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Oszilloskop-Trends 2011
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Hochleistungs-Scopes
Nachdem es in letzter Zeit bei den High-speed-Oszilloskop-Entwicklungen von Tektronix relativ ruhig war, lässt nun wieder eine Ankündigung aufhorchen: Mit dem seit rund fünf Jahren bekannten 8HP-SiGe-Bipolar-CMOS-Prozess von IBM in der vierten Generation, der mit Strukturgeometrien von 130 nm arbeitet und eine Transitfrequenz von 200 GHz in den Datenblättern stehen hat, will Tektronix in den HF- bzw. Wandler-Stufen demnächst die 30-GHz-Marke überspringen: Immerhin arbeitet Tektronix seit über zehn Jahren mit IBM im Bereich der SiGe-Halbleiterprozess-Anwendung zusammen.
Der Vorteil im Vergleich zu relativ exotischen Materialien wie Indiumphosphid oder Galliumarsenid ist dabei, dass das gleiche Substrat wie bei der bewährten Silizium-Halbleitertechnologie genutzt werden kann. Um wieviel die 30-GHz-Marke allerdings übertroffen werden wird, war bislang nicht zu erfahren.
Tektronix stellte auch zwei neue Versionen seiner Laborscope-Familien vor, und zwar die Reihe DPO7000C sowie neue Modelle mit 4, 6 und 8 GHz für die Serien MSO/DPO/DSA70000C. Außerdem kündigte das Unternehmen neue Seriell-Decodierungs-Algorithmen für die MIPI-Alliance-Spezifikationen CSI-2 und DSI an, denn eine stetig wachsende Anzahl von Herstellern drahtloser Mobilgeräte verwendet diese MIPI-Spezifikationen für Kommunikationsbusse zwischen Hauptkomponenten wie Steuergeräten, Kameras und Bildschirmen. Außerdem ermöglichen die MIPI-Standards einen größeren Funktionsumfang mit höheren Bit-Raten.
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Außerdem sind die neuen Oszilloskop-Modelle mit dem Betriebssystem Windows 7 erhältlich, was die Integration in Datennetzwerke vereinfacht und eine intuitive Bedienung sowie kürzere Startzeiten ermöglicht. Außerdem verfügen die Oszilloskope über eine leistungsfähigere Rechenplattform. DPOJET-Jitter-Messungen zum Beispiel liefern, so der Hersteller, Ergebnisse bis zu dreimal schneller. Die Konformität mit dem LXI-Vernetzungsstandard Klasse C sorgt zudem für eine unkomplizierte Integration in automatische Prüfstationen.
Die DPO7000C-Serie (Bild 6) verfügt beispielsweise über Analysefunktionen für serielle Busse und bietet Decodierungs-, Trigger- und Suchoptionen für die in eingebetteten Systemen am häufigsten verwendeten Busse. Unterstützt werden unter anderem I2C, SPI, RS 232/422/485/UART, USB 2.0 sowie die bereits erwähnten MIPI-Spezifikationen.
Bei der MSO70000C-Serie schließlich bieten neue Logiktastköpfe (P6750) in bis zu 16 Kanälen gute Kontaktiermöglichkeiten auch bei sehr beengten Platzverhältnissen. Darüber hi-naus verfügen alle diese Instrumente jetzt standardmäßig über verbesserte Debugging-Funktionen mit erweiterten Such- und Markierungswerkzeugen.
High-speed in Vielkanal-Konfiguration und sehr hohe Bit-Auflösung
Serielle High-speed-Datenströme in Kommunikationssystemen werden immer mehr zum Standard. Das Ganze auch in „Mehrspur“-Konfigurationen, mit denen dann parallele Hochgeschwindigkeits-Datenkanäle realisiert werden. Man denke nur an Architekturen mit dem 100-Gbit-Ethernet, wo z.B. zehn Datenströme zu 10 Gbit/s zu verarbeiten sind. Hohe Bandbreiten mit vielen Erfassungskanälen sind hier gefordert.
Highlight von LeCroy sind derzeit neue Modelle der im Mai 2011 vorgestellten Serie LabMaster 9 Zi-A. Sie verfügen je nach Konfiguration über max. 36 GHz analoge Bandbreite auf vier bzw. acht Kanälen bei jeweils 80 GS/s Abtastrate und maximal 768 MPunkten Analysespeicher pro Kanal (Bild 7).
Im Normalbetrieb ohne Digital Bandwidth Inter-leaving (DBI) haben die Geräte eine analoge Bandbreite von 20 GHz auf acht bzw. 16 Kanälen je nach Konfiguration. Die Systemarchitektur dieser Scope-Kategorie trennt die Signal-erfassungseinheit vom Display und den Steuerungs- und Sig-nalverarbeitungsfunktionen.
Das „Master“-Modul beinhaltet das Display, die Steuerung wie bei einem klassischen Oszilloskop und eine leistungstarke CPU der Serverklasse mit 33,6 GHz an effektiver Taktfrequenz sowie bis zu 192 Gbyte RAM. Zusammen mit der patentierten X-Stream-II-Streaming-Architektur verarbeitet diese Scope-Kategorie also immense Datenmengen mit enormer Geschwindigkeit. Bis zu 4 „Slave“-Module, die die eigentliche Signalerfassung durchführen, lassen sich ankoppeln.
Da die zu messenden Signale über Kabel in das Oszilloskop gelangen, statt Tastköpfe oder einen differenziellen Verstärker einzusetzen, wird das Rauschen um 3 dB oder mehr reduziert und damit die Signalreinheit des Messsystems weiter erhöht. Der modulare Aufbau des LabMaster 9 Zi-A ermöglicht eine kosteneffiziente Lösung im Vergleich zu Systemen aus tradi-tionellen Oszilloskopen und erlaubt ein leichtes Aufrüsten sowohl in Hinblick auf die Bandbreite als auch auf die Anzahl der Kanäle, wenn dies in der Zukunft notwendig sein sollte.
Eine wichtige Problemstellung in diesem Zusammenhang ist die Synchronisation dieser Vielkanal-Anordnung. Eine spezielle ChannelSync-Elektronik im LabMaster 9 Zi-A ahmt die Architektur eines normalen Oszilloskops nach, obwohl dabei sogar 20 Kanäle synchronisierbar sind.
Dabei wird ein einfaches 10-GHz-Taktsignal im „Master“-Modul generiert und an bis zu vier „Slave“-Module verteilt. Die 10 GHz Taktfrequenz (also die 1000-fache Frequenz der traditionellen 10-MHz-Referenz-Taktung) bieten letztlich eine deutlich präzisere und feiner granulierte Zeitauflösung als bisherige Synchronisierungs-Konzepte. Resultat ist ein extrem niedriger Jitter von 275 fs (rms-Wert) zwischen den Kanälen. Übrigens werden „Slave-Module automatisch vom „Master“ erkannt, eine Software korrigiert die statische Erfassungsverzögerung zwischen den Erfassungsmodulen. Im Ergebnis arbeiten in einer derartigen Konfiguration dann bis zu 20 Kanäle mit höchster Bandbreite wie in einem normalen Laborgerät.
Neu auch bei diesem Hersteller: die Oszilloskope der Serie WaveRunner 6 Zi HRO (High Resolution). Sie bieten eine Vertikalauf-lösung von 12 bit und ein Signal-Rausch-Verhältnis von 55 dB. Die beiden 400- bzw. 600-MHz-Modelle (64 Zi und 66 Zi) der Serie nutzen einen neuen 12-bit-A/D-Wandler und erzielen damit erstmals für ein Gerät im Boxenformat diese rein hardwaremäßig realisierte Vertikalauflösung. Mit Hilfe der so genannten Enhanced-Resolution-Funktion (ERES) ist sogar eine mathematische Auflösung von 15 bit möglich.
Das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) liegt laut Hersteller bei bis zu 55 dB. Bei- de 12-bit-Geräte bieten eine Abtast-rate von 2 GS/s. Auch haben sie das bei LeCroy mittlerweile eingeführte und um 90 Grad drehbare 12,1-Zoll-WXGA-Touchscreen-Display. Das HRO 64 Zi kostet 16 850 Euro, der Typ HRO 66 Zi geht für 18 950 Euro über den Ladentisch.
Fehler im Signalpfad korrigieren
Kabel und Tastköpfe verursachen eine Signaldämpfung, die in manchen Fällen signifikante Messfehler hervorrufen kann. In anderen Fällen können diese Unzulänglichkeiten Messwertschwankungen bewirken, die die Vergleichbarkeit von Messergebnissen beeinträchtigen. Zudem variieren die Frequenz- und Phasenfrequenzgänge von Tastköpfen je nach Exemplar. Deshalb müssen alle verwendeten Tastköpfe und Kabel individuell charakterisiert und die von ihnen verursachten systematischen Fehler korrigiert werden.
Dies soll die neue Software Agilent N2809A PrecisionProbe für die Infiniium-Oszilloskope der 90000-X-Serie und der Familie 90000A erledigen (Bild 8). Sie ist in den Kanal-Setup dieser Scopes inte-griert und erlaubt eine schnelle Korrektur der Einfügungsdämpfung von Kabeln und sonstigen Elementen, eine Korrektur der Phasenlinearität und des Amplitudenfrequenzgangs von Tastköpfen, die Anpassung aller Kabel und Tastköpfe an eine Schaltung und die Charakterisierung von Signalpfad-Elementen (beispielsweise Schaltern) ohne Zuhilfenahme zusätzlicher Messgeräte.
Dies ist somit die erste Software für Echtzeit-Oszilloskope, die eine vollständige AC-Kalibrierung von Tastköpfen ermöglicht und hierbei nicht auf S-Parameter angewiesen ist. Die Software kann beim Kauf eines der genannten Oszilloskope mitbestellt werden. Sie ist auch nachträglich bzw. als server-basierte Lizenz N5435A-026 (Grundversion) oder N5435A-027 (erweiterte Version) erhältlich. Neben der genannten Software sind noch weitere Programmpakete für die Scopes der Familie Infiniium 90000A und der 90000-X-Serie verfügbar, darunter die Jitter-Software-Pakete E2681A EZJIT und N5400A EZJIT Plus, die Equalization-Software N5461A und die Software für die Analyse serieller Daten namens E2688A.
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