dataTec Applikationsbericht | Sampling- vs. Echtzeit-Oszilloskop - worauf zu achten ist

Applikationsschrift ::  Sampling- vs. Echtzeit-Oszilloskop - worauf zu achten ist.
Grundlagenwissen Oszilloskope

Sampling- vs. Echtzeit-Oszilloskop - worauf zu achten ist:  Es kommt nicht nur auf die notwendige Bandbreite an, sondern auch welche Fehler man aufspüren möchte. Wir zeigen, worauf es bei der Auswahl des Oszilloskops ankommt.

Die Wahl des richtigen Oszilloskop-Typs ist nicht nur eine Frage der nötigen Bandbreite, sondern auch eine Frage, welchem Fehler man in einem System auf der Spur ist. Wählt man den falschen Oszilloskop-Typ, so können Fehler retuschiert werden. Das bedeutet, dass man ihn nicht einmal erkennt.

Auch mit den heutigen hochperformanten Systemen ist diese Entscheidung nicht immer klar. Es wird aufgezeigt, wie sich die Signalaufnahme und -verarbeitung unterscheiden und welche Fehlerarten sich am Besten mit welchem Oszilloskop-Typ beobachten bzw. finden lassen. Dazu sind nicht nur die unterschiedlichen Signalaufnahmen zu beachten sondern auch der Trigger-Verarbeitung kommt wesentliche Bedeutung zu.

Das Echtzeit-Oszilloskop und das Signal: Oft wird ein Echtzeit-Oszilloskop auch als sogenanntes Single-Shot-Oszilloskop bezeichnet. Zu einer definierten Triggerbedingung wird eine Signal-Aufnahme und - Digitalisierung gestartet und in zeitäquidistanten Abständen eine jeweilige Signalprobe aufgenommen, digitalisiert und in den Speicher geschrieben. Je kürzer die Folge der einzelnen Abtastungen ist, desto originalgetreuer kann das Signal auf dem Bildschirm dargestellt werden. Das bedeutet eine hohe Anzahl an Signalpunkten, die während einer Signalerfassung aufgenommen und verarbeitet werden müssen, bis der Speicher voll geschrieben ist.

Diese Art der Datenerfassung erfordert einen sehr schnellen Analog-Digital-Wandler, wobei die Abtastrate die Aufeinanderfolge der Abtastzeitpunkte definiert, während die Speichertiefe die Anzahl der darstellbaren Messpunkte auf dem Display bestimmt.
Und damit liegt schon eine Randbedingung fest: die Abtastrate muss deutlich höher sein wie die Frequenz des zu messenden Signals. Bei heutigen Echtzeit-Oszilloskopen liegt die Samplerate bei einem Wert von 80 GSa/s, mit der Signale mit einer Bandbreite von 63 GHz erfasst werden können.

Bei einem Echtzeit-Oszilloskop kann die Triggerung durch das Signal selbst erfolgen, wenn die Triggerbedingungen zuvor definiert sind. In den meisten Fällen wird ein Trigger ausgelöst, wenn die Amplitude eines Signals einen bestimmten Schwellwert erreicht hat. Das ist dann der Zeitpunkt an dem das Oszilloskop unkorreliert und asynchron zur Datenrate des Eingangssignals die Messwertaufnahme startet, wobei die Abtastrate von einem internen Taktgenerator bestimmt wird. Der zu diesem Zeitpunkt aufgenommene Signalwert wird digitalisiert und im Speicher abgelegt. Danach erfolgt die nächste Datenaufnahme.

Der Unterschied zu einem Sampling-Oszilloskop: Bei diesem Oszilloskop-Typ wird im Gegensatz zu den Echtzeit-Oszilloskopen pro Trigger-Ereignis nur ein Amplitudenwert des Eingangssignals digitalisiert. Wird das Trigger-Ereignis ein weiteres Mal ausgelöst, so wird jeweils zum darauffolgenden Abtastzeitpunkt ein kleines Zeitinkrement dazu addiert. Dieses Vorgehen führt dazu, dass für n Abtastzeitpunkte auch n Zyklen des Eingangssignals benötigt werden, um das Eingangssignal zu digitalisieren und auf dem Display zu reproduzieren. Die Messbandbreite wird durch die Bandbreite der Abtasteinheit bestimmt, die derzeit bei über 80 GHz liegt.....

Erschienen: elektronikpraxis Online | 10.04.14
Autor: Klaus Höing, Dipl.-Ing. | Presse- und Öffentlichkeitsarbeit bei dataTec