Differentielle Messungen mit Hochgeschwindigkeitsdigitalisierern

Genaue differentielle Messungen erfordern ein kalibriertes Messsystem. Führen Sie zur Kalibrierung Ihres NI-Oszilloskops vor differentiellen Messungen folgende Schritte aus:

Bei differentiellen Messungen mit Koaxialkabeln oder Testvorrichtungen in den meisten automatisierten Testsystemen ist es wichtig, Verstärkungs- und Ausgleichsfehler zu kalibrieren, die durch die Testumgebung und die Testverkabelung verursacht werden. Kalibrieren Sie Ihr Oszilloskop in diesen Fällen für differentielle Messungen nach folgender Methode:

1. Hardware-Selbstkalibrierung (interne Kalibrierung)
2. Verstärkungs- und Offset-Kalibrierung

Für differentielle Messungen mit Dämpfungssonden kalibrieren Sie Ihr Oszilloskop nach folgender Methode:

1. Hardware-Selbstkalibrierung (interne Kalibrierung)
   
2. Tastkopfkompensation
   
3. Verstärkungs- und Offset-Kalibrierung

Hardware-Selbstkalibrierung

Alle Präzisionsinstrumente unterliegen Messdrift, da die Genauigkeit mit Zeit und Temperatur schwankt. Durch die Selbstkalibrierung kann Ihr NI-Oszilloskop diese Drift als eine Reihe von Kalibrierkonstanten charakterisieren, die im Onboard-EEPROM gespeichert sind. Das Oszilloskop verwendet diese Kalibrierkonstanten, um die Drift der Messung automatisch auszugleichen und hochgenaue kalibrierte Daten auszugeben.

NI empfiehlt eine häufige Selbstkalibrierung, um die Kalibrierkonstanten zu aktualisieren und die bestmögliche Messgenauigkeit zu gewährleisten. Sie können eine Selbstkalibrierung durchführen, indem Sie in NI-SCOPE Cal Self Calibrate aufrufen oder im NI-SCOPE Soft Front Panel (SFP) Utility>>Selbstkalibrierung auswählen. Nach dem Aufruf erfordert die Selbstkalibrierung keine Benutzereingriffe. Empfohlene Selbstkalibrierungsintervalle finden Sie in den Spezifikationen Ihres Oszilloskops.

Eine externe Kalibrierung wird seltener als eine Selbstkalibrierung durchgeführt und erfordert eine präzise externe Spannungsquelle, wie z. B. eine hochgenaue Oszilloskopkalibrierung. Da Präzisionsspannungsquellen und Kalibriergeräte kostspielig sind, erfolgt die externe Kalibrierung in der Regel durch ein Messlabor oder durch National Instruments. Empfohlene externe Kalibrierintervalle finden Sie in den Spezifikationen Ihres Oszilloskops.

In der folgenden Abbildung sehen Sie den Ablauf der Selbstkalibrierung für Oszilloskope von NI.

^{Abbildung 1: Der Programmablauf für die Kalibrierung umfasst das Öffnen einer Session mit der Hardware, das Kalibrieren des Oszilloskops und das Schließen der Geräte-Session.}

Verstärkung und Offset-Kalibrierung

Differentielle Messungen erfordern übereinstimmende Verstärkung und Offset zwischen den beiden Testleitungen. Sie können die Kalibrierung Ihrer Testleitungen mit folgender Methode automatisieren:

1. Verbinden Sie beide Sonden oder BNC-Kabel mit dem Sondenkompensationssignal am PFI 1, wie in der folgenden Abbildung dargestellt.

^{Abbildung 2: Die Kompensation einer differentiellen Messung an zwei Eingangskanälen erfordert mehrere BNC-Adapter.}

2. Starten Sie das Sondenkalibrierungs-VI, das auf ni.com heruntergeladen werden kann. Das Sondenkalibrierungs-VI gibt die notwendigen Kalibrierkonstanten für Verstärkungs- und Offset-Anpassungen für Kanal 0 aus. Sie können die Array-Verstärkung und den Array-Offset in NI-SCOPE auch manuell anpassen, um Kanal 0 und Kanal 1 wie nachfolgend beschrieben am besten anzupassen.

HINWEIS: Das Sondenkalibrierungs-VI gibt Verstärkungs- und Offset-Kalibrierdaten für Kanal 0 aus, um dem Signal an Kanal 1 am besten zu entsprechen. Es ist wichtig, beide Kanäle mit demselben Signal zu verbinden, bevor Sie die Kalibrierroutine ausführen.

Sie können Verstärkungs- und Offset-Differenzen zwischen zwei Testleitungen manuell mit folgender Methode kalibrieren:

1. Erfasst an beiden Kanälen des A/D-Wandlers dasselbe Signal, z. B. das Sondenkompensationssignal von PFI 1.
   
2. Verwenden Sie die VHSD-Messung (Voltage Histogram Standard Deviation) direkt von NI-SCOPE an Kanal 0 und Kanal 1, um die erforderliche Verstärkungsanpassung zu berechnen.
   
3. Wendet die Verstärkungsanpassung auf das Attribut/die Eigenschaft "Array-Verstärkung" des erforderlichen Kanals an.
   
4. Verwenden Sie den Spannungsmittelwert (VA) direkt von NI-SCOPE an Kanal 0 und Kanal 1, um die erforderliche Offset-Anpassung zu berechnen.
   
5. Wendet die Offset-Anpassung auf das Attribut/die Eigenschaft "Array-Offset" des erforderlichen Kanals an.

Die Verstärkungseinstellung an Kanal 0 ist beispielsweise gleich (VHSD-Kanal 1)/(VHSD-Kanal 0). Offset-Einstellung an Kanal 0 ist gleich (VA-Kanal 1) - (VA-Kanal 0), nachdem die richtige Verstärkungseinstellung angewendet wurde.

Mit NI-SCOPE können Sie relativ einfach differentielle Messungen durchführen. NI-SCOPE umfasst Messfunktionen, die schnell die Ergebnisse Ihrer differentiellen Messung ausgeben.

HINWEIS: Denken Sie daran, dass Sie die Hochgeschwindigkeits-Digitizer-Hardware kalibrieren müssen, bevor Sie differentielle Messungen durchführen (siehe den Abschnitt Messkalibrierung oben).

Um den Hochgeschwindigkeitsdigitalisierer für differentielle Messungen zu konfigurieren, legen Sie die aktiven und anderen Kanalattribute/-eigenschaften fest. Rufen Sie dann die Funktion "NI-SCOPE Fetch Array Measurement" auf, wobei die Array-Messung auf "Subtrahieren von Kanälen" eingestellt ist, und rufen Sie dann Ihre differentiellen Messungen direkt ab.

In den folgenden LabVIEW Beispielprogrammen werden differentielle Messungen durchgeführt.

• Differentielle Messungen mit Hochgeschwindigkeitsdigitalisierern
• Mehrkanal-Differenzbereichserfassung

HINWEIS: Wenn Sie mit dem NI 5112 differentielle Signale messen, deren Einzelkomponenten deutlich unter 20 MHz liegen, empfiehlt NI die Aktivierung des bandbreitenbegrenzenden Filters, um hochfrequentes Rauschen zu unterdrücken.

Bei differentiellen Messungen mit der oben beschriebenen Methode ist es wichtig, die folgenden Einschränkungen zu beachten.

Keine differentielle Triggerung

Der Hochgeschwindigkeitsdigitalisierer kann nur durch einen der beiden verwendeten Kanäle getriggert werden, ein separates einseitig geerdetes Analogsignal oder einen digitalen Impuls. Daher kann das Oszilloskop den wahren differentiellen Pegel nicht auslösen.

Vertikale Bereichseinstellung

Falsche vertikale Bereichseinstellungen können zu ungültigen differentiellen Messungen führen. Die Kanalsubtraktion erfolgt an den erfassten Daten nach der A/D-Wandlung. Wenn also das Signal an einem der Kanäle seinen vertikalen Bereich überschreitet, sind die Daten unvollständig und Verarbeitungsvorgänge führen zu ungültigen Ergebnissen. Vergewissern Sie sich, dass das an jedem Kanal des Oszilloskops erfasste Signal den vertikalen Bereich für diesen Kanal nicht überschreitet. Legen Sie daher den vertikalen Bereich Ihrer Eingangskanäle basierend auf den einzelnen Komponenten des differentiellen Signals fest und nicht basierend auf dem differentiellen Ergebnis.

• Produkte und Serviceleistungen Oszilloskop-Tastkopf
• Differentieller Vorverstärker NI PXI-5900 für NI PXI-5922 Oszilloskope
• Spezifikationen im Detail: NI-Oszilloskope und -Digitizer