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Mixed-Signal-Oszilloskop HMO1024

Mixed-Signal-Oszilloskop HMO1024Hameg

Die Bilder 2 bis 4 zeigen das Innenleben. Zunächst treffen wir auf den Frontcontroller, auf dessen Vorderseite die von außen sichtbare Tastaturmatte aufliegt und auf dessen Rückseite ein eigener 44-poliger Embedded-Controller arbeitet. Auf diesem Board befindet sich ein 44-poliges PLD, das offensichtlich auch für die sehr nützliche Generierung der seriellen und parallelen Bussignale zuständig ist, die an der Frontseite des Gerätes abgegriffen werden können. Hier werden Signale bereitgestellt, die für das Setup der seriellen Busanalyse wie auch für Demozwecke sehr hilfreich und einzigartig sind.

Des weiteren besteht das Gerät aus einer vierlagigen Analogbaugruppe auf der die vier Eingangskanäle, die diversen Triggerschaltungen, der nach vorne herausgeführte Komponententester, die von hinten zugänglichen Ausgänge Y-OUT und DVI-D sowie der externe Triggereingang untergebracht sind (Bild 4).

Aus Sicht des Nutzers wird das zu messende Signal über die BNC Buchsen der analogen Kanäle an das Oszilloskop angelegt. Dies erfolgt entweder direkt über ein BNC-Kabel oder über Tastköpfe. Bereits vor dem Eingang des Oszilloskops kann also eine Signalwandlung bzw. –aufbereitung erfolgen. Beispielsweise wandelt eine angeschlossene Stromzange den zu messenden Strom in eine proportionale Spannung um. Diese Signalskalierung kann das HMO in Software verrechnen, um zum Beispiel Messwerte in Ampere auszugeben, den Wandlungsfaktor zu berücksichtigen und die Wandlungszeit der Stromzange – für eine mögliche erforderliche Leistungsmessung – zu korrigieren.

Im Oszilloskop wird das Signal in der analogen Eingangsstufe aufbereitet. In diesem Block befinden sich die Abschwächer sowie die Verstärkerschaltung. In dieser Kette wird eine Dynamik von 80dB (1 mV/Div bis 10 V/Div) in einer 1-2-5 Teilung realisiert. Dabei müssen die Kanäle gegeneinander sehr gut entkoppelt sein, da im Extremfall über 100 dB (0,5mV Signal vs. 80 V Signal) zwischen dem kleinsten und größten Eingangssignal auf benachbarten Kanälen auftreten können. Die entsprechende Isolation wird in konventioneller Kammerbauweise mit entsprechenden Schirmblechen auf der Ober- und Unterseite realisiert. Dieses aufwändige Design ist die Grundvoraussetzung für ein rauscharmes Front End und ermöglicht – einzigartig in dieser Klasse, bei der HMO Serie – eine echte vertikale Empfindlichkeit von 1 mV/Div und eine hohe vertikale DC-Genauigkeit. Das Ausgangssignal eines jeden Kanales wird in differentieller Weise über vier Steckverbinder (pro Kanal einer) auf das Mainboard geführt. Das DVI und die Front- und rückseitige USB- Verbindungen werden über den zentralen Steckverbinder vom Mainboard auf das Analogboard durchgeschleift.

Mainboard trägt die digitale Hauptlast

Auf dem Mainboard (Bild 2) befinden sich neben dem 4-fach A/D- Wandler (136BGA Gehäuse mit Kühlkörper), der Erfassungs-FPGA, die Erfassungsspeicher, die 240 Pin Haupt-CPU mit Displaysteuerung, ein FPGA zur I/O-Steuerung, die Taktgenerierung sowie die DC/DC-Wandler. Im Erfassungs-FPGA steckt, wie zu erfahren war, eine sehr große Menge des Entwicklungs-Know-how‘s.  Er ist dafür verantwortlich, die digitalisierten Daten vom Wandler in Echtzeit in den Erfassungsspeicher zu schreiben. Dies beinhaltet auch das Kaskadieren von zwei Kanälen. Wenn der Anwender zwei Kanäle zusammenschaltet, um die doppelte Abtastrate und den doppelten Speicher nutzen zu können, übernimmt dies die Steuerung des FPGAs. Umgekehrt muss der FPGA die Daten aber auch aufbereitet an die CPU übergeben, um diese letztlich auf dem VGA-Display darzustellen. Der Baustein ist auch für die Echtzeittriggerung und die Dekodierung von seriellen Datenströmen verantwortlich. Die HMO-Oszilloskope bieten ab einer Bandbreite von 70 MHz die Analyse von Bussen wie I2C, SPI und UART/RS-232 (weitere Protokolle sind in Arbeit). Dazu analysiert der FPGA die vom AD-Wandler kommenden digitalisierten Daten auf das eingestellte Protokoll, filtert die Triggerbedingung heraus und bereitet die Dekodierung in einem Zwischenschritt vor. Diese Aufbereitung erfolgt zeitsynchron mit dem Einlaufen der Daten. Nur durch die Nutzung des FPGAs ist eine zeitsynchrone Analyse, auch mehrerer verschiedener Protokolle in quasi Echtzeit möglich. Die quasi Echtzeitdekodierung sichert dem Kunden ein Gerät mit höchstmöglicher Agilität, verglichen mit dem Ansatz vieler Wettbewerber, die dies in Software-Postprocessing realisieren.

Die CPU mit dem Echtzeitsystem MesOS (Measurement Operating System) übernimmt FFT, Filter, mathematische Datenverarbeitung, Mess- und Cursorfunktionen oder den Pass/Fail-Test. Einzigartig in dieser Geräteklasse ist die VGA-Auflösung (640 x 480 Pixel), die die übersichtliche Darstellung der im Laboralltag mehr als 10 Traces (analog und digital) zuzüglich weiterer Mathematik- und Referenzkurven sichert.

Oberhalb der CPU ist ein Steckplatz für Schnittstellenkarten integriert, der unter anderem vom I/O-FPGA angesteuert wird. Im Standardlieferumfang der HMO-Serie steckt hier eine USB/RS-232-Kombikarte. Darüber lässt sich das HMO komplett fernsteuern. Die modulare und kostenlose Software HM Explorer bietet hier Module für die Übertragung von Bild-, Erfassungs- und Einstellungsdaten. Der Steckplatz kann alternativ mit einer GPIB- oder einer LAN/USB-Karte bestückt werden. Rechts neben dem Mainboard befindet sich das Netzteil (Bild 3) , welches nochmals extra geschirmt ist..

Mit einem Preis ab 1148 € setzt die HMO-Serie den neuen Maßstab in der DSO/MSO-Klasse mit serieller Datenanalyse.

Siegfried W. Best

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: Chefredakteur der Fachzeitschrift elektronik industrie.

(sb)

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