Im Messlabor zuhause Wenn ein Signal-Generator für den Entwickler interessant wird

Autor / Redakteur: Thomas Rottach * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

In vielen modernen Oszilloskopen ist bereits ein Signal-Generator integriert. Doch will man die volle Leistungsfähigkeit des Generators nutzen, kommt man um ein externes Gerät nicht herum.

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Volle Funktionalität: Die Signalgeneratoren von Rigol ergänzen das Oszilloskop.
Volle Funktionalität: Die Signalgeneratoren von Rigol ergänzen das Oszilloskop.
(Fotos: Rigol)

Beim Blick auf einen typischen Messplatz findet man so gut wie immer die Basisausstattung bestehend aus einem Oszilloskop, einem Signalgenerator, einem DC-Netzteil und einem Multimeter. Je nach Notwendigkeit beziehungsweise verfügbarem Budget unterscheiden sich die Geräte in Ihrer Leistungsfähigkeit. Exemplarisch soll hier das Multimeter genannt sein: hier reicht die Spannweite der Geräte vom 3½-stelligen Handmultimeter bis zum fernsteuerbaren 7½-stelligen Tischmultimeter. Auch bei den vermeintlich einfachen DC-Netzteilen gibt es beachtliche Unterschiede wie Anzahl Kanäle, maximale Ausgangsleistung, Einstellgenauigkeit oder DC-Ripple.

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Richtig interessant wird es, wenn man auf das Oszilloskop blickt. Seit ein paar Jahren ist ein Trend zu beobachten, dass immer mehr Funktionen in einem einzigen Gerät verbaut werden. So vereinen entsprechende Oszilloskope neben der ursprünglichen Funktion noch Logikanalysator, Funktionsgenerator, Frequenzzähler, Voltmeter oder sogar Spektrum Analysator in sich. Alle Zusätze sind allerdings nur in der Basisausstattung integriert. Für einfache Anwendungen innerhalb gewisser Grenzen haben diese zusätzlichen Funktionen durchaus ihre Berechtigung und liefern hier neben der Platzersparnis auf dem Labortisch auch einen entsprechenden Mehrwert. Wer allerdings eine höhere Leistungsfähigkeit benötigt, kommt um zusätzliche, externe Instrumente nicht herum.

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Ein Funktions-Generator ist mit an Board

Die Oszilloskope aus den Familien DS1000Z und DS2000A werden von Rigol als Option mit einem eingebauten 2-Kanal-Arbiträr-Funktionsgenerator und einer Bandbreite von 25 MHz geliefert. Die Sample-Rate liegt bei 200 MS/s und die vertikale Auflösung bei 14 Bit.

Mit dem Generator entfällt die Zwischenstufe eines externen Generators oder eine PC-Software. Alle erfassten Mess-Signale lassen sich einfach herunter laden und anschließend zur Stimulation und Signalerzeugung ausgeben. Für die Aufnahme der Mess-Signale bietet der Hersteller verschiedene aktive und passive Tastköpfe und weiteres Zubehör an. Der serielle Bus-Trigger ist Standard, während das Decoding eine kostenpflichtige Zusatzoption ist.

Ein integrierter Signal-Generator im Oszilloskop

Das Thema Signal-Generatoren in perfekter Ausführung soll in diesem Zusammenhang und im Vergleich zu den erwähnten Multifunktions-Oszilloskopen mit integrierten Signal-Generator näher betrachtet werden. Diese Generatoren bieten Standardsignale wie Sinus, Rechteck, Dreieck, DC, Pulse oder auch ein bandbegrenztes Rauschen. Am Markt findet man Frequenzbereiche bis zu 50 MHz. Der Spitze-Spitze-Spannungswert liegt bei den meisten Herstellern bei einem Wert von 5 Volt. Verfügbar sind integrierte Generatoren in ein- oder zweikanaliger Ausführung, wobei die Einkanal-Lösung häufiger zu finden ist.

Analoge Modulationen wie AM/FM aber auch einfache digitale Modulationen wie ASK/FSK sind integriert. Seltener findet man, dass die integrierten Signal-Generatoren als arbiträrer Funktionsgenerator ausgeführt sind. Eine praktische Beispielanwendung ist, wenn das am Oszilloskop erfasste Sensorsignal direkt und ohne Umweg über einen Computer in den Speicher des Generators übertragen und anschließend mit diesem Signal das Testobjekt stimuliert wird.

Die Direct Digital Synthesis

Es besteht auch die Möglichkeit, die Signale an einem Computer zu erstellen oder die aufgenommenen Signale zu bearbeiten und in den Generator im Oszilloskop zu laden. Der Messtechnik-Hersteller Rigol bietet für die Oszilloskop-Serien DS1000Z und DS2000A eigens die Option Generator. Der Generator ist als arbiträrer Funktionsgenerator mit einem Speicher von 16.384 Punkte und mit zwei Kanälen sowie einer Bandbreite von 25 MHz ausgestattet. Beide Kanäle sind unabhängig, können aber auch zueinander synchronisiert werden.

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Dieser Autorenbeitrag ist in der Printausgabe ELEKTRONIKPRAXIS Sonderheft Messtechnik, Sensorik und Test I erschienen. Diese ist auch als kostenloses ePaper oder als pdf abrufbar. Oder: Bestellen Sie das Probeabo mit drei kostenlosen Ausgaben!

Der integrierte Generator deckt speziell mit der Arbiträr-Funktion bereits eine Vielzahl der klassischen Anwendungen ab. Allerdings sind oft bessere Spezifikationen notwendig oder erweiterte Funktionen. Das kann beispielsweise eine höhere Ausgangsspannung oder -Frequenz sein. Das ist der Zeitpunkt, wo sich der Messtechniker mit einem Stand-alone-Generators beschäftigen sollte.

Moderne arbiträre Funktionsgeneratoren für universelle Anwendungen gibt es in sehr unterschiedlichen Ausführungen. Verfügbar sind einkanalige oder mehrkanalige Geräte mit Bandbreiten von 10 MHz bis 350 MHz, DAC-Wandler mit Abtastraten von 100 MS/s bis GS/s, mit integriertem Frequenzzähler oder ohne, Speichertiefen von wenigen tausend Punkten bis hin zu mehreren Millionen.

Die meisten Universalgeneratoren generieren die Signale mit Hilfe der DDS-Technik. Die Abkürzung steht für Direct Digital Synthesis. Die DDS hat den Vorteil, dass sich damit ein Signal-Generator und einer guten Signalqualität zu einem erschwinglichen Preis anbieten lässt. Nicht ohne Grund wurden und werden Generationen von Generatoren auf dieser Basis gebaut. Allerdings bleibt die Entwicklung nicht stehen und auch DDS ist nicht perfekt. Neue Techniken ermöglichen heute einige Nachteile von DDS zu beheben, ohne die bestehende Preisstruktur zu sprengen.

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