Bei der Ausstattung eines Entwicklungslabors stellt sich oft die Frage nach dem richtigen Test-Equipment: Spektrum-Analyzer oder Oszilloskop? Zum einen ist eine Zeitbereichsanalyse unabdingbar und für die meisten Aufgaben ein Muss, wobei Wunschfrequenz und Bandbreite meist in einem so hohen Bereich liegen, dass das herkömmliche Oszilloskop allein nicht ausreicht. Andererseits lassen sich Signalkomponenten und das Verhalten von einigen Bauelementen erst im Frequenzbereich so richtig visuell darstellen, mit dem Nachteil, dass elementare Zeitbereichsanalysen nur sehr begrenzt durchführbar sind. Viele Anwender lösen das Dilemma mit der Anschaffung beider Geräte, wodurch mehr Raum beansprucht wird und höhere Kosten entstehen.  Zudem lassen sich die Messergebnisse beider Messgeräte schwierig synchronisieren, um Zeit- und Frequenzbereichsmessungen zu einem bestimmten Zeitpunkt zu erhalten.

Rigols High-Performance-Oszilloskop der Serie DS70000 ist das erste Gerät aus der StationMax-Serie und wird in zwei Versionen mit vier analogen Kanälen und Bandbreiten bis 3 GHz oder bis 5 GHz angeboten. Die 5 GHz Bandbreite lässt sich mit maximal zwei Kanälen erreichen, mit allen vier Kanälen ist immer noch eine Bandbreite von 4 GHz erreichbar. Diese Geräteklasse baut auf die ebenfalls neue und verbesserte UltraVision-III-Plattform auf, die den von Rigol selbst entwickelten, erweiterten ASIC-Chipset für Echtzeitabtastraten bis zu 20 GSa/sek enthält.
Der ASIC-Chipset besteht aus zwei Einzelchips. Der Beta-Phoenics bestimmt das analoge Front-End pro Kanal und kombiniert unterschiedliche Funktionen wie die hohe stabile Bandbreite, eine lineare Verstärkung sowie die Realisierung der Eingangsimpedanzen von 1 MΩ (bis 500 MHz) und 50 Ω. Zudem enthält dieser Chip einen im µ-Sekundenbereich reagierenden Überspannungsschutz. Der zweite ASIC ist vor dem A/D-Konverter eingebaut und beinhaltet unter anderem einen digitalen Signal-Prozessor für die Signalverarbeitung im Oszilloskop und die schnelle Digitalisierung der unterschiedlichen Signalwege sowie die Stabilisierung der Signalamplitude für einen größtmöglichen Signal-zu-Rausch-Abstand.
Die neue UltraVision-III-Plattform besitzt einen sehr tiefen Speicher von bis zu 2 Gigapunkten an. So lässt sich zum Beispiel bei einer Abtastrate von 20 GSa/sek mit der Zoom-Funktion ein Zeitbereich von 100 msek auf einen sehr kleinen Wert auflösen. Damit kann eine Frequenz bis zu 5 GHz zeitlich dargestellt werden, um zum Beispiel Glitches oder andere unerwünschte Effekte zu messen. Für die Vermessung von sporadischen Glitches ist mit dem Oszilloskop eine sehr schnelle Triggerrate von 1 Mio wfms/sek möglich.

Zwei Arten der Fast Fourier Transformation (FFT) für effiziente Spektrumanalyse

Das Gerät bietet zusätzlich zwei Arten von FFT für eine effiziente Spektrumanalyse für komplexe Messaufgaben sowohl im Zeitbereich als auch im Frequenzbereich. Eine Variante ist die Umsetzung des Zeitsignals mit einer Million Abtastwerte. Die zweite Variante nutzt eine deutlich schnellere FFT-Kalkulation mit bis zu 30.000 FFT/sek., womit sich eine Echtzeit-Spektrum-Analyse mit all ihren Vorteilen realisieren lässt. Zusätzlich lassen sich mit der Echtzeitmessung die Vorteile gegenüber einer Sweep-basierenden Spektrumanalyse nutzen, wobei keine Blindzeiten entstehen, mehr Signalinformationen gemessen und dargestellt werden können. Damit können erweiterte Tests, wie zum Beispiel die Dichtigkeitsmessung mit oder ohne Nachleuchten durchgeführt werden, und über der eingestellten Bandbreite sind komplette Signalinformationen vorhanden. Jedes Signal kann sowohl in der zeitlichen als auch in der Frequenzebene gleichzeitig analysiert werden. Der Bildschirm des 15,6-Zoll-Touch-Displays lässt sich so aufteilen, dass mehrere unterschiedliche Messungen gleichzeitig durchgeführt und unerwünschte Abweichungen jeglicher Art entdeckt werden können.

Echtzeit-Augendiagramm-Funktion zur Vermessung schneller Datenraten

Für die digitale Signalanalyse ist optional die Echtzeit-Augendiagramm-Funktion zur Vermessung sehr schneller Datenraten einsetzbar. Der Bitstrom wird mit einigen Tausend Rahmen synchronisiert überlagert und ein Graph entsteht, der einem Auge ähnelt. Je nachdem, wie sehr das Auge horizontal und/oder vertikal geschlossen ist, ist das ein wichtiges Qualitätskriterium der Datenübertragung.
Das Echtzeit-Augendiagramm eignet sich neben der Visualisierung der kompletten Datenübertragung auch zur Erfassung unterschiedlicher Testparameter. Der Q-Faktor hat beispielsweise durch eine mathematische Beziehung eine Aussagekraft über die Bitfehlerrate [BER] der Datenübertragung. Hier wird einerseits der Einfluss von Rauschen und unerwünschten Jitter-Effekten sichtbar und andererseits werden auch sporadische Effekte sichtbar, wenn zum Beispiel durch eine Änderung der Versorgungsspannungsquelle ein transienter Einfluss den Signalpegel kurzzeitig stark beeinträchtigt. In dieser Darstellung kann auch eine Aussage über die Bandbreite getroffen werden, da diese in Relation zur Anstiegszeit des Augendiagramms steht. Allerdings sollte man einen Tastkopf mit einer entsprechend hohen Bandbreite wie den Rigol-Tastkopf der Serie PVA8000 verwenden, um dessen Einfluss auf die Bandbreite und somit auf die Anstiegs- und Abfallzeit des Datensignals zu minimieren. Das DS70000 bietet unterschiedliche Synchronisationsarten an, die je nach Anwendung verwendet werden können. 

Jitter klassifizieren und reduzieren 

Die im Oszilloskop vorgesehene Jitter-Analyse lässt anhand detaillierter Jitter-Analysetabellen darauf schließen, wie hoch der Einfluss des Jitters auf den betroffenen Takt ist. Ein durch Rauschverhalten entstandener unsymmetrischer oder zufälliger Jitter lässt sich bis zu einem gewissen Grad durch entsprechende Maßnahmen abstellen. Sind die Symmetrie und das Störsignal bekannt, kann man die Beeinflussung auf das Datensignal beheben. Die Jitter-Analyse mit der Trend-Darstellung und dem Einsatz eines Histogramms sowie die Darstellung des Jitters im Frequenzbereich sind geeignete Werkzeuge, den Jitter schnell zu klassifizieren und zu reduzieren.

Zeitgleiche Dekodierung von bis zu vier Bussen

Das DS70000 bietet auch eine Vielzahl an Triggern und Dekodierungen von Bussystemen wie FlexRay, CAN-FD, LIN oder I2C und viele mehr an, die besonders in der Automobilbranche oft zur Anwendung kommen. Mit der DS70000-Serie lassen sich bis zu vier, auch unterschiedliche, Busse zeitgleich dekodieren und das Resultat in einer Event-Tabelle darstellen, die auch als *.csv-Datei abgespeichert werden kann. Mit dem Oszilloskop lässt sich eine Vorabkonformitätsmessung der physikalischen Schicht von zum Beispiel USB2.0 HS oder Ethernet 10-/100-/ oder 1000BaseTX basierend auf dem Standard IEEE 802.3-2018 durchführen. Hier können unterschiedliche Tests wie der Spitzenwert oder die Amplitudengenauigkeit der Gleichtaktspannung oder zeitliche Messungen wie das Jitter-Verhalten oder Fading-Effekte vermessen werden.
Bei der DS70000-Serie kann man speziell für die Analyse in der Leistungselektronik die vertikale Auflösung erhöhen, um bei den Strom- und Spannungsverläufen kleinste Änderungen sichtbar zu machen. Die vertikale Auflösung kann abhängig von der Bandbreite und der Abtastrate bis auf 16 Bit aufgelöst werden. Diese Auflösung ist auch möglich, da man das Signal mit der Bildschirmauflösung von 1.920 x 1.080 Pixeln hochaufgelöst darstellen kann. Mit der LAN-Schnittstelle kann das Gerät über Web-Control über einen Browser bedient werden. Zusätzlich bietet das Gerät eine USB-3.0-Schnittstelle und eine optische 10 GB SFP+ Schnittstelle an, um Daten von dem Gerät schnell auf den PC zu laden. Zusätzlich ist ein HDMI-Anschluss integriert, falls man für Präsentationszwecke ein größeres Display anschließen möchte.

Robust gegenüber Umwelteinflüssen

Rigol erweitert mit der Produkteinführung der DS70000-Serie auch sein Portfolio für Zubehör mit dem aktiven differenziellen Tastkopf der Serie PVA8000. Dieser Tastkopf enthält den selbstentwickelten Frontend-ASIC mit dem Namen Y-Phoenics (gama-Phoenics).  Die Besonderheit dieses Chipsets sind die rauscharme Charakteristik und die lineare Verstärkung des Signals je nach Version bis zu einer maximalen Frequenz von 3,5 GHz, 5 GHz oder 7 GHz. Zudem ist die Ausrichtung der linearen Amplitudenverstärkung über den Frequenzbereich direkt in den Chip eingebaut, was diese deutlich robuster gegen veränderte Umwelteinflüsse werden lässt. Mit der neuen Serie DS70000 und dem Tastkopf der Serie PVA8000 bietet der Hersteller eine neue Dimension an Messtechnik an, die Flexibilität und Vielseitigkeit mit der Leistungsstärke der neuen Plattform UltraVision III kombiniert. Durch die Vielseitigkeit lässt sich das Oszilloskop in zahlreichen industriellen Anwendungen aber auch in Forschung und Entwicklung sowie im Ausbildungsbereich einsetzen.

Autor
Boris Adlung, Sales Manager  

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