Grundlagenwissen Oszilloskope Welche Vorteile es bringt, wenn das Oszilloskop verschiedene Messgeräte vereint

Analoge und digitale Signale müssen nicht nur im Zeitbereich, sondern auch im Frequenzbereich analysiert werden. Rohde & Schwarz vereint verschiedene Messgeräte in seinem Scope, das sich leicht bedienen lässt.

Anbieter zum Thema

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

dataTec AG

ISH Ingenieursozietät GmbH

Rohde & Schwarz GmbH & Co. KG

Drahtlose Schnittstellen halten immer mehr Einzug in unseren Alltag: Für Entwickler von Embedded-Systemen wird neben der Charakterisierung und Fehlersuche an analogen und digitalen Signalen im Zeitbereich auch die Analysemöglichkeit im Frequenzspektrum immer wichtiger. Wichtig wird die Frequenzanalyse an Embedded-Systemen bei der Suche nach Fehlern, die durch elektromagnetische Störer verursacht werden.

Ergänzendes zum Thema

Interview mit Markus Freidhof: „Multitalent Oszilloskop: Das Gerät für die Entwicklung von Embedded-Systemen“

Auf ein Wort: Dr. Markus Freidhof, Leiter Labor Entwicklung Oszilloskope bei Rohde & Schwarz. Im R&S RTM werden immer mehr Funktionen integriert, um mit dem Multitalent-Oszilloskop eingebettete Systeme entwickeln zu können. Dabei legt der Mess-Spezialist Wert auf Genauigkeit, Geschwindigkeit und Bedienbarkeit.

Immer mehr Funktionen werden in ein Messgerät integriert. Woher kommt dieser Trend?

Bench-Oszilloskope wie das R&S RTM stehen bei jedem Entwickler auf dem Tisch, also genau dort, wo er sie ständig nutzt. Spektrumanalysatoren und Protokollanalysatoren hingegen werden üblicherweise von verschiedenen Entwicklern geteilt. Folglich ist der Wunsch, die grundlegendsten Funktionen in einem Gerät zu vereinigen seit längerem da. Gezielte Innovationen und der allgemeine technologische Fortschritt hat dies in der Bench-Oszilloskope-Klasse möglich gemacht.

Welche neuen Modelle gibt es bei der R&S RTM-Familie und wer ist die Zielgruppe?

Das R&S RTM deckt die Spanne von 200 MHz bis zu 1 GHz ab – also genau den Bereich, der in der alltäglichen Elektronikentwicklung wichtig ist. Die History und segmentierter Speicher Option schaltet 460 Msample Speicher frei und verwandelt das Gerät zusammen mit den seriellen Bus-Trigger- und Dekodieroptionen in einen Protokollanalysator auch für lange Sequenzen. Hinzu kommt eine Digital-Voltmeter-Funktion und eine Spektrumanalyse und Spektrogramm-Option mit FFT.

Was ist die Herausforderung bei der Umsetzung einer leistungsfähigen FFT in einem Oszilloskop?

Drei Punkte sind wichtig: Genauigkeit, Geschwindigkeit und Bedienbarkeit. Genauigkeit erreichen die Oszilloskope durch die Auswahl von Frontend-Komponenten mit niedrigem Rauschen und hoher Linearität, kombiniert mit hoher zeitlicher Auflösung, die sogenannte Abtastrate. Geschwindigkeit adressieren wir mit der Konzentration der Rechenressourcen auf den relevanten Abschnitt des Spektrums. Das beschleunigt die Spektrumanalyse enorm und erlaubt so erstmals sinnvolle Analysen, die über das statische Darstellen einzelner Frequenzen hinausgehen. Bedienung ist mindestens genauso wichtig wie die Technik. Das beinhaltet selbstverständlich die direkte Einstellung von Mittenfrequenz, Frequenzspanne und Auflösungsbandbreite, und zwar unabhängig vom Zeitsignal. Damit wird Spektrumanalyse auch für Oszilloskopbenutzer leicht bedienbar.

Welche weiteren Funktionen der R&S RTM-Familie erleichtern den Messalltag?

Das Geräte benötigt nur wenige Sekunden zum Booten und verfügt über flache Menüs sowie dedizierten Hardkeys für wichtige Funktionen. Spezielle Tools, wie QuickMeas liefern auf Tastendruck die neun häufigsten Messungen. Wichtig ist die Autoset-Funktion, die nicht nur den Zeitbereich einstellt, sondern die Spektrumsanalyse. Besonders praktisch finde ich persönlich auch die aus dem PC-Umfeld bekannte Undo/Redo-Funktionalität.

Ausgelöst werden die EMI durch verschiedene Komponenten wie schnelle digitale Schnittstellen oder geregelte Spannungsversorgungen, kurz SMPS (Switched Mode Power Supply). Für die Entwicklung wäre ein Oszilloskop, Spektrumanalysator, Logikanalysator, Protokollanalysator und Multimeter notwendig. Allerdings lassen sich die Geräte in einem Universalgerät zusammenfassen. Dank einer einheitlichen Benutzeroberfläche ist die Bedienung einfacher.

Das Messgerät auf dem Weg zum Multitalent

Die beschriebenen Anforderungen spiegeln sich im Integrationstrend der Messtechnik wider. Begonnen hat die Entwicklung Mitte der 1980er Jahre mit dem Digitaloszilloskop. Die stetig steigende Rechenleistung und die Implementation moderner ASICs und FPGAs ermöglichten es, komplexere Analysen durchzuführen. Kombiniert mit den Mitte der 2000er Jahre eingeführten Logikprobes für digitale Signale bieten Oszilloskope die Möglichkeit, neben analogen auch digitale Signale zu messen.

Ein nächster Schritt war die Integration von Protokolldekodierung und -triggerung serieller Protokolle zeitkorreliert zu den Zeitbereichssignalen. Speichertiefen jenseits von 100 Msample ersetzen in vielen Messaufgaben einen Protokollanalysator. Im Jahr 2010 hat Rohde & Schwarz mit dem R&S RTO die Spektrumanalysefunktion in High-Performance-Oszilloskopen eingeführt. Dabei unterstützte die Hardware die Fast Fourier Transformationen (FFT). Dank steigender FPGA-Rechenleistung ist diese Funktionalität in ersten Modellen der Bench-Ozilloskop-Klasse R&S RTM2000 verfügbar. Abgerundet wird das Funktionspaket mit integrierten Digitalvoltmeterfunktionen – entweder im Tastkopf oder im Grundgerät.

Worauf es bei integrierten Funktionen ankommt

Wichtig bei integrierten Geräten ist, dass die einzelnen Funktionen parallel nutzbar und möglichst unabhängig einstellbar sind. Denn nur durch die parallele und zeitlich korrelierte Analyse, lassen sich Wechselwirkungen erkennen und beheben. Die Funktionen lassen sich unabhängig voneinander einstellen und betreiben. Dadurch herrscht Flexibilität und es müssen keine Kompromisse in der Testabdeckung eingegangen werden.

Wenn für eine Protokollanalyse eine sehr lange Aufzeichnungsdauer benötigt wird, sollte gleichzeitig eine detaillierte Analyse hochfrequenter Signalanteile im Spektrum möglich sein. Während Logik- und Protokollanalysen bereits in den unteren Preisklassen erhältlich sind, bieten nur wenige Geräte eine echte Spektrumanalysefunktion. Einblicke in das Frequenzspektrum sind in der Regel nur über die starre und meist sehr langsame FFT möglich. Sie berechnet das Spektrum über die gesamte aufgezeichnete Messkurve. Da die daraus resultierende Frequenzauflösung und -spanne selten zur Problemstellung passt, muss anschließend der relevante Teil herausgezoomt werden.

(ID:43102162)