Oszilloskop-Know-how

Was ist genauer: eine dicke oder dünne Messkurve?

11. April 2013, 14:18 Uhr | Joel Woodward und Andreas Siegert, Agilent Technologies

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Das Rauschen des Messsignals

Der A/D-Wandler kann bei der Digitalisierung des Eingangssignals nicht zwischen Eigen- und Signalrauschen unterscheiden. Das Oszilloskop speichert einfach nur die Ausgangswerte des A/D-Wandlers und zeigt sie an. Um festzustellen, ob das Rauschen auf der Messkurve vom Signal oder vom Oszilloskop kommt, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Zunächst sollte der Anwender mit der oben beschriebenen Methode das Eigenrauschen des Oszilloskops bestimmen – diese Ungenauigkeit kann dann an jedem abgetasteten Punkt vorliegen. Dann schaltet er die unendliche Nachleuchtdauer ein, um zu sehen, ob eine Messkurve dünn bleibt oder dicker wird.

Interessanterweise zeigt die unendliche Nachleuchtdauer auch den Einfluss des Eigenrauschens auf die Darstellung des Messsignals an. Ein schneller Test mit einem bekannten Messsignal zeigt, wie sehr sich der Oszilloskopbildschirm zwischen normaler Darstellung und unendlicher Nachleuchtdauer ändert. Das liefert einen schnellen Überblick über Eigenrauschen und Signalaktualisierungsrate eines Oszilloskops: Ein rauschendes Gerät mit langsamer Signalaktualisierungsrate wird anfänglich eine dünne Messkurve zeigen, die dicker wird, wenn man die unendliche Nachleuchtdauer einschaltet - und zwar unabhängig davon, ob das Messsignal rauscht oder nicht. Ein rauscharmes Oszilloskop mit langsamer Signalaktualisierungsrate zeigt ursprünglich eine dünne Messkurve, die beim Einschalten der unendlichen Nachleuchtdauer je nach Rauschen des Messsignals dünn bleibt oder dick wird. Ein rauscharmes Oszilloskop mit schneller Signalaktualisierungsratezeigt das Messsignal gleich in der richtigen Dicke (je nach Rauschpegel); dieses Bild verändert sich auch nicht, wenn man unendliche Nachleuchtdauer einschaltet.

Alternative Methoden mit Nachteilen

Die Messwertmittelung reduziert das Rauschen und führt daher zu dünneren Messkurven. Dabei erfasst ein Oszilloskop ein periodisches Signal mehrfach und legt die Einzelkurven übereinander. Diese Technik mittelt das Rauschen über mehrere Erfassungszyklen aus der Kurve heraus. Die Nachteile des Verfahrens bestehen darin, dass es auch Schwankungen des eigentlichen Signals ausmittelt und es ausschließlich mit periodischen Signalen funktioniert.

Eine weitere Technik zur Verringerung des Rauschens und somit zur besseren Darstellung von Messsignalen nennt sich »hochauflösende Betriebsart«. Dieses Verfahren funktioniert sowohl bei periodischen als auch bei Single-Shot-Signalen. In der hochauflösenden Betriebsart bildet das Oszilloskop das Mittel aus benachbarten Messpunkten und verringert so das Rauschen. Der Nachteil liegt darin, dass die Mittelwertbildung die effektive Abtastrate und damit die Bandbreite des Oszilloskops reduziert.

Eine klare Antwort auf die Frage, ob dünne oder dicke Messkurven besser sind, gibt es nicht. Doch unter Berücksichtigung der genannten Aspekte können Anwender bei der Geräteauswahl beurteilen, was ihr Oszilloskop braucht, um ein Messsignal möglichst naturgetreu darzustellen. Wer schon ein Oszilloskop hat, kann die beschriebenen Techniken anwenden, um festzustellen, ob eine dünne oder dicke Messkurve das Messsignal darstellt oder ob es sich um ein Artefakt handelt.

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