Oszilloskope von Rohde & Schwarz

Ein Oszilloskop misst die Änderung des Spannungspegels elektrischer Signale im zeitlichen Verlauf. Auf dem Bildschirm des Oszilloskops werden der Spannungspegel auf der vertikalen Achse (Y) und die Zeit auf der horizontalen Achse (X) grafisch dargestellt. Die Messkurve auf dem Bildschirm repräsentiert die Signalform und zeigt die Änderungen des Spannungspegels im Laufe der Zeit. Moderne digitale Oszilloskope digitalisieren die Signalspannung als eine Reihe von Werten (sog. Samples oder Abtastwerte), um von den Möglichkeiten der digitalen Signalverarbeitung profitieren zu können. Eine solche digitalisierte Messkurve, die auf einem digitalen Oszilloskop angezeigt wird, kann unter anderem auf Eigenschaften wie Amplitude, Frequenz, Anstiegszeit, Zeitintervall und Verzerrung analysiert werden.

Die meisten Oszilloskope haben mehrere Kanäle, die parallel separate Signale verarbeiten können. Auch jedes andere Signal, das zur Darstellung der momentanen Signalstärke in ein elektrisches Signal umgewandelt werden kann, z. B. Schall oder andere Arten von Schwingungen, lässt sich mit einem Oszilloskop messen.

Moderne digitale Oszilloskope unterstützen eine Vielzahl spezifischer Messungen und Anwendungen zur Fehlersuche in Schaltungen oder zur Überprüfung der Qualität der erfassten Signale. Beispiele sind die Triggerung und Decodierung serieller Busse zur Fehlersuche und für Konformitätstests (z. B. USB oder Ethernet), Jitter-Messungen, die Frequenzgang-Analyse mit Bode-Plot-Funktionen, Messungen an Leistungselektronik, die digitale Signalanalyse für Mixed-Signal-Designs, die Analyse elektromagnetischer Störungen und die Fehlersuche im Bereich Automotive-Radar.

Die Bandbreite ist das wichtigste Merkmal eines Oszilloskops. Sie wird in Hertz gemessen und gibt den Frequenzbereich an, in dem genaue Messungen möglich sind. Technisch gesehen entspricht die Bandbreite eines Oszilloskops der analogen Bandbreite des Fronteingangsverstärkers des Oszilloskops, der eine Tiefpasscharakteristik aufweist. Die Bandbreite ist definiert als die Frequenz, bei der ein Eingangssignal um 3 dB (Dezibel) gedämpft wird. Dies entspricht einer Amplitudenabnahme auf etwa 70,7 % des ursprünglichen Wertes. Das heißt, dass Signale mit dieser oder einer höheren Frequenz vom Oszilloskop nicht mehr präzise gemessen werden können.

1. Bei nicht sinusförmigen Signalen, z. B. rechteckigen Taktsignalen, sollte die Oszilloskop-Bandbreite für die Decodierung oder Fehlersuche mindestens dem 3-Fachen der Taktsignal-Grundfrequenz und für Konformitätsprüfungen dem 5-Fachen des Taktsignals entsprechen.

2. Bei nichtperiodischen Signalen ist die „Anstiegszeit“ t_r, d. h. die schnellste/steilste Flanke des Signals, zu berücksichtigen. In diesem Fall kann die erforderliche minimale Oszilloskop-Bandbreite f_BW mit f_BW = 0,5/f_r angenähert werden.

Die Abtastrate ist die Anzahl der Abtastwerte (d. h. der diskreten Werte), die ein digitales Oszilloskop pro Sekunde erfassen kann. Die Abtastrate bestimmt die horizontale Auflösung der erfassten Messkurve. Von ihr hängt also ab, wie viele Signaldetails aufgezeichnet werden, d. h. bei einer geringen Abtastrate werden nicht alle Details eines sich schnell ändernden Signals gemessen.

Die Triggereinstellung eines Oszilloskops bestimmt den Zeitpunkt, zu dem das Oszilloskop beginnt, das Signal zu erfassen. Die Triggerfunktion basiert im Wesentlichen auf der Einspeisung des eingehenden Signals in eine Komparatorschaltung. Wenn die gemessene Signalspannung eine zuvor definierte Triggerbedingung erfüllt (z. B. einen Schwellenwert überschreitet), wird die Datenerfassung eingeleitet. Die Triggerfunktion des Oszilloskops ermöglicht zudem die Darstellung sich wiederholender Signale als statische Messkurve, beispielsweise als Sinuswelle, auf dem Bildschirm.

Beim digitalen Trigger erfolgt dies anhand der zuvor vom A/D-Wandler digitalisierten Daten. Dies minimiert den Trigger-Jitter und bedeutet, dass die Triggerfunktion stets bis zur vollen Oszilloskop-Bandbreite verfügbar ist. Darüber hinaus werden leistungsstarke Triggerfähigkeiten wie eine einstellbare Trigger-Hysterese unterstützt.

Der entscheidende Faktor ist die Frequenz der zu messenden Signale. Die Bandbreite des Oszilloskops bestimmt die maximale Frequenz, die gemessen werden kann. Als Faustregel für die Bandbreite kann das Drei- bis Fünffache der zu messenden Frequenz angesetzt werden. Darüber hinaus hängt die Wahl des richtigen Oszilloskops auch wesentlich vom jeweiligen Messszenario ab. Das Oszilloskop-Portfolio von Rohde & Schwarz umfasst Lösungen sowohl für allgemeine Messaufgaben als auch für spezielle Industriestandards. Es beinhaltet:

• Oszilloskope der Einstiegsklasse mit Bandbreiten von 50 MHz bis 1 GHz für Budgets von Einführungsveranstaltungen in der Lehre bis hin zum professionellen Einsatz, einschließlich umfassender Aktualisierungsmöglichkeiten, z. B. das R&S®RTC1000.
• Universal-Oszilloskope mit tiefem Speicher und intelligenten Analyseoptionen wie die Frequenzgang-Analyse mit Bode-Plots, z. B. das R&S®RTB2000.
• Hochleistungsoszilloskope mit Bandbreiten von bis zu 16 GHz, Echtzeit-Deembedding, hohen Aktualisierungsraten, geringem Rauschen und einzigartigen digitalen Hochleistungs-Triggern, z. B. das R&S®RTP.