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Messkarten im Einsatz Die Aufzeichnungsmodi eines modularen Digitizers

| Autor / Redakteur: Arthur Pini, Greg Tate und Oliver Rovini * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Modulare Digitizer bieten verschiedene Aufzeichnungsmöglichkeiten wie Eingangsdaten erfassen und Daten übertragen. Zudem lässt sich der verfügbare Speicher nutzen und die Totzeit verringern.

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Beispiele einer modernen Digitizerfamilie, die spezielle Aufzeichnungsmodi einsetzt: Die Spectrum-Digitizerplattform der M4i-Serie sowohl in 2- wie in 4-Kanalausführung mit Auflösungen von 14 oder 16 Bit mit einem PCI-Express x8 Gen2-Interface, das Datentransfers von bis zu 3,4 GBit/s unterstützt.
Beispiele einer modernen Digitizerfamilie, die spezielle Aufzeichnungsmodi einsetzt: Die Spectrum-Digitizerplattform der M4i-Serie sowohl in 2- wie in 4-Kanalausführung mit Auflösungen von 14 oder 16 Bit mit einem PCI-Express x8 Gen2-Interface, das Datentransfers von bis zu 3,4 GBit/s unterstützt.
(Spectrum)

Die Spectrum M4i-Modelle bieten verschiedene Aufzeichnungsmöglichkeiten, um Eingangsdaten auf mehreren Kanälen aufzuzeichnen und Messdaten an einen Analyserechner zu übertragen. Dazu stehen verschiedene Aufzeichnungsmodi zur Verfügung, um den On-board-Speicher effizient zu nutzen und die Totzeit zwischen den Aufzeichnungen zu verringern. Das gilt insbesondere für Signale, die mit einem geringen Auslastungsgrad in Anwendungen wie Echoortung (Radar, Sonar, Lidar und Ultraschall) oder Transientenaufzeichnung (Time-of-Flight-Massenspektronomie und anderen Stimulus-Response-Mess-verfahren) auftreten.

Modulare Digitizer bieten zwei Betriebsmodi: Standardmodus und FIFO-Modus. Der Standardmodus nutzt wie ein Oszilloskop den Aufzeichnungsspeicher als Ring-Buffer. Die Daten werden solange im Ring-Buffer des Digitizers aufgezeichnet, bis ein Trigger-Ereignis auftritt. Nach dem Trigger werden eine Anzahl von Post-Trigger-Werten aufgezeichnet. So werden sowohl Pre- als auch Post-Trigger-Werte in die aufgezeichneten Daten aufgenommen.

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Dieser Modus wird zusammen mit der Datenaufzeichnungssoftware des Digitizers verwendet, um die gewonnenen Messwerte anzuzeigen, zu protokollieren und weiterzugben. Dabei werden die Digitizereinstellungen verifiziert und eine vorbereitende Bearbeitung der Daten durchgeführt. Der FIFO-Modus ist ein Streaming-Modus für den kontinuierlichen Datentransfer zwischen dem Digitizer und dem Host-Computer. Im Beitrag wird der Spectrum Digitizer M4i.4451-x8 verwendet. Dieser verfügt über ein Interface nach PCI-Express x8 Gen 2 mit Datentransferraten von bis zu 3,4 GBit/s. Der Datenstrom wird automatisch auf Interrupt-Anforderung durch den Treiber gesteuert.

Der Hauptunterschied zwischen allen Standard- und allen FIFO-Modi ist die Beschränkung der Standardmodi auf den On-Board-Speicher. Die FIFO-Modi wurden für den kontinuierlichen Datentransfer über einen Bus zum PC-Speicher oder zur Festplatte entwickelt und können so deutlich länger laufen. Der komplette installierte Aufzeichnungsspeicher wird dabei als Zwischenspeicher verwendet und ermöglicht so eine zuverlässige Datenübertragung.

Die drei Multiple-Recording-Modi

Die Standard- und FIFO-Modi bieten jeweils drei Multiple-Recording-Modi, die einen noch effizienteren Einsatz des Aufzeichnungsspeichers bei Messanwendungen mit geringem Auslastungsgrad ermöglichen. Anwendungen mit geringem Auslastungsgrad sind solche, bei denen wichtige Kurzzeit-Ereignisse auftreten, auf die lange Ruheintervalle folgen. Die Aufzeichnungsmethoden, die für diese Art von Signalen optimiert wurden, sind der Multiple-Recording-Modus (Segmentaufzeichnung), Gated Sampling (torsignalgesteuerte Aufzeichnung) und der ABA-Modus (doppelte Zeitbasis). Alle genannten Modi segmentieren den Speicher und legen darin mehrere Aufzeichnungen ab. Der ABA-Modus reduziert die Abtastrate zwischen den Triggern, spart so Speicher¬platz und zeigt trotzdem die Signaverläufe in der Totzeit zwischen den Triggerereignissen an.

Betrachten wir, wie die einzelnen Aufzeichnungsmodi funktionieren. Das Bild 1 fasst die Funktion des Digitizers in diesen Modi zusammen. Der Multiple-Recording-Modus, Die Aufzeichnung mehrerer Trigger-Ereignisse bei einer sehr kurzer Re-ArmZeit ist in Bild 1a gezeigt. Der Aufzeichnungsspeicher wird in mehrere Segmente gleicher Größe unterteilt. Bei jedem Triggerereignis wird ein Segment gefüllt. Zwischen den Segmenten stoppt die Aufzeichnung.

Der Benutzer kann Pre- und Post-Trigger-Zeiträume innerhalb des Segments programmieren. Die Anzahl der aufgezeichneten Segmente wird nur durch den verwendeten Speicher begrenzt und ist im FIFO-Modus unbegrenzt. Signifikante Daten, die mit mehreren Triggern verknüpft sind, werden im Aufzeichnungsspeicher in den zusammenhängenden Segmenten gespeichert. Daten zur Totzeit zwischen den Ereignissen werden nicht aufgezeichnet.

Jedes Triggerereignis ist mit einem Zeitstempel versehen. So ist die genaue Position eines jeden Triggers nachvollziehbar. Das Bild 1b zeigt eine grafische Darstellung der Zeitstempel-Funktion im Multiple-Recording-Modus. Die Zeitstempel werden in einem separaten FIFO-Speicher in der Hardware der Karte aufgezeichnet. Er kann bei Bedarf ausgelesen werden.

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