Innovationsschub bei Oszilloskopen Flexibel, effizient und multifunktional

Gerade in den letzten Jahren hat es bei den Oszilloskopen einen Innovationsschub gegeben. So werden die Instrumente unter anderem immer multifunktionaler und erfüllen ganz neue Aufgaben – aber auch Parameter wie die Auflösung und die Geschwindigkeit werden kontinuierlich verbessert.

Vor einem Dreivierteljahrhundert hat die Firma Tektronix das erste kommerzielle Oszilloskop vorgestellt, und seit 1947 hat sich viel getan: Heute sind die Geräte wesentlich kleiner, die Verfahren ausgereifter und die Funktionen vielfältiger. Mehr denn je ist daher das Oszilloskop eines der wichtigsten Messgeräte – und die Entwicklung bleibt nicht stehen: Zahlreiche Hersteller betreiben intensive Forschungsarbeit und bringen kontinuierlich Neues auf den Markt. Dabei geht der Trend zum Beispiel zu immer höheren Auflösungen bei steigenden Geschwindigkeiten, der Unterstützung von sehr hohen Frequenzen und einem geringen Rauschen auch schon bei Einsteigermodellen. Allerdings hat das auch zur Folge, dass sich viele Produktmerkmale über die Hersteller hinweg ähneln, was die Kaufentscheidung für den potenziellen Anwender nicht einfacher macht. Da ist es hilfreich, dass hochwertige Oszilloskope mittlerweile auch über Katalog- und Onlinedistributoren wie Distrelec bezogen werden können. Ziel solcher Unternehmen ist es, ihre Kunden herstellerunabhängig zu beraten. So sollen sich Preise und Leistungen optimal gegenüberstellen und vergleichen lassen.

Die Funktionsvielfalt bei Oszilloskopen geht mittlerweile so weit, dass sie auch Aufgaben anderer Geräte übernehmen können. So erfassen Mixed-Signal-Oszilloskope nicht nur analoge, sondern auch digitale Signale. Noch einen Schritt weiter gehen die so genannten Mixed-Domain-Oszilloskope: Sie vereinen die Funktionen eines Oszilloskops mit denen eines Spektrumanalysators.

Spektrumanalysator integriert

Die weltweit ersten Geräte dieser Art hat Tektronix vor Kurzem auf den 
Markt gebracht: Die »MDO4000«-Serie ermöglicht es Ingenieuren, zeitkorrelierte analoge, digitale und zusätzlich hochfrequente Signale zu erfassen und damit ein Bild vom gesamten System zu erhalten (Bild 1). So lassen sich komplexe Probleme bei der Entwicklung schnell beheben, ohne zusätzlich einen Spektrumanalysator einzusetzen. So ein Gerät eignet sich unter anderem für die Fehlersuche in Schaltungen mit Funkfunktionen auf Systemebene, das Aufspüren von Rausch- oder Interferenzquellen und die Timing-Analyse für Mixed-Domain-Designs.

Mit dem MDO4000 lassen sich zeitkorrelierte analoge, digitale und HF-Signale über vier analoge und 16 digitale Kanäle sowie einen HF-Kanal erfassen. Der HF-Eingangsfrequenzbereich unterstützt bis zu maximal 6 GHz und bietet mit einer Erfassungsbandbreite von mindestens 1 GHz bei allen Mittenfrequenzen eine hundert Mal größere Bandbreite als herkömmliche Spektrumanalysatoren. Bis zu vier dekodierte serielle und/oder parallele Busse lassen sich auf einem Display gleichzeitig darstellen. Ingenieure können so exakte Zeitmessungen vornehmen, um Verzögerungen und Wartezeiten zwischen Befehls-/Steuerereignissen im Entwurf sowie Änderungen im HF-Spektrum zu verstehen.

Mithilfe der Funktion »Spectrum Time« des MDO4000 lässt sich das HF-Spektrum eines Signals zu einem beliebigen Zeitpunkt innerhalb eines langen Erfassungszeitraums anzeigen. So können Entwickler die Veränderung des Spektrums über die Zeit kontrollieren und auf einen Blick mit den analogen, digitalen und/oder dekodierten Bussen vergleichen. Zudem wird anhand von HF-Zeitbereichsdarstellungen gezeigt, wie sich die Amplitude, die Frequenz oder die Phase des HF-Eingangssignals relativ zur Zeit ändert. Damit lassen sich die Übergänge von Frequenzsprüngen, deren Einschwingzeiten und die zeitlichen Bezüge der HF-Ereignisse in Bezug zu anderen Systemkomponenten und Vorgängen leicht charakterisieren. Der HF-Zeitbereich wird im selben Fenster dargestellt wie die dekodierten Signale analoger, digitaler und serieller/paralleler Busse, sodass der Benutzer sofort Einblick in den Gerätebetrieb erhalten kann.

Hohe Auflösung und Flexibilität

Echte Innovationen sind jedoch nicht nur den Profi-Oszilloskopen vorbehalten – auch bei den Mittelklasse-Modellen gibt es laufend Neuerungen. Ein aktuelles Beispiel: Der Hersteller Pico Technology hat erstmals die rekonfigurierbare A/D-Wandler-Technik in einem Oszilloskop eingesetzt, um bei einem einzelnen Gerät die Wahl zwischen Auflösungen von 8 Bit bis 16 Bit zu bieten (Bild 2). Die meisten digitalen Oszilloskope verschachteln mehrere 8-Bit-A/D-Wandler und erzielen somit hohe Abtastraten. Diese Vorgehensweise ist jedoch auch bei sorgfältigster Auslegung fehleranfällig. Deshalb geht das Unternehmen bei der »PicoScope 5000«-Serie einen anderen Weg: Mehrere hochauflösende A/D-Wandler können in verschiedenen seriellen und parallelen Kombinationen an die Eingangskanäle angelegt werden, um wahlweise die Abtastrate oder die Auflösung zu erhöhen.

Im seriellen Modus werden die A/D-Wandler verschachtelt, um eine Abtastrate von 1 GSample/s bei 8 Bit zu erzielen. Die Verschachtelung setzt die Leistung der A/D-Wandler herab, das Ergebnis (SFDR 60 dB) ist jedoch deutlich besser als bei Oszilloskopen, die 8-Bit-A/D-Wandler verschachteln. Dieser Modus bietet alternativ eine Abtastrate von 500 MSample/s bei 12 Bit Auflösung. Im parallelen Modus werden mehrere A/D-Wandler in Phase auf jedem Kanal abgetastet, um die Auflösung und das Dynamikverhalten zu verbessern. Die Auflösung wird auf 14 Bit bei 125 MSample/s pro Kanal (SFDR 70 dB) angehoben. Genügen zwei Kanäle, ist sogar eine Auflösung von 15 Bit möglich. Im Einkanal-Modus werden alle A/D-Wandler kombiniert, um eine Auflösung von 16 Bit bei 62,5 MSample/s zu erzielen.

Über den Autor:

Holger Janssen ist technischer Berater für Messtechnik bei Distrelec.

Beratung und Lieferung über Nacht 
Der Markt für Oszilloskope bietet immer neue Innovationen, aber auch eine unüberblickbare Vielfalt an bewährten Modellen. Die Art der Anwendung und die benötigten Funktionen sollten bei der Wahl des richtigen Gerätes ausschlaggebend sein. Wer sich trotzdem unsicher ist, lässt sich am besten von Experten unterstützen: So sorgt bei Distrelec ein Stab von Mitarbeitern für die technische Fachberatung und hilft bei der Auswahl des passenden Produktes. Nach der Kaufentscheidung wird in der Regel innerhalb von 24 Stunden ab einer Stückzahl von eins geliefert.