USB-Oszi:Wie kommen die riesigen Datenmengen auf den PC?

Tja, für sowas braucht man vieeeel Speicher im Oszi, und der ist 
sauteuer. Das geht dann mit den billigen Dingern nicht zu machen. Oder 
man braucht einen intelligenten Trigger, der eben solche Anomalien 
findet. Unter anderem deswegen sind die großen Scopes so teuer. Die 
haben dann auch keine USB Anbindung für die Daten sondern zum Beispiel 
PCIe (bei den LeCroy Geräten).

Karl schrieb:
> Werden dann also nur paar Hundert Messdaten ab einer einzigen Triggerung
> übertragen?
Stichwort dazu: Speichertiefe
Zuerst werden die Daten auf dem Oszi "schnell" gespeichert. Und 
anschließend "langsam" übertragen.

> Was ist, wenn die Signale sich bei jedem Triggervorgang
> etwas unterscheiden und man sich das im Nachhinein in aller Ruhe in
> einer Graphik anschauen will?
Pech gehabt.

> Z.B. Wenn ein Fehler in einem Gerät
> steckt, der nur Spontan auftritt und man in der Zeitachse zu dem
> Fehlerzeitpunkt zurück gehen will, um sich genau anzuschauen, was da
> passiert ist?
Wenn die Daten nicht im Speicher sind: Pech gehabt.

Die PC-Oszis haben einen internen Speicher, der beim Samplen beschrieben 
wird. Dessen Inhalt wird dann über USB an den PC gesendet und 
dargestellt.

Fall a): Die Samplerate liegt unter der max. USB-Datenrate, dann 
Darstellung sofort ohne Verzögerung möglich.

Fall b): Abstastrate so hoch, dass der interne Scope-Speicher schneller 
voll ist als der USB die Daten übertragen kann. Dann findet ein 
verzögerter Transfer zum PC statt. Wenn der Hersteller hier einen 
Ringpuffer des internen Scope-Speichers implementiert hat, dann sollte 
theoretisch nur wenig verloren gehen, da bereits vom USB übertragenen 
Samples freien Speicher für den nächsten Zyklus bedeuten. Es gibt aber 
eine Totzeit, da sich ja der Ringpuffer sich selbst überschreiben darf. 
Spätestens, wenn der schreibende Pufferindexzeiger den lesenden 
erreicht, muss auf den nächsten USB-Transfer gewartet werden. Wenn genau 
an dieser Stelle dein Fall des Fehleranteils im Signal auftritt und 
dieser so kurz ist, dass er nur von wenigen Samples erfasst werden kann, 
sollte der Signalverlust da sein.

Bei Picoscope ist das so, dass man mehrere Screens hintereinander 
durchblättern kann. Die Anzahl der Screens, die man haben möchte, kann 
man einstellen.

Grundsätzlich haben dieses "Problem" alle digitalen Scopes, nur dass bei 
den Nicht-PC-Scopes schnellere DSPs arbeiten, wo auch der 
USB-Flaschenhals entfällt. Zudem ist der Speicher i.d.R. bei teureren 
Geräten weitaus größer. Nicht zu vergessen die wfm/s 
(Aktualisierungsrate), die bei PC-Scopes auch nicht unbedingt hoch ist.

Statistisch selten auftretende Fehler kann man eventuell durch langes 
Messen mit der Nachleuchtfunktion (wenn vorhanden) der PC-Applikation 
hinbekommen. In Zusammenhang mit einem Maskentest dann auch erfassen.

Mein Ratschlag: lade dir die Picoscope-Software herunter, diese besitzt 
einen Demo-Modus, wo das nicht vorhanden Scope simuliert wird. Da kannst 
du einen Eindruck bekommen, wie das bei PC-Scopes aussieht.

Ich arbeite lieber mit reinen Scopes, sowohl analog als auch digital. 
Die PC-Teile sind je nach Anwendungsbereich auch nicht schlecht, aber 
bei hohen Abtastraten in Zusammenhang mit Fehlersuche von Störern in 
Signalen entweder nicht geeignet oder einfach zu teuer, wenn mit mehr 
Speicher ausgestattet. Da bekommt man von Agilent, Hameg und Tektronix 
weitaus bessere Geräte ohne PC-Pflicht.
Wie gesagt, nur meine persönliche Vorliebe, will hier jetzt keine 
Glaubensdebatte lostreten ;-)

Gruß
GunB

luk4s schrieb:
> Naja, da ist dann der PC hübsch im Gehäuse des Skops verpackt ;)

Nur hat der Hersteller dann die Möglichkeit einer weitaus schnelleren 
Anbindung des Speichers statt langsamen USB zu nutzen und ein 
Betriebssystem seiner Wahl einzusetzen, dass u.a. Echtzeit unterstützt 
und die laufenden Prozesse und Threads weitestgehend selbst zu 
bestimmen, was bei einem PC nicht geht.

Gruß
GunB

Michael schrieb:
> Ich denke, man wird
> hier nur die zur Anzeige notwendigen Daten übertragen, z.B. nur jeden
> 100. Sample.

Durchaus denkbar. Da hast du auch sicher recht, was die Datenmenge 
angeht.

Ich möchte dennoch zu einem optionalen Denkansatz anregen:

Der Speicher meines Picoscope hat z.B. 512k, was ja nicht viel ist. Das 
Scope kann bei nichtrepetetiven Signalen eine max. Abtastrate von 
100MS/s
erreichen.

Nehmen wir an, die maximale Abtastrate sei eingestellt. Der A/D-Wandler 
arbeitet mit 8 Bit, dann sind  100MS/s = 100 MB/s. Der Speicher wäre 
dann nach 5,12 ms voll. Spätestens jetzt muss der Speicher über USB an 
den PC gesendet werden, bevor ein neuer Zyklus startet. An dieser Stelle 
ergeben sich Totzeiten, wo das Signal nicht erfasst werden kann.

Die 512kB hat der USB schnell übertragen, der Haken ist aber, dass das 
Signal eben nicht ohne Verluste wie zum Beispiel von dir beschrieben 1s 
lange ununterbrochen aufgezeichnet werden kann.

Bei einer Zeitbasis, wo ein kompletter Screen z.B. 5ms beträgt, dürfte 
dann kaum merkbar ein synchroner Bildaufbau passieren, während z.B. bei 
Aufzeichungszeiten von 1s deutlich merkbare Sekunden vergehen, bis das 
erste Bild erscheint. So bei mir.

Schlussendlich kann das Scope mit 500MS/s abtasten, die Frage ist aber, 
wie groß der Speicher ist, da er bestimmt, wie lange verlustfrei am 
Stück gesampelt werden kann. Die anschliessende Übertragung über den USB 
kann dann ruhig 20s dauern (Zumutung), das, was dann aber angezeigt 
wird, ist mit 500MS/s abgetastet worden und in diesem Sinne wird dann 
auch jedes Sample angezeigt.

In der Geschwindigkeit liegt dann eben der Unterschied zu schnellerer 
Speicheranbindung bei Nicht-PC-Scopes.

Werde das vielleicht am Wochenende mal mit meinem PC-Scope mit ein paar 
Signalen prüfen, interessant zu erfahren.

Gruß
GunB

Naja, dass das Quatsch ist, zu übertragen würde ich mal so nicht stehen 
lassen. Woher soll die Software/Hardware wissen, was jetzt für mich 
wichtig ist? Für die Anzeige wird dann schon mit schlauen und bei jedem 
Hersteller etwas anderen Algorithmen die Pixelzahl reduziert. Ein gutes 
Scope hält aber den kompletten Sample-Speicher im Hintergrund, für den 
Zoom oder das nachträgliche Auswerten des Signals. Bei LeCroy machen die 
das jedenfalls so. Da schreibt das Scope per PCIe und DMA direkt in den 
Hauptspeicher des PC und verringert so die Totzeit, die bei digitalen 
Scopes immer da ist. Da der PC ein Multicore ist, kann der die Anzeige, 
Abfrage der Bedienelemente usw. recht gleichzeitig machen. Mein Wave Pro 
7 Zi auf Arbeit hat einen Quadcore Prozessor, 4GB RAM und Vista x64. Da 
geht richtig die Post ab. Der Samplespeicher ist glaube 40MS groß und 
wird je nach Anzahl der aktiven Kanöle aufgeteilt. Will man mehr 
Speicher haben (geht glaub bis 256MS bei denen), dann kostet das richtig 
Kohle...

Michael schrieb:
> Das war ja nur das Beispiel, dass das Signal so lange aufgenommen werden
> könnte. Ich wollte hier nur verdeutlichen, dass schon bei dieser
> Samplerate USB lange nicht hinterherkommt weshalb es unwahrscheinlich
> ist, dass jedes Sample übertragen wird.

Hallo Michael,

dein Beispiel ist durchaus berechtigt, ich habe es auch so verstanden, 
wie du es beschrieben hast.

Der USB mag zwar nicht hinterherkommen, muss er aber auch nicht, da 
zuerst in den internen Speicher des Scopes gesampelt wird und nicht 
online zum PC. Somit werden sehr wohl alle Samples angezeigt, die bis 
zum Erreichen der internen Speichergrenze des Scopes aufgenommen werden. 
Erst während der Übertragung zum PC entsteht die Totzeit.
Nimmt man dein Beispiel, so muss ein Scope mit 512k zum Beispiel 
1s/5,12ms = 195 mal den Speicher vollschreiben und zwischendurch 
übertragen, wo eben beim Übertragen die Totzeiten entstehen.

Michael schrieb:
> Rein rechnerisch kann USB 2.0
> 480 MBit/s übertragen, das wären 60 MB/s aber das gilt ja fürs gesamte
> Frame und nicht nur für die Nutzdaten, da darf man dann eher so um die
> 30-40 MB/s erwarten.

Da stimme ich dir zu, mir sind allerdings im isonchronen USB Mode so um 
die 24MB/s für Nutzdaten bekannt. Wie auch immer, aber das macht eben 
die Totzeit aus.

Michael schrieb:
> Auch der Hintergrund der Anzeige ist so eine Sache die bei der
> Übertragung sicherlich eine Rolle spielt. Kommt wahrscheinlich auch auf
> die Einstellung drauf an welches Sample übertragen wird.

Da müsste dann bei jedem Zoom am PC der Speicher des PC-Scopes neu 
übertragen werden, wenn mal mehr oder mal weniger Samples angezeigt 
werden sollten. Das wäre dann wirklich dumm gemacht und so wird es 
definitiv nicht gemacht. Es wird der gesamte Speicher zum PC gesendet 
und in Abhängigkeit des Zooms werden dann alle oder weniger Samples in 
den realen Screen genommen. Bei maximalem Zoom siehst du dann im Fenster 
ALLE Samples, wobei dann natürlich nur ein Teil des insgesamt 1s langen 
Signals sichtbar ist.

Michael schrieb:
> vielleicht noch Sinn aber alles darunter wäre Quatsch
> und eine sinnlose Verschwendung von Resourcen da es eh nicht angezeigt
> werden kann.

Natürlich kann alles angezeigt werden, nur das Zeitfenster wird 
entsprechend immer kleiner. Alles eine Frage des "wieviel Zeit bekomme 
ich maximal bei gegebenem Zoom an Samples auf den Screen".
Macht jedes zoombare Scope so. Habe selbst schon Algorithmen für 
zoombare Koordinatensysteme zum Sichtbarmachen von schnellen 
Samplefolgen programmiert.

Eine Verschwendung an Ressourcen ist das sicher nicht. Gerade damit 
werben Firmen wie Agilent, Tektronix, R&S usw., denn deren Scopes haben 
i.d.R. im oberen Preissegment hohe Aktualisierungsraten, die u.a. 
dadurch entstehen, dass eine schnelle Übertragung der Scopespeicher in 
den Bildspeicher gegeben ist, womit statistisch nichtperiodisch 
auftretende Störer mit einer höheren Wahrscheinlichkeit erfasst werden 
können. Dazu MUSS jedes Sample erfasst und dargestellt werden können.

In diesem Bereich versagen die LowCost-PC-Scopes in aller Regel. Diese 
können das Problem nur durch einen großen Speicher halbwegs beseitigen, 
was aber dann auch eine lange Übertragungszeit mit USB 2.0 bedeutet. Die 
StandAlone-Geräte sind da eben weitaus überlegen, weil sie eine schnelle 
Anbindung an den Bildschirmspeicher haben.

Mein älteres Agilent 54622D wie auch das der 6er-Reihe machen sowas ohne 
Verzögerung. Hier kannst du u.a. die Interpolation abschalten und die 
Samples als Punkte direkt sehen. Und weggeworfen wird kein einziges 
Sample, dann wären diese Geräte ihr Geld nicht wert.

Michael schrieb:
> Das Scope ja, aber ich meinte hier doch die Übertragung über USB. Da
> wäre es Quatsch die gesamten 500 MSamples zu übertragen.

Es wäre äußerst fatal und ein Grund zum Wegschmeißen des Gerätes. Das 
Dingens kann doch nicht nach gutdünken was aussortieren. Das macht 
garantiert kein ernstzunehmendes USB Scope.

Christian R. schrieb:
> Michael schrieb:
>> Das Scope ja, aber ich meinte hier doch die Übertragung über USB. Da
>> wäre es Quatsch die gesamten 500 MSamples zu übertragen.
>
> Es wäre äußerst fatal und ein Grund zum Wegschmeißen des Gerätes. Das
> Dingens kann doch nicht nach gutdünken was aussortieren. Das macht
> garantiert kein ernstzunehmendes USB Scope.

Da stimme ich dir zu.

Allerdings hat Michael auch nicht ganz unrecht, dass je nach gerade 
aufgelöstem Bildschirm ein Kompromiss gemacht wird nach dem Motto "wofür 
mehr Details übertragen als gerade angezeigt werden sollen". Hier 
arbeiten spezielle Interpolationsalgorithmen, die bei "viel Signal mit 
weniger Details" im Streaming-Mode des USB Samples zusammenfassen, aber 
nicht wie er beschreibt, wegwerfen.
Im Detailmodus müssen dennoch alles Samples angezeigt werden können, 
wodurch eben die Übertragung aller Samples notwendig wird.

Ich möchte für alle Interessenten gerne auf folgendes Dokument 
verweisen, dass ich vor einiger Zeit mal bei der Suche nach Treibern für 
mein Scope gefunden habe:

http://www.picotech.com/support/kb/kbfiles/PicoScopeUSBStreaming.pdf

Denke, dass Michael sich mit seiner Argumentation in diesem Rahmen 
bewegt.

Gruß
Gunb

Gibt es für die Picoscope-Sachen eigentlich auch einen Treiber, der die 
Daten als Soundkarte im PC verfügbar macht? Sodaß man z.B. mit 
SpectrumLab die Daten angezeigt bekommt. Hatte die mal angefragt, aber 
es kam keine Antwort zurück.
Bzw. ist das API so gut spezifiziert, das man den Treiber 
selberschreiben könnte?

Wozu sollte man das so verkrüppeln? Nimm doch lieber das API von denen, 
und mach dir selbst eine Oberfläche, falls dir das nicht passt, was die 
haben. Für die Anzeige eignet sich beispielsweise PlotLab ganz 
vorzüglich.

Das übersteigt meine Fähigkeiten bei weitem. SpectrumLab hat einen 
interessanten Funktionsumfang. Ist halt Frickelware so wie LTspice.

@branadic:

Hallo,

ja, was du schreibst macht Sinn. In Zusammenhang mit dem Dokument, auf 
das ich oben gelinkt habe, ist diese Vorgehensweise sinnvoll. Die 
Datenaggregation zieht immer alle Samples zur qualitativen 
Signalbewertung auch bei niedriger Auflösung ein, wodurch eine 
reduzierte Übertragung der Ergebnissamples im Streaming-Mode kein 
Problem darstellt.

Bei höherer Auflösung, womit ich den maximalen Zoom meine, und einer 
Darstellung aller Samples zur exakten Untersuchung OHNE Aggregation muss 
dann wie von dir beschrieben der Scopespeicher 1:1 übertragen werden. 
Das würde dann ja dem von Picotech beschriebenen Blockmode entsprechen.

Da müsste es doch dann auch bei der 8MB-Version, die du nennst, so sein, 
dass einige Zeit vergeht, bis der Speicher zum PC übertragen worden ist, 
richtig? Kannst du in diesem Zusammenhang dem Interesse halber Zeiten 
nennen?


Gruß
Gunb