Wie Sie Ihrem Digital-Oszilloskop vertrauen können

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Die Gausssche Rauschverteilung erfassen

Mit anderen Worten: Mit einer größeren Signalaktualisierungsrate ist die Wahrscheinlichkeit höher, die Extreme der Gaussschen Rauschverteilung in einem bestimmten Zeitintervall zu erfassen. Für diesen Beitrag kam das Oszilloskop MSO X-3104T von Keysight zum Einsatz, das mit einem passiven 10:1-Tastkopf ein Taktsignal von 3,5 MHz abgreift. Die Horizontalablenkung ist auf 20 ns/div eingestellt, damit man die Details der Taktflanke sehen kann.

Das Oszilloskop verfügt über eine Triggereinstellung „holdoff“, mit der eine Triggertotzeit vorgeben werden kann. Bei den Oszilloskopen der X-Serie von Keysight findet sich diese Einstellung im Menü „Mode/Coupling“. Bei anderen Oszilloskopen sollte sich die Funktion bei den Triggereinstellungen finden. Im Zweifel hilft das Handbuch. Mit einer absichtlich erhöhten Triggertotzeit simulieren wir eine niedrigere Signalaktualisierungsrate.

Zuerst wird die Bildschirmhelligkeit auf 100 Prozent eingestellt, um die Spitze-Spitze-Amplitude des Rauschens stärker hervortreten zu lassen. Die Triggertotzeit beträgt standardmäßig 40 ns. Das ist der kleinstmögliche Wert. Man erzielt damit eine Signalaktualisierungsrate von grob einer Million Erfassungen pro Sekunde. Die Messkurve wird mit dieser Einstellung ziemlich dick dargestellt. Nun gehen wir in das andere Extrem.

Viele aktuelle Oszilloskope, die nicht auf Messgeschwindigkeit optimiert sind, kommen auf eine Signalaktualisierungsrate von lediglich 1000 Kurven pro Sekunde. Wir stellen daher die Triggertotzeit auf 10 ms und simulieren so eine Signalaktualisierungsrate von 100 Kurven/Sekunde. Das gleiche Signal sieht auf dem Bildschirm völlig anders aus. Grund: Das Oszilloskop triggert tausendmal langsamer und im Vergleich zur maximalen Kurvenwiederholfrequenz bekommt man nur ein Tausendstel der Information zu sehen.

Mit einer hohen Signalaktualisierungsrate bekommt man also eine höhere Wahrscheinlichkeit, in einem gegebenen Zeitintervall seltene und extreme Rauschereignisse zu erfassen, was den unzutreffenden Eindruck eines erhöhten Rauschens erweckt. Wohlgemerkt: Rauschen ist von stochastischer Natur, daher muss man seine effektive Amplitude messen. Spitze-Spitze-Messungen ergeben keinen zutreffen¬den Eindruck vom Rauschpegel in einem System.

Das Mess-Signal geschickt vom Testobjekt abgreifen

Greift man ein Mess-Signal in einem Testobjekt ab, sind Tastkopf und Oszilloskop elektrisch mit dem Testobjekt verbunden und müssen daher als Teil des Testsystems angesehen werden. Ein ideales Messsystem beeinflusst das Testobjekt nicht. Leider gibt es solch ein System nicht. Bei niedrigen Frequenzen verwendet man Tastköpfe mit hoher Eingangsimpedanz, weil ein hochimpedanter Tastkopf das Testobjekt nur wenig belastet.

Dennoch kann das Signal zwischen Messpunkt und Oszilloskop verzerrt oder beeinträchtigt werden. Ein passiver 10:1-Tastkopf schwächt das Messsignal mit einem Widerstandsteiler um den Faktor 10 und leitet es an die Eingangsbuchse weiter. Das Eigenrauschen wird aber nicht geschwächt. Eine lange Masseverbindung erhöht zudem die Induktivität des Tastkopfs, was auf dem Bildschirm für unerwünschtes Überschwingen sorgt.

Eine längere Masseverbindung verursacht Klingeln bei niedrigerer Frequenz. Eine kurze Masseverbindung sorgt dafür, dass der Effekt aus dem interessierenden Frequenzbereich hinaus hin zu höheren Frequenzen verschoben wird.

* Mike Hoffmann arbeitet als Applikationsingenieur und Andreas Siegert arbeitet als Vertriebsspezialist bei Keysight Technologies.

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