Digital Bandwidth Interleaving macht Oszilloskope fit für die Zukunft

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Interleaving gilt als großer technologischer Fortschritt

Bei Oszilloskopen mit hoher Bandbreite zählt die Verschränkung, das so genannte Interleaving, zu den größten Fortschritten der letzten zwei Jahrzehnte. Interleaving ist das Zusammenschliessen der Ressourcen einzelner Kanäle, insbesondere der Digitizer und des Speichers, um dadurch Oszilloskope mit extreme hoher Abtastrate und Speicher zu erhalten.

Diese Methode überwindet Einschränkungen in der Geschwindigkeit der einzelnen Digitizer, die deutlich unter der effektiv erzielten Abtastrate liegen. Obwohl das Interleaving sehr verbreitet und erfolgreich war, wurde es nie auf die Bandbreite angewendet, da die Digitizer von Eingangsverstärkern gesteuert werden, deren Design auf die entgültige Bandbreite des Oszilloskops hin entwickelt werden muss.

LeCroy hat eine Interleaving-Technik entwickelt und patentieren lassen: das Digital Bandwidth Interleaving oder kurz DBI. Diese Technik bietet die gleichen Vorteile für das Zusammenschliessen von Abtastrate und Speicher wie traditionelle Techniken. Kann aber darüberhinaus noch die Bandbreite zusammenschliessen.

Traditionelles Interleaving hat eine Reihe von Anforderungen an die Hardware, um Signale und Clocks an verschiedene Pfade zu senden. Das Problem liegt hauptsächlich in der Kalibration des Timings und Gain/Offset der verschiedenen Pfade. Es gibt verschiedene Lösungsansätze für die Kalibrierung und die Algorithmen für die optimalen Korrekturen können mitunter sehr komplex sein. Die mit dem Zusammenschliessen beauftragte Software ist recht unkompliziert.

Digitales Interleaving erfordert zusätzliche Hardware

Das digitale Interleaving der Bandbreite erfordert zusätzliche Hardware, weitergehende Kalibrationen und digitale Signalverarbeitung im Hintergrund, um das Eingangssignal des Anwendern wiederherzustellen. Ein vereinfachtes Diagramm der Hardware-Struktur von DBI (Digital Bandwidth Interleave) zeigen die Bilder 2 und 3. Im Wesentlichen wird das Eingangssignal durch einen Diplexer aufgesplittet. Ein Diplexer ist ein Mikrowellenfilter, welcher die Eingangsignale in unterschiedliche Frequenzbereiche aufteilt.

Im Fall eines 2-Kanal-Systems mit Frequenzverdopplung wird das untere Frequenzband direkt nach dem Diplexer dem Eingangsverstärker zugeführt. Dabei ist der Frequenzbereich des Diplexfilters so dimensioniert, dass es nur den Frequenzbereich des Eingangsverstärkers durchlässt. Das obere Frequenzband wird nach dem Diplexer über einen Breitband-Mischer heruntergemischt.

Durch das Mischen mit einem Oszillator entstehen zwei Seitenbänder. Ein Seitenband bei der Differenzfrequenz und ein anderes bei der Summenfrequenz. Das Differenzsignal ist ein genaues Abbild des Signals, welches dem Mischer zugeführt wurde, nur dass dieses Signal in einen niedrigeren Frequenzbereich verschoben wurde. Durch das Verschieben befindet sich das Signal in einem Frequenzbereich, welcher von dem Eingangsverstärker des DSOs erfasst werden kann.

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