Das Digital-Oszilloskop im Wandel der Zeit

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Trends und Anforderungen frühzeitig berücksichtigen

Auf der internen Seite sehen wir Innovation durch Technologietransfer des Highend- auf das Mainstream-Produkt, auch neudeutsch „Down-Deployment“ genannt. Einher damit geht die Entwicklung der Gerätepreise nach unten – oder umgekehrt ausgedrückt, man bekommt mehr Leistung für den gleichen Preis. Und natürlich sind auch die Ingenieure der Hersteller selbst kreativ und bringen ihre eigenen Geräteinnovationen auf den Markt – immer mit der Absicht einerseits mehr Kundennutzen zu bieten. Beispielhaft sind hier zu nennen eine schnellere Signalform-Update-Rate (vs. Blindzeit), neue Benutzerkonzepte (UI/GUI), Messgeräte-Integration („All-in-One“) oder einfachere Bedienung und damit schnelleres „Time-to-Market“ für den Anwender.

Beide Innovationstreiber – extern wie intern – sind wichtig und manchmal vermischen sie sich auch. Hersteller von Oszilloskopen, aber Messgeräten allgemein, müssen die externen Trends und neuen Anforderungen frühzeitig antizipieren, da sie im Idealfall bereits dann ihre Geräte bereitstellen müssen, wenn die „early adaptors“ ihrerseits die neuen Techniken einsetzen. Das sind beispielsweise neue Busstandard oder eine schnellere Generation davon. Hier kann nur der langfristig erfolgreich sein, der mit den Technologie-Market-Makern in frühzeitiger und ständiger Technologiepartnerschaft proaktiv agiert. Eigene Geräteinnovationen eines Herstellers bieten ihm andererseits auch eine Möglichkeit sich zu differenzieren und damit selbst Trends zu setzen. Häufig werden diese dann nach und nach auch von anderen Herstellern aufgegriffen und sie sich allgemein durchsetzen.

Technologiesprünge im Ultra-Highend-Bereich

Um den Hunger nach immer höheren Bandbreiten zu stillen und damit auch ultra-hohe Messgeschwindigkeiten zu erreichen, ohne gleichzeitig die bekannten Einbußen bei der Signalintegrität durch Rauschen und Jitter zu erhalten, bedarf es einer Differenzierung in der Silizium-Technologie. So ist Keysight Technologies beispielsweise ein Pionier in der Anwendung von InP Chipset im Bereich der elektronischen Messtechnik und kann mit proprietärem „HB2B Process“, Epitaxial-Material, sogenannten QuickFilm-Modulen und einer eigenen Packaging-Technologie eine Differenzierung in der Leistung erzielen, die übersetzt auf das Kundenbedürfnis eine überlegene Signalintegrität gibt. Damit lässt sich ein Oszilloskop jenseits der 60-GHz-Bandbreite realisieren und das bei branchenführenden Rausch- und Jitterwerten, was wiederum zu einem schnelleren Time-to-Market führt.

Seit vielen Jahren sind in Digitaloszilloskopen A/D-Wander mit 8 Bit verbaut. Damit lassen sich 256 Spannungsstufen quantisieren. Bei einer Skalenablenkung von 100 mV/div bzw. 800 mV on screen ergibt sich beispielsweise ein Wert von 3,12 5mV als kleinste Auflösung. Können die Bits auf 10 erhöht werden – entweder durch eine höherquantisierende A/D-Wandler-Architektur oder durch verschiedene Oversampling-Methoden, so ergeben sich gleich 4 mal so viele, nämlich 1024 Quantisierungsstufen - oder einer Auflösung von jetzt 0,781 mV.

Soweit zur Theorie. Allerdings hat man hier die Rechnung ohne eine wichtige Betrachtung von Rauscheinflüssen gemacht. Diese sind durch die Verwendung von passiven Tastköpfen und dem Eigenrauschen des Oszilloskops selbst ein fast ebenso wesentlicher Faktor, der Gewinne bei den Bits zumindest wieder reduziert – das gilt im übrigen auch bei 8-Bit-Geräten.

Das bedeutet im Umkehrschluss, dass ein rauscharmes 10-Bit-Oszilloskop eine höhere effektive Zahl von Bits hat als ein 12-Bit-Gerät. Selbst die Zeitbasis-Genauigkeit beeinflusst diesen sogenannten ENOB-Wert (Effective Number of Bits), wenn eben etwas zu früh oder spät im A/D-Wandler abgetastet und quantisiert wird. Somit sind mehr Bits ein interessanter Trend, der sicherlich seine Berechtigung für verschiedene Applikationen hat, wie bei Ruhestrom-Messungen. Ähnlich der Pixel-Inflation bei Digitalkameras ist die Zahl allein noch kein eindeutiges Qualitätsmerkmal

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