Vorteile von Oszilloskopen von NI

Traditionelle Tisch-Oszilloskope sind optimiert, um die Anforderungen von Konstrukteuren zu erfüllen, die das Instrument hauptsächlich interaktiv nutzen und Funktionen wie Zeit bis zur ersten Messung, Signalverlaufsdarstellung und Konnektivität mit einer Vielzahl von Sonden priorisieren. Obwohl neuere Box-Oszilloskope diese Erfahrung verbessern, indem sie Funktionen wie eine höhere Bandbreite und schlüsselfertige Software für die Analyse von Busprotokollen hinzufügen, erfüllen sie oft nicht die Anforderungen von Ingenieuren, die automatisierte Testsysteme oder Hochgeschwindigkeitsmesssysteme mit hoher Kanalanzahl erstellen. Diese Ingenieure müssen eine große Menge an Daten automatisiert erfassen und analysieren und in der Regel Prioritäten wie Integration mit anderen Geräten, Größe, Programmiererfahrung und Datendurchsatz oder Ausführungszeit setzen. Aufgrund dieser besonderen Anforderungen wechseln viele dieser Anwender zu einer modularen Plattform, die die Messleistung herkömmlicher Box-Oszilloskope in einem für ihre Anwendung optimierten Formfaktor bietet.

NI bietet die größte Auswahl an modularen Oszilloskopen auf der PXI-Plattform, sodass Sie Ihr System hinsichtlich Kosten, Dichte, Messauflösung oder Sample Clock optimieren können. In Abbildung 1 sind Sample Clock und Auflösung verschiedener NI-Oszilloskope dargestellt. Die blauen I/O-Punkte stellen softwaredefinierte Oszilloskope dar, die mit dem NI-SCOPE Gerätetreiber programmiert werden, während die gelben I/O-Punkte FPGA-basierte Digitalisierer darstellen, die die NI rekonfigurierbare I/O (RIO) Architektur verwenden. 

^{Abbildung 1: NI-Oszilloskope haben eine Mischung aus Auflösung und Hochgeschwindigkeitsabtastung.}

Tabelle 1 enthält einige Spezifikationen des Oszilloskops, die in den blauen I/O-Punkten oben aufgeführt sind. Diese Oszilloskope bieten die Messfunktionen, die Benutzer von einem herkömmlichen Gerät erwarten, wie wählbare Eingangsbereiche, Eingangskopplung und Impedanz, Filter und rückverfolgbare Kalibrierung. Sie unterstützen auch Soft-Frontpanels und sind mit Instrument Drivers programmiert, die vorgefertigte Funktionen für die Durchführung von Standard-Oszilloskopmessungen wie Anstiegszeit, Frequenz und Impulsbreite enthalten oder den Funktionsumfang über Software definieren.

^{Tabelle 1: Wählen Sie aus einem umfangreichen Portfolio an Oszilloskopen.}

Die FPGA-basierten Digitalisierer in den gelben I/O-Punkten in Abbildung 1 vereinen Hochgeschwindigkeitsabtastung mit einem vom Benutzer zugänglichen FPGA, wodurch sie ideal für die geräteeigene Signalverarbeitung, Echtzeitanalyse oder benutzerdefinierte Trigger-Implementierung sind.

^{Abbildung 2: Definieren Sie die für Ihre Anwendung benötigte I/O durch Ändern des Adaptermoduls.}

NI bietet eine breite Palette von PXI-Oszilloskopen und FPGA-basierten Digitalisierern für automatisierte Testsysteme mit hoher Kanalanzahl oder Mischsignalen. Obwohl die Spezifikationen von hoher Auflösung bis zu hoher Geschwindigkeit variieren, teilen NI-Oszilloskope mehrere wichtige Attribute, die sie für diese Anwendungen optimieren, darunter:

• Enge Integration und Synchronisation mit anderen Geräten
• Möglichkeit, große Datenmengen zu speichern und zu streamen
• Hohe Kanaldichte
• Benutzerdefinierte Triggerung und integrierte Signalverarbeitung
• Eine umfassende Softwareerfahrung für schnelle Messungen, Programmierung und Fehlersuche

Mischsignalprüfsysteme bestehen aus vielen Arten von Messgeräten wie Signalquellen, Messgeräten und Schaltern. PXI-Oszilloskope von NI bieten eine enge Integration und Synchronisation mit anderen Instrumenten, indem sie die Vorteile der PXI-Plattform mit der patentierten NI-Technologie kombinieren. Mit einem PXI-System und modularen Instrumenten von NI können Sie nicht nur ein umfassendes Testsystem in einem einzigen, kompakten PXI-Chassis erstellen, sondern auch Messqualität und Wiederholgenauigkeit sicherstellen, da Module im Chassis mit Pikosekundengenauigkeit synchronisiert werden können.

^{Abbildung 3: Die PXI-Plattform umfasst eine Vielzahl modularer Instrumente.}

Durch die Synchronisation können Sie die Zeitbasis und Triggerung mehrerer Instrumente des gleichen Typs für die Kanalerweiterung anpassen oder die Ein- und Ausgänge verschiedener Instrumente eng miteinander korrelieren. Grundlegende Methoden der Synchronisation sind die gemeinsame Nutzung von Triggern und Trigger-Takt, während die fortgeschrittene Synchronisation die Ausrichtung mehrerer Sample-Takt mit unterschiedlicher Geschwindigkeit und die Anpassung an Phasenverzögerungen zwischen Takten und Triggern beinhaltet. Die PXI-Architektur meistert einige dieser Herausforderungen, indem Trigger und Sample-Takt gleichmäßig über die Backplane des PXI-Chassis verteilt werden (siehe Abbildung 4).

^{Abbildung 4: Die PXI-Express-Backplane vereinfacht Timing und Synchronisation.}

Darüber hinaus teilen sich NI-Oszilloskope eine gemeinsame SMC-Technologie (Synchronization and Memory Core) mit anderen Instrumenten wie Signalgeneratoren und Hochgeschwindigkeits-Digital-I/O. Diese patentierte Technologie verwendet ein separates Taktbereichssignal, um die Ansteuerung und den Empfang von Triggern zwischen verschiedenen Geräten zu ermöglichen, und führt zu einer Synchronisation in 10 Pikosekunden. Dieser als Trigger-Takt (TClk) bezeichnete Trigger führt zu einer deutlich besseren Leistung als das Festlegen des Sample-Takts an den 10-MHz-Referenztakt.

Unternehmen entstehen eine Vielzahl von Kosten für effizientes und genaues Testen von Produkten. Zusätzlich zu den anfänglichen Ausgaben für die Testausrüstung beeinflussen Faktoren wie die Testdauer Ihre Testkosten erheblich. Obwohl jede Anwendung einzigartig ist und spezifische Anforderungen hat, haben automatisierte Testsysteme immer Gemeinsamkeiten. Bandbreite und Latenz sind zwei der wichtigsten Aspekte für ein automatisiertes Testsystem, da die Kombination beider Faktoren die Gesamtgeschwindigkeit Ihres Messsystems bestimmt.

^{Abbildung 5: Busbandbreite und -latenz gängiger Instrumentenbusse.}

Latenz beschreibt die Zeit, die ein Gerät benötigt, um auf einen Fernbefehl zu reagieren, z. B. eine Messanfrage. Bandbreite bezieht sich in erster Linie auf die Datendurchsatzkapazität des Datenbusses, der das Messgerät mit dem Host-PC oder Controller verbindet. Ein Bus mit hoher Bandbreite führt zu geringeren Testzeiten, unabhängig davon, ob die Anwendung einen großen Datensatz einmal oder mehrere Male hintereinander übertragen soll. Die PXI-Plattform, auf der Hochgeschwindigkeits-Oszilloskope von NI aufbauen, bietet eine hohe Geschwindigkeit für eine Vielzahl von Anwendungen mit hoher Bandbreite und geringer Latenz über die PCI- und PCI-Express-Busse. PXI Express, eine Version von PXI, die mit dem Hochgeschwindigkeits-PCI-Express-Bus arbeitet, erreicht je nach Chassis und Controller Systemdurchsatzraten von mehreren GB/s. Sowohl PXI- als auch PXI-Express-Datendurchsatzraten sind deutlich schneller als die von GPIB, USB oder LAN – anderen gängigen Bussen zur Automatisierung von Testinstrumenten (Tabelle 2).

^{Tabelle 2: Vergleichen Sie die Datendurchsatzraten für PXI und Ethernet.}

PXI-Oszilloskope von NI sind kompakter als herkömmliche Tischmessgeräte. Das bedeutet, dass Sie automatisierte Testsysteme für Mischsignale mit einem Bruchteil der Größe von Rack-and-Stack-Testern erstellen können. Ein kleines Footprint-Testsystem spart wertvollen Platz auf Produktionsflächen und Charakterisierungslaboren, erhöht die Portabilität durch Reduzierung von Gewicht und Größe und führt oft zu geringeren Kosten für Anlagen und Testinfrastruktur, da der Stromverteilungs- und Kühlbedarf reduziert wird. 

^{Abbildung 6: Kombinieren Sie NI-Oszilloskope mit anderen Instrumenten, um kompakte automatisierte Testsysteme zu erstellen.}

Die Kanaldichte des Oszilloskops ist besonders wichtig, wenn Daten von mehr als vier Kanälen gleichzeitig erfasst werden, da die meisten herkömmlichen Box-Oszilloskope maximal an vier Kanälen arbeiten. Da Box-Oszilloskope für Benchtop-Anwendungen mit geringer Kanalanzahl optimiert sind, verfügen sie über viele physikalische Drehknöpfe und große Displays zur Erfassung und Anzeige von Daten. Der von den Frontpanels dieser Geräte eingenommene Bauraum macht ein Zusammenstapeln für Systeme mit hoher Kanalanzahl unpraktisch.

PXI-Oszilloskope entfernen viele der Redundanzen, wie z. B. einzelne Anzeigen, physikalische Drehknöpfe, Netzteile und Lüfter, die mit herkömmlichen Instrumenten verbunden sind. Das PXI-Chassis und der Controller übernehmen die Verarbeitung, Datenübertragung, Kühlung und Versorgung der Geräte, während der Benutzer das Gerät über Software steuert und Daten auf einem einzigen Monitor anzeigt. Mit Hilfe der PXI-Plattform und der NI-Oszilloskope können Sie Systeme mit hoher Kanalanzahl mit bis zu 136 Kanälen in einer einzigen 4U, 19 in erstellen. PXI-Chassis.

^{Abbildung 7: Kombinieren Sie bis zu 68 oder 136 Oszilloskopkanäle in einem PXI-Chassis (19 Zoll, 4HE Rack) für Hochgeschwindigkeitserfassungssysteme.}

Die meisten Testgeräte enthalten heute FPGAs mit fester Firmware, um die Leistungsmerkmale des Geräts zu implementieren. Die softwaregesteuerten Oszilloskope von NI verfügen über einen offenen FPGA, der Benutzern die Möglichkeit bietet, komplexe Algorithmen auf dem Gerät durchzuführen, wodurch die Menge der Daten, die an den Host gestreamt werden müssen, erheblich reduziert wird. Dieses Beispiel zeigt, wie eine Anwendung entwickelt wird, die gängige Berechnungen (SFDR, SNR und SINAD) auf dem FPGA des Geräts durchführen kann.

^{Abbildung 8: Dieses geöffnete FPGA-Blockdiagramm veranschaulicht die Architektur zur Berechnung von SFDR, SNR und SINAD auf dem FPGA.}

Das Thema "hoher Datendurchsatz" im vorherigen Abschnitt bezieht sich sowohl auf erhöhte Bandbreite als auch auf verringerte Latenz. Diese Vorteile werden durch die Verwendung der offenen FPGA-Architektur, wie sie von den softwaregesteuerten Oszilloskopen definiert wird, erheblich erhöht. Eine Besonderheit von FlexRIO-FPGA-Modulen von NI für PXI Express ist, dass sie Daten zwischen Modulen mit Raten von 3 GB/s streamen können, ohne Daten durch den Host-Chipsatz zu leiten. Es werden bis zu 16 solcher Streams unterstützt, wodurch die komplexe Kommunikation zwischen mehreren FPGAs vereinfacht wird, ohne dabei die CPU-Ressourcen des Hosts zu belasten. Weitere Informationen zu dieser Technologie finden Sie im Whitepaper An Introduction to Peer-to-Peer Data Streaming.

^{Abbildung 9: In einem Testgerät kann ein offener FPGA Funktionen wie Triggerung und Nachbearbeitung hinzufügen.}

Eine der am häufigsten übersehenen Funktionen eines Oszilloskops ist die Software zur Steuerung und Programmierung des Geräts für automatisierte Tests und Messungen. Leider kann dies ein entscheidender Einblick sein, da Software stark in die Entwicklungszeit von Anwendungen hineinspielt. NI-Oszilloskope bieten eine Vielzahl von Software-Tools zur Produktivitätssteigerung, da Sie schnell Daten erfassen, Anwendungen auf Fehler untersuchen, die Datenerfassung automatisieren und mit anderen Geräten synchronisieren können.

Erste Schritte mit dem Soft-Frontpanel von NI-SCOPE

Dieses interaktive Programm ähnelt der dedizierten Anzeige eines traditionellen Oszilloskops, um eine einfach zu bedienende Schnittstelle bereitzustellen. Neben dem Zugriff auf den grundlegenden Funktionsumfang aller NI-Oszilloskope bietet es Echtzeitmessungen sowie die Möglichkeit, Daten zur Nachbearbeitung und Analyse in einer Datei zu speichern. Diese Schnittstelle erleichtert es, Messungen mit einem NI-Oszilloskop in Sekunden durchzuführen.

^{Abbildung 10: Messen Sie schnell mit dem Soft-Frontpanel von NI-SCOPE.}

Programmierung mit dem NI-SCOPE Treiber und Beispielprogrammen

Um die volle Leistung eines PC-basierten Messgeräts zu nutzen, ist es unerlässlich, dessen Funktionsweise programmatisch zu definieren und zu steuern. Alle Oszilloskope von NI können programmatisch über den NI-SCOPE-Gerätetreiber gesteuert werden, der sowohl High-Level-Funktionen für den schnellen Einstieg als auch Low-Level-Steuerung für den Zugriff auf alle Funktionen eines Oszilloskops bietet. Darüber hinaus enthält dieser Treiber mehr als 50 vorgefertigte Beispielprogramme, mit denen der volle Funktionsumfang eines NI-Oszilloskops veranschaulicht wird. Der NI-SCOPE Gerätetreiber kann über eine Vielzahl von Programmiersprachen wie G in LabVIEW, C++ oder Visual Basic aufgerufen werden. Für jedes gibt es Programmierbeispiele.

^{Abbildung 11: Mit dem NI-SCOPE Treiber programmieren, um ein benutzerdefiniertes Programm zu erstellen.}

Die Synchronisation mehrerer Geräte ist eine Schlüsselanforderung vieler Anwendungen, welche die Softwareentwicklungszeit oftmals in die Länge zieht. Oszilloskope von NI, die auf der SMC-Architektur basieren, können jedoch NI-TClk nutzen, um genaue Synchronisation mit minimalen Entwicklungsanstrengungen zu erzielen. NI-TClk bietet eine High-Level-Schnittstelle zur Programmierung der Synchronisation mehrerer Oszilloskope von NI, Signalgeneratoren und High-Speed-Digital-I/O-Geräte. Darüber hinaus stehen vielfältige fertige Beispiele für die Durchführung dieser Art von Synchronisation zur Verfügung, welche die Inbetriebnahme noch weiter vereinfachen. Im Folgenden sehen Sie die drei Funktionen zur homogenen Synchronisation mehrerer PXI-Oszilloskope, die in LabVIEW programmiert sind.

^{Abbildung 12: Synchronisation von NI-Oszilloskopen mit Hilfe von drei Funktionen in LabVIEW oder LabWindowsTM/CVI.}

Im Allgemeinen bieten NI-Oszilloskope die Messleistung herkömmlicher Tisch-Oszilloskope in einem Formfaktor, der sich besser für automatisierte Test- und Anwendungen mit hoher Kanalanzahl eignet. Mit einer Reihe von PXI-basierten Oszilloskopen und FPGA-basierten Digitalisierern können Sie Ihr System hinsichtlich Dichte, Auflösung, Bandbreite und Sample-Rate optimieren. Darüber hinaus bieten Softwareinstrumente ein unübertroffenes Maß an Flexibilität, da Sie das Gerät mit Hilfe des LabVIEW FPGA Modules anpassen können. NI-Oszilloskope bieten sofort einsatzbereite Software-Tools zum schnellen Durchführen von Messungen und zur Fehlersuche in Anwendungen, zum Erstellen vollautomatischer Testprogramme und zum Implementieren benutzerdefinierter Algorithmen auf der Hardware.

• Anzeigen des gesamten Angebots von Oszilloskopen
• Konfiguration eines PXI-Systems mit Hilfe eines Online-Ratgebers
• Grundlagen zum Erstellen eines Testsystems

^{Für die Verwendung der Marke LabWindows wurde eine Lizenz bei der Microsoft Corporation eingeholt. Windows ist ein in den USA und anderen Ländern eingetragenes Warenzeichen der Microsoft Corporation.}