Moderne Oszilloskop-Konzepte zeigen mehr Signaldetails – ENOB als wichtiger Parameter Fehlersuche mit dem Oszilloskop

Dieser Beitrag behandelt typische Herausforderungen, die bei der Fehlersuche mit einem Oszilloskop in seriellen High-Speed-Datenübertragungssystemen oder beim Entwurf von Video- bzw. HF-Embedded-Baugruppen auf einen Entwickler zukommen, und wie diese durch moderne Oszilloskope gemeistert werden können.

Moderne Oszilloskop-Konzepte zeigen mehr Signaldetails – ENOB als wichtiger Parameter

Dieser Beitrag behandelt typische Herausforderungen, die bei der Fehlersuche mit einem Oszilloskop in seriellen High-Speed-Datenübertragungssystemen oder beim Entwurf von Video- bzw. HF-Embedded-Baugruppen auf einen Entwickler zukommen, und wie diese durch moderne Oszilloskope gemeistert werden können.

Es gibt in der modernen Oszilloskoptechnik mehrere neue Ansätze, um Kurvenzüge noch detaillierter und unter Einhaltung bestmöglicher Signalintegrität auf dem Display darzustellen. Um z.B. ein Signal auf dem Bildschirm gut visualisieren zu können, müssen die Zeitbasis für die x-Achse und der Verstärkungsfaktor für die y-Achse optimal eingestellt werden. Die für diesen Beitrag beispielhaft zugrunde gelegten Oszilloskope der Tektronix-Reihen DPO7000 und DPO/ DSA70000B mit Firmware Version 4.0 haben, um optimale Bildschirmdarstellungen zu erreichen, unter anderem drei verschiedene Betriebsarten für diese Anforderung: automatisch, konstante Abtastrate und manuell. Sie können entweder über die Taste „Horiz/Acq“ oder mit Hilfe der Option „Horizontal/Acquisition setup“ im Menü ausgewählt werden. Auch ist eine direkte Auswahl von „Horizontal Modes“ möglich.

Automatischer Betrieb

Beim automatischen Betrieb, dem Standard-Betriebsmodus dieser Oszilloskope, ist die Aktualisierungsrate am höchsten, weswegen sich dieser Modus am besten dazu eignet, Signale mit hoher Änderungsgeschwindigkeit zu untersuchen. Der gesamte Inhalt des Erfassungsspeichers wird auf dem Bildschirm dargestellt. Eine 1-2-5-Abstufung der Horizontalskalierung erlaubt eine rasche Ablesung der Zeitwerte durch einfaches Abzählen von Teilungsstrichen im Gitterraster des Displays. Hierzu wird die Zeiteinheit pro Raster-Teilung auch als Zahlenwert auf dem Bildschirm gezeigt.

Zusätzlich erfolgt eine automatische Anpassung der Speichertiefe, die standardmäßig bis auf 100 k Punkte anwachsen kann. Dieser Maximalwert lässt sich aber auch im Menü für die Zeitbasis an die Erfordernisse der jeweiligen Anwendung angepassen.

Wenn der Anwender manuell die Zeitbasis ändert, versucht das Oszilloskop, die Abtastrate beizubehalten, muss dafür aber die Aufzeichnungslänge ändern. Aus der Abtastrate (Abtastungen pro s) ergibt sich die zeitliche Auflösung der Erfassung. In der Regel versucht das Oszilloskop die höchste Echtzeit-Auflösung zu erreichen, was ideal für die Digitalfilterung ist und zudem das Aliasing so gering wie möglich hält.

Wenn man die vom Oszilloskop möglichst konstant gehaltene Abtastrate ändern möchte, ist darauf zu achten, dass die Aufzeichnungslänge im zulässigen Bereich bleibt. Wenn man beispielsweise die konstante Abtastrate von 2,5 GS/s auf 10 GS/s erhöhen möchte und die Aufzeichnungslänge 200 k Punkte beträgt, kann diese Änderung nur erfolgen, wenn der Wert für die Zeit pro Raster-Teilung (div.; „Division“) zwischen 50 ns/div und 2 μs/div liegt. Die Tabelle verdeutlicht hierfür den Zusammenhang zwischen Abtastrate, Zeitablenk-Faktor und Speichertiefe bei einem DPO7000. Es ist zu beachten, dass die Grenzwerte für die Speichertiefen nicht genau geradzahlig sind und verschiedene Abweichungen zeigen, die sich aus der Geradzahligkeit der Zeitablenkungs-Einstellung ergeben, so dass die Angaben in dieser Tabelle abweichen können.