Oszilloskop untersucht Signale analog und digital

Mixed-Signal-Oszilloskop Oszilloskop untersucht Signale analog und digital

19.01.2011Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Bei vielen Schaltungen ist es vorteilhaft, zu untersuchende Signale sowohl in analoger als auch digitaler Form darstellen zu können. Wir stellen Ihnen ein Digitaloszilloskop vor, das über 16 digitale Kanäle und über 350 Trigger-Kombinationen verfügt.

Anbieter zum Thema

EBV Elektronik GmbH & Co. KG

ET System electronic GmbH

dataTec AG

Tektronix GmbH

Bild 1: Einstellen des digitalen Schwellenwerts des MSO auf 2,5 V für ein CMOS Signal mit 5 V

Mit zunehmender Komplexität digitaler Entwürfe bei verschiedenen analogen Signalen, digitaler Kommunikation zwischen schnellen und langsamen seriellen Bussen und Mikroprozessorbussen stellt für Entwickler dieser Systeme eine große Herausforderung dar. Bei vielen digitalen Problemen lässt sich die Ursache leichter ermitteln, wenn man das Signal sowohl in analoger als auch in digitaler Form darstellen kann. In der MSO5000-Serie wird die Leistungsfähigkeit eines Oszilloskops mit den grundlegenden Funktionen eines 16-Kanal-Hochleistungs-Timing-Logik-Analysators bei 16,5 Gs/s pro Kanal inklusive paralleler/serieller Busprotokoll-Dekodierung und -Triggerung kombiniert. So lassen sich sowohl digitale als auch analoge Merkmale von Signalen erfassen und in zeitlicher Abhängigkeit anzeigen. Dadurch sind aufschlussreiche Einblicke in die Signalintegrität von digitalen Signalen möglich.

Das Einstellen von digitalen Schwellenwerten

Die digitalen Kanäle eines Mixed-Signal-Oszilloskops zeigen ein digitales Signal als logischen High- oder Low-Pegel an, genau wie in digitalen Schaltkreisen. Das bedeutet, dass beispielsweise analoge Merkmale das MSO nicht beeinflussen, solange keine logischen Übergänge durch Überschwingen oder Kontaktprellen verursacht werden. Ähnlich wie beim Logikanalysator wird beim MSO mit der Schwellenwertspannung ermittelt, ob der Signalpegel „High“ oder „Low“ ist.

An den Geräten lassen sich die Schwellenwerte je Kanal individuell einstellen. Das hilft bei der Fehlersuche in Schaltkreisen mit gemischten Logikfamilien. Bei anderen MSOs ist die Schwellenwerteinstellung pro Achtkanal-Tastkopf häufig begrenzt. TTL-Signale liegen damit beispielsweise an dem einem Achtkanal-Tastkopf an, die LVPECL-Signale an einem anderen.

Vorbereitung für die Erfassung digitaler Signale

Bild 2: Beispiel für eine Akquisition von digitalen Daten auf dem MSO. Es wurden vier parallele Busse definiert und decodiert mit Hilfe des DUT Taktsignals.

Um ein Mixed-Signal-Oszilloskop für die Erfassung digitaler Signale vorzubereiten, müssen zwei grundlegende Einstellungen vorgenommen werden. Wie beim Logikanalysator müssen zunächst die Schwellenwerte der digitalen Kanäle des MSO so konfiguriert werden, dass die Logikpegel der untersuchten Logikfamilie ordnungsgemäß erfasst werden können. Anschließend startet die analoge Erfassung an der Tastkopfspitze. Das MSO5000 ist mit einem passiven Tastkopf-System und einer Kapazität von 3,9 pF zu 1 GHz Bandbreite ausgestattet. Der zeitliche Versatz, die Skew Time, zwischen den analogen Kanälen muss so eingestellt werden, dass die analogen und die digitalen Kanäle zeitlich korrelieren.

Um digitale Messungen zu vereinfachen, wird die durch den Logiktastkopf verursachte Laufzeitverzögerung durch das MSO kompensiert. Zusätzliche Einstellungen zum Versatzausgleich beim Einsatz von Tastköpfen an digitalen Kanälen sind daher nicht erforderlich.

Zeit- und zustandsbasierte Erfassung

Digitale Signale lassen sich mit zwei Verfahrensweisen erfassen: die zeitbasierte und die zustandsbasierte Erfassung. Bei der zeitbasierten Erfassung wird das Signal in regelmäßigen Zeitabständen abgetastet. Die Zeitabstände werden durch die Einstellung der Abtastrate des MSO festgelegt. Der an den einzelnen Abtastpunkten erfasste logische Zustand des Signals wird gespeichert und zur zeitabhängigen Darstellung des Signals herangezogen. Bei der zustandsbasierten Erfassung werden spezielle Zeitpunkte definiert, bei denen der logische Zustand des Signals gültig und stabil ist. Dies ist die übliche Verfahrensweise bei synchronen und getakteten digitalen Schaltungen.

Mit Logikanalysatoren können sowohl zeitbasierte, asynchrone, als auch zustandsbasierte, synchrone, Daten erfasst werden. Über die digitalen Kanäle eines Mixed-Signal-Oszilloskops werden Signale wie beim Logikanalysator im zeitbasierten Erfassungsmodus erfasst. Das Mixed-Signal-Oszilloskop ist in der Lage, die zeitbasierte Erfassung zu dekodieren und sowohl in einem getakteten Bus als auch einer Ereignistabelle anzuzeigen. Dies entspricht der Anzeige eines Logikanalysators im zeitbasierten Erfassungsmodus.

(ID:24911940)