Von Abtastrate, Speichertiefe und horizontaler Skalierung

Oszilloskope Von Abtastrate, Speichertiefe und horizontaler Skalierung

18.11.2014Autor / Redakteur: Klaus Höing* / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Feine Signaldetails und lange Abtastzeiträume: Das sind wichtige Parameter, die ein Oszilloskop liefern muss. Doch worauf kommt es noch an? Wir geben einen Überblick.

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Oszilloskp-Messtechnik: Der Zusammenhang zwischen Abtastrate, Speichertiefe und horizontaler Skalierung.
(dataTec/Keysight Technologies)

Mit einem Oszilloskop will man einerseits möglichst feine Signaldetails sehen, andererseits soll oft ein langer Abtastzeitraum sichtbar gemacht werden. Es gilt also einen möglichst langen Zeitraum eines Signals bei höchster Abtastrate zu erfassen. Klar – dazu ist ein großer Messwertspeicher nötig. Klar ist aber auch, dass sich die Speichertiefe, Abtastrate, Update-Rate und die horizontale Skalierung gegenseitig beeinflussen. Wo liegt der Kompromiss?

Es besteht ein enger Zusammenhang von Speichertiefe und Abtastrate: je größer der Speicher, desto länger kann die Aufzeichnungszeit (Abtastdauer) bei gegebener Abtastrate sein. Und je größer die Abtastrate, umso größer ist die maximale Bandbreite des Oszilloskops, wobei der Frequenzgang der Eingangs-Schaltung (Verstärker, Abschwächer) auf die Oszilloskop-Bandbreite abgestimmt sein muss.

Was ein großer Speicher bewirkt

Offensichtlich gibt es eine Gesetzmäßigkeit: Je größer der Speicher, umso besser. Ein Vergleich (Tabelle 1) zweier Oszilloskope mit gleichen Spezifikationen zeigt die Unterschiede – das eine weist eine Speichergröße von 4 MS, das andere eine Speichergröße von 20 MS auf – je nach der eingestellten zeitlichen Skalierung reduziert sich die Anzahl der Abtastwerte/s.

Die maximal mögliche Abtastrate soll für beide Oszilloskope jeweils 5 GS/s betragen. Dann verändert sich die aktuelle Abtastrate mit dem Zeitbereich, der auf dem Display dargestellt wird: Es gilt: T = darstellbarer Zeitbereich auf dem Display, div=Division; Anzahl der Einheiten auf der x-Achse (10 vorausgesetzt), t=zeitliche Skalierung (siehe Formel oben)

Die Anzahl der theoretischen Abtastpunkte über den dargestellten Zeitbereich berechnet sich: A = ar*T, wobei ar = maximale Abtastrate des Oszilloskops. Das ergibt die sich einstellende Abtastrate AR, sodass der Speicher ausgelastet ist zu

wobei ST die jeweilige Speichertiefe des Oszilloskops ist. Die sich einstellende Abtastrate AR ist also abhängig von dem auf dem Display dargestellten Zeitbereich und von der Speichertiefe und überschreitet die maximal mögliche Abtastrate ar nicht. Die Tabelle 1 zeigt diesen Zusammenhang für die beiden Oszilloskope auf.

Abhängig von den Zeitbereichseinstellungen (zeitliche, horizontale Skalierung) wird sofort klar, dass das Oszilloskop mit der geringeren Speichergröße an eine Grenze für die aufgenommenen Abtastpunkte kommt. Ferner muss man sich darüber im Klaren sein, dass sich mit anderen Zeitbereichseinstellungen auch die Bandbreite des Scopes ändert, da sich auch die Abtastrate AR ändert (siehe auch: „Abtastrate und Wiedergabegenauigkeit“[1] ).

In der Tabelle 1 lässt sich die Reduktion der Abtastrate für die beiden Oszilloskope ablesen und sie wird deutlich kleiner bei größeren horizontalen Skalierungen. Oder anders ausgedrückt, je größer der Speicher ist, desto länger kann mit der hohen Abtastrate gearbeitet werden, obwohl die horizontale Skalierung steigt.

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