Spezifikationen im Detail: NI-Oszilloskope und -Digitizer
Überblick
Inhalt
- Einführung
- Grundlegendes zur Spezifikationsterminologie
- Vertikal
- Horizontal
- Trigger
- TClk-Spezifikationen
- Signalverlaufsspezifikationen
- Zusätzliche Ressourcen
Einführung
Dieses Handbuch ist in die gleichen Abschnitte unterteilt wie die meisten NI-Spezifikationshandbücher. Die folgenden Begriffe und Definitionen sind in alphabetischer Reihenfolge aufgeführt, können jedoch in den Spezifikationshandbüchern in einer anderen Reihenfolge erscheinen. Diese Anleitung gilt ausschließlich für Geräte und Module der 51xx-Familie, USB-, PCI-, PXI- und PXIe-Oszilloskope und -Digitizer. Andere NI-Produktfamilien wie Multifunktions-DAQ-60xx-, 61xx-, 62xx- und 63xx-Familien (früher B-, E-, S-, M- und X-Serie), cDAQ- und cRIO-Chassis und -Controller, C-Serien-Module, Multifunktions-RIO 78xx R-Serie, Digitalmultimeter und andere Instrumente können unterschiedliche Terminologien oder Methoden zur Ableitung von Spezifikationen verwenden. Daher sollte diese Anleitung nicht als Referenz für andere Geräte und Module als die der NI-Oszilloskop- und Digitizer-Familien verwendet werden.
In dieser Anleitung wird das PXIe-5162 für viele Referenzen verwendet. Wenn Sie diese Gerätespezifikationen einsehen möchten, können Sie dies über diesen Link tun: Spezifikationen des PXIe-5162. Wenn sich die Spezifikation auf ein anderes Oszilloskop oder einen anderen Digitizer bezieht, können Sie auch die Gerätespezifikationen auswählen.
Grundlegendes zur Spezifikationsterminologie
Zunächst ist es wichtig, den kategorialen Unterschied zwischen verschiedenen Spezifikationsarten zu verstehen. NI definiert die Fähigkeiten und die Leistung seiner Test- und Messinstrumente jeweils als Spezifikationen, als typische Spezifikationen und als charakteristische oder Zusatzspezifikationen. Weitere Einzelheiten dazu, welche Spezifikationen gewährleistet werden oder typisch sind, finden Sie im Spezifikationshandbuch Ihres Geräts.
- Zugesicherte Eigenschaften sind die Parameter eines Modells unter den angegebenen Betriebsbedingungen.
- Typische Werte sind Parameter, die von den meisten Exemplaren eines Modells erreicht werden. Für typische Spezifikationen wird keine Gewähr übernommen.
- Nennwerte sind Parameter, die designspezifisch sind oder auf Tests wie Konformitätstests beruhen. Nominale Spezifikationen werden nicht garantiert.
Vertikal
Geräte und Module für Oszilloskope und Digitizer von NI haben Spezifikationen für analoge Signale. Diese Spezifikationen können für jedes Gerät oder Modell eindeutig sein. Prüfen Sie daher die Spezifikationen für Ihr spezifisches Modell. Dieser Abschnitt ist in sechs Abschnitte gegliedert, um die allgemeinen Spezifikationen abzudecken: Impedanz und Kopplung, Spannungspegel, Genauigkeit, Bandbreite und Einschwingverhalten, spektrale Eigenschaften und Rauschen.
Impedanz und Kopplung
Eingangskapazität
Digitizer-Eingänge haben eine parasitäre Kapazität, die das gemessene Signal möglicherweise verändern kann. Zur Kompensation der Eingangskapazität und Erzielung eines flachen Frequenzgangs kann eine Sonde mit einstellbarer Kapazität verwendet werden. Bei niedrigen Frequenzen hat die Kapazität einen sehr hohen Blindwiderstand, der keine sinnvolle Belastung verursacht. Mit zunehmender Frequenz wird jedoch die Belastung durch eine Abnahme der Impedanz der Sonde viel größer.
Abbildung 1 zeigt einen korrekt kompensierten, unterkompensierten und überkompensierten Tastkopf für niedrige Frequenzen. Es sei angemerkt, dass bei der Kompensation der Sonde auch die Kabelkapazität kompensiert wird.
Abbildung 1
Beispiel
Das PXIe-5172 hat eine typische Eingangskapazität von 16 pF ± 1,2 pF bei einer Eingangsimpedanz von 1 MΩ. Die verwendete Sonde muss in der Lage sein, von 14,8 pF bis 17,2 pF für beste Ergebnisse zu kompensieren
Eingangskopplung
Sie können einen Eingangskanal als DC-gekoppelt, AC-gekoppelt oder massegekoppelt angeben. DC-Kopplung lässt DC- und niederfrequente Anteile eines Signals ungedämpft durch. AC-Kopplung entfernt DC-Offsets und niederfrequente Anteile und ermöglicht nur hochfrequente Signale. Massekopplung trennt den Eingang und verbindet den Kanal intern mit Masse, um eine Masse-Nullspannungsreferenz bereitzustellen.
In Abbildung 2 ist die DC-Kopplung dargestellt, die den Signalverlauf mit dem DC-Anteil darstellt. Plot B zeigt den gleichen Signalverlauf mit AC-Kopplung, der den DC-Anteil entfernt.
Abbildung 2
Beispiel
Das PXIe-5164 verfügt sowohl über AC- als auch DC-Kopplung, um sowohl nieder- als auch hochfrequente Signalmessungen zu ermöglichen.
Eingangsimpedanz
Die Eingangsimpedanz gibt an, in welchem Maße die Eingangsschaltung verhindert, dass Strom zur Masse des Analogeingangs durchfließt. Bei Oszilloskopen von NI beträgt die übliche Eingangsimpedanz 50 Ω oder 1 MΩ.
Typischerweise wird die Impedanz von 1 MΩ (hohe Z-Impedanz) mit einem Tastkopf für Hochspannungsmessungen verwendet. Für einige Anwendungen, z. B. RF, wird eine Eingangsimpedanz von 50 Ω verwendet, um die Quellenimpedanz anzupassen, um Reflexionen zu minimieren, die das gemessene Signal verfälschen können.
Beispiel
Das PXIe-5164 hat sowohl 50 Ω als auch 1 MΩ Eingangsimpedanz. Die Wahl der geeigneten Eingangsimpedanz ist wichtig für gute Messungen.
Siehe auch
Wählen Sie den richtigen Tastkopf für Ihre Anwendung: Ladeeffekte
Eingangsrückflussdämpfung
Die Eingangsrückflussdämpfung zeigt die Abnahme der Leistung eines Signals an, das aufgrund nicht angepasster Impedanzen reflektiert wird. Die Gleichung für die Rückflussdämpfung finden Sie unten.
Beispiel
Das PXIe-5162 hat eine Eingangsrückkopplungsdämpfung von etwa -20 dB bei einer Frequenz von 1 GHz. Dies bedeutet, dass ein Signal, das 20 dB kleiner als das Eingangssignal ist, aufgrund einer Impedanzabweichung reflektiert wird.
Abbildung 3
Eingangsspannungsverhältnis (VSWR)
VSWR ist das Verhältnis von reflektierten zu transmittierten Wellen. VSWR kann verwendet werden, um zu bestimmen, wie viel des Eingangssignals reflektiert wird. Je nachdem, ob die reflektierte Welle mit dem Eingangssignal in Phase ist oder nicht, kann sie die Nettoamplitude erhöhen oder verringern. VSWR ist das Verhältnis dieser maximalen und minimalen Nettoamplitude. Verschiedene Möglichkeiten, VSWR zu finden, sind in den folgenden Gleichungen und Abbildungen dargestellt.
Z-Lastimpedanz
Zo-Kennlinienimpedanz
Abbildung 4
Beispiel
Das PXIe-5162 hat eine VSWR von ungefähr 1,1 bei 500 MHz. Daraus ergibt sich das Verhältnis von Maximalamplitude und Minimalamplitude aufgrund der Phase des reflektierten Signals.
Abbildung 5
Siehe auch
Kapitel 1: Wichtige RF-Schalter-Spezifikationen: Spannungsverhältnis
Spannungspegel
Eingangs-Offsets
Eingangs-Offset (vertikaler Offset) ist die Spannung, um die der Spannungsbereich zentriert ist. Vertikaler Offset positioniert den vertikalen Bereich um einen benutzerdefinierten DC-Wert. Mit diesem Offset können kleine Änderungen im Eingangssignal untersucht werden, was zu einer verbesserten Messgenauigkeit führen kann.
Abbildung 6 zeigt den Zusammenhang zwischen Eingangsbereich und Offset und wie er die Auflösung beeinflussen kann.
Abbildung 6
Beispiel
Das PXIe-5164 hat einen Eingangs-Offset von ±5 V für den Eingangsbereich von 0,25 V. Dadurch kann das Oszilloskop ein Signal messen, das von einer ±5 Gleichspannung getragen wird, um die Leistung des A/D-Wandlers vollständig zu maximieren.
Eingangsbereiche
Eingangsbereich (vertikaler Bereich) ist der Spitze-Spitze-Spannungsbereich, den ein A/D-Wandler am Eingangsanschluss messen kann. Viele A/D-Wandler haben mehrere vertikale Bereiche, um die Leistung des A/D-Wandlers zu maximieren und eine bessere Auflösung zu erzielen.
Beispiel
Das PXIe-5171 hat Eingangsbereiche von 0,2 Vpp, 0,4 Vpp, 1 Vpp, 2 Vpp und 5 Vpp. Ein Benutzer hat diese fünf Bereiche zur Auswahl, um die bestmögliche Auflösung zu erhalten. Wenn das gemessene Signal 0,5 Vpp beträgt, empfiehlt es sich, den A/D-Wandler im Bereich von 1 Vpp statt im Bereich von 5 Vpp zu maximieren.
Maximale Eingangsüberlastung
Dies ist die maximale Eingangsspannung, die ein Gerät verarbeiten kann. Beim Überschreiten dieser Spannung kann das Gerät beschädigt werden.
Beispiel
Das PXIe-5162 hat eine maximale Eingangsüberlastung von |Peaks| ≤ 42 V für 1 MΩ. Der maximale Eingangsbereich des Geräts beträgt 50 Vpp mit einem Offset von ±15 V. Das bedeutet, dass Eingangssignale mit Spitzenwerten von ±40 V gemessen werden können und trotzdem innerhalb der Eingangs-Überlastspezifikation von 42 V liegen.
Genauigkeit
AC-Amplitudengenauigkeit/Frequenzgang
Da reale Verstärker keine ideale Leistung liefern können, ist die Verstärkung ein Produkt der Eingangsfrequenz. Frequenzgang gibt den Amplitudengang eines Signals über einen Frequenzbereich an.
Abbildung 7
Beispiel
Nehmen Sie ein mit dem PXIe-5162 erfasstes Signal von 1,25 GHz mit einer Eingangsimpedanz von 50 Ω und einem Bereich von 1 Vpp, die oben genannten Spezifikationen für die AC-Amplitudengenauigkeit und Abbildung 7, der Frequenzganggraph, können verwendet werden, um die typische Genauigkeit zu finden. Abbildung 7 zeigt eine Amplitude von etwa 2 dB für das 1,25-GHz-Signal, wobei die Genauigkeit 2 dB ± 0,5 dB oder der Bereich 1,5 dB bis 2,5 dB beträgt.
AC-Amplitudendrift
Wie die DC-Drift kann auch die AC-Amplitude aufgrund einer Temperaturänderung seit der letzten Kalibrierung driften.
Beispiel
Die Amplitudendrift des PXIe-5162 kann anhand der Gleichung im Spezifikationsdokument ermittelt werden. Wenn nun die Temperatur der Karte 5 Grad von der kalibrierten Temperatur beträgt, liegt die AC-Amplitude im Bereich von 1,48 dB bis 2,52 dB. Die Genauigkeit der AC-Amplitude ändert sich nur um 0,02 dB, da das PXIe-5162 nur Temperaturänderungen über ± 3·°C für die AC-Amplitudendrift berücksichtigt.
Übersprechen
Übersprechen gibt an, wie stark ein Signal an einem Kanal einen anderen Kanal beeinflussen kann. Im Idealfall sollte die Erfassung eines Signals an einem Kanal keinen Einfluss auf ein anderes zu erfassendes Signal haben. Dies ist jedoch nicht immer der Fall aufgrund einer unerwünschten leitenden, kapazitiven oder induktiven Kopplung zwischen einem Teil des A/D-Wandlers.
Beispiel
Das Übersprechen zwischen Kanälen aus dem PXIe-5162-Spezifikationsdokument zeigt, dass bei einer Abtastung eines Signals von 50 MHz mit einer Eingangsimpedanz von 50 Ω eine charakteristische Isolation von -60 dB zwischen Kanälen vorliegt, wenn beide auf denselben Eingangsbereich eingestellt sind.
Tabelle 1
DC-Genauigkeit
Genauigkeit bestimmt, wie nah der vom A/D-Wandler vorgegebene Wert am tatsächlichen Signal liegt.
Beispiel
Die folgende Gleichung zeigt die DC-Genauigkeitsspezifikation aus dem Spezifikationsdokument PXIe-5162. Im Folgenden sehen Sie ein Beispiel für die Berechnung der DC-Genauigkeit eines Signals, das 0,6 V mit 0 V vertikalem Offset und einer Gesamtspannung von 1 V beträgt.
DC-Drift
Die DC-Drift wird verwendet, um die Genauigkeit des A/D-Wandlers zu ermitteln, wenn die Temperatur des Geräts seit der letzten Kalibrierung mehr als ±X °C beträgt.
Beispiel
X variiert von Gerät zu Gerät; beim PXIe-5162 sind es 3 °C. Die Gleichung oben zeigt die DC-Driftspezifikation aus dem Dokument PXIe-5162 Specification. Nachfolgend sehen Sie ein Beispiel für die Berechnung der DC-Drift eines 0,6-V-Signals mit einem vertikalen 0-V-Offset, einer Gesamtspannung von 1 V und einer Differenz der Bordtemperatur von 5 °C seit der letzten Kalibrierung.
Auflösung
Auflösung ist die kleinste Eingangsspannungsänderung, die ein A/D-Wandler ideal erfassen kann. Die Auflösung kann in Bit (LSB), in Proportionen oder in Prozent angegeben werden. Tabelle 2 enthält einige Beispiele.
| Bits | Auflösung | ||
|---|---|---|---|
| 8 | 1/28 | oder | 1/256 |
| 10 | 1/210 | oder | 1/1024 |
| 12 | 1/212 | oder | 1/4096 |
| 14 | 1/214 | oder | 1/16384 |
| 16 | 1/216 | oder | 1/65536 |
Tabelle 2
Die Auflösung schränkt die Genauigkeit einer Messung ein. Je höher die Auflösung (Bitanzahl), desto genauer die Messung. Ein 8-Bit-A/D-Wandler teilt den vertikalen Bereich des Eingangsverstärkers in 256 diskrete Pegel auf. Mit einem vertikalen Bereich von 10 V kann der 8-Bit-A/D-Wandler Spannungsdifferenzen kleiner als 39 mV nicht ideal lösen. Im Vergleich dazu kann ein 14-Bit-A/D-Wandler mit 16.384 diskreten Pegeln Spannungsunterschiede bis zu 610 μV ideal auflösen.
Abbildung 8 zeigt eine Sinusschwingung, die von einem 3-Bit-A/D-Wandler und einem 16-Bit-A/D-Wandler gemessen wurde.
Abbildung 8
Beispiel
Das PXIe-5160 hat eine 10-Bit-Auflösung, wodurch es 1.024 diskrete Pegel erhält. Bei einem Bereich von 10 V können so Änderungen bis zu 9,77 mV gemessen werden. Im Vergleich dazu kann die 3-Bit-Auflösung in Abbildung 8 nur Änderungen von 1,25 V messen.
Bandbreite und Einschwingverhalten
AC-Kopplungsabschaltung
Die AC-Kopplungs-Grenze gibt den -3 dB-Punkt des Hochpassfilters bei Verwendung der AC-Kopplung an.
Beispiel
Das PXIe-5162 hat eine Grenzfrequenz von 170 kHz für 50 Ω und 17 Hz für 1 MΩ. Bei Verwendung einer Eingangsimpedanz von 1 MΩ mit AC-Kopplung werden Frequenzen unter 17 Hz um mehr als 3 dB gedämpft.
Bandbreite
Bandbreite ist definiert als der Punkt, an dem die Leistung des gemessenen Signals die Hälfte der Leistung des ursprünglichen Signals beträgt. Bei der Arbeit mit einem Spannungssignal ist der -3 dB-Punkt der Punkt, an dem die gemessene Spannung das 
Beispiel
Das PXIe-5162 hat eine Bandbreite von 1,5 GHz in der 50-Ω-Eingangsimpedanzeinstellung und 300 MHz in der 1-Ω-Einstellung. Der garantierte 50-Ω-Case zeigt an, dass das Eingangssignal nicht auf 70,7% gedämpft wird, wenn die Frequenz des Eingangssignals unter 1,5GHz liegt. Abbildung 9 zeigt, dass der -3 dB-Punkt für einen bestimmten A/D-Wandler etwa 150 MHz beträgt.
Abbildung 9
Siehe auch
Erfassen eines Analogsignals: Bandbreite, Nyquist-Abtasttheorem und Aliasing
Bandbreitenbegrenzende Filter
Bandbreitenfilter werden verwendet, um unerwünschte Störsignale und Rauschen herauszufiltern, um eine verbesserte Auflösung des Eingangssignals zu erzielen. Diese Filter können als Tiefpassfilter betrachtet werden, mit denen unerwünschte hochfrequente Inhalte des Eingangssignals unterdrückt werden. Diese Filter können analog oder digital sein.
Beispiel
Das PXIe-5162 verfügt über zwei bandbreitenbegrenzende Filter (20 MHz und 175 MHz). Bei der Messung eines 15-MHz-Signals würde der 20-MHz-Filter verwendet werden, um unerwünschte hohe Frequenzen fernzuhalten. Bei einem Signal von 150 MHz kann der 175-MHz-Filter verwendet werden.
Frequenzgang
Frequenzgang gibt den Amplitudengang eines Signals über einen Frequenzbereich an. Dies zeigt, wie die Größe der Eingangsfrequenzen für jedes Oszilloskop variiert.
Beispiel
Abbildung 10 zeigt den Frequenzgang des PXIe-5105 im Eingangsbereich von 50 Ω, 1 Vpp bei voller Bandbreite mit aktiviertem Antialiasing-Filter.
Abbildung 10
Anstiegs-/Abfallzeit
Die Anstiegs-/Abfallzeit gibt die Flankensteilheit an, den schnellsten Übergang, den der Digitalisierer messen kann.
Beispiel
So kann das PXIe-5172 beispielsweise Signale messen, die nominal bis zu 5,15 ns im Bereich von 50 Ω und 5,25 ns im Bereich von 1 MΩ ansteigen.
Siehe auch
Erfassen eines Analogsignals: Bandbreite, Nyquist-Abtasttheorem und Aliasing
Spektrale Merkmale
Effektive Anzahl von Bits (ENOB)
ENOB ist eine Spezifikation, die die Mess- oder Erzeugungsleistung eines Geräts mit einer gängigen Spezifikation in Datenkonvertern in Beziehung setzt: Bitauflösung. Die meisten Datenkonverter sind auf eine bestimmte Geschwindigkeit und Auflösung ausgelegt. Gerätehersteller haben dieses Designelement schon immer zur Definition der Messauflösung ihrer Geräte verwendet. Kein Gerät ist ideal, daher zeigen Leistungsmerkmale, wie nah ein Gerät am Ideal ist. Ein A/D-Wandler kann eine bestimmte Anzahl von Bits angeben, aber Rauschen kann die Messunsicherheit erhöhen, die die Genauigkeit übersteigt, die diese Bits idealerweise erreichen könnten. Ein 14-Bit-A/D-Wandler kann beispielsweise nur 12 nutzbare Bits haben: Dies ist der ENOB des Geräts. ENOB wird direkt aus SINAD berechnet (siehe unten) und verwendet Werte für ideales A/D-Rauschen und -Sporen, wie in der folgenden Gleichung dargestellt. Diese Berechnung zeigt, wie nah das Gerät an einem idealen Gerät arbeitet. Die Leistung des A/D-Wandlers nimmt mit zunehmender Eingangsfrequenz aufgrund von hochfrequenten Verzerrungen ab, wodurch ENOB mit zunehmender Eingangsfrequenz abnimmt.
Beispiel
Das PXIe-5172 hat einen ENOB von 11,8 Bit, wenn der 20-MHz-Filter im 5-V-Bereich aktiviert ist. Obwohl es sich um ein 14-Bit-Produkt handelt, hat es unter diesen Bedingungen eine ENOB von 11,8
Signal-Rausch-Verhältnis (SINAD)
SINAD ist das Verhältnis von Signalleistung einschließlich Rauschen und Verzerrungsleistung zu Rauschen und Verzerrungsleistung allein. Ein Gerät mit hohem SINAD kann die Grundfrequenz besser von Störsignalen und Rauschen unterscheiden als ein Gerät mit niedrigem SINAD. Die sinnvollste Näherung von SINAD ist in der folgenden Gleichung dargestellt.
Beispiel
Mit ENOB können wir SINAD berechnen. Mit Hilfe des Beispiels und der Gleichung im ENOB-Abschnitt oben erhält das PXIe-5172 einen SINAD von 72,796 dB.
Siehe auch
Signal-Rausch-Verhältnis (SNR)
SNR, üblicherweise in dB angegeben, ist das Verhältnis der Leistung des Eingangssignalpegels zur Rauschleistung. Je größer das SNR eines Geräts ist, desto besser kann es zwischen Signal und Rauschen unterscheiden, insbesondere wenn das Eingangssignal eine kleine Amplitude hat.
Abbildung 11
Beispiel
Basierend auf dem Einzelfrequenzspektrum des PXIe-5162 gemäß Abbildung 11 kann SNR mit 91 dB approximiert werden.
Einzelfrequenzspektrum
Das Einzelfrequenzspektrum verwendet ein Eingangssignal mit reiner Frequenz, um die Gesamtspektralleistung eines Oszilloskops darzustellen. Ein Einzelfrequenzspektrum bietet eine gute Näherung an spektrale Eigenschaften wie THD, SNR usw. für eine bestimmte Konfiguration.
Beispiel
Abbildung 12 zeigt das Einzelfrequenzspektrum des PXIe-5162 bei einem Test mit einem Eingangssignal von etwa 300 MHz.
Abbildung 12
Spurious-Free Dynamic Range (SFDR)
Der Spurious-Free Dynamic Range (SFDR) ist der nutzbare dynamische Bereich, in dem das Grundsignal durch keine Störgeräusche gestört oder verzerrt wird. Die Amplitude des Grundsignals beträgt in der Regel -1 dBFS. SFDR ist das Maß für das Amplitudenverhältnis zwischen dem Grundsignal und dem größten harmonischen oder nicht harmonischen Sporn von DC zur vollen Nyquist-Bandbreite (halbe Sample-Rate). Ein Sporn ist eine beliebige Frequenzklasse eines Spektrumanalysators oder einer Fourier-Transformation des analogen Signals über dem Rauschboden. Ein Gerät mit hohem SFDR kann ein Signal mit geringeren Auswirkungen von Rauschen und Störsignalen messen.
Abbildung 13
Beispiel
Je nach Filter, Spannungsbereich und Eingangsfrequenz hat das PXIe-5171 eine charakteristische SFDR von -70 dBc oder besser. Das bedeutet, dass der höchste Rauschsporn mindestens 70 dBc unterhalb der Grundfrequenz liegt.
Gesamtklirrfaktor (THD)
Der THD eines Signals ist das Verhältnis der Summe der Leistungen der ersten fünf Harmonischen zur Leistung der Grundfrequenz. Die folgende Gleichung zeigt die Berechnung für THD, wobei H die Amplitude jeder Harmonischen und F die Amplitude der Grundfrequenz ist.
Beispiel
Das PXIe-5172 hat einen THD von -77 dBc für eine Eingangsfrequenz von 30 MHz oder weniger im Eingangsbereich von 5 V.
Siehe auch
Rauschen
RMS-Rauschen
Alle Spannungs- und Frequenzanteile, die nicht im eigentlichen oder idealen Signal, in den Störsignalen oder Harmonischen, aber bei der Messung von Signalen vorhanden sind, sind Rauschen. Eingangssignale enthalten nicht nur das ideale zu messende Signal, sondern auch Rauschen. Die Rauschuntergrenze ist die Amplitude jedes Rauschens im Frequenzbereich des Geräts. Effektivrauschen gibt das Rauschen an, das in Abhängigkeit von Faktoren wie Eingangsimpedanz und Eingangsbereich sichtbar ist. Das Effektivrauschen eines Oszilloskops ist das Rauschen, das ohne Eingangssignal vorliegt und mit einem 50-Ω-Abschlusswiderstand gemessen wird.
Beispiel
Das Effektivrauschen des für 50 Ω Eingangsimpedanz und 5 V Eingangsbereich konfigurierten PXIe-5164 beträgt 0,030.
Horizontal
Der folgende Abschnitt ist in zwei Abschnitte unterteilt: Sample-Takt und Onboard-Takt (interner VCSO). Jeder Abschnitt enthält eine Liste allgemeiner Spezifikationen und deren Definitionen sowie Einzelheiten, wie diese Spezifikationen in der Praxis verwendet werden können.
Sample-Takt
Zeitbasisfrequenz
Die Zeitbasisfrequenz ist die Basis des verwendeten Taktsignals.
Beispiel
Die Zeitbasisfrequenz des PXIe-5162 beträgt 2,5 GHz. Sample-Takte auf dem PXIe-5162 werden von dieser 2,5-GHz-Frequenz abgeleitet.
Onboard-Takt (interner VCSO)
Phasenrauschen
Ideale Oszillatoren haben eine konstante Periodendauer und Anstiegs- und Abfallzeiten, aber für tatsächliche Oszillatoren variieren diese Eigenschaften. Diese Taktschwankungen, im Zeitbereich Jitter genannt, können zu Phasenschwankungen bei der Messung des Eingangssignals führen, was zu Phasenrauschen im Frequenzbereich führt. Phasenrauschen wird in dBc/Hz angegeben, wobei dBc der Pegel in dB bezogen auf das interessierende Signal ist.
Beispiel
Abbildung 14 zeigt den Phasenrauschplot für das PXIe-5162. Phasenrauschen beträgt -80 dBc/Hz bei einer Frequenz von 100 Hz und etwa -142 dBc/Hz bei einer Frequenz von 10 MHz.
Abbildung 14
Rate der zufälligen Interleaved-Abtastung (RIS)
RIS ist eine Form der äquivalenten Zeitabtastung, die scheinbare Sample-Raten sich wiederholender Signale durch Kombination mehrerer getriggerter Signalverläufe erhöht. Die RIS-Rate ist die Sample-Rate, die der A/D-Wandler bei dieser Methode erreichen kann. Da die Trigger-Zeit zufällig zwischen zwei Samples liegt, tastet der Digitalisierer bei aufeinanderfolgenden Erfassungen verschiedene Punkte im Signalverlauf ab. Durch die Kombination dieser Signalverläufe erreicht der A/D-Wandler eine Sample-Rate, die bis zu 25 Mal höher ist als die Sample-Rate seines A/D-Wandlers. Nicht alle Oszilloskope von NI unterstützen RIS.
Beispiel
Der zufällige Interleaved-Sample-Bereich für das PXIe-5162 beträgt bis zu 100 GS/s.
Siehe auch
Hilfe zu Hochgeschwindigkeits-Digitizern: Äquivalentzeitliche und zufällige Interleaved-Abtastung
Echtzeit-Sample-Rate
Echtzeit-Sample-Rate ist die tatsächliche Rate, mit der das Eingangssignal abgetastet wird.
Beispiel
Beim PXIe-5162 beträgt die Sample-Rate in Echtzeit:
Ein Kanal aktiviert: 76,299 kS/s bis 5 GS/s
Zwei Kanäle aktiviert: 76,299 kS/s bis 2,5 GS/s
Vier Kanäle aktiviert: 76,299 kS/s bis 1,25 GS/s
Sample-Takt-Jitter
Sample-Takt-Jitter zeigt die Abweichung vom idealen Sample-Takt an. Diese Abweichungen werden oben im Abschnitt Phasenrauschen beschrieben.
Beispiel
PXIe-5162 hat einen Sample-Takt-Jitter von 180 fs RMS, was einer Abweichung von 180 fs vom idealen Takt entspricht. Dieser Jitterwert wird durch Integration von Phasenrauschen zwischen zwei Frequenzen berechnet.
Genauigkeit der Zeitbasis
Zeitbasisgenauigkeit beschreibt, wie nahe die tatsächlich erzeugte Frequenz an der gewünschten Frequenz liegt. Die Genauigkeit wird in ppm (parts per million) oder ppb (parts per billion) angegeben.
Beispiel
Die folgende Gleichung verwendet die Zeitbasisgenauigkeit des PXIe-5162, 10 ppm, um die Genauigkeit einer 1-MHz-Frequenz zu bestimmen.
Externer Sample-/Referenztakt
Als Sample-Takt konfigurierter Eingangsspannungsbereich
Dieser Wert gibt den zulässigen Bereich für einen externen Sample-Takt in dBm an, die Leistung des Eingangs bezogen auf 1 mW.
Beispiel
Das PXIe-5162 hat einen Eingangsspannungsbereich von -10 dBm bis 16 dBm; die folgende Gleichung konvertiert diesen Bereich in Vpp. Mit dieser Gleichung ergibt sich ein Vpp-Wert von 16 dBm von ~4 Vpp; das ergibt einen Bereich von 0,2 Vpp bis 4 Vpp.
Trigger
Geräte und Module für Oszilloskope und A/D-Wandler von NI können verschiedene Arten von Triggern unterstützen. Sie unterstützen außerdem PFI-Leitungen (Leitungen programmierbarer Funktionsschnittstellen), die eine Möglichkeit bieten, digitale Signale über die Backplane des PXI/PXIe-Chassis zu leiten. Nachstehend finden Sie eine Aufstellung der gebräuchlichen Spezifikationen, von deren Definitionen und Beschreibungen dazu, wie die jeweiligen Spezifikationen in der Praxis verwendet werden könnten.
Totzeit
Bei der Erfassung mehrerer Datensätze ist Totzeit die Gesamtzeit zwischen Datensätzen, die der A/D-Wandler nicht erfasst. Während dieser Zeit bereitet sich der A/D-Wandler auf den nächsten Datensatz vor.
Beispiel
Die Totzeit für das PXIe-5172 beträgt das 10-fache der Sample-Takt-Periode. Bei einer Sample-Takt-Periode von 4 ns wäre die Totzeit 40 ns.
Digital
Triggert an einer steigenden oder fallenden Flanke eines Digitalsignals.
Beispiel
Dies kann ein Trigger sein, der von einer PFI-Leitung oder einer PXI-Trigger-Leitung stammt.
Rand
Ein Flanken-Trigger tritt auf, wenn ein Signal einen benutzerdefinierten Schwellwert überschreitet. Der Trigger kann entweder eine positive (steigende Flanke) oder negative (fallende Flanke) Steigung sein (siehe Abbildung 15).
Abbildung 15
Hysterese
Ein Hysterese-Trigger ähnelt einem Flanken-Trigger, fügt jedoch einen Hysteresewert hinzu, um Fehl-Trigger zu vermeiden. Bei einem positiven Hysterese-Trigger triggert das Oszilloskop, wenn der eingestellte Schwellwert an einer steigenden Flanke überschritten wurde, und triggert erst wieder an der steigenden Flanke, wenn das Signal unter den Hysteresewert fällt. Dadurch werden Fehl-Trigger durch ein Signal verhindert, das über und unter den Trigger-Schwellwert springt. Abbildung 16 zeigt eine positive und eine negative Steigungshysterese.
Abbildung 16
Sofort
Ein unmittelbarer Trigger wird vom Digitalisierer selbst erzeugt, nachdem er von der Software konfiguriert wurde. Dies ist die Standardeinstellung für Digitalisierer von NI.
Software
Ein Software-Trigger tritt auf, wenn der Benutzer einen Softwarebefehl zum Triggern des A/D-Wandlers sendet.
Auflösung für Zeit-Digital-Wandlung
Dieser Wert zeigt dem Benutzer an, wie genau er den Zeitstempel relativ zum Zeitpunkt des Triggers angeben kann.
Beispiel
Die Zeit-Digital-Wandlung des PXIe-5162 beträgt 4 ps.
Trigger-Genauigkeit
Trigger-Genauigkeit beschreibt den Bereich um den tatsächlichen Trigger-Wert, innerhalb dessen der Oszilloskop-Trigger aktiviert wird.
Beispiel
Das PXIe-5162 hat eine Genauigkeit von 8% des Gesamtbereichs. Wenn der Bereich auf 5 V eingestellt ist, liegt die Trigger-Genauigkeit innerhalb von 0,4 V. Das bedeutet, dass bei einer Einstellung von 5 V der Trigger im Bereich von 4,6 V bis 5,4 V aktiviert wird.
Trigger-Verzög.
Trigger-Verzögerung ist die Zeit zwischen dem Auftreten eines Triggers und dem Triggern des Digitalisierers. Wenn eine Trigger-Verzögerung eingestellt ist, erfasst der A/D-Wandler weiterhin Vor-Trigger-Samples für diese festgelegte Verzögerung nach dem Trigger. Nach dem verzögerten Trigger werden Samples erfasst.
Abbildung 17
Trigger-Filter
Triggerfilter werden verwendet, um unerwünschte hochfrequente oder niederfrequente Komponenten zu unterdrücken, um Fehl-Trigger zu verhindern. Beispielsweise kann ein Niederfrequenz-Triggerfilter verwendet werden, um ein 50-Hz- oder 60-Hz-Leitungssignal zu unterdrücken. Ein Hochfrequenz-Triggerfilter kann verwendet werden, um hochfrequente Inhalte wie Überschwingen und Klingeln zu unterdrücken.
Beispiel
Das PXIe-5162 verfügt über 150 kHz Unterfrequenz- und Oberfrequenzunterdrückungsfilter, so dass unerwünschte Frequenzen unter oder über 150 kHz herausgefiltert werden können.
Trigger-Wartezeit
Trigger-Holdoff ist eine einstellbare Zeitspanne, in der der A/D-Wandler nicht triggern kann. Trigger-Holdoff wird verwendet, um eine Mindestzeit zwischen zwei Referenz-Triggern zu garantieren. Diese Funktion ist nützlich, wenn eingehende Trigger eine bekannte Zeit auseinander liegen und nur ein relativ kleines Fenster von Samples neben dem Trigger notwendig ist. In diesem Fall ermöglicht das Festlegen des Holdoffs eine effiziente Zuweisung des karteneigenen Speichers und verhindert, dass das Gerät an uninteressanten Abschnitten des Eingangssignalverlaufs triggert. Jedes Gerät verwendet einen integrierten Zähler, der von der Software programmiert wird, um diesen Funktionsumfang zu implementieren. Während der Holdoff-Zähler dekrementiert wird, werden eingehende Referenz-Trigger ignoriert. Das Gerät wappnet sich für den nächsten Referenz-Trigger, wenn der Holdoff-Zähler 0 erreicht. Jedes Gerät, das einen Trigger-Holdoff unterstützt, hat einen Mindest-Holdoff-Wert, der in den Spezifikationen für jedes Gerät aufgeführt ist.
Abbildung 18
Trigger-Jitter
Trigger-Jitter ist die mögliche Abweichung in ps des Zeitpunkts, an dem ein Trigger aufgetreten ist und an dem der A/D-Wandler darauf reagiert hat.
Beispiel
Der Trigger-Jitter für das PXIe-5172 beträgt 15 RMS.
Trigger-Empfindlichkeit
Trigger-Empfindlichkeit ist die kleinste Spannung, die das Gerät triggert.
Beispiel
Das PXIe-5162 hat eine Empfindlichkeit von 3% des Gesamtbereichs. Bei einem Bereich von 5 V wäre die Trigger-Empfindlichkeit 0,15 V.
Programmable Function Interface (PFI)
VIH
UIH ist der Mindestspannungspegel, der von einem digitalen Eingang als High oder 1 interpretiert werden kann.
Beispiel
Der VIH beträgt beim PXIe-5162 2 V. Das heißt, es müssen mindestens 2 V eingegeben werden, damit das Gerät einen digitalen High-Pegel abfragen kann.
VIL
VIL ist der maximale Spannungspegel, der von einem digitalen Eingang als "Low" oder "0" interpretiert werden kann.
Beispiel
Das VIL beträgt beim PXIe-5162 0,8 V, was bedeutet, dass ein maximaler Eingangswert von 0,8 V für das Gerät eingegeben werden kann, um einen digitalen Low-Pegel zu lesen.
Ausgabeereignisse
Für Start bereit
Ein Trigger, wenn der A/D-Wandler für einen Start-Trigger bereit ist.
Start-Trigger (Erfassungszweig)
Ein Trigger, wenn der A/D-Wandler einen Start-Trigger empfängt und beginnt, minimale Vorreferenz-Trigger-Samples zu erfassen.
Für Referenz bereit
Ein Trigger, wenn der A/D-Wandler für einen Referenz-Trigger bereit ist.
Referenz-Trigger
Ein Trigger, wenn der A/D-Wandler einen Referenz-Trigger empfangen hat.
Referenz-Trigger (Stopp)
Ein Trigger, wenn der A/D-Wandler einen Referenz-Trigger empfangen hat und nun Samples nach dem Referenz-Trigger erfasst.
Ende des Datensatzes
Ein Trigger, wenn der Digitalisierer die Erfassung eines Datensatzes abgeschlossen hat.
Für Fortgeschrittene bereit
Ein Trigger, wenn der A/D-Wandler auf den nächsten Datensatz wartet.
Transfer-Trigger
Ein Trigger, wenn der A/D-Wandler zum nächsten Datensatz wechselt und beginnt, minimale Vorreferenz-Trigger-Samples zu erfassen.
Fertig (Ende der Erfassung)
Ein Trigger, wenn der Digitalisierer die Erfassung von Samples abgeschlossen hat und die Erfassung abgeschlossen ist.
TClk-Spezifikationen
Laufzeitunterschiede
Dies ist die maximale Zeitverzögerung zwischen Kanälen verschiedener Module.
Beispiel
Bei der Synchronisation mehrerer PXIe-5162-Oszilloskope mit NI-TClk liegt zwischen den Kanälen der Module eine maximale charakteristische Verzögerung von 100 ps vor.
Schiefe nach manueller Anpassung
Der Sample-Takt kann manuell verzögert werden, um die Laufzeitunterschiede zu verbessern.
Beispiel
Das PXIe-5162 kann nach der manuellen Justierung seine Laufzeitverzögerung auf ≤5 ps reduzieren.
Sample-Takt-Verzögerung/Anpassungsauflösung
Dies ist die kleinste Schrittweite, die der Sample-Takt beim manuellen Einstellen der Laufzeitunterschiede zwischen Modulen einstellen kann.
Beispiel
Das PXIe-5162 kann den Sample-Takt in Schritten von 20 fs verzögern, um die Laufzeitunterschiede bei der Synchronisation mit NI-TClk zu verbessern.
Signalverlaufsspezifikationen
Größe des Kartenspeichers
Der verfügbare Speicher, über den der A/D-Wandler verfügt, um erfasste Samples zu speichern.
Beispiel
Die karteneigene Speichergröße beträgt 1,5 GB für das PXIe-5164.
Minimale Datensatzlänge
Ein Datensatz ist eine Sammlung von Samples, und minimale Datensatzlänge ist die kleinste Anzahl von Samples, die pro Datensatz erfasst werden können.
Beispiel
Die minimale Datensatzlänge beträgt 1 Sample für das PXIe-5164.
Anzahl der Samples vor dem Trigger
Die Anzahl der Samples, die erfasst werden können, bevor ein Referenz-Trigger auftritt.
Beispiel
Die Anzahl der Samples vor dem Trigger beträgt 0 bis (Datensatzlänge - 1) für das PXIe-5164.
Anzahl der Samples nach dem Trigger
Die Anzahl der Samples, die nach einem Referenz-Trigger erfasst werden können.
Beispiel
Die Anzahl der Samples nach dem Trigger beträgt 0 bis zur Datensatzlänge für das PXIe-5164.
Reservierter Onboard-Speicher pro Datensatz
Diese Zahl gibt den Speicherplatz an, den ein einzelner Datensatz bei einer bestimmten Datensatzlänge belegt, und in einigen Fällen die Anzahl der Bytes pro Sample.
Beispiel
Tabelle 3 zeigt einige Beispiele für das PXIe-5164 mit 1,5 GB Onboard-Speicher.
Tabelle 3