Rückblick Der Oszilloskop-Expertentag 2018

Der Einladung zum Oszilloskop-Expertentag folgten etwa fünfzig fachkundige Entwickler.
Der Einladung zum Oszilloskop-Expertentag durch Meilhaus Electronic folgten etwa vierzig fachkundige Entwickler.

Wenn ein Distributor zur Seminarveranstaltung lädt, kann latente Gefahr bestehen, am Ende des Tages in einer Kaffeefahrt zu versumpfen. Wir waren neugierig, ob der Oszilloskop-Expertentag bei Firma Meilhaus relevantes Praxiswissen beinhaltete.

Den elementaren Artikel zum Oszilloskop haben schon viele Autoren geschrieben: eine kleine Geschichte über das Shannon-Tasttheorem, grundsätzliche Parameter wie Bandbreite oder Auflösung und Tipps für die Tastkopfwahl.

Im Feld bringt das nicht viel. Die vorhandenen Testpunkte auf den EvalBoards taugen meist nur zum einfachen Funktionscheck, wer versucht sich außerhalb dieser Testpunkte mit der blanken Tastkopfspitze zu bewegen, scheitert meist an nicht-linearen Parasiten - die Industrie gibt ihren Anwendern zunächst vor, was und wo gemessen werden kann. Ein kompetenter Anwender muss sich vor allem der verschwiegenen Einschränkungen bewusst sein. Und eben dieses Praxiswissen möchte ich von einem Oszilloskop-Expertentag mit nach Hause nehmen.

So weit führte der Oszilloskop-Expertentag bei Firma Meilhaus zwar nicht, dennoch lernten die Teilnehmer einiges über Anwendungsfälle und deren Finessen, die über den Standardaufzeichnungsfall hinausgehen. Mit bekannten Referenten der Messgerätehersteller allerdings immer in Bezug auf das eigene Produkt, dafür aber durchweg fair und wenig werblich.

Den Anfang machte Patrik Gold, Produktmanager bei Meilhaus, zu aktuellen Trends und Oszilloskopgrundlagen. Der Vortrag arbeitete die wesentlichen Kriterien für die Oszilloskopauswahl heraus. Neben den bekannten Standardkriterien, brachte er aber auch einige wertvolle persönliche Laborbetrachtungen mit ein. Den Startpunkt bildet natürlich die Bandbreite, deren Wert auf dem Gerät, oft die 3-dB-Bandbreite bezeichnet. Im Allgemeinen wird dazu geraten ein Gerät zu wählen, deren Bandbreite die Signalbandbreite um Faktor fünf bis zehn übersteigt. Zum Beweis wurde ein 100-MHz-Clock mit einem 100-MHz- und 500-MHz-Gerät aufgezeichnet.

Auch die Speichertiefe ist ein wichtiger Auswahlparameter: reicht diese zur Aufzeichnung des Signales nicht aus, wird automatisch die Tastrate reduziert und wichtige Informationen gehen verloren. Der segmentierte Speicher ist wesentliches Kriterium beim Erfassen seltener Ereignisse. Bei der Auflösung ist der Trade-Off zwischen software-definierten HighRes-Mode und der Tastrate zu beachten - gerade bei überlagerten Signalen und 8-bit-Hardwareauflösung können wichtige Signalanteile verloren gehen.

Die Updaterate sollte hoch genug ausfallen, dass seltene Ereignisse nicht in der Totzeit verloren gehen. In der Kombination unterschiedlicher Trigger können auch schwierige Signale erfasst werden. Bei der Intensitätsdarstellung rät Herr Gold zu mindestens 32 Stufen, die Akquise muss auch sichtbar sein!

Bei Mischsignaloszilloskopen ist eine Dekodierung der Digitalkanäle ebenso wichtig wie ihre Erweiterbarkeit, etwa durch Bestückung oder Synchronisierung. Ein Tastkopfterminal sei nur dann wirklich wichtig, wenn die Tastköpfe etwa fünf mal am Tag gewechselt werden. Mit USB3.0 geht ein Trend dazu, Headlessgeräte immer öfter als Datensampler und für das Langzeitlogging einzusetzen, oft können durch die HighSpeed-Interfaces Tischgeräte aus dem Rennen geworfen werden. Auch sind Bedientrends wie Touchscreens nicht einfach nur angenehm, sondern haben neue Funktionen wie einen freihand-konfigurierbaren Maskentest bewirkt.

Einen echten Messtrick verriet der Experte dann doch noch: repetitive HighSpeed-Signale können auch durch sequenzielle Erfassung mit einem wesentlich langsameren A/D-Wandler erfasst werden. Dies ist an eine geeignete Referenzuhr zur Signalrekonstruktion gekoppelt.  

Boris Adlung, Application Engineer bei Rigol Technologies, führte diese Einführung zunächst in Richtung Signalqualität fort. Als Beispiel diente die Architektur der neuen MSO7000-Serie. Eine Pointe: Der ausgeschriebene Bandbreitenwert auf dem Rigolgerät kennzeichnet die wahre Bandbreite und nicht den üblichen 3-dB-Wert. Nach einer kurzen Portfolioschau wurden dann handfeste Messverfahren für das rapide anwachsende Internet-der-Dinge diskutiert. Zwei Hauptthemen sind der Energieumsatz und die EMV-Charakterisierung. Weiterhin müssen die Peripherien und die Sensor/Aktor-Funktion validiert und verifiziert werden.

Bussysteme verursachen oft Stromspitzen die zu schnell und von zu geringer Amplitude für die Erfassung mit einem Multimeter sind. Vor allem bei Boot- oder Ruheszenarien releviert der Energieumsatz, der durch simultane Erfassung von Strom (über Shunt oder Stromzange) und Spannung mit der Mathematikfunktion evaluiert werden kann. Das Aufwecken durch ein Bluetoothsignal kann zusätzlich durch einen Spektrumanalysator erfasst werden, das ergibt den Energieumsatz in Abhängigkeit des HF-Pegels. Eine genauere Messung ermöglichen integrierte CREST-Faktor-Messmodule.

Im Thema Embedded-Noise ist die Beeinflussung des Bussignals durch Analogsignale aus der Umgebung zu beobachten. Hier ist die Dekodierung der Buszustände nach Ascii, Hex oder Binär hilfreich. Im Thema Signalqualität relevieren vor allem Störimpulse, die mit einer Such- oder Maskenfunktion erfasst werden. Ein Langzeitlogging mit Eventtabelle gibt Aufschluss darüber, ob diese völlig willkürlich erfolgen oder ein periodisches Verhalten zeigen.

Um mit dem Oszilloskop im EMV-Test konkurrenzfähig zu sein, wird eine FFT mit möglichst vielen Speicherpunkten notwendig. Mit vordefinierten Schwellwerten in der FFT kann ein Precompliancetest erfolgen, die Farbabstufung gibt dabei Auskunft über die Häufigkeit der Störsignale.   

Nach Oszilloskopbasics und signalzentrischen Beiträgen bewegte sich der Vormittag hin zu Anwendungsfällen. Patrik Gold stellte eine Hausentwicklung der Firma Meilhaus vor: der CableInspecter integriert ein Oszilloskop zur Leistungsanalyse mit einer Reflektionsmessung im Zeitbereich (TDR). Damit können Fehlstellen in industriellen Kabeln bis auf wenige Zentimeter lokalisiert und ihre Übertragungsqualität quantifiziert werden. Da solche Kabel oft mehrere unterschiedliche Bussignale übertragen reicht eine einfache DC-Messung dazu nicht aus. 

Eine positive Flanke wird bei der TDR in zwei gleichhohe Anteile zerlegt: ein Anteil bildet die Referenz zum Vergleich mit dem vom Prüfling reflektierten und transmittierten Signal. Damit können Leitungslänge und -impedanz, Stecker- und Verbindungseigenschaften sowie Kurzschlüsse und Kabelbrüche erfasst werden. Der Teststimulus muss allerdings mit Bedacht auf das eingesetzte Oszilloskop gewählt werden: hier kann das Prüfgerät sehr leicht beschädigt werden.

Im Anschluss referierte Anna Krone, Produktspezialistin ScopeCorder & Oszilloskope bei Yokogawa, zu den Einsatzmöglichkeiten des ScopeCorders.
Dieser kann mit unterschiedlichen Modulen bestückt werden und vereint die Stärken der drei Standardmessgeräte Oszilloskop, Datenlogger und  
Analysator. Neben den üblichen MSO-Signalen können damit auch sensorlastige Observablen wie Temperatur, Vibration, Frequenz oder Dehnung erfasst werden.

Es gibt zwei unterschiedliche GUIs für die Oszilloskop- oder DAQ-Anwender-präferenz. Der ScopeCorder erlaubt damit eine Mischsignalakquise und -analyse im Feld, die nach einer Umgebungsbedingung ausgelöst wird: als Anwendungsfälle wurden "Lebensdauertest bei Gabelstaplerantrieben", "Ausfall einer Telefonanlage" und "Ausfall von Fahrzeugelektronik" diskutiert. Bei der Definition solcher Feldereignisse hilft die Kombination unterschiedlichster Triggerarten enorm. Für Automotivemessungen im Feld  gibt es vom ScopeCorder eine Spezialausgabe mit Fahrzeugbusfunktionen und GPS-Schnittstelle. Weitere Beispielapplikationen waren Validierung von Produktionslinien und DC-Motoren sowie Kontaktunterbrechungstests.

Im Anschluss folgten die Teilnehmer der Einladung der Firma Meilhaus zum Mittagessen, um bei angeregter Tischdiskussion die präsentierten Fachinhalte zu vertiefen.