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Grundlagenwissen Oszilloskope Wie Sie Ihrem Digital-Oszilloskop vertrauen können

Autor / Redakteur: Mike Hoffmann und Andreas Siegert * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Entwickler müssen sich auf ihre gemessenen Ergebnisse verlassen können. Was das Oszilloskop anzeigt, ist das sichtbare Ergebnis ihrer Arbeit. Doch zeigt das Gerät auch die richtigen Messwerte an?

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Display eines Oszilloskops: Der Messtechniker muss sich darauf verlassen können, dass seine gemessenen Werte korrekt sind. Doch ein Feind in der Messtechnik ist das Rauschen.
Display eines Oszilloskops: Der Messtechniker muss sich darauf verlassen können, dass seine gemessenen Werte korrekt sind. Doch ein Feind in der Messtechnik ist das Rauschen.
(Keysight Technologies)

Viele Messtechniker fragen sich zu Recht: Ist das gemessene Signal auf meinem Oszilloskop korrekt? Als Entwickler muss man sich unbedingt darauf verlassen können, dass die Messgeräte die abgegriffenen Signale so zeigen, wie sie in der Testschaltung wirklich sind. Damit man einem Messaufbau wirklich trauen kann, muss eine ganze Reihe von Bedingungen erfüllt sein: Das Messumfeld muss frei von HF-Störsignalen sein, man braucht das richtige Werkzeug zum Abgriff der Signale und korrekt kalibrierte Messgeräte.

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Bei einem Digitaloszilloskop sollte man unbedingt auf das Rauschen achten. Um den gewonnenen Messergebnissen wirklich vertrauen zu können und damit das Rauschen die Ergebnisse nicht zu stark verfälscht, müssen einige Überlegungen angestellt werden. Das Rauschen ist der natürliche Feind jedes Elektronikingenieurs. Dabei spielt es keine Rolle, was man zum Messen vor sich hat: Jede Schaltung hat einen messbaren Rauschpegel, der sich nicht eliminieren lässt. Auch ein Oszilloskop macht da keine Ausnahme.

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Das Eigenrauschen eines digitales Oszilloskops

Jedes Oszilloskop hat ein Eigenrauschen, dessen Wert von der vertikalen Auflösung abhängt. Größere Bandbreite bedeutet auch ein höheres Eigenrauschen, weil breitbandige Oszilloskope auch höherfrequentes Rauschen erfassen. In Geräten mit hoher Bandbreite sind bessere A/D-Wandler mit weniger Sampling-Rauschen verbaut. Zudem verfügen sie über DSP-Filtertechniken, die der Anwender bei Bedarf zuschalten kann. Ein A/D-Wandler mit einer Auflösung von 10 Bit hat gegenüber 8 Bits die vierfache Vertikalauflösung. Jedoch spielt das keine Rolle, wenn das Rauschen auf dem Messsignal größer ist als die Auflösung des A/D-Wandlers. Dieser Sachverhalt wurde in der Branche lebhaft diskutiert, die Diskussion hat zu einem Konzept namens ENOB (effektive Zahl der Bits) geführt.

Schwierig wird es dann, wenn der Messtechniker die Ursache des Rauschens ermitteln muss. Kommt es von der Schaltung selbst oder stammt es vom Scope? Die Verwirrung wird noch dadurch vergrößert, dass einige Oszilloskope offensichtlich mehr Rauschen zeigen als andere Geräte. Und das, obwohl sie laut Datenblatt die gleiche Bandbreite und das gleiche Eigenrauschen aufweisen. Hier heißt es, den richtigen Messaufbau für eine Messaufgabe auszuwählen. Auch hält sich der Mythos hartnäckig, dass Digitaloszilloskope angeblich stärker rauschen

Die Mythen eines Digital-oszilloskops entzaubern

Die Messgerätewelt hat sich in den vergangenen Jahrzehnten fundamental gewandelt. Ein Beispiel sind die digitalen Speicheroszilloskope oder kurz DSO. Diese Entwicklung der Technik hat das analoge Oszilloskop fast vollständig verbannt. Allerdings glauben einige Ingenieure immer noch, dass ein analoges Oszilloskop über ein geringeres Eigenrauschen verfügt und Signale besser darstellen kann als die neueren digitalen Geräte. Das ist allerdings mit Stand der aktuellen Technik nicht mehr richtig.

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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!

Zwei wesentliche Eigenschaften eines Digitaloszilloskops werden häufig nicht richtig eingeschätzt: die Bildschirmhelligkeit und die Signalaktualisierungsrate. Wenn man nicht verstanden hat, wie sich diese Eigenschaften auf die Funktion eines Oszilloskops auswirken, schätzt man ihre Wirkung möglicherweise fälschlicherweise als unerwünschtes Rauschen des Oszilloskops ein.

Die Hersteller eines Digitaloszilloskops versuchen, Messkurven ähnlich aussehen zu lassen wie auf einem analogen Oszilloskop.Hier kommt die Bildschirmhelligkeit ins Spiel. Ein Vorteil analoger Oszilloskope gegenüber frühen Digitaloszilloskopen war die dritte Dimension der Messkurven: Infolge des Funktionsprinzips einer Kathodenstrahlröhre leuchtete eine Messkurve dort heller, wo das Signal sich wiederholte. Wo der Elektronenstrahl häufiger über den Bildschirm strich, war die Messkurve scharf und hell, Rauschen und seltene Abweichungen der Kurvenform leuchteten dunkler oder waren gar völlig unsichtbar. Frühe Digitaloszilloskope konnten diese Eigenschaften nicht nachahmen, bei ihnen war ein Pixel auf dem Bildschirm entweder an oder aus.

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