Rigol Technologies Oszilloskop-Speicher effizient nutzen

Bild 1: Ein langer Einzelschuss-Scan mit hoher Auflösung und eine leistungsstarke Zoom-Funktion können sehr hilfreich bei der Suche und Analyse unbekannter Fehler sein.

Die Speichertiefe zählt zu den wichtigsten Spezifikationen eines Oszilloskops. Doch man muss ihn auch sinnvoll nutzen können. Rigol setzt in seinen Oszilloskopen der Serien DS/MSO4000 auf eine clevere Kombination aus segmentierbarem Speicher und unterschiedlichen Trigger-Modi.

Von Thomas Rottach, Application Engineer, Rigol Technologies Europe

Vor nicht allzu langer Zeit waren Datenspeicher noch ein teures Gut, heute sind Speichererweiterungen von z.B. 4 GB schon für 15 Euro erhältlich. Dieser Preisverfall hat sich allerdings nicht in die Oszilloskop-Welt übertragen. Zwar sind bei modernen Oszilloskopen mittlerweile Speicher für 2 Millionen Messpunkte Standard, trotzdem muss man für eine Verdoppelung von 2 auf 4 Mio. Punkte im Schnitt ca. 300 Euro zahlen. Warum ist das so? Und wieso werden in Oszilloskopen keine Messdatenspeicher für 4 GPunkte oder mehr eingebaut?

CPU- vs. ASIC-basiertes System
 
Dafür gibt es mehrere Gründe. Der Wichtigste ist die Handhabbarkeit der großen Datenmengen, ohne das Oszilloskop komplett auszubremsen. Letztlich lebt gerade ein Oszilloskop davon, Daten sehr schnell erfassen und darstellen zu können. Also wird versucht, einen guten Kompromiss zwischen Speichergröße und Kurvenerfassungsrate zu finden. Hier gibt es wiederum zwei Möglichkeiten: Das so genannte CPU-basierte System, das den Speicher als eigenständige Einheit integriert, oder das ASIC-basierte System, das den Speicher direkt im ASIC integriert hat. Beide Systeme haben Vor- und Nachteile. Die CPU-basierte Lösung ermöglicht es, den Speicher kostengünstig und groß auszulegen, der Nachteil ist, dass durch die Einbeziehung der CPU in die Datenverwaltung die Blindzeit größer und entsprechend die Kurvenerfassungsrate kleiner wird. Die ASIC-Variante verhält sich genau umgekehrt. Hier ist der Speicherplatz relativ teuer und limitiert, dafür kann durch die im ASIC integrierte autonome Speicherverwaltung CPU-Aktionszeit gespart und somit eine hohe Update-Rate erreicht werden. Die schnellsten Kurvenerfassungsraten liegen heute bei einer Million Kurven pro Sekunde (wfm/s).

Die Kurvenupdaterate wird oft auch unter dem Begriff Triggerrate geführt. Letztlich verbirgt sich dahinter nur, wie viele Erfassungszyklen pro Sekunde ausgeführt werden können. Ein Zyklus beinhaltet die reine Signalerfassung mit der Analog-Digital-Wandlung und die gesamte Nachbearbeitungs- bzw. Verwaltungszeit. In dieser Zeit werden die Daten gespeichert, ausgewertet und angezeigt. Während dieses Zeitfensters findet keine aktive Erfassung statt. Daher nennt man diese Zeit auch Blind- oder Totzeit. Je höher die Erfassungsrate, desto kürzer die Blindzeit, desto mehr Information pro Sekunde wird wahrgenommen.

Die Bedeutung der Abtastrate
 
Betrachten wir als Beispiel das Auffinden seltener Ereignisse. Je schneller das Oszilloskop erfasst, desto früher können solche Ereignisse erkannt werden. Um in diesem Zusammenhang den Vorteil eines großen Erfassungsspeichers zu verstehen, muss man die folgende Formel betrachten: Abtastrate x Zeitablenkung x Anzahl der Bildschirmeinteilungen = benötigter Speicher. Der Parameter Speicher und die Anzahl der Bildschirmunterteilungen ist durch die Hardware bestimmt, die Zeitablenkung durch die Anwendung. Die Abtastrate ist also die einzige Variable. Daraus ergibt sich, dass die Abtastrate reduziert werden muss wenn die Anwendung die Darstellung einer längeren Zeitspanne benötigt und der Speicher zu klein ist. Mit der Reduzierung geht jedoch ein Informationsverlust einher, das heißt, die horizontale Auflösung wird schlechter und Signaldetails können verloren gehen.