Messtechnik Das Erfassen dieser langsamen I 2 C-Wellenform als analoges Signal ist nützlich für die Charakterisierung der physikalischen Eigenschaften. Die digitalen Daten sind die beste Quelle für die Analyse der Protokoll- Anteile, bei der der Dateninhalt das beabsichtigte Ziel ist. Die Phasensynchronisation der analogen und digitalen Signale wird aufrechterhalten, indem die digitalen Ein-Bit-Signale in die höherwertigen Bits der analogen Wellenformen platziert werden. Wenn beispielsweise ein M2p.5968 Digitizer mit allen seinen 8 analogen Kanälen arbeitet, wird die Auflösung der analogen Kanäle von 16 Bit auf 14 Bit reduziert, und zwei der digitalen Signale werden jedem analogen Kanal des Digitizers beigefügt. Zwei Anzeigemöglichkeiten Bild 5: Sowohl die digitalen als auch analogen Signale können gleichzeitig angezeigt werden, jedes für sich in einem passenden Raster. durch die Anzahl der Bits im Analog/Digital-Wandler (ADW) des Digitizers festgelegt ist. Die insgesamt 24 verschiedenen Digitizerkarten der Serie M2p.59xx bieten maximale Abtastraten von 5 MS/s bis 125 MS/s und haben alle eine Auflösung von 16 Bit. Die digitalen Kanäle eines Digitizers werden mit einem einzelnen Bit dargestellt, wobei dieselbe Abtastrate wie für die analogen Kanäle verwendet wird. Die Amplitude variiert dabei von 0 bis 1, je nachdem, ob sie niedriger oder höher als die voreingestellte Logikschwelle ist. Bild 3 zeigt einen Vergleich desselben I 2 C-Signal pakets, das als analoges (Raster oben links) und digitales Signal (Raster oben rechts) angezeigt wird. Die Raster darunter zeigen gezoomte Ausschnitte. Der interne Speicher des Digitizers bestimmt, wie lange ein serieller Datenstrom erfasst werden kann. Die M2p.59xx-Serie verfügt über 512 MSamples Erfassungsspeicher. Ein einzelner Kanal, der mit der maximalen Abtastrate von 125 MS/s aufzeichnet, kann 4 Sekunden Daten erfassen. Das Messen von seriellen Bussen erfordert eine Bandbreite, die das drei- bis fünffache der Taktrate der seriellen Schnittstelle beträgt. Die schnellste M2p.59xx-Digitizerkarte mit 8 Kanälen verfügt über eine analoge Bandbreite von 60 MHz, was für den 100-kHz-Takt des I 2 C-Signals mehr als ausreichend ist. Die aufgenommenen Signale werden mit der leistungsstarken und bedienfreundlichen Messsoftware SBench 6 von Spectrum angezeigt. SBench 6 bietet Hardware-Steuerung, Messung plus Signalverarbeitung sowie Anzeige und Analyse der vom Digitizer erfassten Signale. Analog für kleine Spannungs änderungen Der analoge Kanal kann kleine Spannungsänderungen anzeigen, die im zeitlichen Verlauf auftreten. Dies liegt daran, dass das erfasste Signal mit bis zu 16-Bit aufgelöst wird, also mit bis zu 65.535 verschiedenen diskreten Pegeln abgetastet wird. Signaländerungen von nur 153 µV können theoretisch bei einem Signal von ± 5 Volt aufgelöst werden. Das digitale Signal hingegen wird nur mit einem einzelnen Bit dargestellt. Auf dem analogen Signal werden Einzelheiten wie das Überschwingen des Impulses und kleine Rauschspitzen sichtbar. Solche Details werden natürlich nicht in der digitalen Signalspur wiedergegeben, die nur den digitalen Zustand des Signals (logisch 1 oder 0) anzeigt. Aus diesem Grund müssen Messungen wie Amplitude, Überschwingen +, Überschwingen -, Anstiegszeit und Abfallzeit bei der analogen Wellenform durchgeführt werden. Dies schließt auch Wellenformen ein, die in seriellen digitalen Schnittstellen mit niedriger oder hoher Geschwindigkeit auftreten, wie das gezeigte I 2 C-Paket. Digitale Wellenform Für Zeitmessungen wie Frequenz, Pulsbreite, Arbeitszyklus und Anzahl der Zyklen ist die digitale Wellenform ausreichend. Einige grundlegende Messwerte des Signals werden in Bild 3 im Informationsbereich der Software auf der linken Seite angezeigt. Diese Werte umfassen die effektive Amplitude, Spitze-Spitze-Amplitude und die Steigung der Vorderflanke (basierend auf der analogen Spur) sowie die Anzahl der Zyklen des Signals nach dem Trigger (basierend auf der digitalen Spur). Charakterisierung physikalischer Eigenschaften SBench 6 kann die digitalen Informationen auf zwei Arten anzeigen, wie in Bild 4 dargestellt. Wenn in SBench 6 mehrere digitale Kanäle angezeigt werden, können diese untereinander als einzelne Signale anzeigt werden oder gebündelt als Busansicht. In Bild 4 repräsentieren die blauen Signale im linken Raster alle 16 digitale Kanäle, die zeitlich präzise untereinander angezeigt werden. Die gelbe Kurve am unteren Rand des linken Rasters ist die Busansicht derselben Daten. Das rechte Raster zeigt die Busansicht in gezoomter Form, um den Wert des Busses in feinem Zeit raster anzuzeigen. Buswerte können in Hex, wie in der Abbildung gezeigt, oder auch in oktalen, binären, vorzeichenbehafteten oder vorzeichenlosen Dezimalwerten angezeigt werden. Signale gleichzeitig anzeigen Sowohl analoge als auch digitale Signale können gleichzeitig in einem entsprechend ausgewählten Raster angezeigt werden, wie in Bild 5 dargestellt. Diese Abbildung enthält sowohl die digitalen Daten im linken Raster als auch zwei der acht analogen Kanäle des Digitizers (mit unabhängigen Signalen) auf der rechten Seite. Obwohl die Wellenformen zusammen gespeichert sind, trennt SBench 6 sie auf, um sie separat anzuzeigen. Wie gezeigt, ist SBench 6 ein sehr praktisches Werkzeug zum Bedienen des Digitizers und zum Anzeigen und Analysieren der erfassten Daten. Der Digitizer kann jedoch auch direkt vom Benutzer gesteuert werden. Softwaretreiber ermöglichen benutzerdefinierte Setups, mit denen perfekt passende Mixed- Mode-Lösungen generiert werden können. Der Digitizer und das optio- 34 Einkaufsführer Messtechnik & Sensorik 2021
Messtechnik nale Zusatzmodul werden vollständig von einem kompletten Software Development Kit (SDK) unterstützt, das die Programmierung mit C++, C#, VB.NET, Python, JAVA, Lab- VIEW und MATLAB umfasst. Das SDK ist standardmäßig bei jeder Messkarte inklusive. Gemischte Signalanalyse Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die gemischte Signalanalyse zu verwenden. Das Anzeigen der analogen und digitalen Signale eines eingebetteten Prozessors ist natürlich hilfreich, aber die Möglichkeit, den Modus zu wechseln, bietet einige nützliche Tools zur Fehlerbehebung. Untersucht werden soll ein einfaches Gerät mit Mix-Mode- Signalen, in diesem Fall ein Digital/ Analog-Umsetzer. Er verfügt über digitale Eingänge und einen analogen Ausgang. Die Möglichkeit, digitale Signale zu kombinieren und das analoge Ergebnis als Vorschau zu sehen und vorab zu analysieren, bietet einen einzigartigen Einblick in die Funktion des untersuchten Geräts, siehe Bild 6. Signale umwandeln Die digitalen Signale auf der linken Seite der Abbildung repräsentieren den Input am 7-Bit-Eingang des Digital/Analog-Umsetzers. SBench 6 kann diese digitalen Signale in ein analoges Signal umwandeln. Diese Konvertierung wird im oberen rechten Raster angezeigt. Dies ist eine Vorschau des analogen Ausgangs, die ausschließlich auf den digitalen Eingängen basiert. Eine sorgfältige Betrachtung zeigt einige kleinere Störungen aufgrund von Zeitunterschieden zwischen den digitalen Eingangssignalen. Durch das Auftreten der Störungen im simulierten analogen Ausgangssignal kann als Quelle bereits die Eingangsseite ermittelt werden. Basierend auf dieser Vorschau können die Auswirkungen der Filterung des analogen Signals simuliert werden. Das untere rechte Gitter zeigt das Ergebnis, wenn ein Tiefpassfilter mit einer Grenzfrequenz von 31,5 kHz am Ausgang eingesetzt wird. Es ist auch möglich, mit einer analogen Wellenform zu beginnen und diese als Vorschau in Digitalsignale umzuwandeln, um die digitalen Rohdaten mit dem Signal Bild 6: SBench 6 konvertiert die digitalen Eingangssignale für den Digital/Analog-Umsetzer in eine analoge Wellenform und bietet so eine Vorschau auf das zu erwartende Signal am analogen Ausgang des 7-Bit-DAWs. Die gesamte Palette der Analysewerkzeuge von SBench 6 kann auf das analoge Vorschau-Signal angewendet werden. der ursprünglich analogen Quelle zu vergleichen. Fazit Digitizer mit zusätzlichen digitalen Mehrzweck-I/O-Leitungen bieten gegenüber einem konventionellen modularen Digitizer deutlich erweiterte Messmöglichkeiten für gemischte Signale (Mix-Mode). Mit Instrumenten wie den M2p.59xx-Digitizerkarten von Spectrum können bis zu 16 digitale Kanäle zusätzlich und komplett synchron mit den bis zu acht analogen Kanälen angezeigt werden. Beide Arten von Signalen, digital und analog, können wunschgerecht mit ausgewählten Messparametern dargestellt werden. Zusätzlich können digitale Wellenformen in eine analoge Vorschau konvertiert werden, bzw. analoge Wellenformen in eine Vorschau der digitalen Ursprungssignale. Aus funktionaler Sicht ist die digitale Zustandsanalyse in einem mit gemischten Signalen arbeitendem Digitizer einfacher einzurichten als in einem Logikanalysator und erfordert keinen zusätzlichen Platz für Geräte. Darüber hinaus stehen die analogen Kanäle im Digitizer für eine detaillierte Analyse der physikalischen Signaleigenschaft zur Verfügung. Das Hinzufügen von Mixed-Mode- Funktionen bei einem Digitizer wird dringend für Anwendungen empfohlen, bei denen automatisierte Tests von Systemen mit Mikroprozessoren und Mikrocontrollern erforderlich sind. Wer einen Digitizer der M2p.59xx-Serie oder einen AWG der M2p.65xx-Serie hat, kann die digitalen Kanäle nachrüsten lassen, indem von Spectrum Instrumentation die Zusatzmodule M2p.xxxx-DigSMB oder M2p.xxxx-DigFX2 montiert werden. ◄ Wer in der Krise Leben rettet: Menschen, die sich über Aluhut-Träger aufregen Menschen, die sich über die WHO aufregen Menschen, die sich über die Regierung aufregen Menschen, die sich einfach gerne aufregen Menschen wie Sie, die unaufgeregt handeln Ja, ich bin dabei und sorge für die Ärmsten auf misereor.de/handeln Einkaufsführer Messtechnik & Sensorik 2021 35
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