Apparato automatico di collaudo per fibre ottiche

Asper srl ha sviluppato un sistema di collaudo per valutare e verificare le prestazioni di linee di trasmissione dati costituite da cavi in fibra ottica e dai relativi convertitori di segnale tra rame e fibra ottica.

Per generare i segnali di collaudo con codifica e decodifica Manchester, velocità di trasmissione fino a 2.5 Mbits/s e diversi tipi di payload e in parallelo eseguire l’analisi di integrità dei dati ricevuti, è stato progettato e realizzato un apparato basato su un architettura FPGA in grado di garantire flessibilità, determinismo e rispetto della velocità di trasmissione. La soluzione software integra due differenti modalità di collaudo: prova (test singolo) e procedura (test multiplo).

L’apparato di collaudo

Nell’ambito del processo produttivo Tratos Cavi S.p.A. porta avanti un continuo controllo di qualità che termina nel collaudo finale, da qui nasce l’esigenza per l’azienda di poter sempre collaudare internamente il proprio prodotto.

Per un suo cliente, Tratos Cavi Spa ha avviato la produzione di particolari linee di trasmissione dati costituite da cavi in fibra ottica e dai relativi convertitori di segnale tra rame e fibra ottica. Per tale produzione Tratos Cavi Spa ha progettato un specifico sistema di collaudo per valutare e verificare le prestazioni di trasmissione delle linee. Nella realizzazione di questo sistema Tratos Cavi Spa si è avvalsa della collaborazione di Asper Srl per la progettazione e realizzazione dell’apparato di collaudo.

L’architettura dell’apparato di collaudo prevede due moduli identici cablati ai due capi della linea di trasmissione a fibra ottica sotto test. Uno dei moduli, detto Master, provvede all’invio di opportuni segnali, il secondo modulo, detto Slave, li riceve e risponde dopo un ritardo configurabile.

Su specifica del cliente finale, il protocollo di trasmissione per il collaudo prevede una codifica Manchester del segnale, velocità di trasmissione fino a 2.5 Mbits/s e diversi tipi di dati trasmessi.

In fase di progetto la scelta naturale è stata quella di sviluppare tutta la parte di trasmissione e analisi dei segnali a bordo di un processore Field-Programmable Gate Array (FPGA) per garantire flessibilità, determinismo e rispetto della velocità di trasmissione.

A livello hardware il sistema comprende un’unità di controllo modello PXI di National Instruments® equipaggiata con una scheda di Digital Input e Output (DIO) con autonoma capacità di calcolo basata su processore FPGA, scheda modello NI PXI-7813R. Tre linee digitali, una per il canale RX, una per il canale TX e l’ultima per il senale di enable, sono utilizzate per il Master, analoghe linee sono utilizzate per lo Slave. Le tre linee digitali del Master sono cablate al convertitore da rame a fibra ottica che è a sua volta collegato al cavo in fibra ottica sotto test; all’altro capo del cavo in fibra ottica, questo è collegato ad un analogo convertitore da fibra ottica a rame che è a sua volta cablato alle tre linee digitali dello Slave.

A livello software i due moduli, Master e Slave, sono integrati in un’unica soluzione insieme ad un modulo di supervisione che consente all’utente la configurazione e il controllo del sistema di collaudo e visualizza il rapporto degli errori e le statistiche di trasmissione. Per garantire la possibilità di verificare la trasmissione in ambedue le direzioni, il software integra al suo interno due unità, dette rispettivamente A e B, ognuna delle quali è configurabile come modulo Master o come modulo Slave. Il sistema per funzionare correttamente richiede che un’unità sia configurata come Master e l’altra come Slave, la configurazione è quindi esclusiva.

Figura 1: Particolare del pannello frontale del controller NI PXI-8106 e
del modulo di I/O NI PXI-7813R.

Modulo di supervisione: il modulo di supervisione e controllo mette a disposizione dell’utente una interfaccia grafica per la configurazione ed il controllo della procedura di collaudo e controlla l’esecuzione del test. Le principali funzionalità supportate sono la configurazione della modalità e dei parametri di test, l’avvio e l’arresto dell’esecuzione del test, la visualizzazione della statistica di trasmissione, la possibilità di inserire errori nel pacchetto inviato e la possibilità di salvare su file i risultati della statistica di trasmissione.

Modulo Master: il modulo Master provvede all’invio iterativo di pacchetti di dati ad una velocità costante impostata dall’operatore. Il modulo Master, ricevuto il pacchetto ritrasmesso dal modulo Slave, ne verifica l’integrità (integrità del preambolo, checksum della parola) e aggiorna il rapporto di trasmissione. Il tipo di dato trasmesso, la lunghezza del pacchetto e il tempo di ripetizione dell’invio sono configurabili dall’operatore. In alternativa, il modulo Master può essere configurata per un invio continuo di dati costituito da un singolo preambolo immediatamente seguito da una sequenza continua e ripetitiva di byte.

Modulo Slave: il modulo Slave risponde ad ogni pacchetto di dati ricevuto integro ri-trasmettendo sulla stessa linea, con un ritardo programmabile dall’operatore, dopo che l’ultimo bit del pacchetto è stato rilevato in ricezione. Il modulo Slave, ricevuto il pacchetto dal modulo Master, ne verifica l’integrità (integrità del preambolo, checksum della parola) e aggiorna il rapporto di trasmissione. Il tipo di dato trasmesso, il tempo di ritardo nella ritrasmissione e la lunghezza del pacchetto ritrasmesso sono configurabili dall’operatore. In alternativa, il modulo Slave può essere configurato per non rispondere al pacchetto di dati ricevuto, questa modalità è intesa per operare quando il modulo Master è configurata per un invio continuo di dati.

La soluzione software integra due differenti modalità di collaudo: prova (test singolo) e procedura (test multiplo).

Nella modalità prova, l’operatore può configurare quale delle due unità è Master e quale Slave, come e con quali tempistiche l’unità Master invia i pacchetti, come e con quali tempistiche l’unità Slave risponde e se e quali sono le modalità di arresto condizionale della prova. La prova è avviata manualmente e può essere arrestata manualmente o dopo che è raggiunta una determinata condizione di arresto.

Nella modalità procedura, l’operatore può definire una sequenza di prove (test singolo) che verranno eseguite in modalità automatica. Per ognuna delle prove della procedura l’operatore può configurare tutto quanto previsto per la modalità prova. In più, rispetto alla modalità prova, l’operatore può associare alla singola prova un alias (breve descrizione) che ne permette una immediata identificazione sia in fase di configurazione sia durante l’esecuzione. L’interfaccia grafica permette una semplice gestione della sequenza di prove, con la possibilità di inserirne o appenderne di nuove, duplicarne o cancellarne, e riordinare la sequenza con una intuitiva modalità “drag and drop”.