Tek 1S1 ... was, wie, warum?

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Tek 1S1 ... was, wie, warum?

Beitrag von ARCHIV » 09 Dez 2018, 12:15

mrossx hat geschrieben: Hallo Leute,

kann mir mal jemand erklären was am 1S1 Plugin eigentlich die Funktionsidee ist?

Die Beschreibung hier ist leider seeeehr diffus: http://w140.com/tekwiki/wiki/1S1

Es ist ein Sampler-Plugin, so weit so gut. Wenn ich das richtig verstehe sampelt es aber nur die Werte (wertediskret, sample&hold), nicht die Zeiten (Digitalisierung in dem Sinne in den man das Wort heute verwendet, d.h. Erzeugen einer Kette von Samples die gespeichert werden) - denn im Schaltplan sehe ich zwar ein Sample-Gate, aber keinen ausreichend großen Speicher (1965!). Andererseits habe ich unter obigem Link gelesen dass das Plugin als X-Y-Lookup-Table funktioniert, mit X-Ablenkung als Input und der Y-Ablenkung als Output. Das würde voraussetzen dass das Ding wirklich speichern kann. An anderer Stelle steht aber wiederum (andere website), das Gerät kann nur aus sich wiederholenden Signalen arbeiten. Das spricht wiederum gegen eine Speicherung (denn dann könnte man ja problemlos auch Single-Shot-Signale darstellen). Oder ist der Speicher hier ein Laufzeitspeicher oder sowas in die Art, der ständig "nachgefüttert" werden muss?

Welche Vorteile hat das Teil gegenüber "normalen" analogen Plugins, wenn es keine Daten speichern kann? Es hat bessere Leistungsdaten, klar.. aber wie kommen die zustande?

Beste Grüße,
Marc
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Re: Tek 1S1 ... was, wie, warum?

Beitrag von ARCHIV » 09 Dez 2018, 12:16

benedienst hat geschrieben: Achtung, ich verwirre dich jetzt ganz:
Selbst ein Digitales SAMPLING Oszilloskop benötigt einen Acquisition Speicher im Eigentlichen Sinne.

Hier muss ich mal grundsätzlich anfangen, denn die Meisten sind sich nicht bewusst, was denn eigentlich Sampeln an sich bedeutet.

Zuerst mal die Funktionsweise eines modernen "Echtzeit" Speicheroszilloskops, denn das ist das Gerät, mit dem du hier ein Sampling Oszilloskop vergleichen willst.

Die Wichtigsten Bestandteile eines DSO's (Das S steht eigentlich immer für Storage) sind:
- Analoges Frontend mit Abschwächer und Vorverstärker
- Track & Hold ( Meist bei Interleaving Technik verwendet, das erkläre ich später)
- ADC
- Record State Machine
- Acquisition memory
- APU (Acquisition processing unit)

Das Frontend ist ähnlich wie bei jedem Analogen Scope und man könnte durchaus bei vielen den AD auch durch Endverstärker und CRT austauschen.

Das Track and Hold managed vor allem bei älteren DSO's wie den Tek 500/600/700ern den Signalverlauf vom Frontend zu den AD's und übernimmt auch die Funktion des eigentlichen Sampling Gates. In neueren DSO's ist es bereits im AD chip integriert. Ebenfalls ist es dafür zuständig, dass die AD's bei einkanal oder maximal zweikanal Betrieb im sogenannten Interleaved modus arbeiten können.
Da ich einen AD wandler an sich, sehr warscheinlich nicht erklären muss komme ich erst mal da drauf.
Interleaving bedeutet, dass zwei oder mehr ADC's parallel ein Signal abarbeiten, das geschieht mit 180° (bei 2 AD's) oder 90°(bei 4 AD's) Phasenverschiebung im Clock Signal zu den AD Wandlern. So addiert sich dann die Abtastrate des Oszilloskops.

Die Record State Machine schließlich bringt Track'n'hold und AD erst zum laufen, hier werden die Taktsignale erzeugt. Im Prinzip handelt es sich dabei um verkettete VCO's die präzise und mit quarzgenauer Frequenz Phasenverschobene Taksignale erzeugen. Denn kein Prozessor vermag es z.B. einen Takt von 30GHz oder mehr zu erzeugen um damit die AD's zu speisen und selbst dann wird eine solche Taktrate wieder nur über das Interleaving mehrerer AD Zellen erreicht (In einem Tek DPO 73304DX z.B. werden 4AD Chips pro Acquisition Pipe (Das ist der Fachausdruck für einen Digitalisierenden Signalkanal) mit je 6 integrierten ADC Zellen á 5GSa/sec im interleaved Modus betrieben um mit zwei parallel geschalteten Pipes eine Sampling Rate von 300GSa/sec hinzubekommen.

Der Acquisition Speicher ist bei vielen "billigeren" DSO's aus D-RAM (in den HMO's kommt Corsair DDR3 zum Einsatz) und in den hochpreisigen aus kaskadierten S-RAM Zellen zusammengesetzt (S-RAM ist zwar teurer, aber sehr viel schneller und energieeffizienter als D-RAM, weshalb auch der Cache in der CPU aus S-RAM zellen aufgebaut ist).

Die APU schließlich liest den Speicher aus, macht bei den meisten DSO's die Mathematik und bereitet den Datenstrom für die Grafikkarte oder den Bildschirm-Chip vor. Ebenso handelt sie die Trigger und Holdoff Zeitabläufe, b.z.w sendet sie das ACI (Acquisition Interrupt) und das TRG(nicht trigger, hier Track Gating oder manchmal State machine arm) Signal, welche der Record State machine mitteilen wann das Signal zu Digitalisieren ist, auf das nächste Triggerevent gewartet werden soll oder sich das Gerät im Holdoff befindet.

So. Das war das moderne Oszi. Jetzt zum eigentliche Sampling Oszilloskop.
Das einzige, das es mit dem DSO gemein hat ist das Sampling Gate, welches sonst im AD-Wandler verbaut ist (Von modernen Digital Samplern mal abgesehen)

Ein Analoger Sampler besteht aus fünf Hauptkomponenten:
- Sampling-Gate mit Sample and hold und Display verstärker.
- Fast-Ramp (manchmal auch Ramp Burst)
- Timing Ramp
- Trigger und Gating Schaltung

Das Sample and hold dient wie beim AD hier um das Signal zum Augenblick des Erfassens festzuhalten. ENDE JEGLICHER GEMEINSAMKEIT

Ein Samplign Oszilloskop arbeitet immer im sogenannten Unterabtastenden oder aliasing modus, wie er heute genannt wird. Da heist:
Pro durchlauf der sognannten Fast Ramp wird ein Sample geschossen und EQUIVALENT zu seiner Zeitlichen Position auf der Timing (Staircase) Ramp dargestellt, dies geschieht entweder mit der Triggerfrequenz oder synchronisiert mit maximal einigen 100kHz. mit jeder Fast Ramp wandert die Timing Ramp einen punkt weiter und das Sampling Gate wird um einen Zusätzlichen Versatz welcher durch das Zusammenspiel aus Fast- und Timing-Ramp, Holdoff und Gate Schaltung entsteht geöffnet um ein weiteres Sample zu nehmen. Dies geschieht so langsam, dass jeder Schaltungsteil im Prinzip sehr langsam und großzügig dimensioniert werden kann.

Das ist auch der große Vorteil des Sampelns, das einzige was an der Schaltung Schnell sein muss sind Trigger und Sampling-Gate. Der Trigger mus eine extrem steile Flanke zum Gate schicken können um dies schnell zu öffnen und zu schließen. Der Rest der Schaltung arbeitet mit dann nur noch mit einigen hundert Kilohertz an Signalfrequenz, die so sehr leicht gehandhabt werden können.

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Re: Tek 1S1 ... was, wie, warum?

Beitrag von ARCHIV » 09 Dez 2018, 12:16

benedienst hat geschrieben: Also hier weiter mit den Vorteilen:

Dadurch, das nur eine sehr überschaubare Menge an Bauteilen wirklich auf Geschwindigkeit getrimmt sein muss, lassen sich auch seeeeehr große Frequenzen handhaben, welche einen Analogen Verstärker die Fahnen strecken lassen. Z.B. hat das 561 eine Vertikale Bandbreite die 10MHz mit Einschub nicht überschreitet. Verwendest du jedoch z.B. einen 3S2 und eine 3T2 kannst du mit S4 Sampling-Köpfen Signale bi zu 14GHZ!!! problemlos messen. Wenn es dann was Ausgereifter mit dem Sogenannten Random Sampling einhergeht, kann man sogar ohne einen Pretrigger den Signalverlauf vor dem Triggerpunkt sehen.

Der Große Nachteil ist halt, dass es nur mit repetiven Signalen Geht, da du ja maximal 1 Sample pro Trigger Ereignis schießt. Somit lassen sich keine einmalig auftretenden Signale erfassen, wie etwa Glitches oder sporadische Runts.

En detail wird die Erklährung seeeeeehr langwierig. Am besten liest du dir die Schaltungsbeschreibung im 1S1 Handbuch durch. Etwas einfacher, da älter und primitiver aufgebaut ist es im Handbuch des Tek Typ N, welcher der erste Kommerziell vertriebene Sampler war.

beides findest du hier:

http://proxy.w140.com/tekwiki/wiki/1S1
http://proxy.w140.com/tekwiki/wiki/N

Und für die ganz wissbegierigen:
http://www.davmar.org/TE/TekConcepts/Te ... rcuits.pdf

da wird dir alles Erklärt, was es über das analoge Sampeln zu wissen gibt.

lg
Bene
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Re: Tek 1S1 ... was, wie, warum?

Beitrag von ARCHIV » 09 Dez 2018, 12:16

Martin hat geschrieben: mein 1S1 ist leider noch zur Reparatur, daher kann ich da nichts verwertbares zu beitragen :wink:

Ein 564 mit den genannten Einschüben hab ich hier vorgestellt. Wir werden uns bei passender Gelegenheit mal mit dem Samplingbesteck auseinandersetzen daß er mit hat (3S2, 3T2, s1,2,3+4). Dabei werden dann auch viele Bildschirmfotos gemacht.

lG Martin
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Re: Tek 1S1 ... was, wie, warum?

Beitrag von ARCHIV » 09 Dez 2018, 12:17

mrossx hat geschrieben: Danke für die ausführliche Erklärung, Bene!

Das hier waren die zwei Schlüsselinfos die mir fehlten:
  • Unterabtastung durchs Plugin
  • Erfassung eines Samples pro Durchlauf des Host-Scopes
Insbesondere hat mich der Vergleich mit einer X-Y-Lookup-Table auf der von mir zitierten Tek-Wiki-Seite verwirrt, der Vergleich stimmt m.E. nicht. Denn diese "Lookup-Table" setzt ein anliegendes, sich wiederholendes Signal voraus, guckt also eigentlich nichts in einer Table nach, sondern direkt im Signal, indem man einfach nur den Sample-Zeitpunkt entsprechend des X-Inputs festlegt. (Klar, wenn man die Abstraktion beliebig weit treibt kann man das als Lookup-Table sehen, mit viel Phantasie.)

Der Rest war mir schon klar soweit (Dank IC-Design- und FPGA-Erfahrung :wink: ). Nur auf das beschriebe analoge Sampling bin ich bislang nie gestossen.
Nochmal herzlichen Dank.

Beste Grüße,
Marc

mrossx hat geschrieben: Grade eben fiel mir noch ein:
prinzipiell müsste es doch auch möglich sein, pro Durchlauf des gesampelten Signals (also pro Trigger-Ereignis der Sampling-Unit) ein Sample zu erfassen, oder?
Das würde natürlich voraussetzen, dass die Zeitbasis des Host-Oszis so langsam eingestellt ist, dass innerhalb des Schreibens eines Sampling-Punkts auf den Schirm auf jeden Fall immer ein voller Durchlauf (Triggerereignis zu Triggerereignis) des gesampelten Signals erfolgen kann (für den nächsten Punkt).
Das sollte ein stabileres Display ergeben. Oder übersehe ich da was?
(Oder macht es die 1S1 tatsächlich schon so?)

Beste Grüße,
Marc
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Re: Tek 1S1 ... was, wie, warum?

Beitrag von ARCHIV » 09 Dez 2018, 12:18

benedienst hat geschrieben: Das macht der 1S1 selber, die X Ablenkung wird von ihm über die EXT Buchse gespeist und auch das Z-Signal kommt von ihm. Vom Grundgerät (Mainframe wäre per definition richtiger wie Host) warden im Prinzip nur Spannungsversorgung, Endverstärker und CRT verwendet. Mit externer Spannungsversorgung könnte man den 1S1 sogar mit einem XY-Monitor betreiben.

Aber noch mal: Eine Sampling Zeitbasis ist komplett anders gestrickt als eine Echtzeit Zeitbasis. Der Trigger ist anders, das Gating läuft anders und du hast zwei Sweeps die korreliert erzeugt werden.

Lies dir wirklich mal die Circuit Description Abschnitte der Handbücher durch. Dort werden die Funktionen en detail erörtert.

gruß
Benedikt
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Re: Tek 1S1 ... was, wie, warum?

Beitrag von ARCHIV » 09 Dez 2018, 12:18

mrossx hat geschrieben: Habe ich mal gemacht, zusammen mit Deinen Infos ist es alles klar.

Ich versuche den Begriff "Mainframe" unterbewusst immer etwas zu vermeiden, da der für mich schon von Computer-Mainframes belegt ist.. Berufskrankheit... :oops: Aber Du hast Recht, gemeint ist Mainframe.
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Re: Tek 1S1 ... was, wie, warum?

Beitrag von ARCHIV » 09 Dez 2018, 12:19

benedienst hat geschrieben: Supi! :smile:
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