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2-2022

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik Die

Messtechnik Die Signalintegrität eines Oszilloskops Signalintegrität wird immer wichtiger. Heutige Designs zeichnen sich durch engere Margen und höhere Datenraten aus. Engere Margen und höhere Datenraten – das bedeutet, dass Messungen so präzise wie noch nie ausgeführt werden müssen. Da hier ein Bündel von Oszilloskop-Kennzeichen wichtig ist, wird es kritisch, das vollständige Messsystem zu verstehen. Die Firma Keysight gibt darum folgende Tipps: ADC Bits und ENOB verstehen Die Anzahl der Bits des ADCs ist zwar theoretisch für die Auflösung sehr wichtig, doch wenn der „Rest“ des realen Oszilloskops diese mögliche Auflösung behindert, ist dieser Kennwert irrelevant. Mindestens genauso wichtig ist die effektive Anzahl der Bits des Systems (Effective Number of Bits, ENOB). Dahinter steht die Anzahl der Bits, welche auch effektiv während einer Quelle: Keysight eBook “How to Determine Oscilloscope Signal Integrity”, 2019 übersetzt und gekürzt von FS Keysight Technologies www.keysight.com Messung wirksam sind. Daher bestimmt die ENOB die Qualität der Messung. Es ist sicher, anzunehmen, dass die ENOB ein besserer Indikator für die Signalintegrität ist, weil hier der Systemfehler mit berücksichtigt wird. Doch die System ENOB wird üblicherweise von den Herstellern nicht erwähnt, da es schwierig ist, ein Oszilloskop für eine hohe ENOB auszulegen; einfacher ist es, einen High-Bit- ADC einzusetzen. Doch um dessen Auslösung ausnutzen zu können, muss auch seine Umgebung durchdacht entworfen werden, was keine leichte Aufgabe ist. Die ENOB der Keysight MXR Scopes bewegt sich um den Mittelwert 9 Bits, was stets beste Signalintegrität sichert (Bild 1). Eine hohe Bitbreite des ADCs ist zwar zunächst ein gutes Zeichen, erspart aber nicht die Beschäftigung mit weiteren Eigenschaften des Scopes, will man damit eine hohe Signalintegrität erreichen. ADC ENOB vs. System ENOB Die ENOB-Spezifikationen können sich unterscheiden. Oben ging es um die System ENOB. Die ADC ENOB hingegen bezieht sich auf die effektive Anzahl der Bits im ADC und nur im ADC. Doch diese ENOB- Spezifikation ist nicht repräsentativ für die Anzahl der Bits, welche effektiv für das gesamte Oszilloskop anzusetzen sind. Die System ENOB ist die Anzahl von Bits, die effektiv wirken, wenn das Signal auf dem Screen dargestellt wird, wenn man Messungen macht und Analyse-Features nutzt. Falls man diese Spezifikation nicht im Manual findet, sollte man sie erfragen. Mehr Bandbreite ist nicht besser Falls die Bandbreite des Scopes für die Messung zu hoch ist, kann dies das Messergebnis ungünstig verändern. In diesem Fall wird auch Rauschen von höheren Frequenzanteilen aufgenommen. Daher sollte man insbesondere bei der Messung von schwachen Signalen die kleinstmögliche Bandbreite wählen. Falls sich die Bandbreite am Scope nicht verändern lässt (interne Hardwareoder Software-Filter), kann man ein Hardware-Filter vorschalten. Die System ENOB wird in hohem Maße vom Wert des Rauschens im Messkanal beeinflusst. Je mehr Rauschen, umso geringer die ENOB. Dies illustriert beispielhaft die Darstellung eines 20-MHz-Signals, das mit zwei verschiedenen Bandbreiten aufgenommen wurde, s. Bild 2. Mit 100 MHz (unten) ergibt sich eine saubere Darstellung, mit 8 GHz (oben) und wesentlich stärkerem Rauschen erhält man ein „dickeres” Signal und eine unkorrekte Spitzendarstellung. Die Verstärkung ist nicht über die gesamte Bandbreite gleich Das Frequenzverhalten eines digitalen Oszilloskops ist nicht ideal und entspricht in der Regel auch nicht dem Verhalten eines analogen Scopes (einfacher RC- Tiefpass). Grundsätzlich kann man davon ausgehen, dass das Frequenzverhalten eines digitalen Scopes mehr am Ideal eines Tiefpassfilters dran ist als das Verhalten eines Analog-Scopes. Beste Ergebnisse erzielen Hersteller durch Einbau von Hardware-Korrekturfiltern. Erst kurz vor dem Bandbreiten-Nennwert flacht die Kurve ab und fällt dann steil. Doch einige Hersteller verzichten auf Korrekturfilter. Dann kann man nicht sagen, dass das Oszilloskop genau das anzeigt, was aus dem Messobjekt herauskommt. Bild 1: Die ENOB der Keysight MXR Scopes bewegt sich um den Mittelwert 9 Bits, was stets beste Signalintegrität sichert 36 hf-praxis 2/2022

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