Oszilloskope: 12 Bit in der Mittelklasse

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Mehr Präzision in der Vertikalen: Die WaveRunner 8000HD von Teledyne LeCroy bieten acht analoge Eingänge und im Front-End arbeiten A/D-Wandler mit 12 Bit. Der Hersteller setzt dabei auf selbstentwickelte A/D-Wandler.

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(Bild: Teledyne LeCroy)

Teledyne LeCroy baut sein Angebot an Oszilloskopen mit integrierten A/D-Wandlern und einer Auflösung von 12 Bit weiter aus: Die Oszilloskope des Typs WaveRunner 8000HD gibt es zum Start in zwei Ausführungen: als 8000HD und MDA 8000HD. Dabei sind die Modelle MDA (Motor Drive Analyzer) speziell für die Motorenanalyse entwickelt. Die neu entwickelte Oszilloskop-Serie setzt komplett auf die 12-Bit-Technik mit Bandbreiten von 350 MHz bis 2 GHz sowie auf bis zu acht analogen und 16 digitalen Kanälen. Den Grundstein der 12-Bit-Technik legte Teledyne LeCroy mit dem WaveRunner HRO bereits im Jahr 2011.

Beim Erfassungsspeicher setzt der Hersteller auf eine komplett neue Speicherarchitektur und bietet mit bis zu fünf Gigapoints je Sekunde einen reaktionsschnellen Speicher. Die Oszilloskope der Serie WaveRunner HD erfassen mit einer Abtastrate von 10 GS/s auch sehr feine Signaldetails über einen langen Zeitraum. Außerdem bietet der Hersteller verschiedene Analysetools an, damit Entwickler das Signalverhalten darstellen und Fehler aufspüren und analysieren können.

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Anwenderfreundliche Bedienung

Alle WaveRunner 8000HD sind mit einem Touchscreen-Display von 15,6'' und einer Auflösung von 1900 x 1080 Pixel ausgestattet. Der Anwender kann schnell zwischen den einzelnen Kanälen wechseln und diese über das Display verschieben sowie löschen. Dabei wird der Anwender von der firmeneigenen Bedienoberfläche MAUI OneTouch unterstützt.

Für die Analyse der Signale stehen verschiedene Werkzeuge bereit. Als sogenanntes Periodensystem der Oszilloskop-Werkzeuge bietet es dem Entwickler notwendige Funktionen zum Messen, für Mathematik, Analyse, Ansichten und Trigger sowie zur Dokumentation. Hier sind laut Hersteller bereits viele Funktionen standardmäßig integriert, die bei anderen Herstellern erst hinzugekauft werden müssen.

Das breite Angebot an serienmäßigen Analysetools ergänzt der Hersteller durch Serial-Data-Trigger, Decoder, Measure/Graph und-Augen-Diagramm (TDME). Der WaveRunner 8000HD analysiert schnelle und langsame Signale. Dazu gehören unter anderem Power-Distribution-Network (PDN), analoge Sensoreingänge, digitale Datenströme oder Nachrichtenpakete mit serielle Daten.

Ein Blick in das Oszilloskop

Im Herzen der WaveRunnerHD arbeitet ein neu entwickelter Chipsatz von Teledyne LeCroy mit einem Takt von 2 GHz. Er besteht aus Eingangsverstärkern mit einem geringen Rauschen und dem eingangs erwähnten A/D-Wandler mit 12 Bit. Der Chipsatz beruht auf einer komplett neuen System-Architektur mit hoher Bandbreite und großem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR). Erst damit wird das volle Potenzial aus des 12-Bit-Oszilloskops zusammen mit acht analogen und 16 digitalen Kanälen bei einer Bandbreite bis 2 GHz ausgeschöpft.

Zum Vergleich: Andere HD-Oszilloskope auf dem Markt integrieren ihre A/D-Wandler mit 10 oder 12 Bit in eine herkömmliche Gerätearchitektur mit 8-Bit-Signalwegen. Oder die Oszilloskop-Hersteller setzen auf Software, die allerdings auf Kosten der Bandbreite eine höhere Auflösung ermöglicht. Der Messgerätehersteller Tektronix bietet in der Serie 5 seiner Mid-Range-Oszilloskope einen A/D-Wandler, der ebenfalls mit 12 Bit abtastet. Allerdings ist nach Aussage von Teledyne LeCroy die Performance vergleichbar mit einem 8-Bit-A/D-Wandler. Bei der Serie 6, ebenfalls mit einem 12-Bit-Wandler, beträgt die Performance dem eines 10-Bit-Wandlers.

Die Höhe der Auflösung eines A/D-Wandlers entscheidet über die vertikale Auflösung eines Oszilloskops. Der Wandler im Front-End des Messgeräts bietet mit seinen 212 Bit gleich 4096 Quantisierungsstufen.

Die Fahrzeugentwickler kommen auf ihre Kosten

Dank seiner Ausstattung eignet sich der WaveRunner 8000HD für die spezifischen Testanforderungen in der Automobilindustrie. Spezielle Funktionen bauen die auf serielle Legacy-Datenauslöser und -dekodierung auf. Die im Automobilbau verwendeten Busse lassen sich umfassend auf Fehler untersuchen, beheben und validieren. Mit TDMF können Entwickler beispielsweise das Verhalten der Busse untereinander untersuchen. Die Abkürzung steht für CAN-Trigger, Decode, Measure/Graph und Eye-Diagramm. Da in aktuellen Fahrzeugen immer mehr Sensoren und Kameras verbaut sind, nimmt die Last auf den jeweiligen Bussen zu. Der Physical-Layer-Automotive-Ethernet-Test lässt sich mit der Compliance-Testsoftware und einem speziellen Ethernet-Debug-Toolkit für Automotive abdecken. Die Oszilloskopen können auch Steuergeräte (ECU) untersuchen, die für das Startverhalten verantwortlich sind.

Motorantriebe mit dem MDA 8000HD analysieren

Auf der gleichen Plattform bietet Teledyne LeCroy mit dem MDA 8000HD ein Oszilloskop an, um Motoren zu analysieren. Das Messgerät erfasst Signale aus dem dreiphasigen Leistungsumwandlern des Antriebs, einzelnen Leistungstransistoren, Motordrehzahl-, Winkel- und Drehmomentsensoren sowie dem integrierten Steuerungssystem und analysiert gleichzeitig 3-phasige elektrische und mechanische Leistungen. Außerdem sind statische (stationäre) Leistungsmessungen wie ein Leistungsanalysator möglich und dynamische Leistungsmessungen möglich. Anschließend werden Signale pro Zyklus erstellt, welche die Leistungswerte anzeigen und sich im Laufe der Zeit ändern.

Tragbare Anwendungen mit geringer Energieaufnahme

Die WaveRunner HD mit seinen 12 Bit ist in der Lage, Entwickler und Ingenieure bei dem Entwurf von immer kleineren, schnelleren tragbaren Geräten zu unterstützen. Hier spielt auch das Thema geringer Stromverbrauch eine wichtige Rolle. Ein weiteres Einsatzgebiet der Oszilloskope sind eingebettete Computer-Systeme (Embedded-Computing) sowie Datencenter. Hier sind Oszilloskope gefragt, die neben einer hohen Auflösung, geringem Rauschen und hoher Bandbreite auch einen langen Erfassungsspeicher bei hoher Abtastrate bieten.

Für Herbst dieses Jahres hat Teledyne LeCroy noch Oszilloskope für den Einstiegsmarkt angekündigt. Ob diese Geräte auch mit einem 12-Bit-A/D-Wandler ausgestattet sein werden, bleibt abzuwarten.

(Bild: Teledyne LeCroy)

Der Oszilloskop-Hersteller Teledyne LeCroy setzt bei seinen Messgeräten konsequent auf einen A/D-Wandler mit einer Auflösung von 12 Bit. Aber das allein reicht nicht: Der gesamte Signalpfad muss diese Bandbreite auch übertragen. Wir sprachen mit Jens Scheuren von Teledyne LeCroy. Er ist als Regional Manager für Deutschland, Österreich und der Schweiz für den Vertrieb verantwortlich.

Herr Scheuren, warum setzt Teledyne LeCroy beim WaveRunner 8000HD konsequent auf 12-Bit-A/D-Wandler und sind weitere Oszilloskope geplant?

Teledyne LeCroy hat in 2011 eine neue Technologiestufe für Oszilloskope mit der HD4096 die 12-Bit Architektur geschaffen. Das bezieht sich nicht nur auf den A/D-Wandler, sondern auf die komplette Signal-Architektur. Es also nicht nur ein Versuch gewesen, on man die vertikale Auflösung verbessern kann, sondern die konsequente Entwicklung eines neuen Gerätetyps, bei dem der Anwender die Vorteile eine höheren Auflösung auf wirklich nutzen kann. Auf dieser Basis hat Teledyne LeCroy in den letzten Jahren verschiedene Geräteserien herausgebracht, welche die 12-Bit-Technik einsetzen und eine höhere Bandbreite bis zu einer größeren Kanalzahl bieten.

Unsere 12-Bit-Technologie bietet noch sehr viel Potential und deshalb wird man in Zukunft noch viele weitere 12-Bit-Oszilloskope von Teledyne LeCroy sehen.

Worin unterscheiden sich Ihre Geräte bezogen auf die Leistung von denen Ihrer Mitbewerber?

Bei der 12-Bit-Technik für Oszilloskope führen wir die Entwicklung voran. Unsere 12-Bit-Oszilloskope gehen keine Kompromisse ein. Dem Anwender steht die 12-Bit-Auflösung uneingeschränkt bei jeder Bandbreite, Abtastrate und Speichertiefe zur Verfügung. Die Systemarchitektur ist auf die höhere Auflösung ausgelegt und sorgt mit niedrigem Rauschen und höchster Genauigkeit dafür, dass man kleinste Details sicher erkennen kann.

Zusätzlich stehen Ingenieuren und Entwicklern unsere umfangreichen Analysetools zur Verfügung. Auch hier gibt es keine Kompromisse.

Der verbaute A/D-Wandler ist eine Eigenentwicklung. Warum nutzen Sie keine Standard-Produkte?

Mit den Erfahrungen, die wir in den Jahren mit unseren 12-Bit-Oszilloskopen gesammelt haben, war der Weg für die nächste Generation klar. Bei den ersten Geräten haben wir noch auf Wandler anderer Hersteller zurückgegriffen, die mit exzellenten Resultaten in unsere Architektur integriert wurden. Für die weitere Entwicklung waren jedoch Eigenschaften erforderlich, die uns so nicht zur Verfügung standen. Hier kamen uns die Möglichkeiten des Teledyne-Konzerns zu Hilfe, die es uns ermöglichten, einen 12-Bit-A/D-Wandler selbst zu entwickeln und zu fertigen, der genau unsere Anforderungen und Wünsche erfüllt.

Diese neue Plattform, die wir zuerst im WavePro HD eingesetzt haben und jetzt im WaveRunner 8000HD zu finden ist, bietet uns eine Fülle von neuen Möglichkeiten, auch für weitere Produktentwicklungen.

Wen sprechen Sie mit den WaveRunner 8000HD konkret an?

Es gibt viele Anwendungen in der Automobilindustrie und bei Embedded-Systemen, bei denen viele Signale miteinander interagieren und daher gleichzeitig überwacht und analysiert werden müssen. Denken wir an mehrphasige elektrische Antriebe in der Elektromobilität aber auch in der Medizintechnik. Autonome System erfordern eine Vielzahl von Sensoren und damit eine entsprechende Anzahl von Erfassungskanälen.

Der Wunsch unserer Kunden geht nach hoher Genauigkeit, der gleichzeitigen Nutzung einer Vielzahl an analogen und digitalen Kanälen und auch nach einer höheren Bandbreite. Der WaveRunner 8000HD erfüllt genau diese Anforderungen und sogar mehr, da sich zwei Instrumente zu einem System mit 16 analogen 12-Bit-Kanälen kombinieren lassen. Dazu kommen die digitalen Kanäle und mit dem SAM40-Modul können zusätzlich bis zu 24 analoge Sensoren mit 24-Bit-Auflösung erfasst werden. Die sich daraus ergebenden Möglichkeiten sind für einen Anwender immens.

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