gesponsertEmbedded-Elektronik Vertikale Auflösung von 12 Bit ist Standard in der Messtechnik

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Siglent Technologies Germany GmbH

Eine Bandbreite von bis zu 4 GHz und künftig optional bis zu 6 GHz, eine analoge Auflösung von 12 Bit und ein x86 Prozessor. Mit dem SDS7000A bietet Siglent ein komplettes Messgerät an.

Noch nie war das Tempo der technischen Entwicklung und ihrer Auswirkungen auf alle Lebensbereiche so hoch wie heute. In rascher Folge erreichen uns neue Informationen über Anwendungen, die nun mit verbesserten Technologien realisiert werden können. Ein Beispiel für diese Beschleunigung ist die Automobiltechnik. Über viele Jahrzehnte wurde das Automobil kontinuierlich, aber in überschaubarem Tempo weiterentwickelt. In den 1990er Jahren kam es zu einer ersten Beschleunigung und einer deutlichen Zunahme von Elektronik wie ABS, ASR oder ESP.

Aus dem eingebauten Autoradio und dem mobilen Navigationsgerät an der Windschutzscheibe wurden leistungsfähige Infotainmentsysteme. Immer mehr Assistenzsysteme und weiterentwickelte Sicherheitstechnologien hielten Einzug in die Fahrzeuge. Mit dem Übergang zum reinen Elektroantrieb nahm der Anteil von Elektrik und Elektronik weiter zu. Zukünftig autonom fahrende Fahrzeuge benötigen deutlich mehr Rechenleistung, um alle Daten und Informationen aus der Umgebung (Kameras, andere Verkehrsteilnehmer oder Verkehrszeichen) in Echtzeit verarbeiten zu können. Das Fahrzeug der Zukunft wird damit immer mehr zum Hochleistungsrechner am Fahrzeugrand.

Mehr Bandbreite und höhere Auflösung des A/D-Wandlers

Doch ohne die kontinuierliche Weiterentwicklung in Schlüsselbranchen wie der Halbleiterindustrie wäre das alles nicht möglich. Um den Weg von der Technologie zur Anwendung und zum Produkt gehen zu können, sind regelmäßig verschiedenste Messgeräte im Einsatz. Um den Anforderungen der anspruchsvollen Anwendungen gerecht zu werden, muss sich die Messtechnik ständig weiterentwickeln.

Speziell bei den Oszilloskopen sind in den letzten Jahren verschiedene Trends zu beobachten. Steigende Datenmengen treiben die Entwicklung schnellerer Übertragungssysteme voran. Sollen schnelle Signale mit steileren Flanken genau gemessen werden, sind Geräte mit höherer Bandbreite erforderlich. Die rasant wachsende Bedeutung und Weiterentwicklung der Leistungselektronik bringt weitere Anforderungen an die Messtechnik mit sich.

Neue, effizientere Halbleiter wie SiC und GaN erlauben höhere Schaltfrequenzen mit steileren Flanken und auch höhere Spannungen. Daraus ergibt sich die Forderung nach höheren Bandbreiten. Doch damit nicht genug: Sollen kleine Signale in der Umgebung großer Signale gemessen werden, reicht die Standardauflösung von 8 Bit typischer Analog-Digital-Wandler nicht mehr aus. Ein Beispiel ist die Messung von Welligkeiten von weniger als einem Volt auf einem Plateau von 200 V einer geschalteten Spannung.

Die gestiegenen Anforderungen und die verbesserte Verfügbarkeit entsprechender A/D-Wandler haben dazu geführt, dass in den letzten Jahren sehr viele Oszilloskope mit einer analogen Auflösung von 12 Bit auf den Markt gekommen sind. Auch Siglent hat bereits vor etwa 18 Monaten sein erstes HD-Gerät mit einer Bandbreite von 350 MHz vorgestellt.

Mehr Auflösung als 12 Bit mit Einschränkungen

Eine große Bandbreite für die digitale Signalanalyse und eine hohe vertikale Auflösung für die detaillierte Erfassung kleiner Signale mit einem Gerät abdecken zu können, hat Siglent Mitte November 2023 die Oszilloskop-Serie SDS7000A auf den Markt gebracht. Die Geräte bieten vier Kanäle und sind derzeit mit Bandbreiten von 3 und 4 GHz verfügbar. Eine Erweiterung auf 6 GHz ist in Vorbereitung. Um eine hohe Signalintegrität zu gewährleisten, werden A/D-Wandler mit 12 Bit und einer maximalen Abtastrate von 20 GSa/s eingesetzt. Das rauscharme Front­end ermöglicht ein Grundrauschen von 220 μV_rms bei voller Bandbreite von 4 GHz.

Wird weniger Bandbreite benötigt, kann die Bandbreite per Knopfdruck begrenzt und damit das Rauschen bis in den zweistelligen Mikrovolt-Bereich reduziert werden. Benötigt man eine vertikale Auflösung von mehr als 12 Bit und hat keine allzu hohen Anforderungen an die Bandbreite, kann das Gerät mit dem Enhanced Resolution Mode (ERES) 16 Bit erreichen. ERES ist eine mathematisch basierte Möglichkeit, die mit 12 Bit erfassten Daten weiter zu verfeinern. Gerade bei der Analyse kleinster Signale spielt das durchdachte Design des Gerätes seine Stärken aus.

Im Oszilloskop arbeitet ein x86-Prozessor

Die Anschaffung eines Oszilloskops dieser Klasse erfolgt in der Regel nicht nur, um höhere Frequenzen erfassen zu können oder eine detailgenaue Erfassung mit 12 Bit zu erhalten. Vielmehr wird erwartet, dass das Gerät anspruchsvolle Messungen und Analysen durchführen kann. Je flexibler das Gerät eingesetzt werden kann, desto schneller amortisiert sich die Investition. Der x86-Prozessor als Herzstück der neuen Plattform ermöglicht die Implementierung leistungsfähiger Analysewerkzeuge. Viele nützliche Funktionen stehen bereits bei der Einführung zur Verfügung. Damit wächst die Zahl der möglichen Anwendungsgebiete. Da die Architektur noch viel Spielraum für Erweiterungen der Analysefunktionen bietet, werden in Zukunft weitere Optionen hinzukommen. Das erhöht die Sicherheit der Investition.

Neben den Standardfunktionen wie Busdekodierung, intelligente und flexible Trigger (Zonentrigger), Formeleditor, Histogramm- und Maskentest und Speichersegmentierung stehen optionale Erweiterungen wie 16 zusätzliche digitale Kanäle, ein Signalgenerator (50 MHz) zur Verfügung. Der Generator kann zum Beispiel Bode-Plots erstellen. Zusammen mit der optionalen Leistungsanalyse und entsprechendem Zubehör wie Stromzangen oder differentiellen Hochspannungstastköpfen ist das SDS7000A für den Einsatz in der Leistungselektronik gerüstet.

Kommunikationssignale mit dem Oszilloskop charakterisieren

Im Mittelpunkt der Signalintegritätsanalyse von Hochgeschwindigkeitssystemen und der Charakterisierung von Hochgeschwindigkeitskommunikationssignalen steht die Erstellung und Analyse von Augendiagrammen. Die Bewertung der Systemqualität erfolgt durch Beobachtung des Einflusses von Intersymbolübersprechen, Rauschen und Bandbreite. Die Jitter-Analyse dient der Charakterisierung der statistischen Verteilung kleiner zeitlicher Änderungen in einem System und wird ebenfalls häufig zur Fehlersuche in digitalen Kommunikationssystemen sowie bei der Übertragung von Hochgeschwindigkeitssignalen eingesetzt.

Die Serie SDS7000A misst automatisch wichtige Parameter zur Charakterisierung von Jitter und Augendiagrammen. Einfache Konfiguration und automatisierte Messungen beschleunigen den Debugging-Prozess und vereinfachen die Testphase während der Entwicklung.

Testsysteme für Konformitätstests

Mit dem SDS7000A bietet Siglent erstmals auch Testsysteme für Konformitätstests an. Bisher werden die Standards USB 2.0, Ethernet (100base-TX, 1000base-T) und Automotive Ethernet (100base-T1, 1000base-T1) unterstützt. Der Anwender kann die Tests flexibel auswählen und automatisiert ausführen. Ein Highlight ist die aktive USB2.0 Testbuchse, die mit einem Mikrocontroller ausgestattet ist.

Im Gegensatz zu den üblichen passiven Teststeckern wird hier kein zusätzlicher Rechner benötigt, um das USB-DUT in den Testmodus zu versetzen. Dadurch kann die Oszilloskop-Software auch die Testbuchse steuern und der Testablauf wird maximal vereinfacht. Nach den durchgeführten Tests werden die Testergebnisse ebenfalls automatisch ausgewertet, dargestellt und in einem Report gespeichert. Die Bandbreite der möglichen Einsatzgebiete reicht von der Embedded-Elektronik und Automotive über die Leistungselektronik bis hin zur Funktechnik bis 2,4 GHz.

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