Produktübersicht High-speed-Messtechnik im PC

Gerade in letzter Zeit hat die PC-Messtechnik – oder genauer: „rechnergestützte Messtechnik“ – enorme Fortschritte gemacht. Mittlerweile sind Messtechnik-Systeme möglich, die man bislang bestenfalls im Laborgeräte-Sektor suchte. Hier eine kompakte Übersicht zu wichtigen Neuheiten.

Dass sich die Software für die rechnergestützte Messtechnik weiterentwickelt, liegt natürlich auf der Hand: Schnellere Multicore- Prozessoren, High-speed-Speicher und ausgefeilte Software-Entwicklungsumgebungen machen immer komplexere Programme möglich. Doch auch die messtechnische Frontend-Hardware hat sich bezüglich immer höherer Grenzfrequenzen und Wandler-Abtastraten deutlich weiterentwickelt. In vielen Fällen kann der PC-Messtechnik-Nutzer, wenn er z.B. nur die Auswerte-Ergebnisse eines neuen Präzisions-A/D-Wandler- Boards sieht, praktisch nicht mehr unterscheiden, ob sie aus einem hochgenauen Labor-Messwerterfassungs-System oder aus einem Rechner-Zusatz- Board stammen.

Und wie sonst wäre beispielsweise ein Vektor-Netzwerkanalysator, der bisher bestenfalls als Laborgerät zu finden war, nun – wie im Folgenden beschrieben – als PCI-Karte für handelsübliche Standard- PCs realisierbar?

Vektor-Netzwerkanalysator – jetzt im PC

Mit einem völlig neuen Konzept hat Advantest nun zwei vektorielle Netzwerkanalysatoren entwickelt, die der Anwender als PCI-Karten in handelsüblichen Standard-PCs einsetzen kann. Es handelt sich um die beiden Typvarianten R3755A (300 MHz) und R3760 (6 GHz), die beim europäischen Vertriebspartner Rohde & Schwarz erhältlich sind. So können recht kostengünstig Produktions- und Entwickungsplätze für die Frequenzgangcharakterisierung von Quarzen, SAW-Resonatoren, RFID-Chips und vielen anderen HF-Komponenten in vielen Bereichen der Elektronikindustrie realisiert werden. Typische Anwendungen sind aber auch Reflexionsmessungen an Antennen für Mobiltelefone, WLANs, Bluetooth, GPS, DVB, Satellitenradios und Spielekonsolen.

Die Analysator-Karten werden mit fertigen Applikationsbeispielen unter Visual Basic und Visual Studio geliefert, so dass sofort typische Messparameter wie Amplitude, Phase, VSWR oder Gruppenlaufzeit im kartesischen Darstellungssystem, im Polarkoordinatensystem oder Smith-Diagramm dargestellt werden können (Bild 1). Anpassungen an unterschiedliche Prüflinge oder Produktionsumgebungen sind jederzeit schnell möglich. Bis zu acht dieser Analysator-Karten können gleichzeitig in automatischen Testsystemen als Mehrkanal-Konfiguration betrieben werden.

Neben dem Einsatz in Produktionslinien bieten sich diese Karten auch als kompakte Analysatoren an vielen HF-Entwicklerplätzen oder im Ausbildungsbereich an. Während das Modell R3755A den Frequenzbereich von 10 kHz bis 300 MHz bei –43 dBm bis +18 dBm Ausgangsleistung abdeckt, ist das Modell R3760 für den Frequenzbereich 300 MHz bis 6 GHz bei –10 dBm bis 0 dBm Ausgangsleistung vorgesehen. Beide Modelle verfügen über SMAAnschlüsse und zeichnen sich durch eine sehr geringe Leistungsaufnahme aus.

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Eine Übersicht über Produktneuheiten in der PC-Messtechnik.

Schnell messen mit PXI

Gerade der PXI-Standard hat viele Anhänger gefunden, weil er auch bisher nicht mögliche High-speed-Messroutinen mit entsprechenden Programmen erlaubt – zumal erst vor wenigen Monaten eine Ergänzung in Form der „MultiComputing Software Specification Revision“ (PXImc) zu diesem Standard erfolgt ist, die eine noch höhere Verarbeitungsgeschwindigkeit in Multicore- und Multiprozessor-Systemen mit weiter verbesserter Interoperabilität unterschiedlicher Verarbeitungskomponenten in einem PXISystem zum Ziel hat.

Im Wesentlichen werden dabei Shared-memory- und geschwindigkeitssteigernde Konzepte (schnellere Schreib-Zyklen) genutzt. PXI-Initiator National Instruments ist bei der Speed-Steigerung vorne mit dabei und hat die FPGA-basierte Mess-, Steuer- und Automatisierungs- Modul-Familie Flex-RIO nun um PXI-Express-Versionen erweitert, so dass noch anspruchsvollere High-speed-Anwendungen unterschiedlicher Art möglich sind (FlexRIO ist eine Modul-Familie von National Instruments, die durch spezielle FPGA-Technologie flexible, benutzerdefinierbare I/O-Funktionen zur Erstellung praktisch beliebiger rekonfigurierbarer Messgeräte realisiert).

Diese Modulserie ist nun um Boards für PXI-Express und ein neues Basisband-Transceiver-Adaptermodul erweitert worden, so dass nun auch sehr anspruchsvolle High-speed- und hoch automatisierte Mess- und Prüfanwendungen realisiert werden können.

Die PXI-Express-Versionen nutzen zwei unterschiedliche Hardware-Komponenten: ein FPGA-Basismodul und ein Adaptermodul, das die I/O-Verbindungen bereitstellt. Dank neuer Anbindungsoptionen und Peer-to-Peer-Streaming bei PXI-Express können Anwender jetzt Datenübertragungen mit hohen Bandbreiten zum bzw. vom Host-Prozessor sowie direkt zwischen mehreren FlexRIO-FPGA-Modulen und ausgewählten modularen PXI-Express-Messgeräten erzielen. Kernelemente der neuen FPGAModule, die die Typbezeichnung NI PXIe-796xR tragen, sind Virtex- 5-SXT-FPGAs von Xilinx, die speziell für die digitale Signalverarbeitung (DSP) optimiert sind. Diese FPGAs verfügen über optimierte DSP-Blöcke für Fast-Fourier- Transformationen, anwenderdefinierte Filterungen für die Modulation und Demodulation sowie für weitere Signalverarbeitungsfunktionen. Ein spezielles ASIC auf den FPGA-Modulen erlaubt auch ein Peer-to-Peer-Streaming zur direkten, schnellen Datenübertragung zwischen mehreren FPGA-Modulen oder zwischen PXI-Express-Digitizern und FPGA-Modulen, ohne dazu Daten über den Host-Prozessor zu schicken. Mehr als 1,4 Gbyte/s sind damit, so der Hersteller, zu erreichen.

Durch das Adaptermodul lassen sich die FPGAs direkt an zahlreiche I/O-Typen für Messungen mit verschiedenen Mess- und Prüfanwendungen anbinden. Beispielsweise verfügt das neue Adaptermodul NI 5781 (Basisband- Transceiver) über zwei 14-bit- Analogeingänge mit 100 MS/s sowie zwei 16-bit-Analogausgänge mit 100 MS/s.