Spectrum Neue Highspeed-Digitizer-Generation

Höherer Datendurchsatz, höhere Abtastraten und eine noch kompaktere Bauweise zeichnen die neuen Digitizer der Serie M4i von Spectrum Systementwicklung Microelectronic aus.
Höherer Datendurchsatz, höhere Abtastraten und eine noch kompaktere Bauweise zeichnen die neuen Digitizer von Spectrum Systementwicklung Microelectronic aus.

Beachtliche Spezifikationen bietet die neue Digitizer-Plattform M4i von Spectrum. Erster Vertreter der auf PCI Express x8 Gen2 basierenden Serie ist die M4i.445x-x8 mit vier bzw. zwei Kanälen, 14 Bit Auflösung und einer synchronen Abtastrate von 500 MSample/s bei einer Signalbandbreite von 250 MHz.

Die M4i.4451-x8 ist die erste Karte einer komplett neuen Serie schneller Digitizer. Für das Team von Spectrum Systementwicklung Microelectronic ein wichtiger Schritt, der einiges an Entwicklungszeit in Anspruch genommen hat. Das Resultat kann sich durchaus sehen lassen. So bietet die neue M4i-Plattform beispielsweise eine 16-fach höhere Geschwindigkeit als die bisherigen, mit PCI Express x1 Gen1 ausgestatteten Plattformen M2i und M3i.

Über den PCI-Express-x8-Gen2-Anschluss können Daten mit bis zu 3 GByte/s ausgelesen und im 4 GByte großen Zwischenspeicher gepuffert werden. Zur optimalen Nutzung des Speichers und des Interfaces können wiederkehrende Triggerereignisse im Multiple-Recording-Modus in einzelne Segmente geschrieben und parallel ausgelesen werden.

Die vier (optional zwei) Eingangskanäle der M4i.4451-x8 sind dediziert aufgebaut und haben pro Kanal jeweils einen eigenen monolithischen A/D-Wandler und einen hochgenauen Vorverstärker. Per Software ist jeder Kanal vielfältig einstellbar. So kann der Anwender zwischen 50 Ohm und 1 MOhm Eingangsimpedanz, sechs verschiedenen Eingangsbereichen (±200 mV bis ±10 V) sowie zwischen AC- oder DC-Kopplung wählen. Zusätzlich kann ein Bandbreitenfilter aktiviert werden, um hochfrequente Störsignale auszufiltern.

Die M4i-Karten bieten eine umfangreiche Triggerengine, die zwei externe Triggerquellen und die Kanaltrigger jedes Eingangs verknüpfen kann. Als Kanaltrigger stehen beispielsweise Flanke, Level, Fenster oder Pulsbreite zur Wahl.

Bereits von Haus sind die kompakten Karten mit einer ganzen Reihe von Aufzeichnungsoptionen wie Einzelschuss (Single shot), Streaming (FIFO), segmentiert (Multiple Recording), torgesteuert (Gated Sampling) oder eine Kombination aus segmentiertem sowie langsamem Schreiberbetrieb (ABA-Modus) ausgestattet. Alle Triggerereignisse können mit einem Zeitstempel versehen werden, der entweder komplett aus der internen Zeitbasis gewonnen oder extern mit einem hochgenauen Zeitsignal zugeführt wird.

¾ Baulänge, Synchronisation mehrerer M4i-Karten

Ein überaus praxisgerechtes Feature der neuen Module ist ihre Bauform: Die Steckkarten mit nur ¾ der üblichen Baulänge benötigen einen PCI-Express-Steckplatz mit 8 oder 16 physikalischen Lanes.

Die kürzere Bauform erlaubt unter anderem den Einsatz des so genannten Star-Hub-Moduls. Als Verlängerung der Karte hinten angesetzt - oder alternativ oben aufgesteckt – können Anwender mit seiner Hilfe bis zu acht M4i-Karten synchron in einem System betreiben. Das Star-Hub-Modul verteilt Takt- und Triggerinformationen zwischen den Karten. Dabei kann jede Triggerquelle jeder Karte als Auslöser für den gesamten Kartensatz genutzt werden. Somit lassen sich in nur einem System bis zu 32 Kanäle mit 500 MSample/s aufzeichnen.

Mess-Software »SBench 6«

Für die einfache Bedienung der Hardware bietet Spectrum die »SBench 6« an. Die Software wurde speziell für das Handling mehrere GByte großer Datenmengen optimiert und läuft nativ unter Windows und Linux jeweils 32 Bit und 64 Bit. Damit ist SBench 6 die erste out-of-the-box-Messtechnik-Software, die volle Linux-Unterstützung aufweist.

SBench 6 unterstützt mit komfortablen Eingabedialogen alle Betriebsmodi und Einstellungen der M4i-Serie. Mit der Software sind sowohl ein Oszilloskop-Betrieb als auch Transientenrekorder-Aufzeichnungen im Streaming-Modus möglich. Eine Besonderheit ist dabei die Darstellung segmentierter Signale, die diese zusammen mit Daten einer zweiten langsameren Zeitbasis und den hochpräzisen Timestamps in einem Fenster darstellen kann. Darüber hinaus bietet SBench 6 viele Features zur komfortablen Datenanalyse und Dokumentation wie FFT Analyse, X-Y Darstellung, einen Funktionsinterpreter, viele eingebaute Analysefunktionen, Export in ASCII, WAVE, MATLAB, Kommentarfunktionen im Display und im Signal sowie eine komfortable Druckfunktion.

Die M4i-Kartenserien basieren, ebenso wie die Vorgänger-Serien M2i und M3i sowie die Ethernet-Produkte der digitizerNETBOX-Serie, auf den SPCM-Treibern. Damit ist eine gemeinsame Softwareschnittstelle für alle aktuellen Produkte aus dem Hause Spectrum realisiert worden. Ein für z.B. die M3i.4140-exp (1 Kanal 14 Bit 400 MS/s Digitizer) entwickeltes Programm benötigt nur wenige geänderte Codezeilen, um mit der neuen M4i.4451-x8 zu laufen.

Für den Selbstprogrammierer gehören die SPCM-Treiber für Windows und Linux zum Lieferumfang. Zusammen mit den Treibern werden eine Reihe von Beispielen zur Verfügung gestellt, die verschiedene Aufzeichnungsfunktionen zeigen. Die mitgelieferten Beispiele sind in Visual C++, Borland C++, Gnu C++, Visual Basic, VB.NET, Delphi, C#, J# und Python geschrieben.

Neue Module in Vorbereitung

Aufgrund der neuen internen Modulstruktur kann Spectrum künftig weitere M4i-Karten mit anderen Geschwindigkeiten und A/D-Wandlern deutlich schneller zur Marktreife bringen. So sollen noch in diesem Jahr Modelle mit vier Kanälen und 16 Bit Auflösung bei Abtastraten von 130 und 250 MSample/s auf den Markt kommen.