Vertikale Auflösung bei DL850E und DL350

Vertikale Auflösung bei DL850E und DL350
Wie viele Bit pro Division? Wie viele Volt pro Bit?

Manchmal kommen Fragen auf wie: „Was bedeuten die Bits?" oder „warum sehe ich nicht alles?"

Nehmen wir ein Beispiel von einem Eingangsmodul des DL850E. Der A/D-Wandler gibt 16 Bit aus, welche sich über den gesamten Messbereich verteilen.

Das Display zeigt uns +/- 5 Divisions an der vertikalen Achse. Tatsächlich gemessen werden jedoch +/- 10 Divisions. Es gibt also Reserven nach oben und unten, damit Signale, die über den Bildschirm hinaus gehen, nicht gleich abgeschnitten werden. In diesem Zusammenhang verwendet man gerne das „LSB" = Least Significant Bit. Damit meint man diejenige Amplitudendifferenz, welche durch ein Bit gezeigt wird. Einem LSB werden ganzzahlige Volt oder Millivolt zugeordnet. Wenn man diese „Ganzzahligkeit" im Messbereich erreichen will, bleiben auch noch einige Bit übrig, die dann noch jenseits der +/- 10 Divisions liegen, und zum Teil für Fehlermeldungen genutzt werden.

Der ScopeCorder erfasst +/- 10 Divisions und zeigt mir nur die Hälfte an? Ja, in der Voreinstellung ist das so, denn das Ziel dabei ist, unvorhergesehene große Amplituden nicht gleich zu begrenzen (oder optisch zu beschneiden). Yokogawa bietet jedoch eine Möglichkeit, auch die Signale jenseits der +/- 5 Divisions zu sehen, indem man den Vertical-Zoom (im Kanal-Menü) auf Werte <1 verändern.

In den Spezifikationen wird das im Abschnitt „Measurement Range and Display Range" beschrieben:

Veranschaulichen wir das an einem Beispiel: 50 V/Div
Der gesamte Messbereich (MB) ist also +/-10 Divisions = 20 Divisions groß. Damit ergeben sich:
MB = +/- 10 Div * 50 V/Div = 20 Div * 50 V/Div = 1000 V
Die 16 Bit entsprechen 2¹⁶ = 65536 Stufen oder 65536 LSB
Ein LSB = Least Significant Bit, das ist die kleinste Digitalisierungseinheit. Davon verwenden wir 50.000, weil damit eine „ganze Zahl" in Volt für ein LSB (oder Bit) heraus kommt.

1000 V / 50000 Bit = 0,02 V/Bit = 0,02 V/LSB. Das sind die 20 mV/LSB, die sich im Datenblatt wieder finden.

Nun kann der A/D-Wandler noch ca. 15000 Bit zusätzlich, davon werden ein paar Bit für Fehlermeldungen (A/D-Error, Overrange, Underrange, etc) verwendet. Die verbleibenden Bits gibt es noch als Bonus zusätzlich zu den spezifizierten +/-10 Divisions. Die kann man auch wieder mit Hilfe des „vertical Zoom" sehen. Die folgenden Bilder zeigen das Verhalten als Beispiel.

Im ersten Bild ist nicht viel zu sehen von der Sinus-Schwingung. Und es wird wesentlich mehr erkannt, als hier zu sehen ist. Dies ist die Voreinstellung mit einem vertikalen Zoom von 1. Wird der vertikale Zoom herunter gesetzt auf den Faktor 0.33, so kann man erkennen, was vom A/D-Wandler auf der vertikalen Achse wirklich erkannt wird.
 
Bild 1 - Zoomfaktor 1

Im zweiten Bild ist deutlich zu sehen, dass die Spitzen der Sinusschwingung abgeschnitten wurden, weil sie den Messbereich überschreiten. Oben links am Rand des Bildschirms kann man ablesen, dass für die Messung 100 mV/Div gewählt wurden, der Zoom jedoch so eingestellt ist, dass 300 mV/Div für die aktuelle Darstellung gelten.

Bild 2 - Zoomfaktor 0,33

Will man alles sehen und keinen Bildschirmplatz verschenken, so kann man wie im dritten Bild den Zoomfaktor 0.4 wählen.
 
Bild 3 - Zoomfaktor 0,4

Ergänzend zur Zoom-Funktion kann man auch mit dem Offset und der Vertical Position arbeiten.

Von Matthias Preß
Produktsupport

Download Yokogawa Test & Messtechnik Magazin - Heft 52