PC-Messtechnik 50 Prozent mehr Abtastrate für Digitizer-Steckkarten

16-bit-Digitizer auf PCIe-Steckkarte: Die neuesten Modelle von Spectrum Instrumentations Familie M2p.59xx arbeiten mit bis zu 125 MSa/s.
16-bit-Digitizer auf PCIe-Steckkarte: Die neuesten Modelle von Spectrum Instrumentations Familie M2p.59xx arbeiten mit bis zu 125 MSa/s.

Spectrum Instrumentation hat seine Serie von 16-Bit-Digitizern um fünf neue PCIe-Steckkarten erweitert. Sie erhöhen die maximale Abtastrate von bisher 80 MSa/s auf 125 MSa/s und unterstützen eine deutlich schnellere Signalverarbeitung über den Grafikprozessor.

Die neuen PCIe-Karten gehören zur 16-Bit-Digitizer-Serie M2p.59xx. Sie wurde 2017 eingeführt und ist eine modulare Plattform aus Basisplatine und wählbaren PCIe-Karten zum Aufbau von A/D-Umsetzern und Arbiträrgeneratoren. Die Basisplatine wird kundenspezifisch mit einer Kombination aus verschiedenen 16-Bit-Digitizer-Karten bestückt. Verfügbar sind Varianten mit Abtastraten von 20, 40, 80 und neu 125 MSa/s sowie mit einer Anzahl von eins bis acht massebzogenen oder entsprechend bis zu vier differenziellen Eingangskanälen.

Jeder Kanal hat eine integrierte Kali­brierung und einen eigenen, programmierbaren Eingangsverstärker mit sechs wählbaren Stufen in einem Bereich zwischen ±200 mV und ±10 V. Für unipolare Messungen ist der Kanal-Offset variabel setzbar. Die Eingangsterminierung kann zwischen 50 Ω und 1 MΩ gewechselt werden.

Kleiner Formfaktor, großer Speicher

Die PCIe-Karten sind 167 Millimeter lang, was klein genug für die Entwicklung kompakter OEM-Versionen ist. Verschiedene Trigger-Techniken und ein On-Board-Speicher für 512 MSa ermöglichen das Aufzeichnen von Messwerten über einen längeren Zeitraum.

Das kann über eine segmentierte Aufzeichnung (Multiple Recording) geschehen, torgesteuert (Gated Sampling) oder die Kombination von schnellen Einzelaufnahmen zur Tran­sientenerfassung und langsamer, kontinuierlicher Aufnahmen des gesamten Signalverlaufs. Letzteres wird auch als ABA-Modus bezeichnet. Die PCIe-Schnittstelle überträgt Daten mit mehr als 600 MByte/s oder mehr als 75 MSa/s für vier Kanäle.

5000 statt 16 Kerne rechnen lassen

Zur schnelleren Datenverarbeitung hat der Hersteller eine Software-Schnittstelle zu Grafikkarten mit CUDA-Grafikprozessor (GPU) entwickelt. Die Schnittstelle trägt den Namen SCAPP, ein Akronym für »Spectrums CUDA Access for Parallel Processing«. CUDA ist eine Architektur von Nvidia für massive parallele Datenverarbeitung und wird unter anderem in Hochleistungs-Grafikkarten für wissenschaftliches Rechnen genutzt.

Im Anwendungsfall eines Digitizers werden über SCAPP Berechnungsaufgaben für die Digitalisierung, Verarbeitung und Analyse von elektronischen Signalen auf die CUDA-GPU ausgelagert. Dafür ist eine CUDA-basierte Grafikkarte nötig, die zwischen Digitizer und PC geschaltet wird. Über die SCAPP-Schnittstelle gelangen die erfassten Messdaten direkt zur GPU, die sie mit ihren bis zu 5000 Kernen viel schneller parallel verarbeiten kann als die 8 oder 16 Kerne der PC-CPU. Die hohe Datenübertragungsrate und SCAPP erhöhen die Messgeschwindigkeit und setzen PC-Ressourcen für anderen Aufgaben frei.

Bis zu 128 Kanäle auf einem System

Das Limit an Messkarten, die in einem System synchronisiert werden können, liegt bei 16. Ein einzelnes Gerät kann also bis zu 128 Kanäle haben, die sich alle ein gemeinsames Takt- und Trigger-Signal teilen. Um externes Equipment zu synchronisieren, sind Ein- und Ausgänge für Takt und Trigger standardmäßig vorhanden.

Jede Karte hat zusätzlich vier individuell programmierbare Anschlüsse auf der Frontplatte. Sie können als zusätz­liche Trigger-Eingänge, Status-Ausgänge, synchronisierte Digitaleingänge, asynchrone I/Os oder als Referenz-Takt-Eingang konfiguriert werden, um einen Zeitstempel (Time Stamp) zu setzen.

Spectrum Instrumentation verwendet für die Digitizer-Karten eine proprietäre Treiber-Schnittstelle, mit der aktuell rund 400 weitere Produkte des Herstellers arbeiten. Ein Wechsel zwischen verschiedenen Messkarten wird damit vereinfacht. Außerdem ist die Kombination von PCIe-, PXIe oder Ethernet-Karten möglich.

Entwicklungsunterstützung

Zum Lieferumfang gehört ein komplettes Software Development Kit (SDK) für Windows und Linux, genauso Treiber und Programmierbeispiele für die marktüblichen Programmiersprachen. Das aktuelle SDK enthält unter anderem die gängigen Varianten von C, dazu Matlab, LabWindows/CVI und LabView. Die Basisversion der Messtechnik-Software Spectrum SBench 6 ist ebenfalls enthalten.