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2-2019

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik Digitizer

Messtechnik Digitizer mit Block-Average für extrem lange und schwache Signale Ein neues „Signal-Averaging”- Paket verändert die Art und Weise, wie Signale erfasst und gemittelt werden können. Die Signalmittelung spielt eine entscheidende Rolle bei Anwendungen, in denen Signaldetails, die in zufälligem Rauschen verborgen sind, extrahiert und analysiert werden müssen. Das neue Paket von Spectrum Instrumentation verwendet SCAPP (Spectrums CUDA Access for Parallel Processing) zusammen mit den neuesten Digitizern des Unternehmens, um die parallele Struktur einer CUDA-Grafikkarte zur Datenbearbeitung nutzbar zu machen. Dabei werden die Daten mithilfe von RDMA-Übertragung (Remote Direct Memory Access) direkt an eine GPU gesendet, wo eine schnelle Zeit- und Frequenzbereichs-Signalmittelung möglich ist und Einschränkungen, die bei anderen Ansätzen auftreten, vermieden werden. Das neue Paket ist für alle Nutzer interessant, die mit schwachen Signalen arbeiten oder bei denen Signaldetails aufgrund von starkem Rauschen verloren gehen. Dazu gehören Anwendungen wie Massenspektrometrie, LIDAR, Radioastronomie, Automation, Radar, Biomedizin, Sonar und viele mehr. Hintergrund Bisher hatten Ingenieure und Wissenschaftler, die eine Signalmittelung durchführen wollten, drei grundlegende Möglichkeiten: Sie konnten zum einen ein digitales Oszilloskop nutzen, das die Signalmittelung beinhaltet. Eine weitere Möglichkeit war die Anschaffung einer Digitizerkarte, wobei die digitalisierten Daten an einen PC gesendet werden und der Host-Prozessor die Berechnungen durchführt. Dritte Möglichkeit war ein spezieller Digitizer, der mit FPGA-Technologie (Field Programmable Netzgeräte mit zwei oder drei Kanälen Gate Array) die Signalmittelung selbst übernimmt. Jedoch haben alle diese drei Techniken gravierende Einschränkungen, wenn die Mittelung für lange Signal durchgeführt werden muss. Digitale Oszilloskope verwenden normalerweise 8-Bit-ADCs, was ein ungünstiges Signal/ Rausch-Verhältnis zur Folge hat. Darüber hinaus ist die Fähigkeit zur Mittelung typischerweise durch kleine Prozessoren und einen begrenzten Onboard- Speicher eingeschränkt. Schnelle Digitizer können im Allgemeinen viel höhere A/D-Auflösungen und mehr Speicher bieten. Jedoch wird die Erfassungsgeschwindigkeit der Digitizerkarte normalerweise durch die maximale Datenübertragungsrate des PCs limitiert, während außerdem der Host-Prozessor neben der Mittelung viele weitere Aufgaben ausführen muss. Digitizer, die hingegen FPGA- Technologie verwenden, benötigen große und teure FPGAs, um selbst moderate Signallängen Die neue Netzgeräteserie R&S NGE100B ist besonders einfach und sicher zu bedienen. Die robusten Geräte verfügen über galvanisch getrennte Kanäle und Sicherheitsbuchsen. Die Farbcodierung der Kanäle verschafft eine schnelle Übersicht. Die Geräte sind kompakt und leise und zudem ist eine Fernsteuerung via WLAN möglich. Das ist einzigartig für Geräte in der Preisklasse unter 1000 Euro. Die neue Netzgeräteserie besteht aus dem R&S NGE102B mit zwei Kanälen sowie dem R&S NGE103B mit drei Kanälen. Sie eignen sich für zahlreiche Anwendungen im Ausbildungs- und Fertigungsbereich sowie in Entwicklungslaboren. Dort erleichtert die neue Farbcodierung der Kanäle die Bedienung. Dank geregelter Lüfter sind sie zudem besonders leise. Außerdem sind die Ein-/Ausgänge jetzt mit Sicherheits-Bananenbuchsen ausgestattet, wodurch zusätzliche Adapter entfallen. Vor allem im Ausbildungsbereich sind diverse Schnittstellen zur Fernsteuerung besonders hilfreich. Die Netzgeräte lassen sich über die integrierte USB-Schnittstelle sowie optional über LAN oder WLAN fernsteuern. Alle Kanäle sind galvanisch getrennt, potentialfrei und elektrisch identisch aufgebaut. Damit kann jeder Kanal als unabhängiges Netzgerät betrieben werden. Durch Zusammenschalten der Kanäle lassen sich höhere Ausgangsspannungen und -ströme erreichen. Die einfach zu setzenden Sicherungsfunktionen schützen auch bei komplexen Aufbauten den Prüfling und das Netzgerät. So lassen sich nicht nur Maximalspannungen und -ströme, sondern auch entsprechende Abschaltszenarien einstellen. Kombiniert mit dem Oszilloskop R&S RTB2000, dem Spektrumanalysator R&S FPC1500 und dem Digitalmultimeter R&S HM8012, bilden die R&S-NGE100B-Netzgeräte die optimale Grundausstattung für Universitäts- und Entwicklungslabore. Die Geräte gehören zum Value-Instruments- Portfolio von Rohde & Schwarz mit leistungsstarken T&M-Einstiegsgeräten zu wettbewerbsfähigen Preisen. ■ Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG www.rohde-schwarz.com 26 hf-praxis 2/2019

Messtechnik zu mitteln. Daher sind FPGAbasierte Lösungen meist teuer und bieten nur begrenzte Aufzeichnungslängen. Im Gegensatz dazu kann der neue Ansatz von Spectrum Instrumentation eine Mittelung selbst für extrem lange Signale durchführen und Benutzern gleichzeitig eine unerreichte Flexibilität bieten. Das Paket funktioniert mit den schnellen PCIe- Digitizer-Karten der M4i- sowie der M2p-Serie in der mittleren Leistungsklasse. Die M4i-Serie bietet Digitizer, welche Signale mit bis zu 5 GS/s bei 8 Bit Auflösung, 500 MS/s bei 14 Bit Auflösung oder 250 MS/s bei 16 Bit Auflösung abtasten können. Die M2p-Karten bieten Abtastraten von 20 bis 125 MS/s, alle mit 16 Bit Auflösung und bis zu acht Kanälen pro Karte. Somit können Benutzer ein Leistungsniveau auswählen, das ihren speziellen Anforderungen an die Signalerfassung am besten entspricht. Da die Daten unter Verwendung der RDMA-Übertragung, ohne Eingreifen des Host-Prozessors, direkt zur GPU-Karte transferiert werden, kann eine Mittelung für Signale fast beliebiger Länge erfolgen. Beispielsweise kann ein M4i.2220-x8-Digitizer Signale mit 2,5 GS/s kontinuierlich abtasten und, selbst bei Längen von mehreren Sekunden, diese fortlaufend mitteln, ohne ein Ereignis zu verpassen. Ebenso kann ein M4i.4451-x8-Digitizer mit einer Auflösung von 14 Bit dieselbe Funktion ausführen, während er vier Signale gleichzeitig mit 450 MS/s abtastet. Die Digitizer-Karten verfügen außerdem über flexible Trigger-, Erfassungs- und Auslesemodi, die es ermöglichen, die Wellenformen auch bei extrem hohen Triggerraten zu mitteln. Im Gegensatz zu der FPGA-basierten Lösung, die FPGAs mit höchster Leistung erfordern, sind bei dem neuen Verfahren selbst CUDA- Grafikkarten der Einstiegsklasse zu den schnellen Berechnungen imstande. Das neue Paket zur Mittelwertbildung ist Teil des SCAPP- Treiberpakets und enthält die Erweiterung für die RDMA- Übertragung, um den direkten Datentransfer vom Digitizer zur GPU zu ermöglichen. Das Paket enthält außerdem eine Reihe von Beispielen für die Interaktion mit dem Digitizer sowie Beispiele für die CUDA-Parallelverarbeitung mit den grundlegenden Mittelungsfunktionen. Die Beispiele enthalten Blockmittelung zusammen mit Rauschunterdrückungsmethoden sowie lückenlose Mittelung von Signalen im Frequenzbereich. Die Nutzung der mitgelieferten, getesteten und optimierten Beispiele führt zu sofortigen Ergebnissen. Die gesamte Software basiert auf C/C++ und kann mit normalen Programmierkenntnissen problemlos erweitert werden. Eigene spezifische Algorithmen für die Mittelwertbildung lassen sich leicht einbinden. Das SCAPP-Paket ermöglicht für PCs mit Linux-Betriebssystem die RDMA-Übertragung direkt an die GPU oder für PCs mit Windows-basiertem Betriebssystem eine Übertragung mit dem Umweg über die CPU. ■ Spectrum Instrumentation GmbH info@spec.de spectrum-instrumentation. com Modulare HF-Schaltzentrale für verschiedenste Testszenarien Für die neue Generation der offenen Schalt- und Steuerplattform R&S OSP hat Rohde & Schwarz die Hard- und Software komplett überarbeitet. Sie ist nun für mehr Module und noch kürzere Umschaltzeiten ausgelegt. Mit der R&S OSP kann der Anwender verschiedenste Schalt- und Steuermodule zu einer kostengünstigen und maßgeschneiderten Schaltzentrale für seinen Testaufbau kombinieren. Auch die Module der Vorversion werden von der R&S OSP weiterhin unterstützt. Background: Testsetups für neue Technologien wie 5G Mobilfunk oder moderne Radartechnik erfordern eine Schalt- und Steuertechnik mit großen Frequenzbereichen und kurzen Umschaltzeiten. Deshalb hat Rohde & Schwarz seine Plattform vollständig überarbeitet und präsentiert jetzt die neuen Modellvarianten R&S OSP220/230/320 sowie die neue Satelliten-Box R&S OSP-B200S2. Zu den Besonderheiten der neuen Generation zählt die optional freischaltbare Trigger-Funktion R&S OSP-K100. Über die externen Trigger-Einund -Ausgänge ist ein hardwarebasiertes Schalten von vordefinierten Pfaden möglich. Der Anwender kann damit die Schaltzeiten gegenüber einer LAN-basierten Ansteuerung noch weiter reduzieren. Notwendig sind solch kurze Schaltzeiten zum Beispiel, wenn die schnellen Halbleiterrelais von Antennenarrays oder Radarmodulen angesteuert werden sollen. Der R&S OSP320 hat für diese Zwecke auf seiner Rückseite einen zusätzlichen digitalen Adresseingang zur direkten Ansteuerung vordefinierter Pfade. Anwender bedienen die neue Gerätegeneration jetzt vollständig über eine neue, web-basierte Oberfläche. Eine separate Software zur Konfiguration einer R&S OSP ist nicht mehr nötig. Zudem passt sich die Darstellung automatisch der gerade verwendeten Bildschirmgröße an. Bei der Bedienung über einen angeschlossenen PC mit großem Monitor werden beispielsweise mehrere Schaltmodule gleichzeitig dargestellt, was die Übersichtlichkeit bei komplexen Verschaltungen erhöht. Relais-Verschaltungen eines oder mehrerer R&S OSPs lassen sich per Pfadsteuerung zusammenfassen. Diese Pfade können auch im Virtual Mode vorkonfiguriert werden, ohne alle Geräte und Module zur Verfügung zu haben. Die Modellvarianten R&S OSP220/230/320 bieten Kapazitäten von fünf bis maximal zehn Modulschächten in einem Gerät, die sich auf der Vorder- und Rückseite befinden. Dadurch kann der Kunde den Ort der Verkabelung in Abhängigkeit von seinen Anforderungen selbst bestimmen. Zudem lassen sich die Modulschächte anwendungsspezifisch für größere applikationsspezifische Module zusammenfassen. Da die bisherigen R&S OSP- Module auch für die neue Gerätegeneration eingesetzt werden können, steht mit der Markteinführung ein umfassendes Modulprogramm zur Verfügung. Es enthält HF- Relais wie elektromechanische Koaxialrelais bis 67 GHz und Solid-State-Relais sowie digitale I/O- und Multiplexer- Module. ■ Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG www.rohde-schwarz.com hf-praxis 2/2019 27

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