전력선 모뎀을 만들고 나면 과연 이 모뎀이 정상적인 성능을 내고 있는지 궁금해지게 됩니다.
이에 애쉴론은 개발된 모뎀이 정상적으로 동작하는지에 대한 테스트 가이드라인을 제공하고 있습니다. 이를 위해 PLCA-22 계측기와 몇몇 부가 부품들이 필요하게 됩니다.
아래 내용은 PL31xx 매뉴얼 7장의 Communication Performance Verification 문서를 요약 번역한 것입니다.
http://www.echelon.com/assets/bltf61daa59060f0150/005-0193-01C_PL_Data_Book.pdf
1. 테스트 환경 설정
1.1 기본 환경
아래의 그림과 같이, isolator 와 여기에 멀티탭을 연결하도록 합니다.
[기본 환경]
1.2 isolator 회로
- isolator 는 다음의 A 타입과 B 타입 중의 하나를 선택하여 제작할 수 있습니다. B 타입의 isolator 가 보다 필터링을 보강한 회로이며, 전원 노이즈가 많지 않은 LAB 환경에서는 A 타입의 isolator 도 무방합니다.
- 라인 임피던스는 50ohm 으로 설계되어 있습니다. 이는 7장 퍼포먼스 테스트 환경 및 계측기 스펙, 판정 기준등이 50ohm 시스템 기반의 수치로 되어 있기 때문입니다
- 트랜스 용량은 UUT (Unit Under Test) 의 최대 출력을 고려하여 제작해야 합니다.
[A 타입 isolator – 7장 매뉴얼 타입]
[B 타입 isolator – 3차 필터 보강 타입]
1.3 5Ohm LOAD 회로
- Test #4 인 “송신 퍼포먼스(Transmit performance verification)” 테스트에 사용하게 됩니다.
[5Ohm LOAD 회로]
1.4 임피던스(Impedence) 회로
- PLCA-22 계측장비의 출력쪽 임피던스를 높이는 효과를 주어서, UUT 의 receive impedence 민감도를 테스트할 수 있습니다.
- Test #3 의 “과부하 테스트 (Excessive Loading Verification)” 에 사용됩니다.
[임피던스 회로]
1.5 감쇄(Attenuation) 회로
- 채널에 약 60dB 정도의 감쇄를 줄 수 있는 회로입니다.
- Test #5 의 “수신 민감도 테스트 (Receive sensitivity Verification)”에 사용됩니다.
[감쇄 회로]
2. 테스트 항목 설명
2.1 결과표 작성 방법
- PL31xx 매뉴얼의 7-20 페이지의 테이블 7.1 의 양식을 활용하게 됩니다. 양식은 아래와 같습니다.
[테스트 결과 기록 양식]
2.2 Test #1 : 테스트 환경 점검 (Test-setup verification)
- 앞의 처음 그림인 테스트 환경에서 PLCA-22 계측장비를 연결하였을 때, LED 에 불이 켜지지 않는지 – 즉, isolator 가 충분한 절연 상태를 유지하는지를 점검해야 합니다. LED에 불이 들어온다면 충분히 외부 노이즈를 차단하고 있지 못하다고 판단되기 때문입니다.
- PLCA-22 는 C-Band, 1Amp, CENELEC protocol 은 Off, 그리고 데이터 바이트 수는 13byte 로 미리 설정하여 테스트를 진행합니다.
- 먼저 테스트에 앞서 아래 양식 부분의 정보를 기록합니다. 이는 누가 어떤 환경에서 테스트 했다는 조건들을 기입하는 것입니다.
[장비 스펙 작성]
- UUT 는 자동으로 메시지(패킷)를 내보내지 않아야 합니다. UUT가 보내는 의도하지 않은 패킷이 테스트에 영향을 줄 수 있기 때문입니다.
2.3 Test #2 : 출력 노이즈 테스트 (Unintentional Output Noise Verification)
- UUT 스스로가 파워라인 채널에 부가적인 노이즈를 주는지에 대한 여부를 테스트하기 위함입니다. 모뎀 스스로가 채널에 노이즈 영향을 주면 안되기 때문에 진행하는 테스트입니다.
- 아래와 같이 UUT 를 연결하고 PLCA-22 의 LED 를 수분간 관찰하게 됩니다.
[출력 노이즈 테스트 환경]
- 결과값의 기록
[출력 노이즈 테스트 결과 기록]
- 판정 기준
Primary 이건 Secondary 이건, -72DB LED 는 solid (ON 이 지속되는 상태) 여서는 안됨.
Primary 이건 Secondary 이건, -66DB LED 가 Flashing (ON/OFF 반복)되어서는 안됨.
1분에 1회 이상 Packet Detect LED 에 불이 들어와서는 안됨.
- 오류의 원인
UUT 의 하드웨어상의 결함 , 만일 on-board SMPS 를 사용하는 경우는 매뉴얼 5장의 Power Supply 스펙에 맞는 SMPS 인지 확인합니다.
Isolator 가 제대로 제작되지 않아서 외부의 패킷이나 노이즈가 영향을 주는 경우가 있을 수 있습니다
2.4 Test #3 : 과부하 테스트 (Excessive Loading Verification)
- UUT 의 수신 모드 임피던스가 약 100ohm 이상인지를 확인하는 시험입니다.
- 테스트 방법
아래와 같이 UUT 와 PLCA-22 를 연결합니다.
앞서 제공한 임피던스 회로를 송신 모드의 PLCA-22 에 연결합니다.
송신 모드의 PLCA-22 의 전원은 반드시 외부 전원을 사용해야 하고, 애쉴론의 L-N 커플러를 사용하여 임피던스 회로를 연결합니다. (또한 PLCA-22 의 커플링 회로는 External 로 설정합니다.) 외부 전원을 사용하는 이유는 혹 송신 계측기가 External coupler로 설정이 되어 있다라도 우회경로를 통해 AC라인을 통해 영향을 줄 수 있기 때문입니다. 정확한 테스트를 위해 라인을 분리하기 위한 목적입니다.
송수신 PLCA-22 모두 UnAckPri 를 설정합니다. (이 테스트는 Primary 채널에 대해서만 실시)
송신 PLCA-22 의 레벨을 10Vpp 로 하고, 감쇄(Attenuation) 는 0dB 로 설정.
송신 PLCA-22 가 9999k 개의 패킷을 계속 보내도록 합니다.
수신 LED 를 관찰합니다.
[과부하 테스트 환경]
- 결과값의 기록
[과부하 테스트 결과 기록]
- 판정 기준
UUT 를 연결하지 않은 상태에서, 수신 PLCA-22 의 –3dB LED 는 반드시 켜져 있어야 하고, 0dB LED 는 flashing 해도 안해도 됩니다. (만일, 초기 LED 상태가 이렇지 않다면, 절연 상태에 오류가 있는 것이니 점검하여야 합니다.)
UUT 를 연결한 상태에서, -3dB LED 는 flashing 또는 solid하게 켜져 있어야 한다. 만일 –3dB LED 에 불이 들어오지 않는다면, 해당 UUT 의 입력 임피던스가 지극히 낮다는 증거가 될 수 있습니다.
- 오류의 원인
UUT 의 입력 임피던스를 높여줄 수 있도록 회로를 점검해야 합니다.
2.5 Test #4 : 송신 퍼포먼스 테스트 (Transmit Performance Verification)
- UUT 가 패킷 송신함에 있어서 낮은 임피던스 로드를 부가할 수 있도록 충분히 낮은 임피던스인지를 점검합니다.
- 테스트 방법
아래의 그림과 같이 PLCA-22 와 UUT 를 연결합니다.
PLCA-22 건 UUT 건 채널에 패킷을 내보내지 않아야 합니다.
앞서 얘기한 부가회로인 5Ohm LOAD 장치를 사용합니다.
UUT 의 서비스 핀을 눌러서, PLCA-22 에 기록되는 LED 값을 관찰합니다.
[송신 퍼포먼스 테스트 환경]
- 결과값의 기록
[송수신 퍼포먼스 테스트 결과 기록]
- 판정 기준
10회 테스트 기준으로 0dB LED 가 6회 이상 들어와야 통과기준에 만족합니다.
- 오류의 원인
커플링 회로의 송신단 패스 (transmit path) 를 점검해야 합니다.
송신 증폭단 (transmit amplifier) 과 전원 소스 사이에 시리즈 임피던스가 잘못 부가되지 않았는지 확인합니다.
커플링 회로의 L2/L102 값이 너무 크지는 않은지 확인합니다.
UUT 가 너무 큰 시리즈 저항을 갖는 저전류 퓨즈를 사용하지는 않은지 확인합니다. (VA 값이 부적절하지는 않은지..)
2.6 Test #5 : 수신 민감도 테스트 (Receive Sensitivity Verification)
- 극한 상황에서 UUT 가 받을 수 있는 정상 패킷이 어느 정도의 수준인지를 확인하는 테스트입니다. 일부러 신호 크기를 작게 보내어 그래도 UUT가 수신을 하고 있는지 보기 위합입니다.
- 테스트 방법
UUT 의 상태 버퍼를 읽을 수 있는 소프트웨어 (NodeUtil) 와 이를 사용할 수 있는 PC 및 인터페이스 (U-20 USB Interface) 를 준비합니다.
NodeUtil 소프트웨어는 애쉴론 다운로드 사이트에서 받을 수 있습니다. NodeUtil 을 연결하여 UUT 의 노드 상태를 볼 수 있는 화면을 준비합니다.
아래와 같은 구성으로 연결하면 됩니다만, 송신 PLCA-22 및 PC 의 전원은 반드시 외부 전원이어야 하고, U-20 USB Interface 는 내부 전원에 연결하면 됩니다. (그림에서 PC 의 PCLTA-20 과 이에 연결된 Line Coupler 가 USB Interface로 대체된다고 보면 됩니다.) 그림이 이전 자료라 그렇습니다.
앞서 얘기한 감쇄 회로를 사용한다.
송신 PLCA-22 는 아래와 같이 설정합니다.
송신 PLCA-22 의 Start 버튼을 눌러서, 매회 수신 PLCA-22 의 에러율과 NodeUtil 에서 확인한 UUT 의 “packet received by node” 수치를 기록합니다.
(중요) 매회 테스트 (Start 버튼)에 앞서서, 반드시 UUT 의 상태 정보를 clear 한다. 즉 UUT가 받은 패킷을 숫자를 0으로 바꿔 불필요한 패킷이 더해지지 않도록 해야합니다.
[수신 민감도 테스트 환경]
- 결과값의 기록
[수신 민감도 테스트 기록]
- 판정 기준
결과표의 error 율을 만족시키면 됩니다.
감쇄 회로는 60dB 의 역할을 하게 됩니다. 이에 송신 PLCA-22 가 24dB까지 부가적인 감쇄를 줄 수 있으며, 3.5Vpp 시그널 송신이므로, 여기에 6dB 가 더해진 수치가 됩니다. 즉 최대 감쇄가 90dB까지 가능해지게 되는 것입니다. 결과표의 overall attenuation 수치는 실질적인 감쇄율을 표시한 것입니다.
만일, NodeUtil 에 의해서 확인한 UUT 패킷 개수가 1011개 이상인 경우는, 제대로 환경 설정을 하지 않은 경우라고 볼 수 있습니다. 즉, Clear 를 제대로 하지 않았거나, UUT 가 부가적으로 패킷을 송신하는 경우라고 불 수 있습니다.
반드시 90dB 레벨까지 테스트를 마쳐야 합니다. 그래야, 현재의 isolator 환경에서 테스트가 제대로 되었음을 검증할 수 있게 됩니다. 감쇄조건을 84dB를 주었음에도 5%이상의 에러율이 검출되지 않는다면, 패킷 송신이 다른 방식으로 이루어져 있다는걸 의미합니다. 즉, 절연의 효과를 보지 못하고 있음을 의미하는 것입니다. 다른 경로를 통해 패킷들이 전달되고 있다고 볼 수 있으므로 전체적인 테스트환경을 확인해봐야 합니다.
- 오류의 원인
SMPS 를 사용하는 경우, 해당 SMPS 가 5장의 noise mask 를 만족하는지를 먼저 체크를 합니다.
커플링 회로의 값이 매뉴얼의 4장에서 제안한 값과 같은지 확인합니다.
Test#2 출력 노이즈 테스트 및 Test#3 과부하 테스트를 다시 해봅니다.
지금까지 PL모뎀을 만들고 디바이스 성능검증하는 방법을 알아 보았습니다.
위 테스트를 모두 통과하면 애쉴론 PL칩이 보증하는 성능을 낼 수 있는 모뎀이 완성되었다고 볼 수 있습니다. 하지만 이 테스트로 확인 할 수 없는 부분이 있을 수도 있습니다. 예를들어 모뎀을 장시간 켰을경우 잘못된 SMPS나 도면에서는 열이나 다양한 요소로 임피던스가 흔들린다던지 하는 이상현상이 발생될 수 있습니다. 애쉴론이 제공하는 PL DSK의 레퍼런스 회로를 전혀 손대지 않고 부품도 가이드에 따라 잘 사용했다면 문제없겠지만 여러 이유로 수정이 이루어 졌다면 애쉴론에서 제공하는 디자인 리뷰 프로그램을 진행하는 것을 추천드립니다.
이는 애쉴론 미국 본사의 엔지니어가 회로도를 분석하여 발생할 수 있는 문제점에 대해 리뷰를 해주게 됩니다.
이상 전력선 통신 모뎀 테스트 방법이였습니다.
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