Oszilloskop: Wie sich störende Artefakte auf der Messleitung vermeiden lassen

30.09.2020Autor / Redakteur: Eric Bogatin * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Kurze Anstiegszeiten von weniger als 20 ns zusammen mit einem Koaxialkabel verursachen störende Reflexionen auf der Messleitung. Abhilfe verspricht der 50-Ohm-Eingang des Oszilloskops.

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Keine störenden Artefakte auf der Messleitung: Was ein Messtechnik bei der Arbeit mit eniem Oszilloskop beachten muss.
(Bild: Teledyne LeCroy)

Es ist kein großes Problem, mit einem Oszilloskop eine Messung durchzuführen und auf dem Display des Scopes einen Spannungsverlauf zu sehen. Schwieriger ist es ohne störende Artefakte zu messen und dabei alle notwendigen Details zu interpretieren.

Denn immer dann, wenn ein Signal mit einer Anstiegszeit von weniger als 20 ns gemessen wird und dabei ein Koaxialkabel mit einer Länge von einem Meter zum Einsatz kommt, dann kommen störende Effekte bei der Signalübertragung (Transmission Line Effects) zum Tragen.

In der HF-Technik, also wenn man den Frequenzbereich betrachtet, sind diese störenden Einflüsse genau beschrieben. Doch das Wissen hilft nicht, da es schnell zur Verwechslung mit den digitalen Eingängen führen kann. Denn ist der Widerstand der Quelle des zu testenden Gerätes (DUT) viel kleiner als 50 Ohm, dann misst das Oszilloskop schon nicht mehr korrekt (Bild unten).

Störende Reflexionen vermeiden

Die Ursache für die Störung, die das Oszilloskop misst, ist bei der Reflexion zwischen dem Koaxialkabel und seinen 50 Ohm und dem Eingang mit einem Megaohm des Oszilloskops sowie der niedrigen Impedanz des DUT zu suchen. Jedes mal, wenn das Signal an die Schnittstelle zwischen dem 50-Ohm-Koaxialkabel und der niedrigen Impedanz des DUT trifft, ändert sich das Vorzeichen der reflektierten Spannung. Das verursacht bei dem Messsignal ein Auf und Ab, was das Oszilloskop schließlich misst.

Damit dieses Problem erst gar nicht auftritt, sollte der Messtechniker den 50-Ohm-Eingang des Oszilloskops verwenden. Denn über diesen Eingang werden die störenden Reflexionen vermieden, die vom DUT über das Koaxialkabel mit 50 Ohm übertragen werden.

Die Quellspannung sollte kleiner 5 V_eff betragen

Doch noch ein wichtiger Hinweis: Bevor man eine 50-Ohm-Terminierung im Oszilloskop verwendet, sollte man unbedingt sicherstellen, dass die Quellenspannung kleiner als 5 V_eff beträgt. Die maximale Verlustleistung des 50-Ohm-Widerstands im Oszilloskop beträgt 0,5 W. Wird die Leistungsaufnahme überschritten, erhitzt sich der Widerstand und wird möglicherweise beschädigt.

Bild 1: Störende Artefakte: Sie lassen sich auf dem Messkabel vermeiden, wenn das DUT an den 50-Ohm-Eingang des Oszilloskops angeschlossen wird.
(Bild: Teledyne LeCroy)

Deshalb sollte man unbedingt sicherstellen, dass die durchschnittliche Leistung in das Oszilloskop weniger als 0,5 W beträgt, bevor der Anschluss mit 50 Ohm verwendet wird. Es ist darauf zu achten, dass die Anstiegszeit des Signals weniger als 20 ns beträgt und kein Tastkopf mit einer Dämpfung von 10X verwendet wird.

Mit diesen Voraussetzungen lässt sich der 50-Ohm-Eingang des Oszilloskops problemlos verwenden, ohne das störende Artefakte auf dem Messsignal auftreten.

Dieser Beitrag ist im Sonderheft Messtechnik, Sensorik und Test II der ELEKTRONIKPRAXIS (Download PDF) erschienen.

* Dr. Eric Bogatin ist Experte für Signalintegrität bei Teledyne.

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