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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik 1 GSa/s (real time!) Scope mit 100 MSPS-Wandlern?


Autor: Ratloser (Gast)
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Ich hatte heute die Gelegenheit einen Blick ins innere eines GWInstek 
GDS-2204 DSOs zu werfen (einem Kollegen war der Lüfter zu laut - darauf 
komme ich noch zurück). Hinter der Abschwächer-/Vorverstärker-Box findet 
man für jeden der 4 Kanäle einen 2-Kanal-A/D-Wandler AD9288BSTZ-100, der 
laut Analog Devices für max. 100 MSPS spezifiziert ist. Soweit ich per 
Augenschein erkennen konnte, werden die Wandler eingangsseitig im 
single-end mode betrieben, und beide ADC-Kanäle jedes Chips sind 
parallel geschaltet. Hinter den 4-Scope-Kanälen sitzen also insgesamt 4 
mal zwei 100 MSa/s Wandler.

Jetzt frage ich mich, wie schafft man es, damit die vom Hersteller des 
DSOs angegebene real time sample rate von 1 GSa/s zu erreichen (ich 
spreche nicht von der ebenfalls angegebenen equivalent sampling rate 
von 25 GSa/s!)?

Ach ja: Die maximale Taktfrequenz am ADC habe ich einmal gemessen - 100 
MHz. "Etwas" ausserhalb der Specs wird der Chip also nicht betrieben... 
;-)

Zurück zum Lüfter: Grund für das wirklich nervige Heulen des Lüfters ist 
ein gar nicht selten vorzufindender Konstruktionsfehler. Im 
zusammengebauten Zustand ist die Lüfterrückseite, über die ausgeblasen 
wird, weniger als 2mm von dem "3mm-Lochsieb" in der der Gehäuseschale 
entfernt. Das Heulen ensteht dadurch, daß die Luft so nahe hinter dem 
Flügel noch massiv verwirbelt ist. Nachzuvollziehen ist das mit einem 
frei auf dem Tisch stehenden Lüfter - kommt man der Ausblasöffnung mit 
einem Finger näher als 2-5mm, wird es erheblich lauter.

Lösung im Scope: Der Lüfter sitzt nicht mehr direkt auf der inneren 
Chassis-Wand. Zwischen Wand und Lüfter befindet sich jetzt ein Rohr mit 
dem Durchmesser des Lüfters, und 2,5cm Länge. Im Weg war allerdings das 
Netzteil (der Lüfter saugt direkt über den Kühlkörper für die 
sekundärseitigen Gleichrichter-Dioden). Auch kein großes Hinderniss, im 
Gehäuse ist jede Menge Platz. Die Netzteilplatine ist mit vier Schrauben 
auf Bolzen befestigt. Eine Epoxy-Platte mit zwei mal vier Löchern, die 
so versetzt sind, daß die Netzteilplatine 2,5cm Richtung Gehäusemitte 
wandert, genügte zur verschobenen Befestigung.

Zeitaufwand 1 Stunde. Lohn - die Frage des Kollegen, als er wiederkam: 
Hast Du den einfach abgeklemmt? Antwort: Ein Grinsen.

MfG

Autor: Kai G. (runtimeterror)
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Danke für den Lüftertipp ;)

... und abo

Autor: Sachich Nich (dude) Benutzerseite
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Hui, interessant... Abo

Autor: Hannes Jaeger (pnuebergang)
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Ratloser wrote:
> Hinter den 4-Scope-Kanälen sitzen also insgesamt 4
> mal zwei 100 MSa/s Wandler.
>
> Jetzt frage ich mich, wie schafft man es, damit die vom Hersteller des
> DSOs angegebene real time sample rate von 1 GSa/s zu erreichen (ich
> spreche nicht von der ebenfalls angegebenen equivalent sampling rate
> von 25 GSa/s!)?

Aus einer Tabelle im Datenblatt 
http://www.gwinstek.com.tw/db/Sheet/GDS-2204_sheet.pdf:
      SAMPLE RATE

Max. Sample    CH1   CH2   CH3   CH4
1GSa/s          X     -     -     -
                -     X     -     -

500MSa/s        X     X     -     -

250MSa/s        -     -     X     -
                -     -     -     X
Mit anderen Worten, die 1Gs/s gibt es nur, wenn man entweder CH1 oder 
CH2 verwendet und keinen anderen Kanal aktiviert hat.

Verwendet man CH1 und CH2 gleichzeitig gibt es 500 Ms/s. Bei CH3 und CH4 
scheint mir ein Fehler im Datenblatt zu sein. Ich vermute, da ist 
gemeint, dass es bei Verwendung von drei oder mehr Kanäle 250 Ms/s / 
Kanal gibt.

> Ach ja: Die maximale Taktfrequenz am ADC habe ich einmal gemessen - 100
> MHz. "Etwas" ausserhalb der Specs wird der Chip also nicht betrieben...
> ;-)

Ganz sicher? Bei insgesamt acht Wandlern würde es bei Übertaktung 
(selektierente Wandlern, usw.) mit 125 MHz hinkommen. AD garantiert im 
AD9288 Datenblatt 100 Ms/s, was nicht heißt, dass Instek nicht auf die 
Idee gekommen ist, es mit 125 Ms/s zu versuchen.

Ansonsten, steckt irgendwo noch ein fünfter ADC?

Autor: Ratloser (Gast)
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Herzlichen Dank für diese sehr interessante Aufklärung! Ich hatte 
lediglich kurz auf die Webseite zum Geräte geschaut:

http://www.gwinstek.com.tw/html/en/showproductdeta...

wo oben unter Features knallhart "1 GSa/s Real-Time" steht - ohne 
Einschränkung wie "up to", o.ä. Weiter unten steht aber auch dort 
bereits: "Real-Time Sample Rate  1GSa/s maximum" - wer zuende liest ist 
immer im Vorteil... ;-)

Auf die Idee, daß die ADC-Chips kanalübergreifend zusammengeschaltet 
werden, wäre ich aber nicht gekommen! Allenfalls bezüglich der beiden in 
jedem Chip pro Kanal per Leiterbahn fest miteinander verbundenen 
Wandlern ahnte ich etwas wie: 2x 100 Mhz phasenverschoben ergeben 200 
MSPS. Aber da fehlte halt noch viel...

Ein Detail aus der Erinnerung erscheint nach dieser Erklärung jetzt in 
anderem Licht: Zwischen der abgeschirmten Eingangs-Box und den ADCs sind 
noch vier SMD-Relais angeordnet. Mehr als, "viel Aufwand um den Kanal 
auf Null zulegen" hatte ich dabei nicht gedacht (ja - dieser Gedanke war 
wirklich einfältig). Aber mit Umschaltkontakten bestückt, wird darüber 
wohl die variable Zahl von ADCs an die vorderen Kanäle geschaltet.

Stichworte "fünfter ADC" bzw. "125 MHz" - das interessiert mich jetzt 
auch. Einen fünften Chip finde ich im groben Abbild meines Gedächtnisses 
nicht wieder, und bez. der Taktrate habe ich die Zeitbasis vielleicht 
doch nicht bis zu Ende durchgedreht...

Das werde ich nächste Woche klären - das Gerät ist schon so gut wie 
bereits wieder geöffnet...

MfG

Autor: Hannes Jaeger (pnuebergang)
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Ratloser wrote:
> Stichworte "fünfter ADC" bzw. "125 MHz" - das interessiert mich jetzt
> auch.

Es gibt natürlich noch die Möglichkeit, dass in Wirklichkeit maximal mit 
800 Ms/s gearbeitet würde. Das währe dann PFUI.

> Das werde ich nächste Woche klären - das Gerät ist schon so gut wie
> bereits wieder geöffnet...

Nur so aus Neugier, ginge es dabei ein paar Bilder vom Innenleben zu 
machen? Besonders vom Lüfterumbau? Ich kenne da einen Besitzer einer 
"Voltcraft-Edition" des Oszilloskops.

Autor: A. K. (prx)
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Hannes Jaeger wrote:

> Es gibt natürlich noch die Möglichkeit, dass in Wirklichkeit maximal mit
> 800 Ms/s gearbeitet würde. Das währe dann PFUI.

Müsste man leicht feststellen können, wenn das Gerät von Interpolation 
auf Punktdarstellung umschaltbar ist und man tief genug reinzoomen kann.

Autor: Manuel (Gast)
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So ein paar Bilder aus dem Innenleben würden mich auch brennend 
interessieren...

Was mich auch interessiert ist, was bringt 1GS überhaupt bei 200MHZ 
Analogbandbreite? Ich meine wenn ich da ein Rechteck mit 200 MHZ messen 
will, wie sieht das dann aus??

Autor: Ratloser (Gast)
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Bilder von Lüfter und Netzteil sowie der Hauptplatine werde ich nächste 
Woche machen.

"800MHz" Clock: Müssten sich neben den Technikern dafür dann auch die 
Juristen interessieren?  ;-)

> Was mich auch interessiert ist, was bringt 1GS überhaupt bei 200MHZ
> Analogbandbreite? Ich meine wenn ich da ein Rechteck mit 200 MHZ messen
> will, wie sieht das dann aus??

Ein 200-MHz-Rechteck durch 200 MHz Analogbandbreite "getunnelt" dürfte 
weitgehend zum Sinussignal besänftigt werden. Und für dessen 
Reproduktion bleiben nach Nyquist/Shannon ab 400 MSPS kaum noch Fragen 
übrig.  ;-)

MfG

Autor: Manuel (Gast)
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D.h. das ankommende Sinussignal wird dann mit 1GS gesampled? Was hab ich 
dann davon?

Autor: Hannes Jaeger (pnuebergang)
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200 MHz Bandbreite heißt, dass das Signal dort mit 3 dB gedämpft ist. Es 
heißt nicht, dass alles über 200 MHz weggeschnitten wird, 70% sind noch 
da.

Leider weiß man nicht genau, wie steil das Eingangsfilter nach dem 3 
dB-Punkt weiter abfällt, aber ein paar höherfrequenten Signalanteile als 
200 MHz schaffen es schon noch zum A/D-Wandler.

1 Gs/s bedeutet, die A/D-Wandler dürfen nicht mehr als 500 MHz, für 
praktische Belange besser 450 MHz sehen. Dass ist die harte Grenze, 
sonst kommt Mist raus. Und das ist es was die Eingangsfilter des 
Oszilloskops (hoffentlich) bringen müssen. Übrigens sind die AD9288 mit 
475 MHz Analogbandbreite spezifiziert. Irgendjemand hat bei der 
Bauteileauswahl seine Hausaufgaben gemacht :-)

Autor: Gast (Gast)
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Außerdem hat man, würde man 200MHz mit 400Msps abtasten nur 2 Punkte. 
Das ist für eine vernünftige Darstellung sehr wenig. Mit 1Gsps also 5 
Punkte pro Periode sieht das schon besser aus. Obwohl da wahrscheinlich 
immernoch viel ruminterpoliert wird.

Autor: A. K. (prx)
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Hannes Jaeger wrote:

> Leider weiß man nicht genau, wie steil das Eingangsfilter nach dem 3
> dB-Punkt weiter abfällt, aber ein paar höherfrequenten Signalanteile als
> 200 MHz schaffen es schon noch zum A/D-Wandler.

Yo, aber bei besagtem 200MHz Rechteck liegt die nächste Frequenz bei 
600MHz. Und damit jenseits der Nyquist-Grenze, weshalb entweder ein 
recht deutlicher Tiefpass dem die Kugel gibt, oder es die Anzeige eher 
verfälscht als verbessert.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Manuel,

> D.h. das ankommende Sinussignal wird dann mit 1GS gesampled? Was hab ich
> dann davon?

Du hast davon, daß Du auch bei kurzen Signalen (z. B. einem Sinus mit 
sehr wenigen Periodendauern) noch die Signalform erkennen kannst, ohne 
eine aufwendige (und stark fehleranfällige) Interpolation zu machen.

Letztlich erhöhst Du mit der höheren Abtastrate ja einfach die Redundanz 
und verminderst damit ein wenig den durch das Rauschen kommenden 
Signalverlust.

Gruß,
  Michael

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