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Open-Source-Messtechnik Ist RedPitaya das bessere Oszilloskop?

Autor / Redakteur: Dieter Stotz * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Was taugt das Open-Source-Messlabor RedPitaya? Ersetzt es tatsächlich teure Einzelmessgeräte? Ist es in der Lage, in einer Fertigungszelle komplexe Aufgaben zu meistern? Wir haben es getestet.

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RedPitaya: Was leistet die Open-Source-Messplattform in Sachen Hardware und lässt sich damit ein teures Oszilloskop ersetzen?
RedPitaya: Was leistet die Open-Source-Messplattform in Sachen Hardware und lässt sich damit ein teures Oszilloskop ersetzen?
(Foto: Reichelt)

Das in Ljubljana/Slowenien ansässige Unternehmen RedPitaya, ein Tochterunternehmen von Instrumentation Technologies, startete sein gleichnamiges Projekt RedPitaya im September 2013. Das daraus entstandene Produkt könnte seinen Markt nicht nur im Amateur- und semiprofessionellen Bereich finden, sondern möglicherweise auch im industriellen. Gerade seine außerordentlichen Mess- und Prüfqualitäten, verbunden mit den Möglichkeiten der Netzwerkanbindung, prädestiniert es zum Tool in Fertigungszellen oder Messlaboren mit Fernüberwachung.

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Ins Auge springen sofort die mit je 14-Bit-Auflösung ausgestatteten zwei Analogeingänge und zwei Analogausgänge, und das bei immerhin 50-MHz-Bandbreite und 125-MHz-Abtastrate. Weitere je vier analoge Ein- und Ausgänge mit etwas geringerer Performance eignen sich weiterhin für Hilfsaufgaben. Darüber hinaus stehen noch insgesamt 16 digitale Terminals zur Verfügung, die wahlweise als Eingang oder als Ausgang konfigurierbar sind. Seine Netzwerkfähigkeit, entweder per LAN oder WLAN (mit entsprechendem USB-Dongle), ist als weiteres Plus zu nennen. Wir wollen uns hier jedoch weniger mit der Netzwerktechnologie oder den Programmapplikationen auseinandersetzen, sondern hauptsächlich mit den grundlegenden Eigenschaften, Möglichkeiten und auch Grenzen der Hardware.

Zwei Analogeingänge mit relativ hoher Bandbreite und mit 14 Bit vor allem hoher Auflösung stehen zur Verfügung. Letztere Wertangabe stellt natürlich schon einen gewissen Anreiz zum Kauf dar, zumal herkömmliche Oszilloskope auch heute noch vor allem mit einer vertikalen Auflösung von 8 Bit arbeiten. Beim RedPitaya ist jedoch zu bedenken, dass eigentlich immer ein fester Bereich eingestellt ist, den man lediglich durch den Eingangs-Jumper variieren kann.

Signale, die in ihrer Amplitude viel kleiner sind, nutzen die 14 Bit natürlich nur wenig aus. Dagegen haben Oszilloskope ja standardmäßig schaltbare Abschwächer, wodurch sie sich auf die jeweilige Signalsituation anpassen lassen. So ist wenigstens eine Annäherung an die 8 Bit möglich. Trotzdem ist das Messlabor in den meisten Situationen dem Standardoszilloskop überlegen.

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Was Red Pitaya bietet

Ob sich Red Pitaya als Alternative zu einem teuren Oszilloskop eignet, können folgende Bewertungen herangezogen werden:

  • ++ Niedriger Preis bei ca. 300 Euro
  • ++ hohe Auflösung der Analogeingänge und –ausgänge
  • ++ netzwerkfähig per LAN oder WLAN
  • + reichlich Schalteingänge und –ausgänge verfügbar
  • + Software bzw. Firmware Open Source, eigene APPs lassen sich entwickeln
  • – – Bestehende APPs nicht sehr komfortabel
  • – – Dokumentation noch relativ dünn
  • – Analogausgänge etwas verrauscht, reduziert nutzbare Auflösung
  • – Kanaltrennung der Analogeingänge nicht sehr gut, sodass Auflösung weit unterschritten wird

Alles in allem ist der RP in der Lage, in vielen Fällen hinreichend Möglichkeiten zu haben, an die Stelle von teuren Einzelmessgeräten zu treten. Die Integration in ein netzwerkfähiges Steuer- und Messsystem gestaltet sich flexibel, obschon eine gewisse Erfahrung in solchen Bereichen präsent sein sollte.

Wie sich eine hohe Auflösung realisieren lässt

Eine hohe Auflösung sollte auch mit einem entsprechenden Störabstand einhergehen, andernfalls wäre die Bittiefe nicht nutzbar. Für 14 Bit wäre unter Berücksichtigung des vollen nutzbaren Spektrums und der Signalform Sinus nominal im Idealfall ein Störabstand von ungefähr 86 dB zu erwarten. Eine Messung per Applikation des Spektrumanalyzers bestätigt diesen Wert auch annähernd.

Allerdings fallen im Spektrum auch diskrete Störungen auf. Wer sich schon ein bisschen mit EMV beschäftigt hat, wird wissen, dass sich der primäre Verdacht auf eine Gleichtaktstörung konzentriert, die durch das Netzteil hervorgerufen wird. Denn selbst bei kurzgeschlossenem Eingang ist der Störanteil immer noch beträchtlich. Für den unteren Frequenzbereich (Brummen) schafft ein abschirmendes Gehäuse Abhilfe, während die höherfrequenten Störungen, meist hervorgerufen durch das Schaltnetzteil, hauptsächlich durch Erdung des Gerätes zu beseitigen sind. Dadurch hätten wir allerdings formal betrachtet keine Trennung zum Erdpotential.

Zwei Kanäle mit hoher Auflösung führen fast automatisch zur Frage nach dem Übersprechen (Crosstalk). Eine einfache Messung mit einem Sinusgenerator an Kanal 1 angeschlossen, während der andere Eingang offen ist, bringt folgende Ergebnisse, die geringfügig von den gelieferten Hardware-Specs abweichen: @1 kHz ca. -75 dB, @10 kHz ca. -55 dB, @ 100 kHz ca. -50 dB (Eingang 2 offen) und @1 kHz ca. -83 dB, @10 kHz ca. -64 dB, @ 100 kHz ca. -56 dB (Eingang 2 kurzgeschlossen).

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