Oszilloskope mit Äquivalenzzeit- und Echtzeitabtastung

Abtasttechnologien im Vergleich

29. August 2012, 15:29 Uhr | Nach Unterlagen von Tektronix

Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Triggerpunkt, -kontrapunkt und Jitter

Je nach Prüflingseinstellung ist möglicherweise auch ein Takt vom Prüfling verfügbar, weswegen die Versuchung groß ist, bei der Messung genau dieses Signal als Zeitreferenz zu verwenden. Dies ist praktisch, da so die Taktrückgewinnung überflüssig wird. Allerdings birgt dieses Verfahren gleich neue Schwierigkeiten, die vor jedem weiteren Schritt gut durchdacht werden sollten.

Bei einem Echtzeit-Oszilloskop kann die Erfassung, die im Verhältnis zu dem vom Prüfling oder der Prüflingstesteinstellung ausgesendeten Taktsignal der Hardware steht, dazu führen, dass das Signal zu positiv dargestellt wird. Das liegt daran, dass der Trigger des Echtzeit-Oszilloskops sofort ausgelöst wird und die Fehler im Bitintervall nicht bzw. zumindest nicht genau am Triggerpunkt erfasst werden. Hingegen reagiert der Taktrückgewinnungskreis des Prüflings (Empfängers) nicht sofort auf die Taktfehler des Signals, so dass es zu einiger gewissen Jitteranhäufung kommen kann. Das kann zu ungenauen Ergebnissen bei der Darstellung der Werte auf dem Bildschirm des Echtzeit-Oszilloskops führen. Dieses Problem stellt sich auch bei einem Echtzeit-Oszilloskop, wenn es mit zufälliger Äquivalenzzeitabtastung betrieben wird.

In einem solchen Fall empfiehlt es sich, eine genauere Erfassungsmethode mit Trigger zu verwenden und für den Taktrückgewinnungskreis bzw. den Phasenregelkreis Parameter zu wählen, die denen des Prüflings ähneln. Als zusätzliche Maßnahme zur Kontrolle des Prüflings könnte die Stabilität des Triggersignaltakts aber auch in anderer Weise überprüft werden.

Im Falle eines Oszilloskops mit sequenzieller Äquivalenzzeitabtastung könnte wegen der großen Zeitspanne zwischen Triggerauslösung und Abtastung ungeplant eine gewisse Jitteranhäufung auftreten – eine Methode, die sich teilweise auch vom Echtzeit-Oszilloskop nutzen lässt. Aber auch hier ist wieder eine vollständige Taktrückgewinnung (hier unbedingt per Hardware) am zuverlässigsten, um zu sehen, was beim Empfänger ankommt.

Hintergrundwissen zum Jitter

Bei Berücksichtigung all dieser Gesichtspunkte können sich Oszilloskope mit Äquivalenzzeitabtastung und Taktrückgewinnung für die Analyse des Jitter-Verhaltens im Kontext serieller Daten als nützliche Werkzeuge und als ideale Alternative zum Echtzeit-Oszilloskop erweisen. Beispiel: Bei einem mit Äquivalenzzeitabtastung ausgestattenten Oszilloskop wird mit dem Augendiagramm der Wahrscheinlichkeitsverteilungsfunktion (PDF) (Abbildung 3, links oben) die statistische Wahrscheinlichkeit für ein geschlossenes Auge dargestellt. Die Anzeige wird durch eine Kombination aus korrelierten und nicht korrelierten horizontalen und vertikalen Informationen erzeugt.

Trotz der äußerlichen Ähnlichkeit mit herkömmlichen Augendiagrammen ist das PDF-Auge keineswegs nur eine Darstellung von Abtastwerten. Außerdem schließt es sich nicht mit zunehmender Erfassungszeit. Mit dem Auge wird zwar auch hier das Bitintervall eines Signals dargestellt, das horizontal und vertikal in eine Kurve mit hoher Auflösung digitalisiert wird, die dritte Dimension ist jedoch die errechnete Wahrscheinlichkeit nachfolgender Erfassungen, die auf einen bestimmten Punkt treffen.

Über das PDF-Auge wird eine Verteilung nach der anderen erfasst, bis sämtliche Jitter- und Rauschkomponenten gemessen und ihre PDFs mit ausreichender Genauigkeit ermittelt wurden. So wird ermöglicht, über das gesamte Auge eine Bitfehlerrate von 1 x 10^-18 vorherzusagen.

Anwendungen für Oszilloskope mit Äquivalenzzeitabtastung

Oszilloskope mit sequenzieller Äquivalenzzeitabtastung stellen ein vielseitiges Hilfsmittel zum Entwickeln und Testen von Kommunikationstechnik, Computern und Unterhaltungselektronik im Hochgeschwindigkeitsbereich mit Datenübertragungen von mehreren Gigabit pro Sekunde dar. Die Oszilloskope werden zur Darstellung optischer und elektrischer Empfänger sowie zur Überprüfung von in diesen Produkten eingesetzten Geräten, Modulen und Systemen verwendet.

Darüber hinaus eignen sie sich besonders gut zur Darstellung des elektrischen Signalpfads – ob nun für Pakete, Leiterplatten oder elektrische Kabel. Bei einer außergewöhnlich hohen Bandbreite und Signaltreue sowie einer Architektur mit Baukastenprinzip liefern diese Geräte eine hervorragende Leistung hinsichtlich Zeitbereichs-Reflektometrie (TDR) und Verbindungsanalyse, aber auch detaillierte Analysen zu Signalstörungen sowie BER-Berechnungen für bewährte und neue Technologien für die Übertragung serieller Daten. Außerdem hinaus stellen „Sampling“-Oszilloskope den idealen Standard für elektrische und optische Anwendungen dar, für die außergewöhnlich hohe Bandbreiten, eine sehr hohe vertikale Auflösung, geringe Jitter und präzise Zeitintervalle erforderlich sind.

Im Folgenden findet sich eine zusammenfassende Übersicht in Form einer direkten Gegenüberstellung in Beantwortung der Frage, wann ein Echtzeit-Oszilloskop und wann ein Modell mit Äquivalenzzeitabtastung gewählt werden sollte:

Echtzeit-Oszilloskop

Nur Einzeltrigger erforderlich, Erfassung von Signalen im „Einzelschuss“-Modus möglich
Höherer Wertebereich für den Spannungseingang (6,25 V im Vergleich zu 1 V bei Oszilloskopen mit Äquivalenzzeitabtastung)
Optimal für die Fehlerbereinigung geeignet (z. B. ist die Betrachtung einmaliger Ereignisse von zusammenhängenden Datenpunkten aus möglich) – große Speichertiefe
Schnelle Augendiagramm- und Jitter-Analyse durch Rückgewinnung von Takten bei seriellen Eingangssignalen

Oszilloskop mit Äquivalenzzeitabtastung

Echtzeit-Oszilloskope haben zwar eine hohe Bandbreite von mindestens 30 GHz, die Bandbreite von Abtast-Oszilloskopen liegt jedoch noch höher: bei mindestens 70 GHz
Die erhältlichen optischen Module auf der Grundlage von Referenzempfängern ermöglichen eine direkte Erfassung optischer Signale (700 nm bis 1.800 nm)
Geringer Rausch-/Eigenjitter: <200 ps
Für die Darstellung optimal – wegen der repetitiven Eigenschaft bietet es sich beispielsweise für das hervorragende SerDes-Testverfahren oder das TDR-Verfahren (Time Domain Reflectometry) an

Wegen der hohen Bandbreite von Oszilloskopen mit Äquivalenzzeitabtastung sind für sie in der Regel eine Vielzahl von Mess- und Analysewerkzeugen insbesondere für optische Testanwendungen erhältlich. Neben der standardmäßigen parametrischen Messung von Amplitude und Zeit (z. B. Anstiegs-/Abfallzeit, Amplitude, Effektivwert-Jitter, Effektivwert-Rauschen, Frequenz, Periode usw.) umfassen die Mess-Toolkits außerdem individuelle Funktionen zum Messen optischer Signale, etwa der mittleren optischen Leistung, des Löschverhältnisses, der Augenhöhe, der Augenbreite oder der optischen Modulationsamplitude.