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EF 2014/2015

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Messgeräte

Messgeräte USB-Power-Sensor für Echtzeit-Messung USB-Power-Sensor misst in Echtzeit und setzt neue Maßstäbe hinsichtlich Geschwindigkeit, Anstiegszeit und Video- Bandbreite Bild 1 Boonton, ein Unternehmen der Wireless Telecom Group, hat mit der Modellserie 55 eine Reihe von breitbandigen USB-Leistungsmessköpfen auf den Markt gebracht. Wesentliche Merkmale dieser neuen Gerätefamilie sind extrem schnelle Puls- und Modulations-Messmöglichkeiten, Eigenschaften die normalerweise mit Messplätzen der Oberklasse in Verbindung gebracht werden und nicht mit Geräten der USB- Klasse. Die neue Geräteserie enthält 6-, 18- und 40-GHz-Modelle und wurde speziell zur Messung von Signalen mit breitbandiger Modulation, schnellen Pulsen und Bursts entwickelt. Die Videobandbreite der schnellsten Modelle überschreitet 70 MHz, bei einer Anstiegszeit von unter 5 ns. Damit können mit den Sensoren der Serie 55 anspruchsvollste Signalanalysen in hoher Präzision und Geschwindigkeit ausgeführt werden. Die durchschnittliche Abtastrate ist führend in dieser Klasse und beträgt durchschnittlich 100 MSa/s., 10 GSa/s effektiv, bei einer zeitlichen Auflösung von 100 ps, um repetierende Signale zu erfassen. Das ist über 100mal schneller als bei marktüblichen USB-Leistungsmessköpfen und ergibt eine bisher nicht erreichte Triggerstabilität und Wellenformtreue bei der kritischen Messung von komplexer Modulation und gepulsten Signalen. Aber das allein macht noch nicht die Einzigartigkeit der neuen Serie 55 aus. Ein großer Dynamikbereich, hohe Bandbreite, schnelle Anstiegszeit und hervorragende Zeitauflösung sind wohlbekannte Eigenschaften der modernen Boonton-Messgeräte- Generation. Das wirklich Neue ist die RealTime-Power-Processing-Technologie, die der Serie 55 Eigenschaften verleiht, die weit über dem liegen, was bisher als „schnellste“ USB-Sensoren bezeichnet wurde und sich durchaus mit schnellen Mainframes messen kann. Die neue Architektur erlaubt die kontinuierliche Beibehaltung einer Datenerfassungsgeschwindigkeit von über 40.000 Trigger-Ereignissen pro Sekunde, um sicherzustellen, dass keine Signalinformation verloren geht, im Gegensatz zur „Snapshot“-Methode, die bei üblichen Leitungsmessgeräten und USB-Sensoren verwendet wird. So kann eine unterbrechungsfreie, kontinuierliche statistische Analyse des Signals bis zu einer dauernden Rate von 100 Mpoints/s durchgeführt werden. Die Architektur von konventionellen Spitzenleistungsmessern Municom www.municom.de info@municom.de Bild 2 Das HF-Signal am Eingang wird mit einer konstant hohen Abtastrate erfasst, und die digitalisierten Werte werden in einem FIFO oder Pufferspeicher abgelegt. Einen typischen, getriggerter Messzyklus zeigt Bild 3. Nachdem ein Triggerereignis aufgetreten ist, wird mit dem Abtastvorgang fortge- 20 HF-Einkaufsführer 2014/2015

Messgeräte fahren bis genügend Werte im Puffer erfasst wurden, um den Durchlauf zu beenden. Dann wird die Datenerfassung angehalten, damit der Mikroprozessor oder DSP die abgelegten rohen Messwerte abholen kann und in einem trigger-synchronen Datenbereich ablegt. Danach wird der berechnete Leistungüber-Zeit-Datensatz weiter bearbeitet, um Zeit- oder Ereignisbezogene Messungen zu erzeugen. Beispielsweise werden so Mittelwert, Puls-Spitzenleistung oder statistische Signalaussagen gebildet. In USB-Sensoren werden die gemessenen oder verarbeiteten Daten dann periodisch skaliert und in dBm oder Watt umgerechnet und an den PC geschickt. Dort werden sie entweder angezeigt oder weiteren Algorithmen unterworfen, je nach Zielsetzung des Systems und der Messaufgabe. Üblicherweise müssen alle diese Schritte sequentiell abgearbeitet werden, und die Datenerfassung für einen neuen Durchlauf kann nicht starten, ehe der Mikroprozessor nicht die meisten Schritte der Verarbeitungskette erledigt hat. Daraus ergeben sich natürlich zeitliche Lücken in der Datenerfassung. Während dieser Lücken können wichtige Ereignisse auf dem Signal verloren gehen, weil sie einfach nicht erkannt werden. Der Trigger kann in sequentiell arbeitenden Architekturen nicht aktiviert werden, bevor nicht wieder ausreichend Prozessorkapazität verfügbar ist, um die Sample & Hold-Tore zu bedienen. Diese Latenzzeit bewegt sich im Bereich von 10 ms bis 300 ms und ist bei schnellen Signalen eine fühlbare und unerwünschte Grenze. Diese Rüstzeit wird weiter verlängert, wenn Vor- Trigger-Messungen erforderlich sind, z.B. dann, wenn Pulse und Transienten erfasst werden sollen. Besonders wichtig ist das bei der Messung von Signalflanken, weil üblicherweise die Flanken ja als Triggersignal verwendet werden. Wenn das Puls-Wiederhol-Intervall (Pulse Repetition Rate PRI) von periodischen Signalen kür- Bild 3 zer ist als die Zykluszeit des Durchlaufs, erfolgen auch einer oder mehrere Pulse in dem Zeitintervall, bis der Trigger wieder aktiviert ist. Das kann natürlich dazu führen, dass Signalereignisse verloren gehen und Messfehler entstehen, die schwer zu bestimmen sind. Besonders bei den mittelwertbildenden Funktionen (averaging und multisweep envelope) kann es so erheblich länger dauern als erwartet, bis genügend relevante Messwerte erfasst wurden, welche die Kriterien der Mittelung erfüllen. Ein konventionelles Powermeter, das in der Lage ist, 3 -30 Triggerereignisse pro Sekunde zu empfangen, kann keine schnellen und sinnvollen Resultate liefern. Moderne Signale sind schnell, hochfrequent und frequenzagil, stammen aus Hochfrequenz- und Funkanwendung und erfordern Messgeräte der neusten Generation, die mit diesen Anforderungen Schritt halten. Manche Messgeräte erlauben bis zu einigen tausend Messwerte im gepufferten Betrieb, trotzdem sind diese ungetriggerten, „gestreamten“ Messreihen wenig nützlich für synchrone Signale. Die Real-Time-Lösung schließt die Lücke und ermöglicht damit auch COMPLIANCE- und PRE- COMPLIANCE-MESSUNGEN z.B. für MIMO und die neuen ETSI-Standards. Die RealTime Power Processing Technologie von Boonton überwindet die Nachteile konventioneller Leistungsmessung, wie wir sie kennengelernt haben, auf mehreren Wegen. Boonton verknüpft die spezielle Datenerfassungsstruktur, den Hardware-Trigger und den großen Messwertpuffer mit einer für parallele Verarbeitung optimierte Architektur. So ist es möglich, die meisten Schritte der Verarbeitung simultan durchzuführen und damit sofort, unmittelbar nach dem Trigger zu beginnen. Somit entfällt die lange Verzögerung, die dadurch entsteht, dass man auf das Ende des Erfassungszyklusses warten muss, und das ist bereits ein enormer Zeitgewinn. Die Vorteile der RealTime Power-Processing-Technologie werden in Bild 3 deutlich. Wesentliche Verarbeitungsschritte werden parallel ausgeführt und halten mit der Signalerfassung Schritt. Solange kein zusätzlicher Overhead durch Rechenaufwand hinzukommt, der den Zyklusdurchlauf verlängert, kann der Messwert nicht überlaufen, und es besteht keine Notwendigkeit, die Erfassung zu stoppen, um den Puffer zu leeren und zu bearbeiten. Das erlaubt eine unterbrechungsfreie, fortlaufende Signalerfassung und garantiert, dass kurzzeitige Signalphänomene, wie z.B. Transienten, Drop-Out oder Interferenzen, zuverlässig erfasst und analysiert werden. Die Ereignisse werden bei kon- HF-Einkaufsführer 2014/2015 21

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