Bild 1: Einzelgerät mit Monitoranbindung über HDMI, hier: Echtzeit-Augendiagramm Messung an einem Ethernet-Signal.

Bild 1: Einzelgerät mit Monitoranbindung über HDMI, hier: Echtzeit-Augendiagramm Messung an einem Ethernet-Signal. Rigol

Ein Bedarf an Multikanal-Oszilloskopen ist gerade in der Forschung und Entwicklung sowie in der Produktionsüberwachung deutlich vorhanden. Dabei reicht der Einsatz von reinen Benchtop-Geräten mit herkömmlichen Funktionalitäten oft nicht aus. Außerdem bevorzugen Entwickler in industriellen Anlagen aufgrund der Platzersparnis oftmals die kompakte Bauweise eines Rack-Einschubes. Hinzu kommt, dass ein herkömmliches Vierkanal-Oszilloskop nicht ausreicht, um die Ansprüche an die vielfältigen Anwendungen oder für eine umfangreiche Überwachung zu erfüllen. Eine Alternative wäre es, mehrere Vierkanal-Oszilloskope zu verwenden. Jedoch müssten Entwickler diese zunächst aufwendig mit einer meist proprietären Software synchronisieren, was aber durch Gerätelimitierungen wie beispielsweise einem zu hohen Jitter nicht so einfach realisierbar ist. Des Weiteren ist der Faktor Zeit gerade bei automatischen Abläufen ein entscheidendes Kriterium, denn je höher die Komplexität des Produkts, desto mehr Analysen sind notwendig, die im Idealfall zeitgleich erfolgen sollen.

Eck-Daten

In Produktion und Forschung steigt derzeit der Bedarf an Oszilloskopen an, um die Anwendungen und Produktion zu überwachen. Oftmals reichen Vierkanal-Oszilloskope nicht mehr aus, um die unterschiedlichen Anwendungen zu verfolgen. Hinzu kommt, dass die Platzverhältnisse in diesen Anwendungen oftmals begrenzt sind. Rigol bietet deshalb die DS8000-R-Serie an, die Mehrkanalmessungen in einem kompakten Format und eine Auswertung mit der entsprechenden Software ermöglichen..

Die Bauform der Oszilloskop-Serie DS8000-R von Rigol ist ein halber 19“-Rack-Einschub (1 HE). Das Gerät basiert auf der Serie MSO8000 mit einer Abtastrate von 10 GSa/s. und einer Speichertiefe von 500 Mpts. Wie auch schon beim MSO8000 können Entwickler beim DS8204-R zwei Kanäle bis 2 GHz oder vier Kanäle bis 1 GHz nutzen. Weiterhin verfügt das Oszilloskop über eine Signalerfassungsrate von bis zu 600.000 wfms/s, wodurch es möglich ist auch sehr schnelle Fehlerimpulse zu erfassen. Die Echtzeit-Aufzeichnung und Wiedergabe von Signalen ist mit bis zu 450.000 Messungen möglich.

Ein Instrument der DS8000-R-Serie besitzt vier analoge Eingänge und einen arbiträren Funktionsgenerator mit 25 MHz. Mittels HDMI-Schnittstelle lässt sich ein Einzelgerät an einem Monitor anschließen und über die USB-Eingänge mit einer Maus oder Tastatur bedienen. Alternativ zum Monitor können Anwender das Gerät auch über die Web-Control-Eigenschaft eines Web-Browser bedienen (Bild 1).

Jitter- und Mehrkanalmessung

Bild 2: Multikanalaufbau - bis max. 512 Kanäle erweiterbar.

Bild 2: Multikanalaufbau – bis auf maximal 512 Kanäle erweiterbar. Rigol

Wie bereits das MSO8000 basiert diese Serie auf der Ultravision-II-Architektur und nutzt den von Rigol entwickelten Phoenix-Chipset mit zwei ASICs, die das analoge Frontend bilden. Dieses Oszilloskop bietet durch sein kompaktes Design und das standardmäßig mitgelieferte Rack-Einbau-Kit eine direkte Möglichkeit, es in einen Rack-Einbauschrank zu integrieren. Ein einzelner Vierkanal-Einschub lässt sich mit den Synchronisationsmodulen DS-SYNC64 sowie weiteren Einschüben und bis zu maximal 512 Kanälen synchronisieren (siehe Bild 2 mit einem mehrkanaligen Aufbau). Dies ist möglich, da der Trigger-Jitter bei <200 pseffectiv liegt. Entwickler können alle Optionen und Funktionen wie beispielsweise das Echtzeitaugendiagramm oder die Jitteranalyse mit diesem Oszilloskop genauso wie mit den Geräten der MSO8000-Serie durchführen. So lassen sich mit unterschiedlichen Geräten unterschiedliche Funktionen testen.

Bild 3: Jitter-Messung (links) und Echtzeitaugendiagramm-Messung mit einem HDMI Signal (1280 × 720, 60 Hz, rechts)

Bild 3: Jitter-Messung (links) und Echtzeitaugendiagramm-Messung mit einem HDMI-Signal (1280 × 720 Pixel, 60 Hz, rechts) Rigol

So lässt sich beispielsweise mit einem Achtkanal-Aufbau – bestehend aus zwei DS8204-R-Oszilloskopen – eine HDMI-Videoübertragung vermessen, wobei mit dem ersten DS8204-R die Messung mittels Echtzeit-Augendiagramm erfolgt, während das zweite Gerät das Jitterverhalten desselben Signals erfasst (siehe Bild 3). Mit nur einem Gerät müsste ein Entwickler diese Messung hintereinander und mit unterschiedlichen Geräteeinstellungen durchführen. Das bedeutet, dass bei einem automatischen Testablauf nur bei jedem Testobjekt die jeweiligen Messungen gestartet werden müssen, ohne die ganzen Einstellungen abzuändern.

Bei beiden Tests kam das Histogramm zur Anwendung. Bei der Jittermessung lässt sich auch ein Trendgraph über die Jitterabweichung darstellen und die Frequenzmessung des Trendgraphs kann die Jitterfrequenz ermitteln. Durch die Informationen der Histogramm-Symmetrie und deren Werte sowie der Trendkurve und deren Frequenz können Entwickler dann eine qualitative Aussage über die Jitterart treffen, um die Ursache zumindest zu reduzieren. Zum selben Zeitpunkt wird beim Echtzeitaugendiagramm die Augen-Charakteristik ermittelt, wodurch sich beispielsweise der Q-Faktor nutzen lässt, um eine Aussage über die Bitfehlerrate (BER; bit error rate) zu machen.

Bildergalerie
Bild 1: Einzelgerät mit Monitoranbindung über HDMI, hier: Echtzeit-Augendiagramm Messung an einem Ethernet-Signal.
Bild 2: Multikanalaufbau - bis auf maximal 512 Kanäle erweiterbar.
Bild 3: Jitter-Messung (links) und Echtzeitaugendiagramm-Messung mit einem HDMI-Signal (1280 × 720 Pixel, 60 Hz, rechts)
Bild 4: Bus-Analyse mit 5 Kanälen (CAN H, CAN L, SPI sowie CAN H): Jitter und Histogramm Analyse sowie FFT.
Bild 5: Vermessung von 4 × 1.8 GHz-Signalen mit 2 × DS8204.
Bild 6: PC-Software Ultradaq als Multikanalanwendung für eine schnelle Datenerfassung.

Ein weiteres Beispiel für eine Mehrkanalmessung ist die Untersuchung von unterschiedlichen Bussystemen in einem System. Meistens wird für unterschiedliche Busse derselbe Takt auf einer Schaltung verwendet, was die Triggerung auf den Takt ermöglicht. Hierdurch lassen sich bis zu vier unterschiedliche Busse wie etwa CAN, LIN, SPI, Flexray decodieren. Schwieriger wird es, wenn unterschiedliche Datenraten und Taktraten bei unterschiedlichen Bussystemen zur Anwendung kommen.

Bild 4: Bus-Analyse mit 5 Kanälen (CAN H, CAN L, SPI sowie CAN H): Jitter und Histogramm Analyse sowie FFT.

Bild 4: Bus-Analyse mit 5 Kanälen (CAN H, CAN L, SPI sowie CAN H): Jitter und Histogramm Analyse sowie FFT.

Bild 4 zeigt drei Bussysteme, die mit einem Achtkanal-Aufbau genauer analysiert wurden. Für die jeweiligen Busse kamen bei dieser Schaltung unterschiedliche Taktfrequenzen zum Einsatz. Bei den ersten vier Kanälen wurde auf den Takt des SPI-Busses getriggert. Zusätzlich setzten die Entwickler bei diesem Aufbau den Zonen-Trigger bei Kanal 1 (CAN High) ein, der gleichzeitig Kanal 2 (CAN Low) auslöste. Alle drei Bussignale konnten dann in einer Messung dekodiert werden. Den CAN High konnten die Entwickler mit dem zweiten DS8204-R zeitgleich vermessen und noch einmal dekodieren. Parallel dazu konnten sie auch hier das Jitter-Verhalten mit Histogramm vermessen. Zusätzlich ist mittels der FFT, die eine Million Abtastwerte zur Berechnung verwendet, das Frequenzspektrum mit der Dichtedarstellung dargestellt. Das heißt, mit diesem Aufbau lassen sich zur selben Zeit mehrere Signale auf unterschiedliche Weise vermessen.

Auch hochfrequente Signale lassen sich mit dem DS8204-R gut vermessen. Um beispielsweise eine qualitative Aussage über ein 2-GHz-Signal zu treffen, sollte ein Oszilloskop etwa die 5-fache Bandbreite besitzen. Mit dem DS8204-R lassen sich Signale bis 2 GHz analysieren, da durch das HF-Frontend nur geringe Amplitudenschwankungen in den höheren Frequenzen zu sehen sind. Durch die Verwendung von zwei DS8204-R lassen sich bis zu vier 2-GHz-Signale vermessen. Bild 5 zeigt vier 1,8-GHz-Signale.

Datenanalyse mit Ultradaq-Software

Bild 5: Vermessung von 4 × 1.8 GHz Signalen mit 2 × DS8204.

Bild 5: Vermessung von 4 × 1.8 GHz-Signalen mit 2 × DS8204. Rigol

Eine weitere Alternative bietet die Datenanalyse über eine Vielzahl an Kanälen über einen bestimmten Zeitraum, was sich zum Beispiel zur Überwachung von automatisierten Prozessen nutzen lässt. Die DS8000-R-Serie bietet neben einer USB- und LAN-Schnittstelle auch die optische 10-GB-Schnittstelle 10GE-SFP+ an, die über einen Netzwerk-Router die Daten kombiniert mit sehr hoher Geschwindigkeit an den PC überträgt. Rigol bietet mit der Ultradaq-Software eine Lösung für diese Überwachung an. In Kombination mit der SFP+-Schnittstelle lässt sich Ultradaq als Hochgeschwindigkeits-Datenerfassungssoftware nutzen (siehe Bild 6). Auf der Website von Rigol ist ein Open-Source-Software-Entwickler-Kit (SDK) verfügbar, das Anwender individuell an die eigenen Anforderungen anpassen können.

Hohe Performance bei kompakter Bauweise

Bild 6: PC-Software Ultradaq als Multikanalanwendung für eine schnelle Datenerfassung.

Bild 6: PC-Software Ultradaq als Multikanalanwendung für eine schnelle Datenerfassung. Rigol

Der DS8000-R bietet eine hohe Performance und Datenübertragungs-Geschwindigkeit, ermöglicht Mehrkanal-Anwendungen mit genauer Synchronisation, ist kompakt einbaubar und stellt die Möglichkeit zur Visualisierung in einer Software zur Datenüberwachung und -erfassung zur Verfügung. Mit der Kaskadierung mehrerer DS8000-R-Oszilloskope lassen sich Mehrkanal-Anwendungen mit sehr schneller Datenübertragung realisieren, weiterhin lassen sie sich bei Temperaturen zwischen -40 und +50 °C betreiben, wodurch sie sich auch für den Einsatz in rauen Umgebungen eignen. Rigol bietet mit dem neuen DS8000-R eine multifunktionale Lösung für Multikanal-Anwendungen speziell in der Automatisierung oder Forschung und Entwicklung an.