Wer viel misst, misst Mist Ein kleines Bauteil und der Fehler im Oszilloskop

In der Rubrik Legendäre Storys werfen wir einen Blick auf bemerkenswerte Begebenheiten der Branche. Es geht um ein kleines Bauteil in einem Oszilloskop, das fast die Geschichte der Datenübertragung veränderte.

Es begann mit einem Rauschen, das nicht da sein durfte. In einem Forschungslabor in den frühen 1970er-Jahren, zu einer Zeit, in der Institutionen wie die Bell Labs oder das Stanford Research Institute gerade erst die Weichen für unsere vernetzte Welt stellten, untersuchte ein Team die Übertragung digitaler Daten über Telefonleitungen. Die Idee war damals noch neu: Daten nicht als analoge Signale, sondern als modulierte Töne für binäre Impulse zu übertragen. Das sollte später zur Grundlage des Internets werden. Die Technik war noch jünger, die ersten Modems steckten in den Kinderschuhen. Diese Geräte waren damals oft so groß wie Schuhkartons und erreichten gerade einmal 300 Bit pro Sekunde. Das ist ein Tempo, bei dem man die Zeichen beim Aufbau auf dem Fernschreiber fast einzeln mitzählen konnte. Das Team forschte an genau dieser Schnittstelle: Wie bringt man digitale Daten zuverlässig durch ein analoges Telefonnetz, das eigentlich nur für Sprache gemacht war? Die Frage klingt heute trivial, legte damals aber die Grundlage für DSL, Kabelinternet und alles, was später kam.

Und die Messungen bereiteten Kopfzerbrechen. Immer wieder zeigte das Oszilloskop Störungen an, die nach allen Berechnungen gar nicht auftreten durften. Ein niederfrequentes Rauschen, das die Forscher zur Verzweiflung trieb. Das Problem war gravierend: Nach der berühmten Shannon-Theorie, dem mathematischen Grundgesetz der Datenübertragung, machte dieses Rauschen jede Erhöhung der Geschwindigkeit physikalisch unmöglich.

Sie überprüften die Verkabelung. Sie tauschten die Telefonleitung. Sie schirmten den gesamten Raum mit Kupfergeflecht ab. Sie änderten die Erdung, installierten Netzfilter, verlegten neue Kabel in abgeschirmten Leerrohren. Nichts half. Das Rauschen blieb. Woche um Woche. Die Messdaten waren unbrauchbar, die Versuchsreihe stand still. Die Forscher begannen an ihrer Theorie zu zweifeln. Meetings wurden einberufen, die Ergebnisse immer wieder diskutiert und neue Messreihen geplant. Jeder brachte neue Vorschläge, neue Verdächtige: die Klimaanlage, das Leuchtstoffröhren-Netzteil über dem Labortisch, das alte Funkgerät im Nachbarraum. Man muss bedenken: In den frühen 1970ern waren Labore voll von massiven Metallgehäusen, dicken Kabelbäumen und Ingenieuren, die über rauchenden Lötkolben brüteten. Nichts half. Immer das gleiche Ergebnis: Rauschen.

Die große Suche begann

Einer der Ingenieure war überzeugt: Es muss an der Verkabelung im Gebäude liegen. Ein anderer vermutete Einstreuungen vom Stromnetz. Ein Dritter tippte auf einen Fehler im selbstgebauten Modem-Prototyp. Damals wurden Schaltungen oft noch auf sogenannten Wire-Wrap-Boards oder handgelöteten Lochrasterplatten aufgebaut, was ein wahres Paradies für Wackelkontakte war. Also wurde das Modem auseinandergenommen. Jede Lötstelle unter dem Mikroskop geprüft. Jedes Bauteil durchgemessen. Nichts. Das Rauschen blieb.

In ihrer Not holten die Forscher ein zweites Oszilloskop eines anderen Herstellers ins Labor. Man stelle sich die Szene vor: Zwischen Bergen von Rechenschiebern und Lochkarten stehen zwei tonnenschwere Röhren-Oszilloskope nebeneinander, beide am gleichen Signalpunkt angeschlossen.

Der Moment der Wahrheit: Das neue Gerät zeigte keinerlei Störungen. Die Leitung war sauber. Das Signal war einwandfrei. Die Erleichterung war kurz. Denn natürlich folgte der nächste Verdacht: Also war es doch das Modem. Aber der Test mit dem ersten Oszilloskop am neuen, ausgetauschten Modem zeigte wieder Rauschen. Und das neue Oszilloskop am alten, vermeintlich defekten Modem? Saubere Signale. Irgendetwas stimmte nicht mit dem ersten Messgerät.

Ein kleines Bauteil als Fehlerquelle

Die Forscher öffneten das Oszilloskop und untersuchten jede Baugruppe. Netzteil, Verstärker, Zeitbasis, Kathodenstrahlröhre. In jener Zeit waren diese Geräte noch kleine Wunderwerke der Feinmechanik und Elektronik, vollgestopft mit Vakuumröhren oder frühen Transistoren. Sie steckten die Leiterplatten aus, prüften die Lötstellen, tauschten verdächtige Bauteile. Das alles half nichts, bis sie schließlich das Netzteil genauer unter die Lupe nahmen.

Was sie fanden, war ernüchternd und lehrreich zugleich: Ein defekter Kondensator im Siebkondensator-Netzwerk erzeugte ein niederfrequentes Brummen, was vermutlich auf einen ausgetrockneten Elektrolytkondensator zurückzuführen war, der die 50-Hertz-Netzfrequenz nicht mehr bändigte. Dieses Brummen koppelte über die gemeinsame Masseleitung zurück auf den Signaleingang des Oszilloskops und wurde vom Gerät selbst als Störsignal auf dem Schirm angezeigt.

Der vermeintliche Messfehler war kein externes Phänomen. Es gab weder eine gestörte Telefonleitung noch ein marodes Stromnetz oder einen Fehler im Modem. Das Oszilloskop hatte einen falschen Wert angezeigt. Ein winziger, kostengünstiger Kondensator, ein Standardbauteil aus der Grabbelkiste, hatte ein ganzes Team wochenlang in die Irre geführt, kostbare Messreihen zerstört und die grundlegenden theoretischen Annahmen einer ganzen Forschungsrichtung infrage gestellt.

Misstraue deinem Messgerät

Die Geschichte endete nicht mit einem patentierten Durchbruch, sondern mit einer Lebensweisheit, die seither in jeder Messtechnik zitiert wird. Wenn Studenten zum ersten Mal mit einem Oszilloskop eine Schaltung ausmessen sollen, sagt der Professor gern: „Denkt daran: Das Messgerät ist euer Freund. Aber Freunde machen manchmal Fehler. Und dann gilt: Wer viel misst, misst Mist.“ Und die zweite, noch wichtigere Lektion: „Misstraue deinem Messgerät. Es könnte dich belügen.“

Das Rauschen, das die Forscher wochenlang beschäftigte, war nie da. Es existierte nur im Oszilloskop selbst. Ein defektes Bauteil, ein altersschwacher Kondensator, hatte fast ausgereicht, um eine ganze Forschungsrichtung in Frage zu stellen und hätte vielleicht die Geschichte der digitalen Datenübertragung verzögert. Ob das Team seine Arbeit erfolgreich abschließen konnte, ist nicht überliefert. Was aber überliefert ist, ist die Regel, die seither in jedem Entwicklungslabor gilt: Das erste Messgerät, das man überprüft, ist das Messgerät selbst. Und manchmal ist der Fehler nicht im Signal, sondern im Auge, das es betrachtet. (heh)

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