자동차는 갈수록 복잡해지고 있다. 자동차 제조사들은 고객을 유혹하고 설득할 수 있는 가치를 높이는 데 분투하고 있다. 이는 결국 구매자에게 안전과 편안함 그리고 편의를 제공할 수 있는 차량 내 전자기기에 대한 수요를 높이는 것이다. 전자 콘텐츠가 증가하고 이들을 하나의 시스템으로 작동시키기 위해 높아지는 복잡도는 전자기기 제조업체에게 테스트 비용에 관한 더 많은 문제를 안겨준다. 이 애플리케이션 문서에서 분명한 도전 과제 하나는 디바이스 당 테스트 시간과 관련된 처리량을 최대화하는 것이다. 또 다른 주요 도전 과제는 차량의 시스템을 절대 손상시키지 않는 최적의 테스트 커버리지를 정하는 것이다. 이상적인 목표는 테스트 시간이 가장 빠르고 시스템 비용이 가장 적게 드는 최적의 테스트 커버리지를 정하는 것이다.
기존의 기능 테스트 방법에서는 대부분 테스트 시간과 테스트 커버리지 모두를 상호 배타적이게 한다는 점이 분명해졌다. 마찬가지로 각 구성요소는 시스템 비용에 대해 상호 배타적일 수 있으며, 이는 기존의 테스트 방법과 하드웨어에서 이상적인 목표를 불가능해 보이도록 한다.  
 
 

기능 테스트 계획의 전압 측정에 대해 살펴보자. 기존의 테스트 시스템은 일반적으로 한 대의 디지털 멀티미터(DMM)에 제한돼 있으며, 복잡한 매트릭스를 이용해 ECU의 핀을 전환하고 측정하도록 연속 조치로 만든다. 그러나 일부 단일 테스트 및 일련의 조건에서는 측정하고 검증돼야 하는 다수의 핀이 존재할 것이다. 테스트 시스템에서 한 번에 모두를 측정할 수 있다면 테스트 시간은 분명 대폭 개선될 것이다.
규격품 디지타이저는 테스트에서 수행할 수 있는 병렬 측정 수 증가에 대한 대안을 제시하지만, 정해진 애플리케이션 전압 범위에 대해 전압을 병렬로 측정할 수 있도록 디지타이저를 구체적으로 설계하지 않았기 때문에 채널 대안 당 비용이 높다.
병렬 전압 측정은 테스트 커버리지 최대화와 관련한 잠재성도 갖고 있다. ECU의 실제 구현은 실시간으로 작동한다. 반면, 제조를 위한 기능 테스트 계획은 순차적으로 작성돼 한 번에 하나의 테스트 케이스가 실행된다. 각 테스트 케이스 동안 테스트 시스템은 ECU의 다른 섹션이나 핀의 상황을 알지 못한다. 지켜보지 않은 핀에서 발생하는 바람직하지 않은 작동(예: 크로스토크로 인한 전압 스파이크)은 생산 과정에서 감지되지 않고 차량의 최종 조립 과정에서 종료된다. 이 글에서는 이러한 잠재 오류를 ‘Maverick’으로 칭한다.
이 애플리케이션 문서에는 아래와 같은 내용이 있다.

- 기존 테스트 방법의 일반적 테스트 시스템 구성을 검토한 후 이를 병렬 테스트 방법 및 M9216A 멀티 채널 HV-DAQ(High Voltage Digital Acquisition) 모듈을 사용한 구현과 비교한다.
- Maverick에 대한 테스트를 포함해 M9216A를 구현해서 폴트 커버리지를 개선하는 방법에 대한 개념을 제시한다.

기존의 테스트 방법론
제조과정 동안 각 장치의 모든 입출력(I/O) 신호가 사양에 따라 작동되는지 테스트한다. 자동차 전조등을 제어하는 BCM(Body Control Module)의 예를 살펴보자. BCM의 출력은 서로 다른 신호로 상향 또는 하향등, 좌측 또는 우측등 그리고 안개등과 같이 서로 다른 전조등 설정을 통제하며 이들 모두는 사양에 대한 적합성을 개별적으로 테스트해야 한다.



하향등 설정에 대한 특정 테스트는 하향등에 대한 출력 신호가 ON 상태인지 OFF 상태인지는 테스트하지만 상향등이나 안개등과 같은 다른 출력은 테스트하지 않는다. 마찬가지로 상향등 설정 테스트의 경우 상향등 출력 신호는 테스트하지만 하향등이나 안개등은 하지 않는다.
기존의 테스트 계획에 사용된 일반적인 테스트 시스템에서는 그림 1에서 묘사하는 것과 같이 스위칭 매트릭스를 사용해 테스트 시스템에 있는 디지털 멀티미터(DMM)로 신호를 전송한다. DMM이 하나인 경우 한 번에 하나의 출력만을 테스트할 수 있으며, 그 후 테스트를 위해 다음 출력을 DMM으로 전환하는 방식이다.
하향등 신호만 켜도록 지시할 때 ECU에서 상향등과 하향등 신호 모두가 ON인 경우, 기존의 테스트 시스템에서는 두 가지 이유로 인해 Maverick 오류를 포착할 수 없다. 첫 번째 이유는 단일 DMM 하드웨어 구성이며, 두 번째 이유는 원래의 테스트 사양에서는 일반적으로 Maverick에 대해 그와 같은 검사가 필요하지 않기 때문이다.

잠재 오류 시나리오
먼저, 차량 전조등을 관리하는 BCM의 이전 예제에서 발생할 수 있는 다양한 오류 시나리오를 살펴보자. 그림 2는 왼쪽에서 오른쪽으로 4개의 서로 다른 오류 시나리오를 나타낸다. 4개의 시나리오 모두는 입력 신호가 전환되면 “하향등 좌측등”을 ON과 OFF 상태 둘 다에 대해 테스트한다. 하향등 좌측등 핀이 OFF에서 ON으로 바뀔 때 발생할 수 있는 잠재적 시나리오는 아래와 같다.

(a) 정상적 상태 유지
(b) 상향등 좌측등 핀이 하향등 좌측등 핀과 누전
(c) 상향등 좌측등 신호가 잠깐 동안 트리거됨
(d) 상향등 좌측등 핀에 크로스토크 발생

이전 섹션에서 설명한 대로 단일 DMM(그림 1)의 기존 테스트 시스템 구성을 사용해 각각의 잠재 오류 시나리오에 있는 문제점에 대해 살펴보기로 한다.
그림 2 (a)는 전조등 BCM이 표시할 것으로 예상되는 정상 상태를 보여준다. 따라서 그림 2 (a)는 ‘통제’ 시나리오 또는 입력 신호가 전환될 때마다 발생하는 상태로 본다. 그림 2 (b)는 “하향등 좌측등”과 “상향등 좌측등” 사이에 누전이 발생할 때의 출력 동작을 보여준다. “상향등 좌측등”은 “하향등 좌측등”의 신호를 따른다는 점에 주의한다. 기타 신호는 OFF 상태를 올바르게 나타내고 있다. 그림 2 (c)는 “하향등 좌측등” 전환 시 “상향등 좌측등” 출력에 스파이크가 있음을 나타낸다.
DMM을 사용하는 기존의 테스트 구성으로는 이러한 스파이크를 포착할 수 없는데, DMM 해결책은 펄스 폭이 작은 스파이크를 포착할 수 없기 때문이다. 이러한 스파이크가 엔진 타이밍 회로에 나타나면 피스톤 압력이 너무 늦게 트리거 돼 엔진 블록에 중대한 피해를 줄 수 있다. 그림 2 (d)는 “하향등 좌측등”과 “상향등 좌측등” 출력 사이에 크로스토크가 발생하는 상황을 보여준다.
이는 최신 ECU의 크기 감소로 인한 결과일 수 있으며, 인접한 출력은 서로 근접해서 매우 비슷하다. 크로스토크가 매우 강하고 영향을 받는 출력 신호가 에어백 제어를 위한 신호일 경우 에어백을 잘못 작동해 승객에게 부상을 입힐 수 있다. DMM의 일반적인 기능들은 이러한 크로스토크 신호를 감지하지 못할 수도 있다. 위 내용에서 기존의 테스트 방법론에 단일 DMM을 사용하면 존재하는 잠재 오류 시나리오를 감지하지 못할 수도 있음이 분명하다.
조사를 진행하기 위해 기존의 테스트 방법론을 포기하고 이러한 잠재 오류 시나리오를 감지하기 위한 새로운 테스트 전략을 채택한다고 가정한다. 앞서 다룬 바와 같이 더 높은 커버리지는 항상 일반적으로 테스트 시간을 소비하게 된다. 다음은 다중 시스템 구성의 테스트 시간에 대한 문제에 대해 살펴보고 아래와 같은 신규 테스트 전략의 추가 요구사항에 대해 소개한다. 

- 단일 DMM을 사용한 순차 측정
- 단일 디지타이저를 사용한 병렬 측정
- 다중 디지타이저를 사용한 병렬 측정
- M9216A HV-DAQ6를 사용한 병렬 측정



순차 측정
위에서 다룬 기존의 방법은 설정이 하나밖에 정해지지 않은 경우 두 신호가 동시에 출력되지 않을 것이라는 가능성을 간과하고 있다. 이에 대한 해결책은 하향등, 좌측등 출력 핀을 테스트하는 동안 관련된 DUT 입력을 모두 모니터하는 것이다. 이러한 상황을 바로잡기 위해서는 서로 다른 모든 출력을 각 설정에 대해 검사해야 한다. 현재의 방법으로는 각 출력을 하나씩 측정해야 하므로, 각 설정을 테스트하는 데 필요한 테스트 시간은 테스트하는 출력 수의 배수가 돼, 검사 시간이 전체적으로 크게 늘어난다. 그림 3을 참조한다.

스캐닝 유형의 측정
한 가지 대안은 고속 디지타이저를 사용하여 상향등 좌측등 출력 핀을 측정한 후 관련 출력 핀을 모두 샘플링하는 것이다. 그림 4는 이러한 대안을 나타낸다.
이 솔루션에는 다음과 같은 장점이 있다. 단일 디지타이저가 필요하기 때문에 기능 테스트 설정을 더 간단하게 할 수 있어서 자본투자 비용, 유지비 및 지원 비용이 적게 든다. 그러나 이 방법에는 제한 사항이 있으며 보다 자세히 살펴봐야 한다.
BCM 예제에서 해당 애플리케이션과 관련된 6개의 출력 핀이 있으며, 디지타이저를 초기화하고 측정한 후 다음 출력 핀으로 전환하는 데 소요되는 시간을 3 ms로 가정한다. 표 1은 출력 핀의 표현을 나타낸다.
총 소요 시간은 모든 출력 핀을 테스트하는 하나의 주기에 대해 18 ms이다. 출력 Pin 1 테스트 기간 동안 스파이크가 있었던 그림 2 (c)에서 디지타이저는 t = 3 ms인 동안 출력 Pin 3에서 발생한 오류를 포착할 수 없게 된다.

병렬 측정
병렬 측정은 커버리지를 늘리고 원래의 테스트 시간을 유지하는 또 하나의 방법이다. 그림 5를 보면, 단일 노드를 초기화하고 측정하는 대신 현재 6개의 노드를 초기화하고 있으며 5개의 미검사 핀을 모니터한다. 이 솔루션에는 아래와 같은 장점이 있다.
- 커버리지 개선
- 테스트 처리량 개선

그림 2 (c)의 동일한 예를 살펴보면, t = 3 ms인 동안 Pin 3도 해당 시간 동안 모니터 되므로 Pin 3에 발생하는 변종 스파이크가 포착된다. 또한, 이 솔루션에서 전압 측정 처리량은 최대 83%까지 향상된다(6개의 핀을 측정하는 데 소요되는 시간이 그림 4에서는 18 ms인 것에 반해 3 ms가 됨).



그러나 이를 달성하기 위해서는 테스트에 다중 디지타이저를 구성해야 측정을 병렬로 수행하도록 트리거할 수 있다. 비용은 병렬로 테스트되는 출력 수의 배수가 돼 전체 테스트 시스템 비용이 막대하게 늘어나게 된다. 그림 5는 이를 표현한 것이다. 이러한 이유로 이 방법은 대중적이지 못하다.

데이터 수집 장치(DAU)
최적의 대안은 아날로그-디지털 변환기(ADC) 역할을 하도록 하나의 장비만을 이용하는 솔루션을 구현하는 것으로, 여러 개의 직접적 채널 측정이 가능한 디지타이저와 유사하다. 자동차의 ECU 테스트를 위해 갖춰야 할 또 다른 기준은 신호 조절 회로 없이 ADC에서 100 V까지 입력 전압을 지원할 수 있게 하는 것이다. 애질런트의 M9216A 다중 채널 HV-DAQ(High Voltage Digital Acquisition module)는 이러한 솔루션에 들어맞는다. HV-DAQ에는 동시에 채널 측정이 가능한 총 32개의 측정 채널이 있다. 또한 각 입력 채널은 최대 100 V까지 입력 전압을 지원할 수
있다.
그림 6은 이를 표현한 것이다. 그림 2 (c)의 예를 다시 살펴보면, 전반적인 출력 측정 테스트처리량이 향상됨과 동시에, 이제 Pin 1~6의 필수 커버리지를 달성하는데 하나의 HV-DAQ만 있으면 된다.

모니터링의 중요성
위의 예에서 간략하게 언급한 바와 같이 주요 예제가 차량의 전조등 시스템 테스트를 설명하고 있으나, 이와 유사한 테스트 커버리지 갭의 가능성은 자동차의 기타 ECU 테스트 중에도 발생할 수 있다. 여기에는 에어백 제어, 잠김 방지 브레이크 제어, 파워트레인 제어 또는 엔진 제어가 포함된다. ECU에서 더 많은 기능을 수행하도록 하는 자동차의 추세에 따라, ECU가 해당 입력에 맞게 출력을 올바르게 표시하는 것은 물론, 다른 모든 출력까지도 사양에 맞게 작동하도록 정해야 한다. 그래야만 자동차가 예상대로 작동될 것임을 확인시켜 줄 수 있으며 탑승자의 안전을 보장할 수 있다.
애질런트의 M9216A와 같은 표준 기성품 PXI 기반 HV-DAQ는 처리량을 향상시킴과 동시에, 더 높은 자동차 ECU 커버리지를 향한 자동차의 최신 요구사항을 제조업체가 충족시킬 수 있도록 돕는다. 이 모든 혜택이 적은 테스트 비용으로 제공된다.