25 Jahre Spectrum Am Anfang stand die ISA-Karte

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Die erste Kundenentwicklung von Spectrum war eine ISA-Karte vor 25 Jahren. Allerdings ist der Trend in der Messtechnik klar: höchste Auflösung bei immer schnelleren Abtastraten. Die Messkarten von Spectrum bieten bis zu 5 GS/s.

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(Foto: Spectrum)

Es begann vor 25 Jahren als ein Zwei-Personen-Unternehmen. Im Mittelpunkt standen Kundenentwicklungen und 1991 kam eine ISA-Karte als erstes Produkt einer eigenen Produktlinie auf den Markt. Von Anfang an dabei: Geschäftsführerin Gisela Hassler. „Wir haben von Anfang an die Bedürfnisse unserer Kunden im Blick gehabt – und sie in den vergangenen 25 Jahren nicht mehr aus den Augen verloren.“

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Heute besteht das Team aus 18 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern. Seit dem Ausscheiden einer der Firmengründer im Jahr 2000 ist Oliver Rovini der technische Leiter. Unter ihm entstand das erste modulare Kartensystem der Serie MI, bei der analoge und digitale Frontend-Module auf Basiskarten unterschiedlichster Bauform verwendet werden konnten. Diese sind immer noch so gefragt, dass sie bis heute - seit nunmehr 14 Jahren - an bestehende Kunden ausgeliefert werden.

„Wir würden unsere Kunden niemals mit plötzlichen Produktabkündigungen überraschen, sondern die Produkte so lange liefern, wie der Bedarf danach besteht. Auch wenn uns das vor logistische Herausforderungen stellt – die Wünsche der Kunden haben bei uns oberste Priorität“, sagt Gisela Hassler. Dazu gehört auch, dass die Entwickler persönlich in Kontakt mit den Kunden stehen, sie leisten den Support direkt, ohne zeitraubende Umwege über Call Center oder Voice Entrance.

Messkarten im Eigenbau

In 25 Jahren hat sich in der schnellen Messtechnik viel getan. Waren in den 1990er Jahren noch Digitizer mit Auflösungen von 12 Bit bei Abtastraten im zweistelligen MS/s-Bereich (1 MS/s = Millionen Datenpunkte pro Sekunde) das Maß aller Dinge, hat Spectrum letztes Jahr ein Modell mit einer Auflösung von 16 Bit und einer Abtastrate von 250 MS/s auf den Markt gebracht. Auch bei der Abtastrate hat sich viel getan. Das erste kommerziell erfolgreiche Produkt der Firma war die PAD52: ein Digitizer mit 2 Kanälen und 50 MS/s bei 8 Bit für den ISA-Bus. Die Technik war noch so überschaubar, dass das Produkt in einer abgespeckten Version auch als Bausatz angeboten werden konnte. Heute sind die Produkte im Bereich mehrerer hundert MS/s oder darüber angesiedelt und kommen nicht mehr ohne Multi-Layer-Platinen, SMT-Bestückung und BGA-Technik aus – definitiv nichts mehr für den Eigenbau.

„Der Trend in der Messtechnik geht ganz klar in Richtung höchster Auflösung bei immer schnelleren Abtastraten“, bestätigt es Oliver Rovini. „Mit unserem neuesten Produkt, das passend zu unserem Jubiläum auf den Markt kommt, ist Spectrum in der Oberliga der Messtechnik angekommen. Die 5 GSample/s Abtastrate sind für uns ein großer Sprung vorwärts, verfünffacht sich damit doch die bisherige maximal angebotene Abtastrate.“

Die Anbindung der Messkarte an den PC

Die universelle PC-Schnittstelle für Einsteckkarten Anfang der 1990er Jahre war der ISA-Bus. Steckkarten für dieses Bus-System erlaubten es, Daten mit ein paar MByte pro Sekunde in den Rechner zu übertragen. Inzwischen ist der Nachfolger, der PCI-Bus sowie dessen schnellere und breitere Erweiterung PCI-X, bereits fast wieder vom Markt verschwunden und der PCI-Express- (PCIe-)Bus mit seiner skalierbaren Geschwindigkeit ist inzwischen das Standardinterface.

Mit der Ende 2012 vorgestellten M4i-Familie von PCIe Gen2-Steckkarten nutzt Spectrum die Geschwindigkeit des PCIe-Interfaces maximal aus. So erreichen die M4i-Karten Streaming-Geschwindigkeiten von über 3 GByte pro Sekunde. Das erlaubt online Datenanalyse oder extrem lange Aufzeichnungen auf RAID-Arrays auch bei hohen Geschwindigkeiten.

So können schnelle Telekommunikationssignale mit 2 Kanal und 500 MS/s bei einer Auflösung von 14 Bit kontinuierlich in den Rechner geschaufelt und auf einem kommerziellen Array aus schnellen SSDs auch für Stunden gespeichert werden. Auch schnellste Radarsignale kommen auf diesem Weg in den Rechner. Da hier immer nur die Reflektionen von Interesse sind, vermindert sich die benötigte Übertragungsbandbreite. Eine segmentierte Aufzeichnung (Modus Multiple Recording) besteht dann etwa aus 4 Kanälen und 8 Bit mit 1,25 GS/s, wobei nur jeweils alle 250 µs ein Burst von 50 µs aufgezeichnet wird. Die resultierende Datenbandbreite beträgt nur noch 1 GByte/s und kann leicht über die PCIe-Schnittstelle mit 8 Lanes ausgelesen werden.

Der USB-Bus in der Messtechnik

Nicht jeder möchte seinen PC aufschrauben, um schnelle Daten in den PC zu bekommen. War früher der IEC-Bus weit verbreitet, sind gängige externe Schnittstellen heutzutage der USB-Bus für einfache und kostengünstige Messtechnik sowie die in jedem System verfügbare Ethernet-Schnittstelle mit ihrer darauf basierenden Messtechnik-Spezifikation LXI (LAN eXtensions for Instrumentation).

„Mit der digitizerNETBOX unterstützen wir seit 2012 den LXI-Standard und bieten erstmalig in der Geschichte von Spectrum eine einfach einzusetzende Gerätelösung für Anwender in Industrie, Forschung und Entwicklung, die sich auf Ihre messtechnische Anwendung konzentrieren wollen und eine Komplettlösung präferieren“, erklärt Oliver Rovini. „Dank des Ethernet-Interfaces können die Geräte am Schreibtisch, im Servicebereich, mobil oder auch direkt an der Maschine genutzt werden. Im Prinzip kann die digitizerNETBOX von überall gesteuert werden solange eine LAN-Infrastruktur den Arbeitsplatz und das Gerät verbindet.“

Treiber und Software – Wie kommen die Daten in den Rechner?

Zu Zeiten der ISA-Karten wurde dem Anwender eine Menge eigenes an Programmier-Knowhow abverlangt. Jedes Produkt sah anders aus und wurde entsprechend anders programmiert. In der Regel bestand die Anleitung aus einer Liste von Hardware-Registern und den möglichen Werten. Bei Spectrum wurde schon früh der Sinn von universellen Treibern erkannt. Bereits 1997 kam der erste universelle Treiber für die Spectrum-Messkarten auf den Markt. Die Idee dahinter war es, die Schnittstelle zur Hardware zu vereinheitlichen und für den Anwender einfach zu halten aber trotzdem alle Features der Hardware im Zugriff zu haben. Dieses Konzept wurde sehr gut angenommen.

Im Jahr 2006, bei Vorstellung der zweiten Generation der modularen Karten, wurde dieses Konzept erweitert. Kundenanregungen und -wünsche wurden aufgenommen, Schwachstellen beseitigt und eigene Erfahrungen berücksichtigt. Das Ergebnis ist der universelle spcm-Treiber, der die einheitliche Treiberschnittstelle für alle Serien seit 2006 und für die kommenden Jahre bildet. Dank des Treiberkonzeptes ist es unerheblich, ob eine ältere PCI-Karte mit Visual Basic unter Windows, eine moderne PCIe-Karte mit MATLAB unter Linux oder eine digitizerNETBOX mit LabVIEW programmiert wird. Das eigentliche Treiberinterface ist immer das Gleiche und unterscheidet sich nicht für die verschiedenen Kartenfamilien oder Betriebssysteme.

Kurze Lieferzeiten überzeugen

Die Produkte werden immer leistungsstärker und komplexer, bieten mehr Features und benötigen daher auch deutlich mehr und kleinere Bauteile als früher. Dazu kommt eine über die Jahre auf mehr als 400 verschiedene Varianten gewachsene Produktpalette – der Preis, den ein Hersteller zahlen muss, wenn er seinen Kunden eine maximale Langzeitverfügbarkeit anbieten will.

Während in den Anfängen von Spectrum im Haus selber gelötet und mit einer handschriftlichen Checkliste der Zustand des fertigen Produkts geprüft wurde, ist der gesamte Produktionsbereich und das Qualitätsmanagement heute ein bestens durchorganisierter und dokumentierter Bereich. Trotz des aufwendigen Tests und der großen Produktpalette erreicht die Firma in der Regel eine Lieferzeit ab Bestellung von maximal zwei Wochen – sehr zum Erstaunen von Neukunden, die ganz andere Lieferzeiten gewohnt sind.

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