Grundlagen eines Oszilloskops

Verlässliche Signalaufnahme mit dem Oszilloskop, Teil 2

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Tipp 6: Test auf Gleichtaktsignal-Unterdrückung

Ob mit einem Single-Ended- oder einem differenziellen Tastkopf ist es immer lohnend, beide Tastköpfe auf die Masse des DUT (Device under Test) zu legen, um herauszufinden, ob ein Signal auf dem Display des Oszilloskops sichtbar wird. Werden Signale erkannt, so sind sie Fehlsignale, die von einer nicht genügend starken Gleichtaktunterdrückung herrühren.

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Gleichtaktrausch-Ströme können durch andere Quellen als der zu messenden Signalquelle hervorgerufen werden, die dann durch den Schirmmantel des Tastkopfkabels vom DUT zum Oszilloskop fließen. Quellen dieser Gleichtaktrausch-Ströme können sowohl innerhalb des DUT erzeugt oder extern durch Versorgungsspannungsrauschen (EMI oder ESD) hervorgerufen werden. Ein langes Massekabel bei einem Single-Ended-Tastkopf kann dieses Problem sehr signifikant verschlechtern. Aktive differenzielle Tastköpfe bieten eine wesentlich höhere Gleichtaktunterdrückung im Bereich von 80 dB und können dadurch Gleichtakt-Rauschsignale deutlich besser unterdrücken (Bild 2).

Tipp 7: Testen der Tastkopf-Kopplung

Wird der Tastkopf an den Testpunkt angeschlossen, sollte man anschließend das Kabel bewegen und in engen Schlaufen zusammendrücken. Beobachtet man eine deutliche Signaländerung am Oszilloskop, so wird wohl Energie auf die Schirmung des Kabels eingekoppelt, die zu dieser Variation des Messergebnisses führt. Wird zur Unterdrückung das Kabel durch einen Ferritkern geführt, so kann dieser Effekt beseitigt bzw. deutlich reduziert werden.

Der Ferritkern erzeugt auf dem Kabel eine zusätzliche Serienimpedanz zu dem Widerstandsbelag des inneren Leiterkabels. Der zusätzliche Ferritkern am Tastkopfkabel (Bild 3) beeinflusst das zu messende Signal kaum, denn es wird durch den Innenleiter zum Oszilloskop geführt und fließt über den Außenleiter zurück, wobei durch den Ferritkern der durch Störungen induzierte Strom, der durch den Innenleiter fließen würde reduziert wird. Dabei ist die Positionierung des Ferritkerns auf dem Kabel von entscheidender Bedeutung. Wegen des Gewichts und zur leichteren Handhabung wird der Ferritkern meist am scopeseitgen Ende des Tastkopfkabels positioniert. Jedoch wird die Effektivität durch diese Positionierung deutlich reduziert.

Ein Verkürzen der Masseleitung bei einem Single-Ended-Tastkopf führt ebenfalls zu einer vorteilhaften Verbesserung der Gleichtaktunterdrückung. Der Wechsel auf einen aktiven differenziellen Tastkopf ist die beste Wahl. Viele Anwender unterschätzen den Einfluss des Kabels auf die Variation in der Qualität und Wiederholbarkeit der Messungen – speziell bei höheren Frequenzen.

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