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Elektronik entwickeln Oszilloskop mit 6 GHz beschleunigt Messungen im Labor

Großes Display, ein innovatives Trigger-System und viele hilfreiche Funktionen: Das vereint das R&S RTO6. Damit ist das Oszilloskop für den täglichen Einsatz im Labor bestens gewappnet.

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Bild 1: Beim R&S RTO6 hat Rohde & Schwarz die Benutzerführung vereinfacht. Sämtliche Einstellungen lassen sich über den Full-HD-Touchscreen mit 15,6 Zoll mit wenigen Klicks konfigurieren.
Bild 1: Beim R&S RTO6 hat Rohde & Schwarz die Benutzerführung vereinfacht. Sämtliche Einstellungen lassen sich über den Full-HD-Touchscreen mit 15,6 Zoll mit wenigen Klicks konfigurieren.
(Bild: Rohde & Schwarz)

Die Oszilloskop-Serie R&S RTO6 bietet zahlreiche Leistungsoptimierungen, die auf Anregungen von Kunden entstanden sind. Damit sollen sich die Arbeitsschritte während der Entwicklung mit dem Oszilloskop optimieren lassen. Schnittstelle zwischen Anwender und Gerät ist der 15,6 Zoll (rund 40 cm Diagonale) Full-HD-Touchscreen. Zusammen mit der grafischen Benutzeroberfläche stellt das Oszilloskop sämtliche Signale dar und Anwender können Signale bearbeiten. Anwender können zusätzlich sämtliche Signale per Drag-and-drop individuell auf dem Bildschirm platzieren. Dabei unterstützt die Funktion R&S SmartGrid.

Häufig verwendete Messfunktionen und Konfigurationen lassen sich am oberen Touchscreen-Rand in einer Toolbar anpinnen. Das App-Cockpit als Hauptmenü gewährt mit einem Fingertipp Zugriff auf alle verfügbaren Anwendungen des Messgeräts. Ist das Bedien-Menü des Oszilloskops geöffnet, kann der Anwender die aktuell angezeigten Messkurven fast vollständig sehen

Bild 2: Trotz Schnellzugriff auf alle Funktionen über ein kompaktes Hauptmenü und mehrere Symbolleisten bleiben die Signale und Messergebnisse stets großflächig sichtbar.
Bild 2: Trotz Schnellzugriff auf alle Funktionen über ein kompaktes Hauptmenü und mehrere Symbolleisten bleiben die Signale und Messergebnisse stets großflächig sichtbar.
(Bild: Rohde & Schwarz)

Rauscharme Eingangsstufe und selbstentwickelter A/D-Wandler

Eine rauscharme Eingangsstufe und ein eigens für die Serie entwickelter A/D-Wandler mit geringen Verzerrungen bilden die Grundlage für eine detailgetreue Signalanalyse. Mit dem digitalen Filter „HD Mode“ (High Definition) erreicht das Oszilloskop zudem eine maximale vertikale Auflösung von 16 Bit und verbesserte Rauschwerte. Es lassen sich kleinste Signale hochaufgelöst darstellen. Die Signalintegrität des R&S RTO6 wird durch den störungsfreien Dynamikbereich (SFDR) von 68 dB, sowie durch die effektive Anzahl an Bits (ENOB) des gesamten Systems von 9,4 Bit deutlich. Die hochauflösenden Messsignale werden auch vom patentierten digitalen Trigger mit einstellbarer Hysterese in vollem Umfang genutzt.

Ein integrierter ASIC optimiert die Signalverarbeitung des Geräts. Damit erzielt das Oszilloskop eine Echtzeit-Erfassungsrate von einer Million Messkurven pro Sekunde. Es lassen sich selbst sporadisch auftretende Signal-Anomalien zuverlässig detektieren. Der Hersteller Rohde & Schwarz hat außerdem in die neuen Oszilloskop-Familie standardmäßig einen reaktionsschnellen Erfassungsspeicher mit 200 Millionen Messpunkten (200 Mpts) pro Kanal integriert, der sich auf 2 Gpts erweitern lässt. Darüber hinaus ist ein frequenzstabiler OCXO-Oszillator als genauer Taktgeber bereits im Lieferumfang enthalten. Über die standardmäßige Zonen-Trigger-Funktion im Oszilloskop kann der Anwender auf dem Touchscreen bis zu acht Zonen zeichnen und mit einer Logik verknüpfen. Damit lässt sich ein Trigger des Geräts auslösen

Bild 3: Der Anwender kann mit dem standardmäßig integrierten Zonen-Trigger bis zu acht auslöseempfindliche Zonen im Zeit- oder Frequenzbereich definieren und mit Mathematikfunktionen logisch verknüpfen. Das erfolgt sogar kanalübergreifend.
Bild 3: Der Anwender kann mit dem standardmäßig integrierten Zonen-Trigger bis zu acht auslöseempfindliche Zonen im Zeit- oder Frequenzbereich definieren und mit Mathematikfunktionen logisch verknüpfen. Das erfolgt sogar kanalübergreifend.
(Bild: Rohde & Schwarz)

. Diese Zonen können sich völlig unabhängig voneinander im Zeit-Bereich sowie in ihrem Frequenzbereich befinden. Der Maskentest erkennt darüber hinaus Signalfehler in den so definierten Toleranzgrenzen. Hilfreich ist die hohe Akquisitionsrate des R&S RTO6, um beispielsweise Augentests mit einer guten Messstatistik in kurzer Zeit durchzu­führen.

Mit dem Bedienkonzept, dem größeren Display, ausgezeichneten Spezifikationen und einem reichhaltigen Software-Angebot ermöglicht das Oszilloskop schnelle, detaillierte Einblicke in der Elektronikentwicklung. Optionale Funktionen für verschiedene Spezialanwendungen schaltet der Anwender bei Bedarf einfach per Keycode frei. So eignet sich das Gerät für verschiedenste Anwendungsbereiche wie Automotive, Kommunikation, Leistungselektronik, EMV-Fehlersuche, Analog- und Digitaldesign, sowie Tests von digitalen Bus- und Schnittstellenstandards.

Spektrumanalyse mit Zone-Trigger für EMI-Messungen

Elektromagnetische Störaussendungen (EMI) lassen sich mit der Spektrumanalyse (FFT) auffinden

Bild 4: Das EMI-Debugging auf vier Kanälen mit zwei Domänen. In vielen Fällen ist es hilfreich, das zeitliche und spektrale Verhalten eines Messobjekts zueinander in Beziehung zu setzen. Das R&S RTO6 ermöglicht dabei eine individuelle Auswahl der jeweiligen FFT-Parameter (zentrale Frequenz, Frequenz-Spanne, Auflösungsbandbreite).
Bild 4: Das EMI-Debugging auf vier Kanälen mit zwei Domänen. In vielen Fällen ist es hilfreich, das zeitliche und spektrale Verhalten eines Messobjekts zueinander in Beziehung zu setzen. Das R&S RTO6 ermöglicht dabei eine individuelle Auswahl der jeweiligen FFT-Parameter (zentrale Frequenz, Frequenz-Spanne, Auflösungsbandbreite).
(Bild: Rohde & Schwarz)

. Mit dem Oszilloskop kann der Anwender bis zu acht Spektrumanalysen parallel ausführen und dabei jeweils individuelle Werte für die zentrale Frequenz, für die Frequenz-Spanne, sowie für die Auflösungsbandbreite wählen. Dabei kann der jeweils analysierte Abschnitt der gemessenen Wellenform im Zeitbereich mit der Gated FFT eingeschränkt werden. Zusätzlich lassen sich mit dem Zonen-Trigger sowohl im Zeit- als auch im Frequenzbereich Zonen definieren. Sie lösen den Trigger des Oszilloskops aus, sobald sich die jeweiligen Signale innerhalb oder außerhalb der zugehörigen Zone befinden. Auf diese Weise lässt sich zielgenau nach einem Störsignal suchen. Zudem kann der Anwender vom Gerät aufgespürte Ereignisse mit dem zeitlichen Signalverlauf korrelieren, was die Suche nach dem Verursacher erleichtert.

Kleinste Signaldetails bei Leistungsbausteinen aufspüren

Will der Anwender Leistungsbausteine charakterisieren, steht eine eigene Software mit automatischen Messroutinen zur Verfügung. Die Software unterstützt, wenn das Ein- und Ausschaltverhalten, die interne Transferfunktion, der sichere Arbeitsbereich (SOA), die Qualität des Ausgangssignals sowie der Schaltverluste vermessen werden sollen. Außerdem lassen sich Leistungstransistoren nach gängigen internationalen Teststandards testen. Mit den sogenannten Power-Integrity-Messungen wollen Entwickler überprüfen, ob zum Beispiel schnelle Takt- und Datenflanken in die teilweise recht niedrige Versorgungsspannung eines hochempfindlichen Bausteins eingekoppelt werden. Dazu ist es notwendig, das Rauschen und die Welligkeit der Versorgung mit einer hohen Genauigkeit zu messen. Für den R&S RTO6 stehen dafür spezielle, äußerst rauscharme R&S ZPR Power-Rail-Tastköpfe mit einem 1:1 Teilungsfaktor und hoher Offset-Kompensation bereit. Über die Tastköpfe lassen sich Abweichungen zuverlässig aufspüren und hochauflösend darstellen.

Fehler auf den Signalwegen lokalisieren

Mit der Zeitbereichsreflektometrie (TDR) und Zeitbereichstransmissometrie (TDT) lassen sich Fehlerstellen auf Signalwegen wie Leiterbahnen, Kabeln oder in Steckverbindern für hochfrequente Anwendungen zu finden. Dazu gibt es eine spezielle Differenzpulsquelle. Soll die korrekte Übertragung von Bussignalen geprüft werden, nutzt der Anwender für die Messungen eine entsprechende Protokoll-Analyse-Option. Sie sind für zahlreiche serielle Busse wie DDR3/4, USB, SPI/CAN/LIN und andere Protokolle erhältlich. Selbst für Automotive-Ethernet-Übertragungen steht eine Analysesoftware bereit

Bild 5: Mit dem Labor-Oszilloskop lassen sich nicht nur viele gängige serielle Bussignale analysieren, sondern auch Automotive-Ethernet-Signale wie 1000Base-T1.
Bild 5: Mit dem Labor-Oszilloskop lassen sich nicht nur viele gängige serielle Bussignale analysieren, sondern auch Automotive-Ethernet-Signale wie 1000Base-T1.
(Bild: Rohde & Schwarz)

. Mit dem reaktionsschnellen Erfassungsspeicher mit standardmäßig 200 Mpts pro Kanal (erweitert bis zwei Gpts) lassen sich lange Signalsequenzen zur Analyse heranziehen.

Zusätzlich können unterschiedliche Datenschnittstellen automatisiert auf Standardkonformität getestet werden, wofür entsprechende Software-Optionen verfügbar sind. Die zugehörige Compliance Test Software R&S ScopeSuite läuft entweder auf dem Oszilloskop oder auf einem separaten PC. Sie kontrolliert die Messeinstellungen und Testsequenzen und leitet den Anwender durch alle Testabläufe.

Der Anwender erhält genaue Anweisungen, wie das Oszilloskop, die Tastköpfe, die Aufnahmevorrichtung für den Prüfling (Test Fixture) und der Prüfling selbst angeschlossen werden müssen. Dazu bietet der Hersteller standardkonforme Test Fixtures für verschiedene Übertragungsschnittstellen. Abgerundet wird die Software durch ein Report-Tool mit Funktionen zur Dokumentation der Messergebnisse.

Je höher die Datenrate, umso stärker wirkt sich Jitter auf eine Signalübertragung aus. Der integrierte OCXO-Oszillator ermöglicht mit seinen hochgenauen Taktsignalen entsprechend genaue Jitter-Messungen, die das Gerät beispielsweise über Augendiagramme und Histogramme anschaulich darstellen kann. Die Jitter-Analyse-Software analysiert dabei die einzelnen Jitter-Komponenten dank eines einzigartigen Dekompositions-Algorithmus, sodass der Anwender schnell Rückschlüsse auf die Qualität und eventuelle Fehlerquellen seines Signals erhält.

Modulierte HF-Signale in Echtzeit konvertieren

Des Weiteren verfügt das Oszilloskop über eine Option, um modulierte HF-Signale in Echtzeit in digitale I/Q-Signale zu konvertieren. Für die weitere Verarbeitung der I/Q-Daten benötigt der Anwender entweder die R&S VSE Vector Signal Explorer Software von Rohde & Schwarz oder beispielsweise MATLAB notwendig. Zusammen mit einem Oberwellenmischer kann das Oszilloskop mit einer Messbandbreite von maximal 6 GHz Signale aus Breitbandübertragungen wie OFDM, Radar oder 5G-MIMO detailliert analysieren. Dazu mischt der R&S FS-Zxx die HF-Trägerfrequenzen zwischen 50 und 110 GHz in den Messbereich des Oszilloskops herunter. Die R&S VSE Software bietet verschiedene Analysefunktionen für analoge und gepulste modulierte Signale sowie I/Q-Signale und unterstützt mehrere WLAN- und Mobilfunkstandards. //

* *Dr. Tim Paasch-Colberg ... ist Produktmanager für Oszilloskope bei Rohde & Schwarz in München.

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