R&S®Essentials | Grundlagen von digitalen Oszilloskopen und Tastköpfen

Kaufberatung für Oszilloskope

Leitfaden zur Auswahl eines Oszilloskops

Oszilloskope sind einfach zu bedienende Geräte mit vielfältigen Spezifikationen, Optionen und Funktionen. Sie zeigen Messkurven an, die zur Charakterisierung von Signalen und zur Behebung von Schaltungsproblemen genutzt werden können. Ihre Flexibilität erlaubt es Ihnen, vielfältige Messungen in unterschiedlichen Anwendungsbereichen durchzuführen. Das richtige Oszilloskop kann jedoch nur auswählen, wer auch wirklich versteht, worum es bei den verschiedenen Spezifikationen geht.

Was ist ein Oszilloskop?

Ein Oszilloskop ist ein Gerät, das Signalformen als Spannung über der Zeit darstellt. Es erfasst die Änderung eines Signals in Echtzeit. Oszilloskope verfügen in der Regel über einen Bildschirm zur Anzeige von Signalformen und Messungen, verschiedene Bedienelemente für Einstellungen wie Volt pro Teilstrich sowie Eingangsanschlüsse für Kabel oder Sonden.

Bandbreite

Was versteht man unter Bandbreite?

Die Bandbreite bezeichnet den Frequenzbereich, innerhalb dessen ein Oszilloskop Signale messen kann. Oszilloskope gehören zu den wenigen Breitbandgeräten, die den gesamten Bereich von DC (0 Hz) bis zur angegebenen Bandbreite abdecken. Diese Spezifikation ist beim Kauf eines Oszilloskops die wichtigste, denn genaue Messungen sind nur mit einer adäquaten Bandbreite möglich.

Definition der Bandbreite eines Oszilloskops
Definition der Bandbreite eines Oszilloskops

Der Frequenzgang des Frontend-Verstärkers eines Oszilloskops ähnelt einem Tiefpassfilter. Das bedeutet, dass die Frequenzanteile von Gleichstrom bis zu dem Punkt, an dem die Dämpfung 3 Dezibel (dB) erreicht, im Wesentlichen übertragen werden. Dieser −3-dB-Punkt wird bei einem Oszilloskop zur Definition der Bandbreite verwendet – es ist die Frequenz, bei der die Spannung um etwa 30 % abfällt.

Welche Bandbreite wird benötigt?

Bei der Auswahl eines Oszilloskops für eine bestimmte Anwendung ist die Ermittlung der benötigten Bandbreite nicht unbedingt ganz einfach. Wenn Sie nur Sinuswellen betrachten möchten, müssen Sie zwar lediglich darauf achten, dass die Bandbreite etwas höher ist als die maximale Trägerfrequenz, sodass auch die 3-dB-Dämpfung berücksichtigt ist. Wenn Sie etwa eine Sinuswelle von 100 MHz messen wollen, kommt ein Oszilloskop mit einer Bandbreite von 150 MHz oder mehr in Frage.

Geschätzter Bandbreitenbedarf für Sinuswellen
Geschätzter Bandbreitenbedarf für Sinuswellen

Sollte Ihre Signalform jedoch komplexer sein, wie etwa bei einem digitalen Signal, gestaltet sich die Angelegenheit schon schwieriger. Eine Faustregel für digitale oder andere komplexe Signale lautet, dass die Bandbreite 3-5 mal größer sein sollte als die Frequenz des schnellsten Takt- oder Datensignals. Wenn Sie zum Beispiel einen Speicherbus mit einer Datenrate von 133 MHz messen wollen, sollten Sie eine Bandbreite von mindestens 400 MHz wählen. Bei dieser Faustregel wird jedoch ein Zusammenhang zwischen der Anstiegszeit eines digitalen Signals und der Datenrate unterstellt.

Schätzung des Bandbreitenbedarfs auf 0,35 geteilt durch Anstiegszeit
Schätzung des Bandbreitenbedarfs auf 0,35 geteilt durch Anstiegszeit

Die steigenden und fallenden Flanken digitaler Signale bestehen nicht nur aus der Grundfrequenz. Die Formel 0,35 geteilt durch die Anstiegszeit bietet eine erste Schätzung der Bandbreite im Signal. Betrachten Sie zum Beispiel das vorherige Beispiel eines Busses. Unter der Annahme, dass das Signal eine Anstiegszeit von 600 Pikosekunden aufweist, resultiert aus der genannten Gleichung, dass es Frequenzanteile bis 583 Megahertz beinhaltet! (Dieser Wert liegt innerhalb des 3- bis 5-Fachen der Datenrate entsprechend der Faustregel.)

Weitere Aspekte der Bandbreite

Die meisten Oszilloskope bieten Optionen zur Erweiterung der Bandbreite. Die Aufrüstung ist natürlich nur bis zu einer bestimmten Obergrenze möglich. Wenn sich Ihre Bandbreite jedoch als zu niedrig erweist, können Sie sich nach solchen Optionen erkundigen.

Eine zu große Bandbreite kann die Messung beeinträchtigen. Dies liegt daran, dass eine höhere Bandbreite bei Messungen üblicherweise auch mit einem verstärktem Breitbandrauschen verbunden ist. Glücklicherweise bieten viele Oszilloskope Filter zur Reduzierung der Bandbreite des Frontends. Beispielsweise verfügen alle Rohde & Schwarz Oszilloskope über einen 20-MHz-Filter für Stromversorgungsmessungen. Darüber hinaus besitzen Modelle wie das R&S®MXO 4und R&S®RTO 6einen „HD-Modus“, der Bandbreite für eine höhere ADC-Auflösung opfert, um bei Messungen mit geringerer Bandbreite die Genauigkeit zu steigern.

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Abtastrate

Was versteht man unter der Abtastrate?

Der Analog-Digital-Wandler (ADC) in einem Oszilloskop digitalisiert das analoge Signal. Die Digitalisierungsrate wird als „Abtastrate“ bezeichnet. Die Hersteller geben diese Abtastrate in Sample pro Sekunde an. Zum Beispiel erreicht das R&S®RTC1000 Oszilloskopmit einer Bandbreite von 300 MHz eine Abtastrate von 2 Gigasample. Diese Abtastrate kann abgekürzt auch als 2 Gsample/s, 2 GSa/s oder 2 GSp/s geschrieben werden.

Welche Abtastrate wird benötigt?

Die Abtastrate eines Oszilloskops sollte mindestens das 2,5-Fache der Bandbreite betragen. Wenn das Oszilloskop beispielsweise über eine Bandbreite von 1,5 GHz verfügt, sollte die Abtastrate über 3,75 Gigasample pro Sekunde liegen. Im Allgemeinen erfüllen die meisten digitalen Oszilloskope diese Mindestanforderung. Es ist jedoch zu beachten, dass einige Oszilloskope Kanal-Interleaving einsetzen, um die maximale Abtastrate zu erreichen.

So misst das R&S®RTC1000 300-MHz-Oszilloskop mit 2 Gsample/s auf einem einzigen Kanal. Sind jedoch beide Kanäle aktiviert, fällt die Rate auf 1 Gsample/s. Grund zur Sorge besteht aber nicht – das R&S®RTC1000 übertrifft auch bei dieser reduzierten Abtastrate noch das 2,5-Fache der analogen Bandbreite.

Grundsätzlich ist eine höhere Abtastrate besser.

Weitere Aspekte der Abtastrate

Oszilloskope verfügen normalerweise über verschiedene Erfassungsmodi, z. B. „Peak Detect“ oder „High-Resolution“. Diese Modi ermöglichen es dem ADC, weiterhin mit maximaler Abtastrate zu arbeiten, reduzieren jedoch die Anzahl der im Speicher abgelegten Datenpunkte. So lassen sich höhere Abtastraten für Anwendungen mit relativ langsamen Signalen nutzen.

ADC-Bits

Was versteht man unter ADC-Bits?

Der Analog-/Digitalwandler eines Oszilloskops gibt binäre Werte aus. Wie bei jedem ADC bestimmt sich die Auflösung aus der Anzahl der Bits, die diese Binärwerte bilden. Ein 8-bit-A/D-Wandler gibt zum Beispiel 256 verschiedene Werte oder Spannungspegel aus. Ein 10-bit-ADC liefert dann schon 1.024 verschiedene Werte und ein 12-bit-ADC sogar 4.096.

Begriffsabgrenzung: Genauigkeit, Auflösung, Empfindlichkeit

Die Auflösung eines ADC hat zwar Konsequenzen für die Messgenauigkeit eines Oszilloskops, ist aber nicht der einzige relevante Aspekt.

Die Genauigkeit beschreibt die Abweichung zwischen dem erwarteten und dem tatsächlichen Messwert. Mit anderen Worten geht es um die Unsicherheit einer Messung. Die Auflösung hingegen ist die kleinste Veränderung, die ein Messsystem darstellen kann. Im Fall eines Oszilloskops ist die Bitanzahl des ADC für die Auflösung ausschlaggebend. Die Empfindlichkeit wiederum ist als die geringste nachweisbare Veränderung definiert. Diese Definition scheint sich zunächst kaum von der Auflösung zu unterscheiden, und einzelne Elemente eines Erfassungssystems können über eine sehr hohe Empfindlichkeit verfügen. Die Gesamtempfindlichkeit ergibt sich jedoch aus der Kombination von Genauigkeit und Auflösung.

Weitere Aspekte

Es ist zu beachten, dass nicht alle Oszilloskope immer mit der maximalen Bitbreite arbeiten. Deswegen sollen Sie im Datenblatt genau auf mögliche Einschränkungen achten. Bei R&S-Oszilloskopen müssen Sie sich jedoch keine Sorgen machen – diese arbeiten immer mit voller Bitbreite.

Zusätzlich lässt sich bei einigen Oszilloskop-Modellen von R&S die effektive Bitbreite mit dem sogenannten HD-Modus steigern. In diesem Modus wird für Messungen mit höherer Auflösung Bandbreite geopfert. Das R&S®MXO4 ist zum Beispiel mit einem 12-bit-ADC ausgestattet, kann aber effektiv mit bis zu 18 bit betrieben werden!

Triggerung

Was versteht man unter Triggerung?

Bei digitalen Oszilloskopen überwacht das Triggersystem das zu prüfende Signal bzw. die Signale auf bestimmte Ereignisse. Wenn das Gerät erkennt, dass ein vom Benutzer festzulegendes Kriterium erfüllt wird, wird eine Trigger-Aktion ausgeführt. Der häufigste Triggertyp ist der Flankentrigger, und die häufigste Aktion ist die Aktualisierung des Bildschirms, sodass das fragliche Ereignis in der Mitte angezeigt wird.

Die meisten Triggersysteme können aber auch viele andere Ereignisse detektieren, z. B. Impulsbreiten, Zwergimpulse, Logikpegel und Datenpakete serieller Protokolle. Sie bieten auch verschiedene Hilfsmittel, um Rauschen zu filtern, die Gültigkeit von Ereignissen zu beurteilen und andere Geräte zu triggern.

Welche Trigger-Funktionen werden benötigt?

Ein vollausgestattetes Triggersystem kann die Fehlersuche erheblich verkürzen und ermöglicht die Charakterisierung sehr komplexer Signale.

Zunächst sollten Sie prüfen, welche Triggerarten das Oszilloskop unterstützt. Danach sind weitere Funktionen wie einstellbare Hysterese und Sequenztrigger von Interesse.

Eine einstellbare Hysterese ermöglicht es dem Triggersystem, mehr Rauschen in einer Signalform zu tolerieren oder sich gezielt auf ein spezifisches Ereignis an einer Signalflanke zu fokussieren. Beispielsweise können Oszilloskope mit einem präzisen digitalen Triggersystem selbst auf Ereignisse reagieren, die kleiner als 0,0001 einer vertikalen Unterteilung sind.

Der Sequenztrigger, manchmal auch A->B-Trigger genannt, erlaubt das Festlegen einer zweistufigen Auslösebedingung. Beispielsweise können Sie eine bestimmte Pulsbreite fordern, nachdem die fallende Flanke eines Aktivierungssignals detektiert wurde.

Weitere Aspekte des Triggersystems

Für eine genaue Bewertung des Triggersystems eines Oszilloskops müssen die Spezifikationen sorgfältig überprüft werden. Manche Oszilloskope verfügen über ein Triggersystem, das nur beim Flankentrigger die volle Bandbreite bietet. Die anderen Triggerarten können im Vergleich zur Bandbreite des Oszilloskops relativ langsam sein.

Oszilloskope wie das R&S®MXO4 und das R&S®RTO6 nutzen ein digitales Triggersystem. Dabei werden Ereignisse nicht mittels einer analogen Schaltung detektiert, sondern durch einen speziellen ASIC, der die digitalisierten Werte vom ADC in Echtzeit überwacht, um Triggerereignisse zu erkennen. Diese Auslösemethode erlaubt die größte Präzision. Ein bedeutender Vorteil eines solchen Systems besteht darin, dass alle Triggerarten mit voller Bandbreite arbeiten. So ist etwa die Glitch-Erkennung eines digitalen Triggersystems so schnell wie ein einzelner Abtastzyklus des ADCs. Ein weiterer Vorteil ist die enorme Spannungsempfindlichkeit.

Speichertiefe

Was versteht man unter der Speichertiefe?

Der ADC legt die Abtastwerte in einem Speicherpuffer ab. Da ADCs in der Regel mit Gigabit-Geschwindigkeit arbeiten, muss dieser Speicher nahe am ADC und sehr schnell sein. Die Menge der gespeicherten Erfassungswerte wird als „Speichertiefe“ bezeichnet. Besitzt ein Kanal beispielsweise einen 10-Megapunkte-Puffer, werden bei jeder Akquisition (bis zu) zehn Millionen Abtastwerte gespeichert.

Berechnung der Speichertiefe
Berechnung der Speichertiefe

Es besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Abtastrate eines Oszilloskops, der Speichergröße und dem maximalen Signalerfassungszeitraum. Die Zeitbasiseinstellung bestimmt die minimale Zeitspanne, über die ein Oszilloskop ein Signal erfasst. Das Erfassungssystem des Oszilloskops passt die Abtastrate so entsprechend der Speichertiefe an, dass bei der jeweiligen Zeitbasiseinstellung die maximal mögliche Abtastrate erzielt wird. Je mehr Speicher verfügbar ist, desto langsamer (länger) kann die Zeitbasiseinstellung sein, während gleichzeitig eine hohe Abtastrate beibehalten wird.

Im Allgemeinen ist mehr Speicher besser. Einige Oszilloskope nutzen ihren tiefen Speicher jedoch nicht optimal aus oder werden extrem langsam, wenn sie mit tieferem Speicher arbeiten.

Welche Speichertiefe wird benötigt?

Im Gegensatz zu den bereits erwähnten Oszilloskop-Spezifikationen gibt es für die Speichertiefe keine schlichte Faustregel. Wenn Sie jedoch wissen, dass Sie eine bestimmte Zeitspanne erfassen müssen, können Sie die minimal benötigte Speichertiefe bestimmen. Beispielsweise müssten Sie für 10 Zyklen eines 100-MHz-Taktsignals mindestens 100 Nanosekunden erfassen. Bei 1 Gsample/s erfasst der ADC einen Wert pro Nanosekunde. Sie würden also eine Speichertiefe von 100 Samples benötigen.

Weitere Aspekte der Speichertiefe

Im Hinblick auf flachen und tiefen Speicher ist auch zu berücksichtigen, wie das Oszilloskop den Erfassungsspeicher verarbeitet. Beispielsweise verfügen Oszilloskope der Serien R&S®MXO, R&S®RTO und R&S®RTP über einen speziellen ASIC zur Unterstützung von Deep-Memory-Operationen. Dieser ASIC sorgt dafür, dass das Oszilloskop beim Zoomen von Messkurven flüssig arbeitet und die Trigger-Reaktivierungszeit während der Erfassung sehr kurz ausfällt.

Schnelle Segmentierung und History-Modus

Weitere Aspekte, die beim Speicher zu berücksichtigen sind, sind Modi oder Funktionen, die den Speicher nicht auf die gleiche Weise nutzen wie bei einer einfachen Erfassung. So wird der tiefe Speicher beispielsweise mit dem Fast-Segmentation- und History-Modus der R&S-Oszilloskope auf clevere Weise eingesetzt.

Akquisition von Signalsegmenten mit Aktivität
Akquisition von Signalsegmenten mit Aktivität

Bei der schnellen Segmentierung unterteilt das Erfassungssystem den Speicher in kleine (aber gleich große) Abschnitte, das heißt Segmente. Diese Segmente werden dann so schnell gefüllt, wie das Triggersystem sich wieder aktivieren kann. Der Speicher-Controller wartet, bis alle Segmente gefüllt sind, und überträgt erst dann die Erfassungsdaten an die CPU. Der Vorteil des schnellen Segmentierungsmodus ist, dass das Triggersystem so schnell wie möglich wieder aktiviert und der tiefe Speicher optimal genutzt wird. Dies ist besonders nützlich für Signale mit Burst-Charakter.

Anzeige und Analyse jedes Signalelements
Anzeige und Analyse jedes Signalelements

Der History-Modus ist eine weitere neuartige Verwendungsweise des tiefen Speichers. Der Speicher-Controller unterteilt den insgesamt verfügbaren Speicher in Abschnitte oder Segmente, genau wie beim schnellen Segmentierungsmodus. Die Steuerung füllt die Segmente jedoch als Ringpuffer und das Oszilloskop verarbeitet jedes Segment wie im Normalbetrieb. Im Unterschied zum History-Modus ist es so möglich, nach dem Anhalten des Oszilloskops zu vorherigen Erfassungen „zurückzuspulen“. Diese Funktion kann sehr nützlich sein, da Sie so noch schnell die Stop-Taste drücken können, wenn eine Anomalie auf dem Bildschirm auftaucht.

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Messkurven-Aktualisierungsrate

Was ist die Messkurven-Aktualisierungsrate?

Die Messkurven-Aktualisierungsrate wird manchmal auch Triggerrate genannt. Sie gibt an, wie schnell das Oszilloskop zwischen Triggerereignissen Messkurven erfassen kann. Im Allgemeinen gilt: Je schneller ein Oszilloskop wieder aktiviert und getriggert wird, desto geringer ist die Totzeit zwischen den Erfassungen.

Die Totzeit ist die Zeit zwischen den Erfassungen, in der das Oszilloskop keine Messkurven erfassen kann. Je geringer die Totzeit ist, desto schneller ist die Triggerrate und desto eher kann ein Oszilloskop seltene Ereignisse wie einen transienten Impuls erfassen.

Messkurvenerfassung zwischen Triggerereignissen
Messkurvenerfassung zwischen Triggerereignissen

Einige Oszilloskope von Rohde & Schwarz verfügen über einen speziellen ASIC, der ultraschnelle Messkurven-Aktualisierungsraten erzielt. Beispielsweise erfasst das R&S®RTO6 bis zu 1 Million Messkurven pro Sekunde. Das neu entwickelte R&S®MXO 4 erreicht sogar 4,5 Millionen Messkurven pro Sekunde!

Weitere Aspekte der Messkurven-Aktualisierungsrate

Verschiedene Messungen, Erfassungsmodi und Speichertiefen können die Messkurven-Aktualisierungsrate beeinflussen. Einige Hersteller von Oszilloskopen geben ihre maximale Aktualisierungsrate (oder minimale Totzeit) nur für spezielle Modi an. Beim Vergleichen dieser Spezifikation ist deswegen zu beachten, unter welchen Bedingungen die jeweiligen Angaben gelten.

Tastköpfe

Was sind Oszilloskop-Tastköpfe?

Damit ein Signal gemessen werden kann, muss es zunächst in das Oszilloskop eingespeist werden. Manchmal lässt sich der Prüfling direkt über BNC- oder SMA-Kabel an einen Eingang an der Vorderseite des Oszilloskops anschließen. In den meisten Fällen wird jedoch ein Tastkopf benötigt.

Rohde & Schwarz Tastkopf-Portfolio für Oszilloskope
Rohde & Schwarz Tastkopf-Portfolio für Oszilloskope

Welche Tastköpfe werden benötigt?

Der gängigste Tastkopftyp ist der passive Spannungstastkopf. Diese kostengünstigen Sonden eignen sich für allgemeine Anwendungen. Tastköpfe mit unterschiedlichen Teilerverhältnissen bieten entweder eine höhere Spannung oder eine geringere Signalbelastung.

Die passiven Tastköpfe im Lieferumfang eines Oszilloskops sind in der Regel für eine Bandbreite ausgelegt, die mindestens der Bandbreite des Oszilloskops entspricht. Die meisten passiven Tastköpfe bieten eine Bandbreite von höchstens 500 oder 700 MHz. Für die Messung von Signalen mit einer Bandbreite von mehr als 700 MHz wird ein aktiver Spannungstastkopf benötigt.

Aktive Spannungstastköpfe verwenden eine Verstärkerschaltung, die eine höhere Bandbreite und geringere Schaltungsbelastung ermöglicht als bei passiven Tastköpfen. Es sind massebezogene, differenzielle und modulare Ausführungen erhältlich. Wie der Name schon andeutet, sind aktive Tastköpfe auf Stromversorgung angewiesen.

Manche Tastköpfe messen nicht die Spannung, sondern eine andere Größe. Hall-Effekt-Stromzangen beispielsweise messen auf nicht invasive Weise den Strom, der durch einen Draht fließt. Ein weiteres Beispiel sind Nahfeldsonden, die elektromagnetische Felder messen, die von Bauteilen, Drähten und Leiterplatten ausgehen.

Im Allgemeinen sind aktive Tastköpfe für Oszilloskope eines bestimmten Herstellers nicht unbedingt mit anderen Geräten kompatibel. Manche Hersteller bieten jedoch Adapter für Tastköpfe anderer Hersteller an. (Vergewissern Sie sich vor der Anschaffung eines solchen Adapters, dass der gewünschte Tastkopf mit dem Adapter kompatibel ist!)

Rohde & Schwarz bietet eine breite Palette von passiven und aktiven Spannungstastköpfen sowie Tastköpfen für andere Messgrößen in verschiedenen Formfaktoren.

Weitere Aspekte zur Auswahl von Oszilloskop-Tastköpfen

Oszilloskope mit geringeren Bandbreiten, in der Regel unter 200 MHz, unterstützen nur eine passive Tastkopfschnittstelle. Das heißt, an der Frontseite befindet sich lediglich ein BNC-Anschluss. Andererseits bieten Oszilloskope mit mehr als 200 MHz häufig eine aktive Tastkopfschnittstelle, die sowohl passive als auch aktive Tastköpfe unterstützt.

Integrierte Geräte

Oszilloskope haben sich heute zu vielseitigen Werkzeugen entwickelt, die weit über einfache Signalformmessungen hinausgehen. Berücksichtigen Sie bei der Auswahl eines Oszilloskops auch, welche anderen Geräte integriert sind. Beispielsweise können die folgenden Funktionalitäten von Nutzen sein.

Spektrumanalyse (FFT) mit Oszilloskopen

Durch schnelle Fourier-Transformation (FFT) können Zeitbereichsmesskurven in den Frequenzbereich konvertiert werden. Auf dem Oszilloskop-Display werden dann Frequenz und Betrag (statt Zeit und Amplitude) angezeigt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Spektrumanalysatoren ist der Frequenzbereich bei Oszilloskopen mit Spektrumanalysefunktion nach unten nicht beschränkt – Messungen ab 0 Hz oder DC sind möglich.

FFT-Funktion eines Oszilloskops
FFT-Funktion eines Oszilloskops

Die FFT-Funktionalität kann entweder als einfache Mathematikfunktion mit begrenzten Steuerelementen oder hardwarebeschleunigt mit Steuerelementen ähnlich einem Spektrumanalysator implementiert sein. Das R&S RTO6 bietet darüber hinaus einen einzigartigen Zone Trigger, der es ermöglicht, eine Box dort zu platzieren, wo eine Störung (nicht) auftreten sollte, um die Bildschirmaktualisierung auf bestimmte Frequenzen einzuschränken.

Arbiträrfunktionsgenerator

Ein integrierter Arbiträrgenerator gibt Funktionen wie Sinus-, Dreieck- und Rechteckwellen mit Modulationen wie AM, FM, FSK und PWM aus. Ein in das Oszilloskop eingebauter Generator spart Platz auf dem Arbeitstisch. Darüber hinaus können viele Oszilloskope mit dem Generator ein Signal erzeugen, das in einen Schaltkreis eingespeist wird, während ein Analogkanal das Ausgangssignal misst. Beispielsweise erstellt die R&S®MXO4-K36 Option zur Frequenzganganalyse (FRA) Bode-Diagramme des Regelkreisverhaltens (Control Loop Response, CLR) und des Versorgungsspannungsdurchgriffs (Power Supply Rejection Ratio, PSRR) eines Netzgeräts.

Beispiel eines Arbiträrgenerators
Beispiel eines Arbiträrgenerators

Für die meisten Oszilloskope von Rohde & Schwarz ist ein Arbiträrgenerator entweder als Softwareoption oder als Plugin-Hardwaremodul erhältlich.

Logikanalysator

Oszilloskope mit digitalen Kanälen können sowohl analoge als auch digitale Signalformen erfassen. Logikkanäle sind in der Regel zeitkorreliert, d. h. das Oszilloskop tastet sie gleichzeitig mit den Analogkanälen ab. Auf dem Display werden beide Kanaltypen daher zeitlich synchronisiert angezeigt.

Mixed-Signal-Analyse für Oszilloskope
Mixed-Signal-Analyse für Oszilloskope

Für alle Oszilloskope von Rohde & Schwarz sind optional digitale Kanäle erhältlich. Je nach Modell stehen dann entweder 8 oder 16 Kanäle zur Verfügung.

Protokollanalysator

Bei der Protokollanalyse wird die (auf den analogen oder digitalen Kanälen) erfasste Messkurve decodiert und in Protokollform angezeigt. Beispielsweise verfügen viele Mikrocontroller-basierte Designs über einen SPI-, I2C- oder UART-Bus für die Kommunikation. Mit den Protokollanalysefunktionen eines Oszilloskops können Sie auf protokollspezifische Ereignisse triggern, z. B. den Beginn eines Pakets oder in einigen Fällen einen CRC-Fehler. Nach der Triggerung erleichtert eine Decodierungsanzeige das Ablesen von Bustransaktionen.

 Zwei Möglichkeiten zur Anzeige von Protokolldaten
Zwei Möglichkeiten zur Anzeige von Protokolldaten

Es gibt mindestens zwei Möglichkeiten, die Daten darzustellen. Eine Möglichkeit ist die Überlagerung über der erfassten Messkurve. Auf diese Weise kann effektiv geprüft werden, ob ein Signalintegritätsproblem einen Protokollfehler verursacht. Eine andere Möglichkeit ist die Anzeige einer Protokolltabelle. Diese bietet einen kompakten Überblick über die Protokollaktivität innerhalb eines kurzen Zeitraums.

Alle Oszilloskope von Rohde & Schwarz bieten verschiedene Decodieroptionen, die im Lieferumfang enthalten sind oder nachträglich aktiviert werden können.

Formfaktor (Stil)

Oszilloskope sind in verschiedenen Größen erhältlich. Im Allgemeinen fallen Geräte mit höherer Bandbreite auch größer aus. Tragbare Oszilloskope sind heute nicht minder leistungsfähig als die traditionellen Tischgeräte.

Die grundlegenden „Systeme“ beim Betrieb von Oszilloskopen

Tischgeräte

Wenn man sich ein Oszilloskop vorstellt, denkt man zuerst an ein Tischgerät: Auf der Vorderseite befinden sich ein großer Bildschirm, einige Knöpfe, ein paar Tasten und eine Reihe von BNC-Anschlüssen. Die meisten Tischoszilloskope eignen sich auch für die Gestellmontage.

Tragbare Oszilloskope

Tragbare oder Handheld-Oszilloskope wie das R&S RTH zeichnen sich durch ihren kompakten Formfaktor und die Möglichkeit des Batteriebetriebs aus. Das genannte Gerät ist auch mit einem Touchscreen ausgestattet. Anstelle funktionsspezifischer Tasten verfügt es über große Druckknöpfe und einen Multifunktions-Drehregler, der sich auch mit dicken Handschuhe oder aus einer gewissen Entfernung vom Gerät bedienen lässt. Das R&S RTH bietet Bandbreitenoptionen bis 500 MHz, eine Abtastrate von bis zu 5 Gsample/s und einen 10-bit-ADC. Darüber hinaus besitzt es ein vollwertiges digitales Triggersystem und unterstützt eine breite Palette an automatischen Messungen. Weiterhin ist dieses Oszilloskop mit isolierten Eingängen und 4 analogen Kanälen oder 2 analogen Kanälen und einem Hardware-DMM ausgestattet.

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Fernsteuerung

Was versteht man unter Fernsteuerung?

Unter der Fernsteuerung eines Oszilloskops versteht man die Bedienung über einen verbundenen PC. In diesem Einsatzszenario klickt der Benutzer über einen Webbrowser auf die Tasten und Knöpfe eines virtuellen Abbilds der tatsächlichen Frontplatte des Geräts.

 MXO-Fernzugriff über Webbrowser
MXO-Fernzugriff über Webbrowser

Welche Art von Fernzugriff wird benötigt?

Wenn Sie von Ihrem Labor aus auf das Oszilloskop zugreifen müssen, vergewissern Sie sich, dass sich das Gerät für den Fernbetrieb eignet. Beispielsweise unterstützen das R&S®RTB, R&S®RTM, R&S®MXO 4, R&S®RTO 6 und R&S®RTP eine virtuelle Frontplatte, die über eine webbasierte Browser-Schnittstelle angezeigt wird.

Weitere Aspekte des Fernzugriffs

Bei den meisten Oszilloskope, die GPIB unterstützen, muss eine zusätzliche Hardwareoption erworben werden.

Oszilloskop-Rückseite mit optionalem GPIB-Slot
Oszilloskop-Rückseite mit optionalem GPIB-Slot

Automatisierung (und Konnektivität)

Was versteht man unter Automatisierung (und Konnektivität)?

Mit Automatisierung ist die Steuerung eines Messgeräts von einem PC aus über eine Programmierumgebung wie LabView™ von NI, MATLAB® von MathWorks oder Python gemeint. Von einer solchen Umgebung können Befehle über USB, Ethernet oder GPIB an das Oszilloskop übermittelt werden.

Zusammenfassung

  • Die Wahl des richtigen Oszilloskops will wohlüberlegt sein. Die wichtigste Spezifikation ist die Bandbreite. Nachdem Sie sich für eine bestimmte Bandbreite entschieden haben, können Sie sich mit anderen Aspekten befassen.
  • Eine hohe Messkurven-Aktualisierungsrate vereinfacht Fehlersuch- und Charakterisierungsaufgaben. In der Regel bedeutet eine hohe Messkurven-Aktualisierungsrate auch, dass das Oszilloskop bei der Speicherverarbeitung sehr schnell ist.
  • Im Hinblick auf das Triggersystem sollten nicht nur die verfügbaren Modi betrachtet werden. Vergewissern Sie sich auch, dass die Spezifikationen jedes Modus den Anforderungen Ihrer Anwendung entsprechen, und prüfen Sie kritische Angaben wie die Spannungsempfindlichkeit.
  • Denken Sie daran, dass viele Oszilloskope heute mehrere Messgeräte in sich vereinen. Wenn das Oszilloskop beispielsweise über eine schnelle und leistungsfähige FFT-Funktion verfügt, können Sie es als Echtzeit-Spektrumanalysator nutzen. Und ein Protokolltrigger verwandelt das Gerät in einen Logikanalysator.
  • Zuletzt ist noch der Formfaktor entsprechend der angedachten Anwendung auszuwählen – kompakte Handgeräte, tragbare Modelle und traditionelle Tischmodelle tummeln sich auf dem Markt.

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