Wenn sich das Oszilloskop von der breiten Masse abhebt

Messdaten mit dem Oszilloskop erfassen Wenn sich das Oszilloskop von der breiten Masse abhebt

13.03.2013Autor / Redakteur: Anna Krone * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Wie kann ein Oszilloskop sich von der breiten Masse abheben? Die Serie DLM4000 von Yokogawa bietet einen tiefen Speicher für lange Signalaufzeichnungen.

Anbieter zum Thema

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

dataTec AG

Keysight Technologies Deutschland GmbH

YOKOGAWA Deutschland GmbH Niederlassung Herrsching Test- und Messtechnik

Deskew-Kit: Mit dem Kit als Referenzquelle kann einfach und präzise die Spannung und der Strom in Phase gebracht werden
(Yokogawa)

Das Angebot auf dem Messtechnikmarkt für Oszilloskope unterschiedlicher Hersteller wächst stetig. Bei diesem Überangebot fällt es schon schwer einen allgemeinen Überblick bekommen um anschließend das passende Gerät für sich auszuwählen. Im Fokus der Auswahl stehen meist die Hauptkriterien wie Bandbreite, Abtastrate, Auflösung und Kanalzahl. Doch diese Eckpunkte erleichtern meist nicht die Entscheidung bzw. reduzieren die Auswahl, denn die breite Masse der Oszilloskope bietet annährend ähnliche Spezifikationen.

Die Messtechnik-Hersteller bieten Oszilloskopte an, die sich in Bezug auf die Hauptkriterien von der breiten Masse abheben und somit ein Alleinstellungsmerkmal besitzen. Dazu gehören Geräte mit Kennwerten wie Bandbreiten bis 80 GHz, einer Auflösung von 12 Bit oder 120 GS/s Abtastrate. Yokogawa bietet ein 8-Kanal-Oszilloskop, das sich ebenfalls aus der breiten Masse heraushebt. Doch nicht nur die Hauptkriterien können ein Oszilloskop besonders machen. Spezielle Geräte-Funktionen und Analyse-Möglichkeiten sind in manchen Fällen einzigartig, die meist nicht sofort aus dem Datenblatt für den Anwender ersichtlich sind.

Ein tiefer Speicher für bis zu acht Messkanäle

Bild 1: Mit einen Tastendruck im Leistungsmessungs-Menü wird automatisch die Korrektur durchgeführt
(Yokogawa)

Die DLM4000-Serie umfasst zwei Modelle mit Bandbreiten von 350 und 500 MHz und einer Abtastrate von 1,25 GS/s, die durch Interleaving bei halber Kanalzahl auf 2,5 GS/s erweiterbar ist. Die Messeingänge lassen sich als acht Analogkanäle oder sieben Analogkanäle plus einen 8 Bit breiten Digital-Port definieren. Optional können 16 weitere Digital-Logikkanäle hinzugefügt werden, so dass in dieser Konfiguration insgesamt sieben Analogkanäle plus einen 24-Bit-Digital-Eingang zur Verfügung stehen. Das Oszilloskop verfügt über einen tiefen Speicher bis zu 62,5 MPunkte pro Kanal und 125 MPunkte im Interleaved-Modus, mit dem sich lange Aufzeichnungen oder mehrere schnelle Signal-Triggerungen hintereinander erfassen lassen.

In der Netzteil-Entwicklung für hocheffiziente und kostengünstige Schaltnetzteile müssen viele Kriterien beachtet werden. Auch Messfehler zu betrachten ist wichtig. Trotz der zunehmenden Analysefähigkeit von vielen Oszilloskopen, die in den letzten Jahren angeboten wurden, müssen Entwickler immer noch Messungen und Leistungs-Analysen manuell ausführen.

Die Basisgenauigkeit eines Oszilloskops liegt bei ca. 1% relativem Messfehler plus die Fehler der notwendigen Spannungs-Tastköpfe und Stromwandler, die bei ca. 2% liegen. Zusätzlich kann ein weiterer Fehler hinzukommen. Aufgrund der elektrodynamischen Wirkungsweise, der zumeist eingesetzten Breitband-Stromzangen, ist die Laufzeit des gemessenen Stromsignals zum DSO-Eingang größer, als die des gleichzeitig gemessenen Spannungssignals. Das Ergebnis ist ein ungewollter Phasenunterschied (Skew) zwischen Spannung und Strom, der insbesondere bei der Berechnung der Leistungsparameter zu erheblichen zusätzlichen Messfehlern führt. Hilfreich ist es daher, wenn das Oszilloskop dafür auf Basis einer Referenzquelle eine Funktion zur automatischen Deskew-Korrektur aufweist.

Automatische Korrektur von Spannung und Strom

Mit dem Deskew-Kit als Referenzquelle lässt sich die Spannung und der Strom in Phase bringen. Das Deskew-Kit erzeugt über ein eingebautes Testsignal für Spannung und Strom, welche genau in Phase liegen. Es ist nur ein Tastendruck im Leistungsmessungs-Menü, damit die Korrektur automatisch durchgeführt wird. Bei der Auswahl der Tastköpfe sollte ein Hochspannungs-Differenztastkopf verwendet werden, da DSOs keine galvanisch getrennten Eingänge haben.

Bild 2: Verrechnung von automatisch gemessenen Parameterwerten, um Scheinleistung, Wirkleistung, Blindleistung und den Leistungsfaktor unterhalb der Kurvenzüge als Wert anzeigen zu lassen
(Yokogawa)

Für die zum Einsatz kommende Stromzange ist eine Bandbreite von mindestens 50 MHz, abhängig von dem verwendeten Schaltelement auch 100 MHz, empfehlenswert. Weiterhin ist es erforderlich, dass die Stromzange eine Möglichkeit zur Entmagetisierung (Degauss) und einen Nullabgleich anbietet, die jeweils vor Messbeginn durchgefürt werden müssen um Messfehler zu vermeiden. Gute DSOs bieten dafür einen automatischen Nullabgleich, sofern die Geräte die Zange identifizieren und ansteuern können. Anschließend kann die Leistungsbetrachtung an Netzteilen zur Effizienzsteigerung vorgenommen werden. Dafür bietet die Leistungsoption des DLM4000 unterschiedliche Funktionen an.

Reduzierung der Schaltverlustleistung durch Switching Loss Messung

Erhöhung der Zuverlässigkeit der Komponenten (SOA-Test)

Prüfung des EMV-Verhaltens (Harmonischen Analyse)

Joulesches Integral

Mehr Analysemöglichkeiten durch Parameter-Berechnung

Das automatische Messen von Parameterwerten, wie Rms-Wert oder Maximum/Minimum einer Messkurve, gehört bei modernen Oszilloskopen zur Standardausführung. Der DLM4000 sowie der DLM2000 mit 2 oder 4 Kanälen, bieten automatische Messparameter, die untereinander verrechnet werden können. Es stehen vier Messwert-Berechnungen für eine feie Formeleingabe und Definition von Einheit und Bezeichnung zur Verfügung. Bei der Option für die benutzerdefinierte Mathematik können zusätzlich automatisch gemessene Parameterwerte mit in den Formelausdruck einfließen.

Gerade wenn an einem zu analysierenden Signal überlagerte hochfrequente Störsignale anliegen, man aber eigentlich das Grundsignal analysieren möchte, sind Filter unerlässlich. Doch oft ist das nicht so einfach. Denn es lassen sich nur die Filter verwenden, die im Oszilloskop angeboten werden. Damit sichergestellt ist, das ein breiter Bereiche für den Filtereinsatz abgedeckt ist, bietet der DLM4000 14 Tiefpassfilter zur Auswahl an, und das für jeden einzelnen Eingangskanal bei jeder Geräteausführung.

Was neben dem Hauptsignal noch wichtig ist

Bild 3: Parallel Messdaten wie FFT, Bus-Decodierung oder Zoom betrachten. Damit lässt sich ein Gesamtüberblick über die Messaufgabe erhalten.
(Yokogawa)

Meist werden neben dem gemessenen Hauptsignal zusätzlich noch weitere Analysen, wie FFT-Betrachtung, Bus-Decodierung oder Zoom, mit einbezogen. Das ist notwendig, um einen Gesamtüberblick über die Messaufgabe zu erhalten. Vorteilhaft ist dazu grundsätzlich ein großer Bildschirm. Was ist, wenn zwei Messaufgaben gleichzeitig am Bildschirm verglichen und analysiert werden sollen? Yokogawa berücksichtigt genau diese Forderung und stellt zu fast jeder Analyse-Funktion zwei unabhängige, aber parallele Analysen bereit.

Decodierung und Analyse von zwei unterschiedlichen seriellen Bussen bei unterschiedlicher Geschwindigkeit mit Anzeige in zwei separaten Fenstern

Zwei FFT-Fenster für die Betrachtung des Leistungsspektrums von unterschiedlichen Eingangssignalen

Eine XY-Betrachtung in zwei Darstellungs-Fenstern

Je zwei Histogramm und Trend-Berechnungen

Auswahl von zwei Zoombereichen mit einstellbarer Kanalbetrachtung

Zusätzlich kann dann die Anzeige der unterschiedlichen Analyse-Funktionen auf dem Bildschirm je nach Anwendung konfiguriert werden.

* Anna Krone ist Applikationsingenieurin bei Yokogawa in Herrsching bei München.

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