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

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Das Rauschen reduzieren und eine hohe Signaltreue erreichen

In dieser Klasse werden zehn Modelle ab 16 GHz angeboten. Hier sollen 40 Messanwendungen verfügbar sein: unter anderem Jitter-Messungen, Protokolltriggerung und Analysen aller Art bis hin zu kompletten Konformitätstest-Suiten. Zum Einsatz kommt die proprietäre Indiumphosphid-Technologie (InP) mit einer Grenzfrequenz von 200 GHz.

Mit Hilfe des Hochleistungshalbleiterprozesses soll das Rauschen reduziert und eine hohe Signaltreue erreicht werden. Die Hardware des Oszilloskops kann nativ die vollen 32 GHz erreichen, ohne das Frequenzverschachtelung und DSP-Boosting verwendet wird.

Ist ein Oszilloskop mit hoher Bandbreite immer sinnvoll?

Der WaveMaster von LeCroy bietet eine Bandbreite von 20 GHz und eine Abtastrate von 40 GS/s auf vier Kanälen und 80 GS/s auf zwei Kanälen.

Tektronix und Agilent garantieren auf vier Kanälen 16 GHz. Es sollte hier geprüft werden, ob die volle Bandbreite sinnvoll ist. Für viele Messapplikationen ist eine Hardwarebandbreite von 16 GHz ausreichend. Auch ob sich die Software-Unterstützung abschalten lässt, sollte im Vorfeld geprüft werden. Tektronix garantiert an dieser Stelle, sein DSP deaktivieren zu können.

„Wir verwenden bei allen Modellen hochwertige Eingangsverstärker, die bereits ohne Frequenzgangkorrektur mit DSP einen sehr geradlinigen Frequenzgang aufweisen. Deshalb ist es bei unseren Geräten möglich, die Eingangsverstärker ohne DSP-Korrektur zu verwenden“, beschreibt es Schmidt-Peltzer. Allerdings wird für das 20-GHz-Gerät DSP benötigt, um einen möglichst idealen Frequenz- und Phasengang zu erreichen. Die Anstiegszeit der Oszilloskope soll zwischen 10 und 90% gemessen werden. Den mit 18 ps besten Wert konnte laut Datenblatt Tektronik erreichen. LeCroy garantiert seinen angebenen Wert von 22 ps. Agilent liegt mit 20 ps dazwischen.

Ein tiefer Speicher ist bei High-End-Oszilloskopen für Jittermessungen an langen PRBS23/32-Mustern hilfreich, argumentiert Agilent. Ein weiteres Anwendungsgebiet sind Niederfrequenz-Jittermessungen. Doch das wichtigste Argument für einen tiefen Speicher ist, mehr Daten in einer einzigen Erfassung zu speichern. Ziel ist es, mehr Anomalien auf einmal zu entdecken und zu analysieren.

Oszilloskop muss maximale Speichertiefe auswerten

Hier gilt es zu beachten, dass allein die Speichertiefe nicht aussagefähig ist. Wichtig ist in diesem Zusammenhang die Fähigkeit des Oszilloskops, die maximale Speichertiefe auch auswerten zu können. Mit anderen Worten, kann das Messgerät den Speicherinhalt für Messungen und Analysen auch nutzen. LeCroy sagt hier, dass der Analysespeicher immer dem Erfassungsspeicher entspricht.

Bei den Oszilloskopen von Tektronix ergibt sich bei einer Speichertiefe von 250 Millionen Punkten und einer Abtastrate von 100 GS/s (= 10 ps pro Punkt) eine maximale Aufzeichnungsdauer von 2,5 ms. Soll diese Zeit erhöht werden, kann nur die Abtastrate reduziert werden.

„Oszillsokope mit DSP-Korrektur erlauben dies allgemein nicht, da die Gefahr der Fehlinterpretation des Messsignals besteht. Bei unseren Produkten kann man die Abtastrate mit eingeschaltetem DSP bis zur Nyquistfrequenz reduzieren (Abtastrate > 2x Eingangsbandbreite) oder den DSP abschalten und damit jede beliebige Abtastrate wählen und die Erfassungsspeicher deutlich erhöhen“, hebt Schmidt-Peltzer von Tektronix hervor.

ENOB-Wert ist ein Indikator der Qualität des A/D-Wandlers im Oszilloskop

Es sollen Speichertiefen von 30 MByte ausreichen. Mit dem ENOB-Wert (Effective number of bits) wird die Anzahl der Spannungsstufen angegeben, mit der ein Messsignal noch aufgelöst wird. Das ist für den Messtechniker ein Idikator anhand einer Spezifikation die Qualität des Digitalisierens im Oszilloskop zu bewerten. Im Wert des ENOB sind nicht nur die Fehler des Digitalisierers, sondern auch das Rauschen des Eingangsverstärkers, Abtastfehler, Apertur-Jitter und weitere Fehlerquellen enthalten.

Für Tektronix bestimmt die „Aufzeichnungsdauer die untere Grenze der Jitter-Frequenz, die korrekt gemessen wird. Bei 50 GS/s und 250 MByte wären die etwa 600 Hz.“

LeCroy sagt, dass der ENOB-Wert „nicht nur bei einer Frequenz sondern als Verlauf über einen Frequenzbereich betrachtet werden soll. Für serielle Daten ist ein hoher ENOB-Wert gerade bei Frequenzen bis 10 GHz wichtig, da ca. 98% der spektralen Leistungsdichte bis zum 1,5-fachen der Bitrate existiert.

Messtechniker würden hier weitere Faktoren in Betracht ziehen, die nicht im ENOB abgebildet werden: Eigenjitter, Jitter-Grundrauschen, Signalgüte mit realen Signalen.“