en général un niveau de performances élevé ( voir photographie page 46 ). La nécessité d'assurer, en général, le routage de plusieurs signaux de différents types dans un système de test oblige à intégrer plusieurs systèmes de commutation dédiés avec la commuta-tion LXI. Évidemment, la solution définitive constituée de châssis figés n'est pas optimisée pour répondre aux applications faisant intervenir des ressources différentes.

Parmi l'une de ses caractéristiques, le standard LXI n'impose pas de taille pour un produit, à la différence du PXI ou du PXIe; seule l'interface de communication est spécifiée. Il est alors possible de concevoir des produits LXI de différentes tailles, y compris des instruments modulaires, dont la surface d'implantation de composants est beaucoup plus grande que celle disponible avec le PXI. Comme on l'a vu précédemment, les cartes de la série EX1200 de VTI Instruments, qui est basée sur cette approche modulaire avec interface LXI, affichent des dimensions de 285x100mm contre 140x100mm pour la carte PXI, soit environ le double de surface disponible. D'où l'intégration d'un plus grand nombre de voies, mais surtout l'obtention de meilleures performances: une plus grande bande passante, de meilleures diaphonies, des courants plus importants, des tensions plus élevées.

La série EX1200 propose par ailleurs un large choix de cartes de commutation différentes, ainsi que des cartes de génération et de mesure. Entre autres, des cartes relais SPST, une carte fort courant jusqu'à 16A, une carte haute tension jusqu'à 1000V, une carte multiplexeur, une carte matrice, une carte RF, une carte hyperfréquence, un multimètre 6½ digits, un générateur 8 voies isolées… Un autre avantage de la série EX1200 est de disposer, en fond de panier, d'un bus analogique avec 5 lignes, bus permettant entre autres d'interconnecter les cartes de commutation avec le multimètre optionnel intégré.

Dans certains cas, le système de test nécessite des matrices encore plus importantes en nombre de voies. Pour réaliser de telles matrices complexes, les utilisateurs devaient jusque-là combi-ner plusieurs cartes ensemble, ce qui imposait de câbler chaque ligne et chaque colonne entre les différentes cartes par leur face avant. Compte tenu de la densité des connecteurs utilisés, cette opération était délicate à effectuer, sans compter le risque d'abîmer les connecteurs, et le câblage ainsi réalisé dégradait également les performances de manière significative, fragilisant tout le système de test. Avec la nouvelle plateforme EX1200-SMP –à l'origine, il s'agit d'un développement mené pour un industriel français–,VTI Instruments apporte une solution performante et simple à utiliser. Ce module affiche les caractéristiques suivantes : 16 lignes analogiques en fond de panier, 4 emplacements pour des cartes matrice SMP, un choix de cartes ressource 16x8 1 fil ou de cartes matrice 44x8 2 fils, une tension jusqu'à 300V et un courant jusqu'à 2A, une bande passante typique de 20 MHz, la configuration jusqu'à 176x8 pour un module quatre emplacements, voire 704x8 pour un châssis entier ( voir figure 2 ).

Câbler des matrices complexes devient simple

Dans un système de test, la commutation est un élément aussi important que peuvent l'être la génération, la numérisation, le conditionnement de signal, etc. Les utilisateurs ont à leur disposition plusieurs types de carte de commutation, chacun étant plus ou moins bien approprié selon l'application.

La réalisation de matrices (très) importantes est donc simplifiée, dans la mesure où il n'y a plus de câblage supplé-mentaire entre les cartes. Les liaisons entre les cartes sont réalisées en fond de panier via le bus analogique 16 lignes. Ce module s'intègre dans un châssis EX1208 ou EX1268 (avec multimètre numérique) et peut même cohabiter avec tous les autres modules de la série EX1200, fournissant ainsi une solution modulaire complète. Sans être la solution idéale et universelle, la série EX1200, avec le module SMP, permet de répondre aux exigences de commutation dans les systèmes de test, à savoir une matrice de grande taille supportant des tensions et courants importants et pouvant cohabiter avec d'autres types de cartes de commutation, tels que de simples relais, des multiplexeurs, des multiplexeurs RF ou hyperfréquence, des entrées/sorties numériques…