Komplexe Funktionen erzeugen Signale mit Standard-Arbiträrgeneratoren simulieren

Mit herkömmlichen Signalgeneratoren lassen sich Standardsignalformen wie Sinus-, Dreieck-, Rechteck oder Rampe erzeugen. Was ist aber, wenn komplexere Signale benötigt werden, wie sie in der Elektronik häufig vorkommen? Unser Anwenderbericht zeigt Ihnen am Beispiel des AFG3011 von Tektronix, wie vielseitig sich die Messgeräte einsetzen lassen.

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Im Labor lassen sich mit Arbiträrgeneratoren komplexe Real-World-Signale generieren und für Testzwecke bei Bedarf verändern. So steht im Labor ein Signal zur Verfügung, welches sonst möglicherweise nur außerhalb des Labors verfügbar wäre. Mit den Arbiträrgeneratoren von Tektronix, Agilent, Rohde & Schwarz und Hameg lassen sich solche Signale erzeugen.

Entwickler elektronischer Schaltungen, die beispielsweise Sensorsignale weiterverarbeiten, kennen die Problematik: Wie verhält sich eine Schaltung, wenn das Signal nicht sauber ist, wie im Normalfall? Was passiert, wenn das Signal verrauscht ist, die Amplitude sich ändert, die Frequenz bzw. das Zeitverhalten sich ändert, Glitches auftreten etc. – verhält sich die entwickelte Schaltung dann immer noch stabil? Für derartige Tests sind Arbiträrgeneratoren prädestiniert. Weiterer Vorteil: Ihr Signal steht ständig, beispielsweise auf Knopfdruck zur Verfügung, was man von realen Signalen nicht immer sagen kann.

Wie das Signal in den Arbiträrgenerator gelangt

• Messen des Real-World-Signals mit einem Digitalspeicher-Oszilloskop und Übertragen in den Arbiträrgenerator
• Import von Kurvenform-Tabellendaten mit der beigefügten Software und anschließend zum Arbiträrgenerator übertragen
• Kurve mit ArbExpress-Software errechnen
• Kurve mit Mathematik-Softwarepaketen wie MatLab errechnen und
• Kurvenform direkt am Arbiträrgenerator erzeugen

Soll die Kurvenform vom PC zu einem Arbiträrgenerator der Serie AFG3000 übertragen werden, stehen vier Schnittstellen zur Verfügung: USB-Stick, USB- Device, LAN und GPIB. Der Weg führt immer über die mitgelieferte Tektronix-Software Arb-Express. Wurde ein Signal mit einem Tektronix Oszilloskop aufgezeichnet, kann mit der Software das Signal über USB, LAN oder GPIB direkt in die Software geladen werden. Das erfolgt einfach menügeführt über den „Scope-Aquisition-Wizard“ (Bild 1). Einfach eine Verbindung herstellen und den Messkanal auswählen, schon erscheint Ihr Signal in der Software.

Bei fremden Scopemodellen kann die Kurvenform als Datei importiert werden. Hierzu stehen folgende Importformate zur Verfügung:

• .CSV: Comma Seperated Values, also Komma getrennte ASCII-Daten
• .WFM: WaveForM, Kurvenform-Binärdaten von älteren Tektronix-Oszilloskopen
• .TXT: Text-Format
• .ISF: Instrument Specific File, Kurvenform-Binärdaten von neueren Tektronix-Oszilloskopen
• .TFW: Format, das vom AFG3000 direkt über den USB-Stick lesbare Kurvenform-Format

Die Signale gelangen direkt über eine der Schnittstellen oder als lesbare TFW-Datei zum Messgerät.

Kurvenform ohne Oszilloskop erzeugen

Die mitgelieferte Software erzeugt eine Kurvenform in verschiedenster Art:

• Auswählen einer Standardsignalform wie Sinus, Dreieck, Rechteck, Pulse, Exp, DC, Rauschen, sin(x)/x, Sweep, Multi Tone und Lorentz
• Laden einer Signalform aus einer Bibliothek
• Errechnen einer Kurvenform mit Hilfe einer Formel
• Zeichnen einer Kurvenform mit verschiedenen Editierwerkzeugen

Der Formeleditor errechnet die Kurvenform, in dem ein mathematischer Ausdruck eingeben wird. Aber auch eine Bibliothek an Formeln hilft bei der Erzeugung des gewünschten Signals.

Mit ArbExpress Kurvenformen neu zeichnen oder verändern

Es ist möglich, bestehende oder vom Scope importierte Signale vor dem Übertragen zu verändern. Hierzu stehen dem Anwender verschiedene Zeichentools zur Verfügung. Im Bild 4 ist das vom Oszilloskop importierte Originalsignal links oben zu sehen. Mit dem Tool Freehand-Draw kann das Signal wie mit einem Stift einfach gemalt oder übermalt werden (Bild 4 rechts oben). Das Werkzeug Horizontal-Draw ermöglicht grade horizontale Linien zu zeichnen, zum Beispiel zum Abschneiden oder Entfernen eines Pulses in einer Pulskette (Bild 4 links unten). Rechts unten im Bild 4 wurde das Vertikal-Draw-Werkzeug verwendet. An einer horizontalen Position kann hiermit ein Glitch wählbarer Höhe eingefügt werden.

Als weiteres Zeichenwerkzeug steht der Point-Draw-Modus zur Verfügung. Der Anwender setzt seine definierten Punkte mit einem Cursor an die gewünschte Stelle (X-Y-Koordinate) oder gibt diese Punkte in Tabellenform ein (siehe Bild 5). Im Nachhinein kann gewählt werden, wie die Punkte verbunden werden sollen: linear, geglättet oder als Treppe.

Kurvenmathematik verändert Signale

Um ein Signal erzeugen zu können, lassen sich die Kurven mathematisch weiterverarbeiten. Der Messtechniker kann das erzeugte Signal mit einem Sinus, Rechteck, Dreieck, Puls, Rauschen, Exponential, einem DC-Signal oder einer Kurve aus der Zwischenablage Signal mutlipilzieren, addieren, subtrahieren oder dividieren. Bild 6 zeigt das Produkt aus dem erzeugten Signal mit einem Sinus.

Jetzt ist das gewünschte Signal im Speicher des PCs und kann zum Arbiträrgenerator, wie oben bereits beschrieben, übertragen werden.

Parameter für die Signalausgabe

Im Generator selbst stellt der Anwender verschiedene Parameter ein, beispielsweise die Frequenz und die Amplitudenwerte, mit denen das Arbiträrsignal ausgegeben werden soll. Weiterhin wählt er die Ausgabeart: Continues, Sweep, Burst oder Modulation. Selbst Rauschen kann direkt im Generator dem Signal hinzugefügt werden. So kann leicht getestet werden, wie sich die Schaltung bei verrauschtem Signal verhält. Die Arbiträrkurve lässt sich sogar als Modulationskurvenform verwenden und bietet damit sogar noch komplexere Möglichkeiten in der Anwendung.

Mit arbiträren Generatoren lassen sich viele Anwendungen ausführen. Neben Standardsignalen sind Real-World-Signale jeglicher Art möglich, bei 2-Kanal-Modellen auch Datenströme wie I²C-Takt und Daten (Bild 7). Mit Referenz Ein- und Ausgängen können mehrere Generatoren synchron betrieben werden.

Somit lassen sich auch Lösungen für Multi-Kanal-Applikationen finden. Wird ein Netzteil mit analogem Spannungs-Steuereingang verwendet, lässt sich mit einem arbiträren Generator der zeitliche Verlauf der Spannung einfach steuern. So erhält der Anwender Leistungssignale die sich über die Zeit verändern.

*Dipl. Ing. Rainer Drobez ist seit 2004 bei der Firma dataTec Mess- und Prüfgeräte in Reutlingen beschäftigt. Mit seinen 20 Jahren Erfahrung ist er bei dataTec der Spezialist für Oszilloskope und betreut als Vertriebsingenieur Nordrhein-Westfalen im Außendienst. Nach seinem Studium der Nachrichtentechnik war er von 1987 bis 2003 bei Tektronix in Köln als Produktspezialist für Laboroszilloskope tätig.

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