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Die Spezifikationen eines Oszilloskops und was sie bedeuten

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Der Einfluss der Abtastrate auf das Messergebnis

Gibt an, mit welchem zeitlichen Abstand das Oszilloskop ein Signal abtastet. Man unterscheidet zwischen der Abtastrate für Einzelerfassungen (Single Shot) und repetierende Erfassungen. Solche werden als RIS = Random Interleave Mode oder ET = Equivalent Timing Mode bezeichnet. Durch eine Mehrfachabtastung des Signals wird eine zeitlich feinere Auflösung als bei einer Einzelerfassung ermöglicht. Dieser Erfassungsmodus lässt sich nur für wiederkehrende Signale anwenden.

Für die notwendige Abtastrate gibt es einen theoretischen Wert, der sich aus dem Nyquist-Theorem ableitet. Es reichen theoretisch zwei Abtastwerte pro Periode, um ein Sinussignal wiederherzustellen. Interessanter ist der praktische Ansatz, eine schnelle Signalflanke zu messen. Gemessen wird im Beispiel (Bild 3) eine Flanke mit einer Anstiegszeit von 350 ps und das mit drei unterschiedlichen Abtastraten: Blau mit 10 GS/s, Rot mit 5 GS/s und Gelb mit 2,5 GS/s.

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Werden die echten Abtastwerte dargestellt, so wird die Flanke mit 5 GS/s noch ausreichend dargestellt. Die Flanke bei 2,5 GS/s wird mit deutlich zu wenig Punkten dargestellt. Auf die Messwerte bezogen, ist nur die Messung mit 10 GS/s (P3) korrekt. Häufig besitzen die DSOs Funktionen wie sinx/x-Interpolation (Bild 4). Für eine bessere Signaldarstellung lassen sich die erfassten Punkte mit einer Sinusfunktion verbinden.

Selbst das mit 2,5 GS/s zu gering abgetastete Signal sieht mit der Funktion optisch gut aus. Um Fehlmessungen zu verhindern gilt als Faustformel, dass eine Flanke mit mindestens drei Punkten abgetastet werden sollte. Für die Auswahl eines DSOs gilt im Umkehrschluss, dass die Abtastrate so gewählt werden sollte, dass diese Bedingung erfüllt ist. Für ein DSO mit einer Bandbreite von 1 GHz und einer Anstiegszeit von 350 ps ist eine Abtastrate von 350 ps/3 also 100 ps bzw. 10 GS/s ideal.

* Thomas Stüber ist Leiter Applikation beim Messtechnik-Spezialisten Teledyne LeCroy in Heidelberg.

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