Oszilloskop-Prüfstand Spitze beim Messen - Drei 20-GHz-Oszilloskope im Vergleich

Bandbreite, Erfassungsspeicher, ENOB oder viele Trigger: Worauf kommt es bei einem Oszilloskop an? Unser Vergleich von drei Geräten in der Klasse von 20 GHz gibt einen Überblick.

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Der Oszilloskop-Markt ist einer der hart umkämpftesten. Schließlich finden die Messgeräte in vielen Bereichen der Elektronikfertigung ihren Einsatz. Und ähnlich wie in der Automobilbranche mit Motorleistungen, übertrumpfen sich die Messgerätehersteller mit ihren Leistungsdaten. Im High-End-Bereich ist zur Zeit LeCroy führend. Sein Flagschiff ist der Wave-Master 8 Zi-A mit einer maximalen Hardware-Bandbreite von 45 GHz bei einer Abtastrate von 120 GS/s.

Alle Hochleistungsoszilloskope mit einer Bandbreite von über 4 GHz werden für die unterschiedlichsten seriellen Hochgeschwindigkeits-, WB-Radar- und schnellen optischen Kommunikationssystemen, in eingebetteten High-End-Systemen sowie in Anwendungen der Hochenergiephysik eingesetzt.

Für unseren Prüfstand haben wir uns drei Geräte aus der 20-GHz-Klasse ausgewählt. Die Bandbreite wird gern als aussagefähiges Kriterium hergenommen. Anhand dieser Klassenaussage lässt sich bereits eine mögliche Vorauswahl treffen.

Bandbreite des Oszilloskops: Viel hilft viel?

Die Messgerätehersteller geben entweder die echte Hardwarebandbreite an, wie beispielsweise LeCroy und Agilent. Beide bieten auf zwei Kanälen 20 GHz an. Tektronix erreicht die 20 GHz mit seinem Referenzmodell DPO72004C mit dem so genannten DSP-Boosting. Hier hilft die Software, die Bandbreite „aufzublasen“. Der Nachteil ist allerdings, dass Rauschen und Störspannungen mit verstärkt werden.

Trotz der gleichen Bandbreite ist es möglich, dass Oszilloskope unterschiedliche Anstiegszeiten aufweisen. Die Bandbreite in den Datenblättern wird bei –3 dB ermittelt. „Es wird hier keine Aussage getroffen, wie linear der Frequenzgang oder der Phasengang sind. Unterschiedliche Verstärker bzw. Filtereigenschaften bewirken, dass der Frequenzgang zu hohen Frequenzen mehr oder weniger steil abfällt und eventuell recht große Pegelschwankungen im Nutzband des Verstärkers auftreten“, kommentiert Bernhard Schmidt-Peltzer von Tektronix die Bedeutung der Bandbreite.

Für die Anwendung ist allerdings entscheidend, welcher Fehler bei der Messung einer Anstiegszeit entsteht oder im Beispiel eines Datensignals, wie groß die Öffnung des Augendiagramms ist. „Deshalb ist für ein Messgerät im Zeitbereich – und Oszilloskope messen im Zeitbereich – die Spezifikation der Anstiegszeit wichtiger und für den Anwender auch leichter nachvollziehbar.“

Rauschen im Oszilloskop: DSP-Bandbreite lässt sich einstellen

Für Tektronix kommt noch ein weiterer Aspekt hinzu, der das Rauschen beeinflusst: „Die Steilheit des Abfalls oberhalb der Bandgrenze beeinflusst das Rauschen. Hier gilt ein Optimum zwischen linearem Frequenzgang, moderatem Abfall, linearem Pulsverhalten und dem Rauschen zu finden. Unsere Geräte erlauben zudem, durch Einstellung der DSP-Bandbreite im Vertikalmenü, die für die jeweilige Anwendung sinnvolle Bandbreite einzuschränken und damit das Rauschen erheblich zu reduzieren“, schließt Schmidt-Peltzer ab.

In den digitalen Oszilloskopen der 8 Zi-A-Serie von LeCroy sind Filterfunktionen implementiert, welche die Bandbreite begrenzen, wenn die maximale Bandbreite nicht benötigt wird. Dadurch soll sich das Rauschen im Signal reduzieren. Spezielle Noisefilter erhöhen bei reduzierter Bandbreite die Anzahl der Bits. Das können laut LeCroy bis zu drei zusätzliche Bits sein.

Serielle Busse benötigen eine hohe Bandbreite des Oszilloskops

Auch für Agilent ist die Bandbreite nicht uninteressant. Speziell für serielle Busse ist es wichtig, genügend Bandbreite zur Verfügung zu haben. Bei zu geringer Bandbreite erscheinen die Anstiegszeiten langsamer, als sie real sind. Das führt zu erhöhten Jitter- und Rauschwerten.

Bei zuviel Bandbreite ist es das Oszilloskop selbst, was unnötig mehr Rauschen addiert. Agilent empfiehlt seinen Kunden, das Spektrum des Signals heranzuziehen, um den besten Wert zu bestimmen. Signalbestandteile, die im Spektrum mehr als 45 dB „unten“ liegen, befinden sich im Rauschteppich und sind daher nicht sinnvoll für eine Berücksichtigung.

Signalbestandteile oberhalb des Wertes tragen sehr wohl zu der Signalform bei. Die High-End-Messgeräte von Agilent erlauben eine manuelle Reduktion der Bandbreite. In der Geräteserie Infiniium 90000X garantiert Agilent nach eigenen Angaben eine Bandbreite bis 32 GHz ohne DSP oder Bandbreiten-Interleaving.

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