Signale erfassen und wiedergeben mit dem WaveSurfer 3000 Oszilloskop

Die Oszilloskope der WaveSurfer 3000 Serie von Teledyne LeCroy verfügen als Option über einen integrierten Funktionsgenerator / Arbiträrgenerator mit einer maximalen Ausgangsfrequenz von 25 MHz (Sinus), 125 MS/s Abtastrate und 14 Bit Auflösung sowie einem 16k-Punkte Speicher für arbiträre Kurvenformen. In vielen Testanwendungen besteht die Forderung ein erfasstes Signal detailgetreu zu reproduzieren. Wir zeigen Ihnen an einem Beispiel wie Sie mit dem WaveSurfer 3000 Oszilloskop ein Signal erfassen, aufbereiten und dann über den integrierten Arbiträrgenerator wieder abspielen.

Für unser Beispiel verwenden wir ein EKG-Signal, das von einem externen Generator erzeugt und mit dem WaveSurfer 3000 Oszilloskop erfasst und anschliessend mit dem integrierten Arbiträrgenerator wiedergegeben wird. 

Falls es sich bei der zu reproduzierenden Kurve um ein periodisches Signal handelt achten Sie darauf, dass Sie mindestens eine volle Periode erfassen.Bei nichtperiodischen Signalen müssen Sie den vollen Bereich der Kurve erfassen, die wiedergegeben werden soll. Beachten Sie dabei auch, dass die Kurve einen maximalen Umfang von 16k-Punkten nicht übersteigt. Die Anzahl der vom Oszilloskop erfassten Punkte können Sie in den Timebase Angaben am rechten unteren Rand des Messfensters entnehmen. Der Wert unten links im Timebase Anzeiger gibt die Anzahl der Punkte in der Erfassung an - hier 4.00 kS.

Zuerst muss die Frequenz des Signals bestimmt werden, das mit dem Arbiträrgenerator erzeugt werden soll. Dies kann entweder mit den Cursoren oder der Parameter-Messung durchgeführt werden. Im unserem Beispiel wurden die Cursoren verwendet. Das deltaX (die Zeitspanne zwischen den Cursoren) zeigt eine Zeit von 333 ns an und die berechnete Frequenz als 1/deltaX liegt bei ca. 3 MHz. Der integrierte Generator kann maximal eine Wiederholrate von 5 MHz abspielen. Die gemessenen 3 MHz können also problemlos wiedergegeben werden

An dieser Stelle kann auch schon abgeschätzt werden, ob die Kurve überhaupt in den Arbiträr-Speicher passt. Da die gesamte Kurve einen Speicherplatz von 4 kS belegt passt auch der Ausschnitt zwischen den Cursoren in den Speicher. Falls die Kurve, die der Generator laden muss 16 kS übersteigt, wird nur der erste Teil der Kurve bis zum Maximalwert von 16 kS an Daten eingelesen, der Rest wird abgeschnitten.

Im nächsten Schritt passen Sie die Kurve mit Hilfe der Zoom-Funktion so an, dass eine volle Periode im Erfassungsfenster abgebildet wird. Dies geschieht am besten mit einem Mathematik-Kanal, der als Zoom des Erfassungskanals definiert wird  -  F1 = Zoom (C1).

Durch die Auswahl des variablen Horizontal-Zoom (Haken bei Var gesetzt) können Sie die Zeitbasis an das gewünschte Zeitfenster annähern. In unserem Beispiel sind das 333 ns, die zwischen den Cursoren liegen. Die Zoomfunktion bildet nun eine komplette Periode der erfassten Kurve ab. Außerdem können Sie durch Verschieben der Zoomkurve bestimmen wo die Periode anfängt und aufhört.

Weiterhin ist es sinnvoll den vollen Dynamikbereich für die Erfassung des Signals auszunutzen. Je besser aufgelöst das erfasste Signal ist, desto kleiner ist das Quantisierungsrauschen in Bezug zur Signal-Amplitude. Dieser Effekt wird erkennbar, wenn nur ein kleiner Teil des Eingangsbereichs ausgenutzt wird und die einzelnen Binärstufen sichtbar werden. Bei Verwendung der variablen Eingangsverstärkung (variable Gain) des Eingangskanals und der Spreizung des Signals über die vollen 8 Raster in der Vertikalen wird die Auflösung des AD-Wandlers optimal genutzt. In unserem Beispiel wird Kanal 1 erfasst im vertikalen Mode mit einem Variable Gain von 410 mV/div. 

Die variable Eingangsverstärkung lässt sich aktivieren durch Setzen des Hakens im Kanalmenü oder alternativ durch Druck auf den Regler für die Eingangsabschwächung/-verstärkung.

Nachdem alle Einstellungen vorgenommen und die Kurve korrekt erfasst wurde speichern Sie im nächsten Schritt die Kurvendaten ab. Für den Austausch mit dem Arbiträrgenerator eignet sich am besten das Dateiformat csv (Comma Separated Value). Um das Speichern durchzuführen wählen Sie das Menü Save Waveform. Im Kontextmenü geben Sie zunächst die Quelle an die gespeichert werden soll, in unserem Fall der Mathematikkanal F1. Als Datenformat wählen Sie Excel und als Unterformat Time & Amplitude. Unter dem Traue Title können Sie der Kurve einen Namen zum Speichern geben. Wählen Sie dann noch das entsprechende Verzeichnis zum Speichern, am besten die interne MicroSD Speicherkarte. Sind alle Einstellungen vorgenommen lösen Sie die Speicherung mit Druck auf den Button Save Now aus. 

Die gewünschten Daten sind nun auf der Speicherkarte gespeichert.

Nun müssen die Kurvendaten zur Wiedergabe in den Arbiträrgenerator geladen werden. Öffnen Sie hierzu das Menü WaveSource. Mit dem Menüpunkt Browse wählen Sie die zuvor auf die Speicherkarte geschriebene Datei aus. Drücken Sie den Button Upload um die Daten in den Arbiträrgenerator zu übernehmen.

Die Kurve ist nun bereit zur Ausgabe. Um die intern generierte Kurve darzustellen verbinden Sie den Ausgang des Generators auf der Geräterückseite mit einem der Eingangskanäle an der Vorderseite. Wählen Sie als Kurvenform die Funktion ARB.

Nun müssen nur noch die korrekte Frequenz und die Amplitude eingestellt werden. Als Frequenz hatten wir bereits weiter oben den Wert von 3 MHz ermittelt. Geben Sie diesen Wert bei Frequency ein. Stellen Sie noch die gewünschte Ausgangsamplitude und ggf. einen Offset ein. 

Wenn Sie noch, wie in unserem Beispiel die externe Quelle anliegen haben (hier an Kanal 1), so werden Sie feststellen, dass die Kurven höchst wahrscheinlich gegeneinander versetzt laufen. Die rührt daher, dass der Takt des externen und des internen Generators nicht miteinander synchronisiert sind. Wenn Sie die Erfassung des Oszilloskops anhalten (Stop), werden Sie aber erkennen das die Kuren sich gleichen, nur ggf. gegeneinander in der Phase verschoben sind.