Interview mit Keysight Mit einer vertikalen Auflösung von 14 Bit sehen Entwickler mehr Details

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Je höher die Auflösung des A/D-Wandlers im Oszilloskop ist, desto mehr Details können Entwickler im Messsignal erkennen. Das wirkt sich auch auf die Zeit von der Entwicklung bis zur Markteinführung aus. Ein Experte von Keysight erklärt, warum 14 Bit ein Unterschied ist und wie eine genauere Signalwiedergabe die Fehleranalyse beschleunigt.

Ohne eine präzise Messtechnik ist eine moderne Elektronikentwicklung kaum noch denkbar. Denn Messgenauigkeit und Signalqualität entscheiden über den Erfolg der Elektronik. Vor allem in der Leistungselektronik, bei Automotive oder bei der Analyse empfindlicher Sensorsignale sind feinste Details entscheidend. Im Herbst letzten Jahres präsentierte Messtechnik-Hersteller Keysight die Serie InfiniiVision HD3, die erstmals eine vertikale Auflösung von 14 Bit bietet.

Die vertikale Auflösung eines Oszilloskops wird durch die Anzahl der Quantisierungsstufen (Q-Level) des Analog-Digital-Wandlers definiert. Je höher die Bit-Zahl, desto feiner ist die Abstufung, mit der ein Signal erfasst wird. Während 8-, 10- oder 12-Bit-Oszilloskope aufgrund von Grundrauschen und Quantisierungsfehlern oft Signalanteile verlieren, bietet die 14-Bit-Technologie des HD3 eine deutlich präzisere Signalwiedergabe. Besonders Anwendungen mit niedrigen Spannungspegeln oder minimalen Signalveränderungen profitieren von dieser Genauigkeit. In der Praxis bedeutet das: Exaktere Fehleranalysen, verlässlichere Messergebnisse und eine effizientere Entwicklungsarbeit.

Was der Hersteller über seine höhere Auflösung sagt, wie sich Testprozesse optimieren lassen und ob sich Investitionen in tragbare Analysatoren für Feldmessungen lohnen, berichten Phil Stearns, Product Planner für Oszilloskope sowie Rolland Zhang, Senior Product Manager. Beide arbeiten bei Keysight Technologies.

Phil Stearns, welche Vorteile bietet eine vertikale Auflösung von 14 Bit und für welche industriellen Anwendungen sind sie geeignet?

Der A/D-Wandler mit 14 Bit im HD3 bietet den Anwendern eine bessere Möglichkeit, mehr Signaldetails zu erkennen. Die Auflösung eines Oszilloskops ist die kleinste Quantisierungsstufe (Q-Level), die durch den Analog-Digital-Wandler bestimmt wird. Je mehr Q-Levels vorhanden sind, desto höher ist die Genauigkeit, da das Oszilloskop mehr echte Signaldetails erfassen und anzeigen kann. Bei verrauschten Oszilloskopen werden einige der Bits durch Quantisierung von Rauschen verschwendet, anstatt für das eigentliche Signal verwendet zu werden.

Das geringe Grundrauschen des HD3 in Verbindung mit der feineren Auflösung des A/D-Wandlers ermöglicht es den Entwicklern, mehr Details ihres Signals auf dem Bildschirm zu sehen und auch kleine Signaldetails effektiv zu analysieren. Die Auflösung von 14 Bit ist für praktisch alle Anwendungen von Vorteil, insbesondere aber für solche, die die Analyse kleiner oder großer Signaldetails mit geringen Spannungsschwankungen erfordern, wie beispielsweise in der Leistungs- und Automobilelektronik.

Wie können die Testprozesse so optimiert werden, dass die Zeit von der Entwicklung bis zur Markteinführung minimiert wird?

Die Zeit bis zur Markteinführung ist immer ein wichtiger Knackpunkt bei der Produktentwicklung. Unsere Kunden haben die Kontrolle über viele Entscheidungen, vom Funktionsumfang bis hin zu Kostenzielen und Qualitätsstandards, die sich auf die Markteinführungszeit auswirken oder von ihr beeinflusst werden. Sie können zum Beispiel Zeit sparen, indem Sie die Tiefe der Produkt-Validierung reduzieren – aber die Kosten von Fehlern steigen um Größenordnungen, je nachdem, ob sie während der Erstellung der Prototypen, der Produktion oder während der Nutzung durch den Kunden auftreten.

Die Oszilloskope von Keysight tragen in mehrfacher Hinsicht dazu bei, die Qualität bei eingeschränkter Entwicklungs- und Testzeit zu verbessern. Erstens bieten Oszilloskope wie das HD3 den Entwicklern mehr Spielraum bei der Entwicklung. Entwickler wollen die gesamte Varianz selbst in der Hand haben, und sie wollen, dass ihre Tools nicht dazu beitragen. Zweitens kann die Geschwindigkeit des Messgeräts die Zeit verringern, die für die Identifizierung von Ausreißern oder die Erfassung statistisch signifikanter Daten benötigt wird. Ein Oszilloskop mit einem Tastverhältnis (der prozentuale Anteil der Zeit, der für die Anzeige von Signalen im Vergleich zu deren Verarbeitung aufgewendet wird) von 90 % zeigt anormale Signale schnell an. Ein Gerät mit einem Tastverhältnis von 2 % wird die meisten davon übersehen. Ebenso ist ein Test, der eine 6-Sigma-Qualitätsmessung in Sekunden erzeugt, nützlicher als ein Test, der Minuten dauert.

Drittens testen wir ständig neue Messmethoden. Vor 30 Jahren haben unsere ersten Mixed-Signal-Oszilloskope und Logikanalysatoren die Entwicklung verändert, indem sie es ermöglichten, verschiedene Signaldomänen gleichzeitig zu betrachten. Heute automatisiert unser Fault Hunter die Qualifizierung neuer Boards, indem er beim Einschalten Abweichungen wichtiger Signale erkennt. Unser Ziel ist es, stets neue Messlösungen zu finden, die unseren Kunden schnelleres Vertrauen in ihre Entwicklung geben.

Rolland Zhang, lohnt sich die Investition in tragbare Analysatoren für Feldmessungen im Vergleich zu herkömmlichen Laborgeräten?

Die Investition in tragbare Analysatoren für Feldmessungen ist zweifellos eine kluge Entscheidung im Vergleich zu herkömmlichen Laborgeräten. Die tragbaren FieldFox-Signalanalysatoren von Keysight bieten verschiedene Vorteile gegenüber herkömmlichen Laborgeräten.

Hohe Vielseitigkeit und Tragbarkeit: Der FieldFox-Handheld-Analysator integriert mehrere Funktionen in einem Gehäuse mit 3,4 kg, darunter einen Vektor-Netzwerkanalysator, einen Kabel- und Antennentester, einen Signalanalysator und sogar einen Impulsgenerator. Im Gegensatz dazu müssen bei der Verwendung herkömmlicher Laborgeräte mehrere separate Messgeräte kombiniert werden, um die gleichen Funktionen zu erreichen, was erhebliche Investitionen erfordert und umständlich zu transportieren ist.

Kosteneffektiv und Leistung: Der FieldFox unterstützt Frequenzen bis zu 54 GHz, ohne dass externe Frequenzerweiterungen erforderlich sind. Im Vergleich zu seinen Pendants im Labor kostet der FieldFox etwa 60 % weniger. Trotz der geringeren Kosten bietet der FieldFox eine Leistung, die mit der von Mittelklasse- und sogar Hochleistungs-Laborgeräten vergleichbar ist, insbesondere bei wichtigen Spezifikationen wie Genauigkeit, Empfindlichkeit und Phasenrauschen.

Investition für Feld und Labor: Der FieldFox ist ein vielseitiges Messgerät, die eine Vielzahl von Anwendungen und eine hohe Leistung sowohl für Feldmessungen als auch für Laboranwendungen bietet. Er eignet sich hervorragend für Feldtests unter schwierigen Umgebungsbedingungen und erfüllt gleichzeitig die strengen Spezifikationen, die für Laboranwendungen erforderlich sind.

Welche neuen Möglichkeiten eröffnen sich durch erweiterte Frequenzbereiche in der Entwicklung von 5G, 6G und Automotive-Radar?

Die aktuellen 5G-Netzwerke arbeiten hauptsächlich im Frequenzband unter 6 GHz (FR1) und im Band von 24 bis 52 GHz (FR2). Der FieldFox deckt die Frequenzbereiche ohne externe Frequenzerweiterung mit bis zu 54 GHz ab. Sobald jedoch das 3GPP-Komitee die potenziellen Millimeterwellen-Bänder um Frequenzen zwischen 50 und 90 GHz erweitert, ist das FieldFox in Verbindung mit externen Frequenzerweiterungen in der Lage, die entsprechenden Testanforderungen zu erfüllen.

Es wird erwartet, dass 6G-Netzwerke Frequenzen zwischen 50 und 170 GHz oder höher nutzen werden, um größere Bandbreiten bis zu zehn GHz für hohe Datenübertragungsraten und niedrige Latenzzeiten von unter 1 ms zu erreichen. Der FieldFox, der mit externen Frequenzerweiterungen ausgestattet ist, wird eine entscheidende Rolle bei der Sicherstellung der Dienstqualität für Netzwerke spielen. Die aktuelle Hardware von Keysight umfassen eine Frequenzabdeckung von 50 bis 75 GHz (WR15) und 60 bis 90 GHz (WR12), während die erweiterten Lösungen bis zu 170 GHz (WR7) reichen.

Radar im Einsatz Automotive werden Frequenzbänder wie 76 bis 81 GHz bereits genutzt, um eine hohe räumliche Auflösung für Anwendungen wie adaptive Geschwindigkeitsregelung und selbstfahrende Fahrzeuge zu erreichen. Der FieldFox mit externen Frequenzerweiterungen ist ein optimales Tool für Entwickler und Prüfer, um die Signalqualität zu bewerten und die Sicherheit und Zuverlässigkeit von autonomen und unterstützenden Fahrzeugsystemen zu gewährleisten.

Wie entwickelt sich der Bedarf an portablen Hochfrequenz-Messgeräten in verschiedenen Industriezweigen?

Wir rechnen mit einem erheblichen Anstieg der Nachfrage nach mobilen, insbesondere tragbaren Hochfrequenz-Messgeräten, angetrieben durch Fortschritte bei Anwendungen wie der zukünftigen 5G- und 6G-Kommunikation, Radar und Sensorik im Automotive-Einsatz, Inter-Satellitenverbindungen und Kommunikationsnetzwerken im Weltraum. Der FieldFox bietet in Verbindung mit externen Frequenzerweiterungen einen guten Ansatz für die Analyse und Erzeugung von Millimeterwellen-Signalen. Dank seiner Eigenschaften eignet er sich für Feld- als auch für Laborumgebungen. (heh)

Vektor-Netzwerkanalysator und Spektrumanalysator

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Keysight bietet InfiniiVision HD3 mit 14 Bit

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