Oszilloskope Digitales Triggersystem und Signalverarbeitung auf Hardwarebasis

Beim Hardwaredesign kommt es darauf an, dass ein Oszilloskop Fehler schnell entdeckt und Spannungsverläufe originalgetreu darstellt. Diese Geräteeigenschaften wurden in der RTO- und RTM-Geräteserie von Rohde & Schwarz integriert: sie analysieren eine Million Messkurven pro Sekunde und stellen diese auf einem Touchdisplay dar.

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Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG

Erstmals wurde in einem Oszilloskop ein digitales Triggersystem implementiert, das kleine Trigger-Jitter bei maximaler Erfassungsrate ermöglicht. Die Bedienoberfläche gewährt bei komplexen Messungen einen guten Überblick. Zunächst stehen 2- und 4-Kanal-Modelle mit 1 bis 2 GHz Bandbreite und einer maximalen Abtastrate von 10 GS/s zur Verfügung. Gängige Oszilloskope sind während eines Aufzeichnungszyklus für einen langen Zeitraum „blind“.

Sie benötigen die meiste Zeit dafür, Messdaten zu speichern, zu analysieren und auf dem Bildschirm darzustellen. Währenddessen bleiben am Testpunkt auftretende Fehler unentdeckt. Diese Blindzeit steigt prozentual zur Aufzeichnungszeit der dargestellten Messkurve mit höherer Samplerate.

Bei einer Messung mit einer Samplerate von 10 GS/s und einer Aufzeichnungslänge von 1000 Abtastpunkten können bisher am Markt erhältliche Oszilloskope maximal während 0,5% des Aufzeichnungszyklus Signale und damit Fehler erfassen. Vor diesem Hintergrund hat wurde die aktive Aufzeichnungszeit um den Faktor 20 auf 10% gesteigert.

Dazu werden die digitalisierten Messwerte in einem speziellen ASIC in Echtzeit verarbeitet. Damit ist die Analyse von 1.000.000 Messkurven pro Sekunde möglich. Alle Einstellmöglichkeiten und Analysefunktionen stehen für die Messung bei gleichbleibender Messgeschwindigkeit weiterhin zur Verfügung.

Detailgetreue Signaldarstellung und Messgenauigkeit

Für eine detailgetreue Signaldarstellung und hohe Messgenauigkeit sorgt maßgeblich der Single-Core-A/D-Umsetzer. Er arbeitet mit 10 GS/s. Traditionell realisiert man so hohe Umwandlungsraten mit mehreren langsameren A/D-Umsetzern, die parallel und zeitversetzt arbeiten. Da sich nicht jeder A/D-Umsetzer exakt gleich verhält, resultieren daraus Verzerrungen bei der Signaldarstellung. Der entwickelte 8-Bit-Umsetzer mit mehr als sieben effektiven Bits bietet eine hohe Messdynamik. Der Anwender profitiert in Form von detailgetreuer Darstellung und geringem Eigenrauschen.

Auch die breitbandigen BNC-kompatiblen Eingänge, die extrem rauscharmen Eingangsstufen, die eine maximale Bandbreite bei 1 mV/Div bieten, geringe Verstärkungs- und Offset-Fehler sowie hohe Kanal-zu-Kanal-Isolierung tragen zu einer hohen Abbildungsgenauigkeit des Messsignals bei.

Die hardwareunterstütze Signalverarbeitung

Das hochintegrierte ASIC beinhaltet die komplette Signalverarbeitung. Durch die intensive parallele Verarbeitung sorgt es für eine hohe Erfassungsrate, selbst bei komplexen Signalanalysefunktionen. Außerdem bietet das ASIC auch Hardware-Unterstützung für Messfunktionen wie Cursor-Messungen, Histogramme oder Maskentests.

Werden dagegen Analyse- und Messfunktionen softwarebasiert umgesetzt, erhöht das die Blindzeit um ein Vielfaches. Die ebenfalls hardwaregestützte Fast-Fourier-Transformation ermöglicht eine schnelle Spektrumdarstellung. In Verbindung mit dem Nachleuchtmodus werden auch schnelle Signalveränderungen, selten auftretende Störsignale oder schwache Signale im Spektrum sichtbar. Dank der Hardware-Implementierung der Maskentestfunktion bleibt die Erfassungsrate bei > 600.000 Messkurven/s und Maskenverletzungen werden schnell und zuverlässig gefunden.

Trigger und Daten haben einen gemeinsamen Signalpfad

Bisher am Markt verfügbare Oszilloskope arbeiten mit analogen Triggersystemen. Ein analoger Triggerpfad läuft parallel zum Signalerfassungspfad. Diese Architektur bedingt einen Zeit- und Amplitudenversatz zwischen analogem Trigger- und digitalem Signalerfassungspfad.

Messungenauigkeiten sind die Folge, eine Korrektur durch Nachbearbeitung ist nur teilweise möglich. In der erstmals rein digital realisierten Triggerarchitektur haben Trigger und aufgezeichnete Daten einen gemeinsamen Signalpfad und somit die gleiche Zeitbasis. Das Resultat ist ein sehr geringer Trigger-Jitter und eine exakte Zuordnung von Signal zum Triggerpunkt.

Zudem ist der digitale Trigger nach einem Triggerereignis sofort wieder „scharf“. Die bei analogen Triggern konzeptbedingte „Rearm“-Zeit entfällt, so dass Signalfehler nicht überdeckt werden.

Touchscreen erleichtert die Arbeit

Das Messgerät verfügt über einen Touchscreen von 10,4". Der durchdachte Bildschirmaufbau mit semitransparenten Dialogfenstern, verschiebbaren Messfenstern, Miniaturansichten mit Live-Messkurven, tiefgehender Undo/Redo-Funktion und einer konfigurierbaren Werkzeugleiste hilft, auch komplexe Messaufgaben in kurzer Zeit zu lösen.

Die R&S RTO-Familie ist für High-Performance-Anwendungen mit Bandbreiten von 1 und 2 GHz. Hingegen sind die universellen Midrange-Oszilloskope R&S RTM prädestiniert für den vielfältigen Messalltag in der Produktentwicklung oder im Servicelabor. Mit einer Bandbreite von 500 MHz und in 2- oder 4-Kanal-Ausführung eignen sich für Testen und Debuggen von Analog- und Digitalschaltungen mit Taktraten bis 100 MHz.

Mehr Details bringen Sicherheit

Je mehr Details ein Oszilloskop anzeigen kann, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit Signalfehler oder relevante Ereignisse zu finden. Voraussetzung dafür ist eine hohe zeitliche Auflösung, also eine hohe Abtastrate.

Zusätzlich erfordern viele Anwendungen eine lange Aufzeichnungsdauer, beispielsweise die Analyse von Einschwingvorgängen. Mit ihrer Abtastrate bis 5 GS/s und Speichertiefe bis 8 Msample bieten die Messgeräte ein ausgewogenes Verhältnis zwischen diesen beiden Anforderungen. Der tiefe Speicher steht dabei unabhängig von den sonstigen Geräteeinstellungen immer zur Verfügung.

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