Preis-Leistungs-Verhältnis bei den Scopes verbessert sich weiter
Trendbericht Oszilloskope
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
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Mit dem Multiple-Recording-Modus können zudem sehr schnell aufeinander folgende Triggerereignisse aufgezeichnet werden. Die Totzeit beträgt dabei nur vier Takte, so dass bei 100 MS/s Abtastrate bereits nach 40 ns auf ein neues Triggerereignis reagiert werden kann. Die Anzahl der Segmente ist dabei nur durch den vorhandenen Speicher begrenzt. Alle Karten der M2i-Serie können über den internen Sync-Bus synchron betrieben werden, so dass der Aufbau von Vielkanal-Systemen mit mehr als 1000 Kanälen ebenso möglich ist wie der gemischte Betrieb mit D/A- oder Digital-I/O-Karten. Mitgeliefert werden Treiber für Windows 2000, XP, Vista sowie Linux mit Kernel 2.4 und 2.6. Bei allen Betriebssystemen werden sowohl die 32- als auch die 64-bit-Versionen unterstützt. Die einfach zu programmierenden und ausführlich dokumentierten Treiber ermöglichen zusammen mit den Beispielroutinen eine schnelle Erstellung beliebiger Applikationen, verfügbar sind ebenfalls Software-Tools für MATLAB, LabVIEW, LabWindows, DASYLab oder VEE.
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Schon im Markt befindlich und wegen ihrer hohen Erfassungsrate für viele Applikationen interessant ist die Oszilloskop-Familie ZT4610 im PCI-, CompactPCI/PXI- oder VXI-Format (Bild 11), die Meilhaus Electronic (www.meilhaus.de) im Programm hat. Es gibt sie in 2-Kanal- (ZT4611) und in 4-Kanal-Ausführung (ZT4612). Beide Instrumente haben Erfassungsraten bis 4 GS/s bei einer analogen Bandbreite von 800 MHz. Hierbei lässt sich die Erfassungsrate mit Hilfe der Rekonstruktion aus vielen erfassten Signalen (Equivalent Time) bzw. Interpolation eines Single-Shot-Signals (Interpolated Time) bis 200 GS/s steigern. Weitere Erfassungsmodi umfassen die Signalmittelwertbildung, die hochauflösende Signaldarstellung und die Hüllkurvenerkennung. Mit 16 oder 64 MSample Aufzeichnungslänge haben die Oszilloskope einen Speicher, der es erlaubt, auch komplexe Signale zu erfassen und darzustellen. Dieser Speicher steht sowohl im Continuousals auch im Segmented-Modus zur Verfügung. Kombiniert mit einer umschaltbaren Normal- und Zoomdarstellung, eignet sich der Continuous-Mode zur traditionellen Fehlersuche und Signaluntersuchung. Der Segmented-Mode dient hauptsächlich zur Analyse von sich periodisch wiederholenden Signalen, wie sie z.B. in der Telekommunikation vorkommen. Eine solcherart realisierte Aufteilung des Speichers ist für Applikationen bei der Bildverarbeitung hilfreich, um in Echtzeit Speichersegmente zusammensetzen zu können. Zusätzlich zu diesem Signal-Erfassungsspeicher gibt es vier 32-kSnichtflüchtige Referenzkanal- und vier 512-kS-Berechnungskanal-Speicher. Die Messwertaufbereitung und die üblichen Triggerfunktionen sind ebenso weitere Eigenschaften wie die Auto-Konfiguration und Selbstkalibration.
Zur Kategorie „Henkel-Scope“ für den Einsteiger zählt die DSO-4000-Serie von Voltcraft (im Programm bei www.conrad.de). Die netzbetriebenen Geräte (2,5 kg leicht, Bild 9) verfügen über eine Abtastrate von 250 MS/s, über eine Speichertiefe von 4 kPunkten pro Kanal und sind mit zwei Kanälen und einer Bandbreite von jeweils 25, 40, 60 und 100 MHz erhältlich. Die Anzeige erfolgt bei allen Scopes auf einem 5,6-Zoll-TFT-Farbbildschirm, der einen großen Betrachtungswinkel erlaubt. Standardmäßig verfügbar sind eine USB-Schnittstelle und ein frontseitiger SD-Kartenslot, so dass Übertragung, Speicherung und Weiterverarbeitung der Messergebnisse fast beliebig möglich sind. Die erforderliche Computer-Software ist im Lieferumfang enthalten. Ein mehrsprachiges Hilfemenü unterstützt den Bediener ausführlich bei der Anwendung; zahlreiche praxisgerechte Trigger-Möglichkeiten, automatische Messfunktionen einschließlich FFT und ein integrierter Frequenzzähler erleichtern manche Übersichtsmessung. Das Datenblatt nennt weiter eine Amplitudenauflösung von 8 bit, eine Zeitbasis, die umschaltbar ist zwischen 1 ns/Teil und 10 s/Teil, die Vertikalempfindlichkeit zwischen 2 mV/ Teil und 5 V/Teil, eine max. Eingangsspannung von 300 V, zahlreiche automatische Messroutinen z.B. für Anstiegszeiten, Pulsdauern oder Spannungsverhältnisse sowie die Sicherheitsklasse CAT 11. Die Preise dieser mit den Bestellnummern 122401 bis 122404 erhältlichen Scopes liegen je nach Bandbreiten-Typvariante zwischen 474 und 950 Euro.
Auch bei den Digitizer-Modulen und PC-Erfassungskarten tut sich immer mehr. Als gutes Beispiel für universelle Boards mit hoher Genauigkeit kann die M2i.30xx-Serie der Spectrum Systementwicklung Microelectronic GmbH (www.spec.de) dienen. Diese mit 12 bit Amplitudenauflösung arbeitenden Karten (Bild 10) sind verfügbar als PCI/PCI-X- sowie als PCI-Express-Version in insgesamt 17 verschiedene Modellen mit ein bis vier Kanälen und Abtastraten zwischen 40 MS/s und 200 MS/s. Viele der Modelle mit zwei oder vier Kanälen können mit der neuen Differenzoption zusammen bestellt werden und fassen dann per Software umschaltbar jeweils zwei Single-Ended-Kanäle zu einem Differenzkanal zusammen. Damit kann z.B. der Typ M2i.3024 im Single-Ended-Betrieb mit zwei Kanälen und 105 MS/s oder mit vier Kanälen und 50 MS/s betrieben werden. Bei Aktivierung der Differenzoption kann die gleiche Karte zwei Kanäle mit 105 MS/s als differenzielle Eingänge betreiben. Die Differenzbildung erfolgt in Echtzeit mit der vollen Abtastrate. Allen Typvarianten gemeinsam ist der synchrone Aufbau; jeder Eingangskanal hat separat programmierbare Eingangsbereiche von ±200 mV bis ±10 V, eine schaltbare 50-Ω-Eingangsterminierung sowie einen eigenen A/D-Wandler. Die Aufzeichnung der Daten geschieht in dem bis zu 2 GS großen On-board-Speicher, der wahlweise auch vollständig als FIFO-Buffer genutzt werden kann; in diesem Modus können die Daten kontinuierlich in High-Speed zum Rechner übertragen werden z.B. zur Online-Analyse oder für Dauertests.
Weitere Handhelds finden sich im Vertriebsprogramm von StanTronic Instruments (www.stantronic.de): Sie stammen aus der Serie GDS-1000 (Bild 7) des Herstellers GW-Instek und sind Kompakt-DSOs mit zwei Eingangskanälen und einer Single-Shot-Abtastrate von 250 MS/s sowie einer Sampling-Abtastrate, die für repetierende Signale einem Wert von 25 GS/s entspricht. Insgesamt besteht die neue Produktfamilie aus vier verschiedenen Modellen mit 25, 40, 60 und 100 MHz Bandbreite. Die Speichertiefe beträgt 4000 Messpunkte pro Kanal. Weitere Gemeinsamkeiten der verschiedenen Modelle sind: ein 5,6-Zoll-TFT-Farbdisplay, USB- und SD-Card-Slots sowie ein eingebauter Frequenzzähler mit sechsstelliger Auflösung. Zum Auslesen von Daten bzw. zur Fernsteuerung der Modelle wird eine kostenlose Software angeboten, außerdem sind LabVIEW-Treiber erhältlich.
Universal-Scopes: Leistung am Henkel
Zwischen den sehr kompakten Handheld-Scopes und den reinen Labor-Oszilloskopen für den Arbeitstisch rangieren die „Tragbaren“ (wenngleich: „tragbar“ sind sie natürlich alle) oder auch die „Portablen“ bzw. die „Scopes am Henkel“.
Ein Beispiel dafür ist das u.a. bei dataTec (www.datatec.de) erhältliche PowerScope der TPS2000-Serie von Tektronix (Bild 8). Es erlaubt potentialfreie Messungen und Analysen auf bis zu vier separaten und galvanisch getrennten Kanälen. Basis hierfür ist die Tektronix-TDS2000BPlattform. Zusätzlich verfügen die zwei- und vierkanaligen Modelle in „Isolated Channel“-Technik über einen isolierten externen Triggereingang. Die analoge Bandbreite liegt bei 200 MHz (max. Abtastrate 2 GS/s). Der serienmäßige Lithium-Ionen-Akku versorgt das Oszilloskop vier Stunden lang; ein optionaler Zweit-Akku („Hot-plug“-Wechsel) erweitert die Betriebsdauer auf ganze acht Stunden, also einen vollen Arbeitstag. Mit dem DRT-Sampling-Verfahren (Digital-Real-Time) kann eine Vielzahl von Signaltypen gleichzeitig auf bis zu vier Kanälen untersucht werden. Diese Eigenschaft sowie der eingebaute Massenspeicher (Compact Flash) und die Möglichkeit der Anbindung an einen PC machen dieses Scope gut geeignet für Anwendungen im Labor sowie für unterwegs. Die Standardkonfiguration ist für Messungen an Elektronik-Schaltungen gedacht, bei denen man in aller Regel mit Spannungen bis 30 V zu tun hat. Optional kann das Oszilloskop jedoch mit dem Power-Analyse-Paket TPS2PBND ausgestattet werden, welches die Leistungs- und Analyse-Software sowie vier Hochspannungstastköpfe (P5120) umfasst. Diese Software erledigt Leistungsanalysen, Oberwellenanalysen, Schaltverlust-Diagnosen sowie Phasenwinkel-, dU/dt- und dI/dt-Bestimmungen. Mit den passiven Tastköpfen können galvanisch getrennte isolierte Messungen bis 600 V durchgeführt werden. Zur Grundausstattung dieser Oszilloskop-Serie gehören eine Compact-Flash-Karte, die „OpenChoice“-PC-Software, ein hintergrundbeleuchtetes Frontpanel sowie die Auto-Range-Funktion.
Vielfach-Messwert-Anzeiger, Datenlogger und Arbitrary Waveform Generator (AWG). Die drei Varianten der Serie (2203, 2204 und 2205) unterscheiden sich in der Bandbreite (5 bis 25 MHz), in der Single-Shot-Abtastrate (40 bis 200 MS/s), in der Pufferspeicher-Größe (8 bis 16 kS/Kanal) und in den Trigger-Modi. Allen drei gemeinsam sind 8 bit Amplituden-Aufösung, ein Dynamikbereich von 48 dB, Zwischenspeicher-Möglichkeit für max. 1000 Kurvenformen und ein Fehler von 3 %. Eine externe Spannungsversorgung oder Batterien sind nicht erforderlich, da die Messgeräte über die USB-Schnittstelle des PCs gespeist werden. Der interne Signalgenerator kann Standard-Kurvenformen aus einer Sammlung von gespeicherten Kurvenformen erzeugen, man kann auch seine eigenen Kurvenformen mit dem eingebauten Arbitrary Waveform Generator definieren. Die mitgelieferte Software ist dieselbe wie für die größeren Scopes dieses Unternehmens; ebenfalls im Lieferumfang befindet sich die „PicoLog“-Software für die Aufzeichnung von Messdaten über lange Zeiträume hinweg.
Sehr kompakt und gut in der Hand liegend zeigen sich die ScopeMeter-Handhelds von Fluke (www.fluke.de) aus der Serie 120. Hieraus erwähnenswert ist der bereits im Markt eingeführte Typ 125 (Bild 6), er verfügt über erweiterte Funktionen zur Fehlersuche bei (Feld-)Bussen (AS-I-, CAN-/ Profibus, Foundation-Feldbus, Ethernet) sowie elektrischen Anlagen und ist eigentlich Oszilloskop (40 MHz Bandbreite), Echteffektiv-Digitalmultimeter und papierloser Zweikanal-Schreiber in einem Messgerät. In der Betriebsart „Bus-Stabilitätsprüfung“ erkennt das Gerät Defekte wie fehlerhafte oder fehlende Klemmen, falsche Kabelabgänge, fehlende Verbindungen, falsche Leitungsbelastung, Leitungsunterbrechungen, Kurzschlüsse und Reflexionen. Es zeigt die Übertragungsgeschwindigkeit des Busses an und misst die Signalqualität. Bei Messungen an Antrieben sind die Oberschwingungsanalyse, Leistungsmessungen in 1- und 3-Phasen-Systemen, die Erfassung des Effektivwerts der Pulsbreitenspannung an geregelten Motorantrieben und die Prüfung von Motorwicklungen mit einer Auflösung von 0,01 Ω in einem Bereich bis 50 Ω nützlich. Zum Lieferumfang gehören ein Netzadapter, Messleitungen, ein 40-MHz-Spannungstastkopf, ein NiMH-Akku (bis zu 7 h Betrieb) und eine Stromzange bis 400 A sowie die FlukeView-Software und ein optisches USB-Schnittstellenkabel.
Für die u.a. im Vertriebsprogramm von Telemeter (www.telemeter.de) befindlichen LeCroy-Universal-Scopes (Bild 4) mit 200 MHz und 400 MHz Bandbreite gibt es auch eine 18-Kanal-Mixed-Signal-Option namens MS-250. Damit ist es möglich, verschiedene analoge und digitale Signale gleichzeitig auf dem 10,4-Zoll-Display in Echtzeit darzustellen. Insbesondere für die Entwicklung und Fehlersuche an Mikrocontrollern, DSPs, FPGAs, ADCs, DACs und Signalwandlern stellen diese Eigenschaften sehr gute Tools dar. Weitere Pluspunkte, die für die Mixed-Signal-Erweiterung sprechen, sind umfangreiche Messfunktionen, Analog-Digital-Cross-Pattern-Triggerfunktion und die Triggerung auf I²C-, SPI-, UART-, RS-232-, LIN- und CAN-Datenmuster.
Praktische Boxen: Scope und mehr – am USB
Die neuen handtellergroßen PC-Oszilloskop-Boxen der Serie 2200 von Pico Technology für den Anschluss an die USB-Schnittstelle eines PCs (Vertrieb: www.priggen.com) liegen preislich im Low-Cost-Sektor (231 bis 428 Euro). Dennoch haben die kleinen Boxen (Bild 5) vor allem für Übersichtsmessungen oder im Service-Bereich einiges zu bieten: Es handelt sich bei ihnen eigentlich um Kombinationsgeräte, bestehend aus 2-Kanal-Digitalspeicher-Oszilloskop, Spektrumanalyzer,
Speziell für Ingenieure, die mit der Design-Verifikation und -Validierung von Komponenten und Systemen für die Hochgeschwindigkeits-Kommunikationstechnik befasst sind, hat Agilent Technologies (www.agilent.com) ein Präzisions-Signalanalysator-Modul entwickelt, das mit einem beachtlich niedrigen Rest-Jitter von deutlich unter 100 fs und Kanalbandbreiten bis 35 GHz aufwarten kann. Dieses neue Plug-in-Modul ist konzipiert für die Communications-Analyzer der Reihe 86100C DCA-J (Bild 1); es enthält eine Hardware-Taktrückgewinnungsschaltung, die den Messaufbau erheblich vereinfacht. Der Analysator kann dadurch direkt auf ein unsymmetrisches oder symmetrisches Signal mit eingebettetem Takt triggern; ein separater Triggereingang ist nicht erforderlich. Das integrierte Triggersystem funktioniert auch bei Signalen mit Spread-Spectrum-Charakteristik und ermöglicht dadurch präzise Signalanalysen an Komponenten und Systemen für serielle Busse wie PCI-Express oder SATA. Der interne Phasendetektor ermöglicht einfache und genaue PLL-Bandbreitenmessungen an Komponenten mit Takt- oder Dateneingängen und -ausgängen.
Die Mixed-Signal-Scopes (MSO) sind für viele Entwickler unentbehrlich, denn mit ihnen kann man digitale Pegelwerte und analoge Signale zeitkorreliert auf dem Bildschirm darstellen. Der steigenden Nachfrage nach diesen Scopes wird nun u.a. Yokogawa gerecht (www.yokogawa-mt.de), indem es seine DL9000-Serie (Bild 2) um drei neue Modelle erweitert. Wahlweise können nun 16 oder 32 Logik-Kanäle mit vier analogen Kanälen kombiniert werden. Es stehen Versionen mit 500 MHz oder 1 GHz analoger Bandbreite bei einer Echtzeit-Abtastrate bis zu 5 GS/s pro Kanal jeweils digital und analog zur Verfügung. Alle Modelle (DL9505L, DL9510L, DL9705L, DL9710L) bieten standardmäßig u.a. eine Hochgeschwindigkeitserfassung mit einer Akquisitionsrate bis zu 25 000 Kurvenformen/s. Der segmentierbare History-Speicher erlaubt sowohl für analoge als auch digitale Kanäle den Abruf von bis zu 2000 aufgezeichneten Messungen. Mittels benutzerkonfigurierbarer Funktionen kann im History-Speicher nach relevanten Signal-Details und Fehlern effizient gesucht werden. Ferner sind viele Test- und Logik-Analyse-Funktionen integriert, wie z.B. A/D-Wandler-Test, Bus-State-Display und automatische Parameter-Messungen an analogen und digitalen Signalen. Optional sind u.a. Analyse-Pakete für die seriellen Bus-Systeme CAN, LIN, I2C und SPI sowie zur Leistungsmessung verfügbar.
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