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Einkaufsführer 2021

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Einkaufsführer Messtechnik & Sensorik

Messtechnik Gemischte

Messtechnik Gemischte analoge und digitale Messungen (Mixed-Mode) mit modularen Digitizern Bild 1: Heutzutage haben fast alle elektronischen Geräte einen Mikroprozessor als zentrales Bauteil. Der Prozessor interagiert mit der Außenwelt über eine Reihe von digitalen (blau) und analogen (grün) Schnittstellen. Autoren: Oliver Rovini (links), technischer Leiter, Arthur Pini (rechts), unabhängiger Berater Spectrum Instrumentation GmbH www.spectrum-instrumentation.com/de Die moderne Elektronik basiert zunehmend auf eingebundenen Systemen (embedded systems), bei denen Mikroprozessoren und Mikrocontroller die Grundlage für alle Funktionen bilden. In modernen Schaltungen gibt es nur wenige eigenständige Abläufe, fast alle Funktionen werden von einem eingebetteten Mikroprozessor gesteuert. Bild 1 zeigt die typische Umgebung eines Mikroprozessors. Der Mikroprozessor interagiert über eine Reihe von digitalen und analogen Schnittstellen mit der Außenwelt. In der Abbildung sind die digitalen Schnittstellen blau dargestellt, während die analogen Schnittstellen grün gekennzeichnet sind. Die analogen Leitungen umfassen typischerweise Stromversorgung, Takt, Eingänge zu Analog/ Digital-Wandlern (ADWs) und Ausgänge von Digital/Analog-Wandler (DAWs). Bei den digitalen Signalen unterscheidet man zwischen parallelen und seriellen Leitungen. Parallele digitale Signale finden sich als Daten- und Adressleitungen bei CPUs und GPIO-Ports (General Purpose Input Output). Serielle Datensignale, mit hoher oder niedriger Geschwindigkeit, sind in Form von Ethernet, SATA, PCIe, SPI, I 2 C und UART ein Teil des Systems. SATA und PCIe sind serielle Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungen, die für eine schnelle Datenübertragung verwendet werden. SPI, I 2 C und UART hingegen sind serielle digitale Schnittstellen mit niedriger Geschwindigkeit, für die Steuerung digitaler Geräte oder zur Anbindung von Sensoren. Analoge und digitale Analysewerkzeuge Messungen an Mix-Mode-Geräten, also solchen mit analogen und digitalen Leitungen, erfordern sowohl analoge als auch digitale Analysewerkzeuge, die flexibel und effizient sein müssen. Grundsätzlich gilt: Die Anzahl der für eine parallele Schnittstelle erforderlichen Leitungen hängt von der Auflösung des Prozessors ab, also davon, ob es sich um einen 8-Bit-, 12-Bit- oder 16-Bit-Prozessor handelt. Die meisten Prozessoren in eingebundenen Systemen haben nur eine moderate Auflösung. Im Allgemeinen sollte die Auflösung des Digitizers in der Messanordnung größer sein als die Auflösung des Prozessors, um das gesamte Datenwort zu sehen. Die Anzahl der Adressleitungen eines Prozessors hängt vom erforderlichen Adressbereich ab. Typisch für Prozessoren in eingebetteten Systemen ist ein moderater Adressraum in der Größenordnung von 16 KB unter Verwendung eines 14-Bit-Adressbusses. In einigen Prozessoren ist der Speicher möglicherweise intern und der Adressbus deswegen nicht zugänglich. Es gibt normalerweise auch analoge Schnittstellen, hauptsächlich für Sensoren und Aktoren. Es können interne Analog/Digital-Wandler sowie Digital/Analog-Wandler vorhanden sein, oft sind diese auch extern angeordnet, wie in der Abbildung gezeigt. Einsatz des modularen Digitizers Wie sollte ein modularer Digitizer zur Messung von Prozessorumgebungen mit gemischten Signalen eingesetzt werden? Die Besonderheit liegt darin, dass die analogen und die digitalen Signale gleichzeitig und zeitsynchron gemessen und angezeigt werden können. Das Auffinden von Problemen wird dadurch stark Bild 2: Die Zusatzmodule M2p.xxxx-DigSMB (links) und M2p.xxxx-DigFX2 (rechts) von Spectrum fügen den Digitizern der Mp2.59xx-Serie oder den AWGs der M2p.65xx-Serie 16 digitale I/O-Leitungen hinzu. 32 Einkaufsführer Messtechnik & Sensorik 2021

Messtechnik arbeiten, Signale im Bereich von 40 bis 125 MS/s erzeugen können und 1 bis 8 Kanäle pro Karte bieten. Bild 3: Der Vergleich eines I 2 C-Pakets, das als analoges und digitales Signal angezeigt wird. Die gesamte analoge Erfassung wird im oberen linken Raster angezeigt, während sich die digitale Version im oberen rechten Raster befindet. Die beiden unteren Raster zeigen jeweils gezoomte Abschnitte, um feine Details sichtbar zu machen. Das analoge Signal zeigt Rauschspitzen sowie Überschwingen, während die digitale Wellenform nur die logischen Zustände LOW und HIGH zeigt. Ausgewählte Messungen können in beiden Signalformaten durchgeführt werden. erleichtert, und eine Diagnose wird auch dadurch vereinfacht, dass entweder analoge oder digitale Quellen ausgelöst werden können und alle Reaktionen sichtbar sind. Diese Erfassungsmöglichkeiten können durch eine Reihe von Analysewerkzeugen ergänzt werden, die Daten aus beiden Bereichen verarbeiten. Einkaufsführer Messtechnik & Sensorik 2021 Modulare Digitizer sind seit langem dafür bekannt, eine große Anzahl analoger Messkanäle anzubieten. Damit parallel eine große Anzahl digitaler Kanäle zur Verfügung stehen kann, bietet Spectrum Instrumentation nun ein optionales Zusatzmodul an, das auf den PCIe-Messkarten montiert wird. Es passt für die 24 verschiedenen Digitizerkarten der M2p.59xx-Serie mit 16 Bit, einer Geschwindigkeit von 5 bis 125 MS/s und 1 bis 8 Kanälen pro Karte. Außerdem kann es auf den 14 verschiedenen AWGs (Arbitrary Waveform Generatoren) der M2p.65xx-Serie verwendet werden, die ebenfalls mit 16-bit Bild 4: Die SBench 6-Anzeige eines digitalen Busses, verfügbar als Ansicht aller 16 einzelnen digitale Signale (blau) oder kombiniert zu einer Busansicht (gelb). Wenn die Busansicht horizontal gezoomt wird, können Buswerte in hexadezimaler, oktaler, binärer, vorzeichenbehafteter oder vorzeichenloser Dezimalform angezeigt werden. Zusätzliche Leitungen Das optionale Modul fügt einer Digitizerkarte 16 zusätzliche digitale Eingangsleitungen hinzu und einer AWG-Karte zusätzliche 16 digitale Ausgangsleitungen. Diese digitalen Kanäle sind eine perfekte Ergänzung zu den bis zu 8 analogen Kanälen des Digitizers und daher für Messungen von gemischten Signalen auf eingebetteten Prozessoren von größtem Wert. Die Kombination ermöglicht dem Digitizer auch, einen Teil der Operationen durchzuführen, für die sonst ein Logikanalysator nötig wäre. Die 16 digitalen Zusatzkanäle sind gegenüber den analogen Kanälen phasenstabil und ergänzen die 4 vorhandenen Mehrzweckkanäle des Digitizers (3x Mehrzweck-I/O und 1x Mehrzweck-Ausgang). Insgesamt gibt es also 19 digitale Eingangskanäle für einen Digitizer der M2p.59xx-Serie und 20 digitale Ausgänge für einen AWG der M2p.65xx-Serie. Das Zusatzmodul ist mit SMB-Anschlüssen für jede digitale Leitung (Modell M2p.xxxx-DigSMB) ausgestattet. Alternativ ist es mit einem FX/2- Anschluss für Flachbandkabel (Modell M2p.xxxx-DigFX2) erhältlich, wobei die parallele Verbindung aller zusätzlichen Leitungen mit einem einzigen Anschluss ermöglicht wird, wie rechts in Bild 2 zu sehen. Das montierte Zusatzmodul benötigt einen zweiten Steckplatz neben der eigentlichen Digitizer- oder AWG- Karte. Die hinzugefügten digitalen Kanäle sind Ein- oder Ausgänge, die zur LVTTL-Logik kompatibel sind. Dies entspricht einer TTL-Kompatibilität mit einem festen Schwellen wert: Signalpegel unter 0,8 Volt werden als digital „LOW“ oder „0“ betrachtet, Pegel über 2,0 Volt stellen digital „HIGH“ oder „1“ dar. Vergleich von analogen Wellenformen und digitalen Signalen Analoge Wellenformen werden durch einen Digitizer als eine Reihe von Abtastwerten dargestellt, die mit einer bestimmten Abtastrate aufgezeichnet werden und eine Amplitudenauflösung haben, die 33

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