Funktionsgruppen von Geräten mit Digitalspeicher

Carl-Engler-Schule Karlsruhe Digitalspeicher-Geräte (Grundlagen) 1 (11) Funktionsgruppen von Geräten mit Digitalspeicher 1. Geräte-Übersicht Zur Messung elektrischer Spannungen gibt es im Labor-Bereich eine Gruppe von Messgeräten, die sich in ihrem prinzipiellen Aufbau und in Ihrer Funktionsweise sehr ähnlich sind. In ihren Kenndaten variieren sie allerdings über einen sehr großen Bereich. Es lassen sich bestimmte Gerätetypen (auch durch einen eigenen Namen) unterscheiden, jedoch sind manchmal die Übergänge fließend, wie z.b. zwischen Voltmeter und Daten-Logger. Bei größeren Datenmengen ist eine Auswertung mit einem Computer erforderlich. Daher ist bei allen Geräten eine Schnittstelle zum Computer erforderlich. Typische Geräte mit Digitalspeicher sind: Daten-Logger Transient-Recorder (TR) Speicher Oszilloskop (DSO) Signal-Analysator System-Analysator Vielkanal-Analysator (VKA) Digitaler Verstärker Photon Counter (Time Harp) Logik-Analysator Multifunktionskarte Digital Signal Processing - System (DSP) Optical Time Domain Reflectometer (ODTR) 2. Blockbild Die Funktionsgruppen für ein einkanaliges Gerät sind in der Graphik dargestellt. Mehrere komplette Kanäle werden dann benötigt, wenn zu gleicher Zeit an mehreren Stellen gemessen werden muss, wie z.b. bei dynamischen Strukturuntersuchungen mit Beschleunigungsaufnehmern an Flugzeug-Tragflächen. Es gibt Transient-Recorder mit über 100 Kanälen. Zu jedem Kanal gehören mindestens Signalaufbereitung und Analog-Digital-Umsetzer und je nach den Anforderungen auch separate Trigger, Zeitbasen und Speicher. digispeicher1.odt Nov 2010 www.ces.karlsruhe.de/culm/ Seite 1 von 11

Carl-Engler-Schule Karlsruhe Digitalspeicher-Geräte (Grundlagen) 2 (11) 3. Signalaufbereitung (signal conditioning) 3.1 Anschluss Das zu messende Signal muss als analoge, elektrische Spannung vorliegen. Es wird meist über abgeschirmte Leitungen an die BNC-Buchsen (Bayonett Neill Concelmann oder Bayonett Nut Connector) des Signaleingangs geführt. 3.2 Tastkopf Besonders bei Messungen mit dem Oszilloskop verwendet man einen Tastkopf, mit dem das zu messende Signal direkt an der Messstelle aufbereitet werden kann (abschwächen, verstärken, filtern, anpassen). Durch Eingangswiderstand und Eingangskapazität werden die hochfrequenten Anteile abgeschwächt und in der Phase verschoben. Darzustellende Kurven werden verzerrt. Ein serielles RC-Glied im Tastkopf kann dies teilweise kompensieren, verringert aber die Verstärkung. Kenngrössen des Signaleingangs sind Eingangsimpedanz (Eingangswiderstand und Eingangskapazität), Messbereich und die Signaleinkopplung. 3.3 Signaleinkopplung Die Signaleinkopplung kann entweder direkt zu den nachfolgenden Schaltungen führen (Gleichspannungskopplung DC: Direct Current), dann werden auch sehr kleine Frequenzen bzw. Gleichspannungen richtig erfasst. Der Signaleingang kann aber auch über einen Hochpass führen (Wechselspannungskopplung AC: Alternating Current), so dass tiefe Frequenzen und Gleichspannungsanteile unterdrückt werden. Meist lässt sich als dritte Möglichkeit der Eingang kurzschließen (GND: Ground), um eine Kalibrierung durchführen zu können. 3.4 Verstärker und Abschwächer Das Eingangssignal wird durch einen Verstärker (Amplifier) oder einen Abschwächer (Attenuator) auf den für die nachfolgenden Schaltungen erforderlichen Spannungspegel gebracht. Neben den möglichen Verstärkungsfaktoren und der Möglichkeit zur Verschiebung der Null-Linie (Offset) ist vor allem die Bandbreite des Verstärkers wichtig. Bei der Äquivalentzeit-Abtastung muss die Bandbreite der gesamten Eingangsbeschaltung wesentlich grösser als die Abtastfrequenz des nachfolgenden Umsetzers sein. 3.5 Filter Ein Filter unterdrückt bestimmte Frequenzanteile im Signal. Dies kann erforderlich sein, um nachfolgende Schaltungen am Schwingen zu hindern oder um gleich die Signalanteile zu unterdrücken, die nachher doch nicht mehr verarbeitet werden können. Bei der Abtastung analoger Größen tritt der sogenannte Aliasing- Effekt auf, durch den hochfrequente Anteile in einen niederfrequenten Bereich transformiert werden und dadurch die Messung total verfälschen können. Ein Anti-Aliasing-Filter unterdrückt diese hochfrequenten Anteile. 3.6 Sample & Hold Eine Sample and Hold (S&H) -Schaltung erfasst den Momentanwert eines Analogsignals und hält ihn für die Dauer der nachfolgenden Analog-Digital-Umsetzung fest. Inzwischen gibt es so schnelle Umsetzer, dass auf diesen speziellen Schaltungsteil verzichtet werden kann. digispeicher1.odt Nov 2010 www.ces.karlsruhe.de/culm/ Seite 2 von 11

Carl-Engler-Schule Karlsruhe Digitalspeicher-Geräte (Grundlagen) 3 (11) 4. Analog-Digital-Umsetzer (ADU) Zur Umsetzung des Analogsignals in ein Digitalsignal gibt es viele verschiedene Verfahren. Neben der Umsetzdauer (Zeit für eine Umsetzung) bzw. Abtastrate oder Umsetzfrequenz (Anzahl der Umsetzungen pro Sekunde) sind bei einem ADU die Kenngrössen Auflösung (erforderliche Änderung des Eingangssignals für eine Änderung des Ausgangssignals) und Genauigkeit (maximale Abweichung zwischen Messwert und tatsächlichem Wert) wichtig. Am häufigsten sind die folgenden drei Verfahren anzutreffen: Sukzessive Approximation Das Verfahren der "Schrittweisen Annäherung" (Sukzessive Approximation) ist sehr genau, benötigt jedoch relativ lange Zeit für eine Umsetzung. Die Analogspannung darf sich während der Umsetzzeit nicht ändern. Dual Slope Ein "Integrierender Umsetzer" (z.b. Dual Slope ADU) misst den zeitlichen Mittelwert (Gleichwert) einer Spannung, so dass sich das Signal auch während der Messung verändern darf (z.b. durch Rauschen). Durch zweikanalige Messung (mit vorgeschalteten Analogschaltungen bzw. nachfolgenden Rechenroutinen werden in Multimetern typische Wechselstromkenngrössen wie Gleichrichtwert, Effektivwert und Scheitelfaktor bestimmt. Durch die erforderliche Integrationszeit ist dieses Verfahren relativ langsam. Flash Conversion Das Parallelverfahren (Flash Conversion) wird für schnelle Umsetzungen angewendet. Die Grenze liegt bei etwa 10 GigaSamples pro Sekunde (10GS/s). Für jede mögliche Spannungsstufe ist eine eigene Vergleicherschaltung (Komparator) erforderlich. Das sind bei einer Auflösung von 8 Bit bereits 255 Komparatoren. Der zugehörige Spannungsteiler muss sehr genau sein und darf seine Teilverhältnisse auch bei hohen Frequenzen nicht ändern. Um nicht die große Anzahl von Komparatoren einsetzen zu müssen, wird die Umsetzung manchmal auch in zwei Schritten ausgeführt (Dual Stage Converter). So werden z.b. bei 8 Bit Auflösung mit 15 Komparatoren erst die höherwertigen 4 Bit und dann die niederwertigen 4 Bit umgesetzt. weitere Verfahren Noch schnellere Umsetzungen (bis 1000 GigaSample pro Sekunde) erzielt man nur noch dadurch, dass ein analog abgelenkter Elektronenstrahl in einem Medium (z.b. spezieller Halbleiter) eine dem Signal entsprechende Ladungsverteilung hinterlässt. Nach diesem Schreibvorgang kann die Ladungsverteilung (langsam) wieder ausgelesen und digitalisiert werden. Das Verfahren ist mit der Zeitlupe beim Film vergleichbar. 5. Signalspeicher Zur Speicherung der digitalisierten Spannungswerte wird in der Regel ein RAM (Random Access Memory) eingesetzt. Um die Werte auch bei abgeschaltetem Gerät zu erhalten, wird der Speicher von einem Akku versorgt. Die verwendeten RAMs müssen bei einer hohen Abtastrate entsprechend schnell sein, damit keine Daten verloren gehen. Bei mehrkanalligen Geräten ist entweder jedem Kanal ein fester Speicherbereich zugeordnet, oder Teile eines gemeinsamen Speichers können (auch in unterschiedlicher Größe) den einzelnen Kanälen zugeordnet werden. In jeden Speicherplatz kann ein Wert geschrieben werden. Die Kanaltiefe (record length) gibt die Anzahl der Speicherplätze an, die zu einem Kanal gehören. Bei einer Auflösung von mehr als 8 Bit werden mehr als 1 Byte pro Abtastwert benötigt. Die Auflösung des digitalisierten Signals gibt an, wieviele Bits zur Codierung eines einzelnen Abtastwertes verwendet werden. digispeicher1.odt Nov 2010 www.ces.karlsruhe.de/culm/ Seite 3 von 11

Carl-Engler-Schule Karlsruhe Digitalspeicher-Geräte (Grundlagen) 4 (11) 6. Zeitbasis Die Zeitbasis ist eine elektronische Schaltung, die in ganz präzisen Zeitintervallen Impulse erzeugt. Die Frequenz wird durch einen Quarz stabilisiert. Neben der Langzeitstabilität der Frequenz ist besonders der konstante zeitliche Abstand benachbarter Impulse wichtig. Schwankungen in der Periodendauer oder in der zeitlichen Symmetrie nennt man "Jitter". Beim Oszilloskop zeigt sich ein Jitter durch leichte horizontale Versetzung der Bilder bei periodisch gezeichneten Signalen. Die zeitliche Genauigkeit der Abtastpunkte heißt "Aperturzeit". Durch digitale Frequenzteiler wird die Frequenz des Quarzes auf die erforderliche Abtastfrequenz heruntergeteilt. Bei manchen Messungen genügt eine einzige Zeitbasis für alle Kanäle. Häufig ist eine eigene Zeitbasis für jeden Kanal vorhanden. In manchen Fällen ist eine doppelte Zeitbasis für einen Kanal günstig. Es kann dann während einer Messung (zwischen zwei Abtastungen, z.b. zum Triggerzeitpunkt) die Zeitbasis gewechselt werden. Man erhält so bei der Erfassung seltener Ereignisse eine hohe zeitliche Auflösung während des interessierenden Ereignisses. Die geringere Abtastrate vor dem Ereignis ermöglicht einen besseren Überblick bei einer graphischen Darstellung und spart Speicherplatz. 7. Trigger Triggern bedeutet "auslösen". Der Beginn einer Einzelmessung bzw. einer Messfolge muss durch ein Startsignal ausgelöst werden. Dieses Startsignal (Triggersignal) wird dann gegeben, wenn bestimmte, vorher festgelegte Bedingungen erfüllt sind. Der Zeitpunkt der Auslösung heißt "Triggerpunkt". 8. Interface und Gerätesteuerung Die Computertechnik stellt standardisierte Verfahren und Geräte zur Verfügung, mit denen die erfassten Daten gesichert, nummerisch weiterverarbeitet, graphisch dargestellt und dokumentiert werden können. Außerdem können die Gerätefunktionen von einem Computer aus gesteuert werden. Zur Verbindung zwischen Messgerät und Computer haben sich die USB-Schnittstelle, die Serielle Schnittstelle (RS-232 bzw. RS-485), der IEC-Bus (IEEE-488, IEC 625) und der IEC1394 (i.link, FireWire) eingebürgert. Bei großen Datenmengen oder schneller Übertragung werden die Daten unter Umgehung des Computer- Prozessors direkt in den Hauptspeicher des Computers geschrieben (DMA: Direct Memory Access). Folgende Funktionen können über das Interface abgewickelt werden: Datentransfer zum Computer Die erfassten Daten werden zur Weiterverarbeitung oder Speicherung an den Computer übertragen. Datentransfer zum Messgerät digispeicher1.odt Nov 2010 www.ces.karlsruhe.de/culm/ Seite 4 von 11

Carl-Engler-Schule Karlsruhe Digitalspeicher-Geräte (Grundlagen) 5 (11) Der Signalspeicher des Messgerätes wird teilweise mit Daten aus dem Computer beschrieben. Diese Daten lassen sich z.b. als Referenzwerte für eingebaute Rechenfunktionen verwenden. Zustandsabfrage (Statusabfrage) Der Gerätezustand oder die eingestellten Parameter lassen sich vom Computer aus abfragen und auswerten oder in einer Datei abspeichern. Funktionssteuerung Die Gerätefunktionen und Messparameter (alle oder ein Teil davon) lassen sich vom Computer aus einstellen. Dadurch können abgespeicherte Parametrierungen automatisch ans Messgerät übermittelt werden. Meist wird völlig auf eine Einstellmöglichkeit am Gerät selbst verzichtet. Triggersignale Triggerung vom Computer aus (Software-Trigger) kann entweder über die Datenleitungen erfolgen oder es existiert eine eigene Trigger-Leitung, über die die Triggerung erfolgt. 9. Trigger-Verfahren 9.1 Triggern Triggern bedeutet "auslösen". Der Beginn einer Einzelmessung bzw. einer Messfolge muss durch ein Startsignal ausgelöst werden. Dieses Startsignal (Triggersignal) wird dann gegeben, wenn bestimmte, vorher festgelegte Bedingungen erfüllt sind. Der Zeitpunkt der Auslösung heisst "Triggerpunkt". Bei Geräten mit mehreren Trigger-bzw. Signal-Eingängen ist es oft möglich, logische Verknüpfungen zwischen den Triggerbedingungen herzustellen. Dadurch ist es z.b. möglich, über einen Trigger-Eingang mehrere Kanäle zu triggern oder nur dann zu triggern, wenn an mehreren Trigger-Eingängen bestimmte Bedingungen gleichzeitig erfüllt sind, oder von einem beliebigen Trigger-Eingang aus alle anderen Kanäle zu triggern. Die verschiedenen Möglichkeiten einen Vorgang zu triggern, lassen sich nach folgenden Kriterien unterscheiden: Triggerquelle Signaleigenschaft Zeitbezug 9.2 Unterscheidung nach der Triggerquelle Hier wird angegeben, woher die Information kommt, die ausgewertet werden soll. Die Zuordnung der hierfür verwendeten Begriffe zeigt folgende Übersicht: Selbst-Trigger (im Gerät selbst) Hardware-Trigger (vom Prozess her) Interne Triggerung (über den Signal-Eingang) Externe Triggerung (über den Trigger-Eingang) Software-Trigger (vom Steuer-Rechner her) 9.2.1 Selbst-Trigger (automatisch) Ein Gerät löst immer dann den nächsten (Scan-)Vorgang aus, wenn ein bestimmter innerer Gerätezustand erreicht ist, wie z.b. Messung beendet Datenübertragung abgeschlossen Timer abgelaufen Rechenvorgang beendet digispeicher1.odt Nov 2010 www.ces.karlsruhe.de/culm/ Seite 5 von 11

Carl-Engler-Schule Karlsruhe Digitalspeicher-Geräte (Grundlagen) 6 (11) 9.2.2 Hardware-Trigger Ein elektrisches Signal, das aus dem Messprozess stammt, wird dem Messgerät zugeführt und löst die Messung aus, wenn festgelegte Signaleigenschaften (z.b Überschreitung einer Pegelgrenze) erfüllt sind. 9.2.3 Interne Triggerung Die Bedingung, die zur Auslösung erfüllt sein muss, ist eine Eigenschaft des zu messenden Signals selbst. Ein Signal am Eingang für externe Triggerung wird dabei nicht beachtet. Beispiel: Triggerzeitpunkt dann, wenn der aktuelle Signalwert seinen Vorgänger um mehr als 10mV übersteigt. 9.2.4 Externe Triggerung Die Bedingung, die zur Auslösung erfüllt sein muss, ist eine Eigenschaft des Signals am separaten Triggereingang. Beispiel: Triggerzeitpunkt dann, wenn am Triggereingang ein negativer Impuls von mindestens 1ms Dauer und -1V Pulshöhe anliegt. 9.2.5 2.3 Software-Trigger Hier werden Signale als Nachrichten über die Schnittstelle zugeführt. Das durch die elektrischen Signale codierte Zeichen bestimmt den Triggerzeitpunkt. Z.B. Schnittstellennachricht eigene Busleitung zur Triggerung (TRG) Gerätenachricht (z.b. *TRG beim IEC-Bus) 9.3 Unterscheidung nach der Signaleigenschaft Als Auslösekriterium lassen sich alle messtechnisch erfassbaren Signaleigenschaften verwenden. Häufig anzutreffen sind: 9.3.1 Pegel-Triggerung Sobald das Signal (am Signaleingang bzw. Triggereingang) einen festgelegten Spannungswert überschreitet, erfolgt die Triggerung. Schaltungstechnisch wird dies durch eine Komparatorschaltung realisiert. Die Richtung des Spannungssprungs am Komparatorausgang wird ausgewertet, so dass immer beim Grenzdurchgang in festgelegter Richtung durch den Pegel eine Triggerung erfolgt. Auch eine Triggerung auf Unterschreitung des Pegeis ist möglich. Der Triggerpegel (Triggerschwelle) wird entweder als Absolutwert angegeben (z.b. +2.4 V) oder aber als prozentualer Anteil an der Messbereichsspanne. Reicht z.b. die Messbereichsspanne von -3V bis +7V und liegt der Triggerpegel bei 40%, so wird bei +1V getriggert. Eine Trigger-Hysterese verhindert, dass kleine Störungen oder Rauschen zu unbeabsichtigtem Auslösen führen (besonders wichtig bei Zählern). digispeicher1.odt Nov 2010 www.ces.karlsruhe.de/culm/ Seite 6 von 11

Carl-Engler-Schule Karlsruhe Digitalspeicher-Geräte (Grundlagen) 7 (11) 9.3.2 Fenster-Triggerung Durch Festlegung eines oberen und eines unteren Pegels erhält man ein Fenster im Wertebereich. Die Triggerung kann bei Eintritt ins Fenster oder beim Verlassen des Fensters (Alarm-Triggerung) erfolgen. 9.3.3 Flanken-Triggerung Auslösekriterium ist die Anstiegsgeschwindigkeit (positive Flanke) oder die Abfallgeschwindigkelt (negative Flanke) des Signalwertes. Nur schnelle Änderungen (z.b. Impulse) bilden damit ein Triggerereignis. Bei der Gerätebedienung taucht hier meist das Wort "slope" auf (slope: Hang, Neigung, Schräge). Bi-Slope- Triggerung bedeutet, dass sowohl eine negative als auch eine positive Flanke den Vorgang auslösen kann. Dies eignet sich zur Triggerung auf einen Glitch, bei dem die Richtung der ersten Flanke unbekannt ist. digispeicher1.odt Nov 2010 www.ces.karlsruhe.de/culm/ Seite 7 von 11

Carl-Engler-Schule Karlsruhe Digitalspeicher-Geräte (Grundlagen) 8 (11) 9.3.4 Pulsdauer-Triggerung In der Digitaltechnik sind meist Impulse bestimmter Mindestdauer erforderlich. Bei Triggerung auf Überschreitung einer bestimmten Pulsdauer erhält man die Pulse, die die erforderliche Länge besitzen. Bei Triggerung auf Unterschreitung lassen sich Störungen entdecken. Entsprechendes gilt für die Pausendauer-Triggerung. 9.3.5 Digital-Trigger Der Digital-Trigger führt dann zur Auslösung eines Vorgangs, wenn in einem Datenstrom (parallel oder seriell) ein bestimmtes Muster auftaucht. Damit lässt sich z.b. auf einen bestimmten Zählerstand oder eine bestimmte Adresse triggern. 9.3.6 TV-Triggerung Bei Video-Geräten wird der Zeilen- bzw. Halbbild-Bildwechsel durch bestimmte Kurvenformen im Signalverlauf synchronisiert. Triggerung auf diese Signaleigenschaften liefert ein Abbild des Zeilen- bzw. Bildinhalts des Videosignals. 9.4 Unterscheidung nach dem Zeitbezug 9.4.1 Pretrigger Bei andauernder Abtastung werden die Daten in einem Speicher abgelegt, bei dem man sich die Speicherzellen in ringförmiger Anordnung vorstellen kann. Nach der letzten Speicheradresse geht es mit der ersten wieder weiter. Wird nach dem Triggerzeitpunkt nicht mehr der gesamte Speicherinhalt neu aufgenommen, dann stehen auch noch Daten im Speicher zur Verfügung, die vor dem Triggerzeitpunkt aufgenommen wurden. Es sieht so aus, als ob man den Triggerzeitpunkt vorverlegt hätte. digispeicher1.odt Nov 2010 www.ces.karlsruhe.de/culm/ Seite 8 von 11

Carl-Engler-Schule Karlsruhe Digitalspeicher-Geräte (Grundlagen) 9 (11) 9.4.2 Posttrigger Wird nach dem Triggersignal mehr abgetastet als der Datenspeicher fassen kann, dann erhält man die Nachgeschichte des Triggerereignisses. Die Wirkung ist die selbe wie beim Trigger-Delay. 9.4.3 Trigger-Delay (Verzögerung des Trigger) Nach dem Triggerereignis gibt die Triggerschaltung erst nach einer eingestellten Verzögerungszeit das Startsignal für die Messung aus oder der Empfänger reagiert nur verzögert auf ein Triggersignal. 9.4.4 Trigger-Holdoff Bei periodischen Vorgängen ist die Triggerbedingung manchmal mehrfach innerhalb des interessierenden Signalabschnitts erfüllt. Bei periodischer Messung oder bei Äquivalentzeit-Abtastung wird dann nicht immer auf entsprechende Signalstellen getriggert. Dies führt zu einem ständig wechselnden Bild. Mit dem Trigger-Holdoff kann die Triggerfunktion angehalten werden, bis man wieder zum entsprechenden Triggerpunkt im Signal kommt. Den Trigger-Holdoff gibt es entweder zeitabhängig (Trigger eine bestimmte Zeit lang anhalten) oder ereignisabhängig (eine bestimmte Anzahl erfüllter Triggerbedingungen ignorieren). 9.4.5 Single Sweep Trigger Es wird nur einmalig ein Triggerereignis zur Auslösung verwendet. Nachfolgende Triggerereignisse bleiben wirkungslos, damit nicht die einmal erfassten Daten überschrieben werden. Wird das Gerät in den "Wartezustand auf ein Triggerereignis" versetzt, nennt man dies "armieren". digispeicher1.odt Nov 2010 www.ces.karlsruhe.de/culm/ Seite 9 von 11

Carl-Engler-Schule Karlsruhe Digitalspeicher-Geräte (Grundlagen) 10 (11) 10. Abtast-Verfahren 10.1 Abtastvorgang Von den normalerweise zeitkontinuierlichen Signalen am Eingang des Messgerätes werden zu bestimmten Zeiten Proben entnommen (Momentanwerte). Durch diese Abtastung geht die Information über den Signalverlauf zwischen den Abtastpunkten verloren. Das Signal liegt jetzt in zeitdiskreter Form vor und kann als Folge von Einzelwerten gespeichert und verarbeitet werden. Wegen der Umsetzung im ADU liegt das Signal jetzt in zeit- und wertdiskreter Form vor (abgetastet und quantisiert). Der Vorgang der Abtastung heißt auch "Sampling". Um etwas über die Kurvenform des erfassten Signals aussagen zu können, sollte man mindestens 10 Abtastpunkte des interessierenden Details zur Verfügung haben. Für die höchste Frequenz, die im Signal vorkommt, benötigt man mindestens zwei Abtastpunkte (Shannon-Abtast- Theorem). 10.2 Echtzeit-Abtastung (Real Time Sampling, Single Shot Sampling) Ein Signal wird in kleinen Zeitintervallen Punkt für Punkt abgetastet. Die Abtastrate muss so groß sein, dass zwischen zwei Abtastpunkten keine wesentlichen Signaleigenschaften verloren gehen können, d.h. die Abtastfrequenz muss groß sein im Vergleich zur größten im Signal vorkommenden Frequenz. Wenn diese Bedingungen für die Echtzeit-Abtastung erfüllt sind, dann können auch einmalige Ereignisse zuverlässig erfasst werden. Da einmalige Ereignisse oft Anteile hoher Frequenzen enthalten, muss das Signal auch hier durch ein Anti-Aliasing-Tiefpassfilter gefiltert werden. Die Filterfrequenz muss kleiner als die halbe Abtastfrequenz sein. 10.3 Äquivalentzeit-Abtastung (Periodical Sampling) Selbst wenn die Signalfrequenz wesentlich höher als die Abtastfrequenz ist, lässt sich die Signalform erfassen. Erforderlich hierfür ist allerdings ein periodisches Signal. Aus einer Signalperiode wird jeweils nur ein einziger Momentanwert mit der dazugehörigen Zeit (Äquivalentzeit) entnommen. Aus den digispeicher1.odt Nov 2010 www.ces.karlsruhe.de/culm/ Seite 10 von 11

Carl-Engler-Schule Karlsruhe Digitalspeicher-Geräte (Grundlagen) 11 (11) einzelnen Werten lässt sich nach und nach die Form des periodischen Signals zusammensetzen. Durch die Zulassung positiver und negativer Zeitintervalle wird auch die Trigger-Vorgeschichte erfassbar. Das Abtast-Äquivalent gibt an, wie schnell man in Echtzeit abtasten müsste, um die selbe zeitliche Auflösung zu erhalten. Hinweis: Auch in diesem Fall ist das Shannonsche Abtast-Theorem erfüllt. Die Forderung setzt an der Genauigkeit des Äquivalentzeitpunktes an. Diese muss besser sein als die Hälfte der Periodendauer der höchsten Signalfrequenz. Zwei verschiedene Formen der Äquivalentzeit-Abtastung sind gebräuchlich: 10.3.1 Sequentielle Abtastung (Sequential Sampling) Die Zeitintervalle zwischen Triggerpunkt und Abtastpunkt werden immer um ein t vergrößert, so dass aus der Folge der Einzelabtastungen die gesamte Signalform rekonstruiert werden kann. Wenn Signalperiodendauer und t in einem rationalen Verhältnis zueinander stehen, kommt es hierbei allerdings zum Aliasing-Effekt, bei dem die Signalform verfälscht wiedergegeben wird. 10.3.2 Regellose Abtastung (Random Sampling) Per Zufall wird ein Zeitintervall vor oder nach dem Triggerpunkt festgelegt, an dem die Messung des Momentanwertes erfolgt. Dadurch ändert sich die Abtastfrequenz zufällig, steht nicht mehr in einem rationalen Verhältnis zur Signalfrequenz und der Aliasing-Effekt tritt nicht auf. digispeicher1.odt Nov 2010 www.ces.karlsruhe.de/culm/ Seite 11 von 11