Durch die Verarbeitung auf dem integrierten FPGA können Digitalisierer die Menge der zu speichernden oder für die spätere Analyse zu übertragenden Daten reduzieren.
Die neue Option unterstützt die Signalmittelung mit Wiederholungsraten von bis zu 2 Millionen Ereignissen pro Sekunde und ist für alle 52 Modelle der 59xx-Serie sowohl im PCIe- als auch im Ethernet-Format (LXI) verfügbar.
Signalverarbeitung direkt auf dem FPGA:
Die Summationsmittelwertbildung ermöglicht die Kombination mehrerer Messungen eines sich wiederholenden Signals, um den Einfluss unkorrelierten Rauschens zu reduzieren. Die
neue Funktion von Spectrum Instrumentation führt diese Verarbeitung direkt auf der Digitalisiererhardware durch, wodurch die vorherige Übertragung aller Messungen auf einen Computer entfällt. Laut Unternehmen ermöglicht die FPGA-Implementierung die Verarbeitung von Signalformen mit bis zu 64 KiSamples pro Messung, selbst bei hohen Wiederholungsraten.
Oliver Rovini, Chief Technology Officer bei Spectrum Instrumentation, betont, dass die Funktion speziell für Anwendungen entwickelt wurde, bei denen schwache Signale durch Rauschen überlagert oder verzerrt werden können. Der Hersteller nennt Massenspektrometrie, Lidar, Radioastronomie, Automatisierung, Radar, Biomedizin, Kernphysik, Kommunikation und Sonar als mögliche Anwendungsgebiete.
Die Spectrum Instrumentation 59xx-Serie umfasst 52 Modelle, darunter 24 PCIe-Kartenvarianten und 28 Ethernet-basierte Geräte. Die Geräte bieten maximale Echtzeit-Abtastraten von 5 bis 125 MS/s bei 16-Bit-Auflösung. PCIe-Karten sind mit 1 bis 8 Eingangskanälen erhältlich, während Standalone-Geräte 4 bis 48 Kanäle bieten. Spectrum
ermöglicht
zudem die Anbindung von PCIe-Karten über das proprietäre Star-Hub-System, wodurch vollständig synchronisierte Datenerfassungssysteme mit bis zu 128 Kanälen konfiguriert werden können. Die PCIe-Karten unterstützen die Übertragung der erfassten Daten an einen Computer oder eine GPU über den Bus mit Geschwindigkeiten von bis zu 700 MB/s. Eine neue Mittelwertbildungsfunktion ist als zusätzliche Signalverarbeitungsoption in dieser Serie enthalten.
Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses durch Mittelwertbildung:
Die Summenmittelwertbildung ist ein Verfahren zur Signalverarbeitung im Zeitbereich, das mehrere Messungen desselben Signals kombiniert. Bei sich wiederholenden Signalen und zufälligem, unkorreliertem Rauschen reduziert die Mittelwertbildung den Rauschanteil und stellt Details wieder her, die in einer Einzelmessung möglicherweise verborgen bleiben. Laut Spectrum Instrumentation ist die Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses unter idealen Bedingungen proportional zur Quadratwurzel der Anzahl der gemittelten Messungen.
Beispielsweise kann die Mittelwertbildung von 64 Messungen eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses von bis zu 12 dB erzielen, was einer Erhöhung der Messauflösung um etwa 2 Bit entspricht.
Das Unternehmen präsentiert diese Funktion als Möglichkeit, die Messmöglichkeiten seiner 16-Bit-Digitalisierer zu erweitern, insbesondere bei der Verarbeitung von Signalen mit geringer Amplitude.
: der Erfassung eines 300 µV-Signals
mit dem Digitalisierer M2p.5962. In diesem Test wird ein Signal von ca. 300 µV mit einer Abtastrate von 125 MS/s erfasst. In der ursprünglichen Erfassung ist das Signal vollständig von Rauschen überlagert. Durch die Mittelung von acht Messungen werden Details sichtbar, die in den Einzelaufnahmen nicht erkennbar sind, darunter drei Impulse im Abstand von 3,6 µs. Die Mittelung von 64 Messungen verbessert die Signalqualität weiter und ermöglicht die Identifizierung eines Impulses von ca. 300 µV, gefolgt von weiteren Impulsen geringerer Amplitude. Dieses Beispiel zeigt, wie die Mittelwertbildung die Beobachtung schwacher, sich wiederholender Signale trotz Rauschens erleichtert.
für alle 52 Modelle der 59xx-Serie
unter der Teilenummer M2p.xxxx-spavg erhältlich. Spectrum Instrumentation bestätigt die sofortige Verfügbarkeit für die neuen Digitalisierer der 59xx-Serie.
Sie kann auch als Nachrüstung an bestehenden Geräten installiert werden, wodurch die Mittelwertbildungsfunktion ohne Austausch des Digitalisierers hinzugefügt werden kann.
