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8-2018

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik Bild 5: Zum

Messtechnik Bild 5: Zum Einfluss der Tastkopflast auf ein Hochgeschwindigkeitssignal Bild 6: Darstellung einer Flanke mit einer tatsächlichen Anstiegszeit von 85 ps auf einem 4-GHz-DPO und State-Erfassungen über denselben Tastkopf durchzuführen. Das beschleunigt die Fehlerbehebung und die Analyse der Signalintegrität, indem der Einfluss der Tastköpfe auf den Prüfling auf ein Minimum reduziert wird. Mittlerweile hat die Tastkopftechnologie eine neue Dimension erreicht. Die neuste Generation ist in der Lage, digitale (Timingund State-) Informationen an den Logikanalysator und dieselben Signale in analoger Form an ein Oszilloskop zu übertragen. Mit einem einzigen Tastkopf lässt sich somit jeder einzelne Aspekt des Signals untersuchen. Bei komplexen digitalen Systemen werden oft dedizierte Testpunkte zur Messung von Signalen integriert. Einige dieser Testpunkte sind mit Stiften versehen, um den Anschluss an Clip-on-Tastköpfe und Leadsets zu vereinfachen. Diese Anschlüsse wirken sich oft auch dann bereits auf die Signale des Zielsystems aus, wenn es nicht an einen Logikanalysator angeschlossen ist. Die Lage der Anschlusspunkte kann das Erscheinungsbild des Signals beeinflussen. Es empfiehlt sich daher, die Testpunkte möglichst nahe an die Signalempfänger zu setzen – dort weisen die Signale die Charakteristika auf, die von den logischen Schaltungen „gesehen“ werden. Identifizierung von Verzerrungen mit Digitaloszilloskopen Zweitwichtig zur Messung und Analyse der Signalintegrität ist das Digitaloszilloskop. Dies ist das Instrument zum Aufspüren von analogen Problemen, nachdem sie in digitaler Form mithilfe des Logikanalysators entdeckt wurden. Man unterscheidet das Digitalspeicher-Oszilloskop (DSO), das Digital-Phosphor- Oszilloskop (DPO) und das Sampling-Oszilloskop. Zu den wichtigsten Eigenschaften eines DSOs oder DPOs zählt die Fähigkeit, einmalige Ereignisse erfassen zu können. Das DSO bzw. DPO erfasst die analogen Charakteristika des Signals. Es ist in der Lage, ein Rechtecksignal mit der gleichen Präzision zu erfassen wie eine transiente Spannungsspitze oder ein reines Sinussignal. Es kann auf das angezeigte Signal oder auf ein synchrones Signal triggern oder auch auf einen Befehl vom Logikanalysator warten. Bei vielen Digitaloszilloskopen teilt sich die angegebene Abtastrate auf die Kanäle auf, viertelt sich also, wenn vier Kanäle belegt sind. Das kann sich negativ auf die Erfassungsqualität auswirken. Bei verringerten Abtastraten werden weniger Samples pro Messzyklus erfasst, wodurch sich das Signal nicht mehr so präzise rekonstruieren lässt. Auch wenn die Bandbreite des Oszilloskops unverändert bleibt, leidet die Erfassungsgüte unter niedrigeren Abtastraten. Bei der Analyse der Signalintegrität ist das natürlich kontraproduktiv. Tabelle 1 nennt die wichtigsten Digitaloszilloskop-Spezifikationen zur Analyse und Fehlerbehebung bei der Signalintegrität. Moderne DSOs lösen diese Abtastrateneffekte, indem sie mit der drei- bis fünffachen Oszilloskopbandbreite abtasten, und zwar auf mehreren Kanälen gleichzeitig. Dadurch werden selbst bei der Verwendung aller Kanäle genügend Abtastpunkte sichergestellt. Die höchste derzeit verfügbare Einzelschuss- Signalerfassungsrate eines Digitaloszilloskops beträgt 20 GS/s auf jedem Kanal. Warum ist dies so wichtig? Stellen wir uns einmal vor, wir würden einen Prüfpunkt über einen Tastkopf mit einem konventionellen DSO messen, das zwar über eine hohe Abtastrate verfügt, diese bei der Verwendung mehrerer Eingänge aber nicht aufrechterhalten kann. Bei Anschluss des ersten Prüfpunkts liegt die Anstiegszeit der Signalflanke klar und deutlich ablesbar bei z.B. 400 ps. Wird der zweite Eingang mit dem Signal des zweiten Prüfpunkts aktiviert, weisen beide Signale in der Darstellung eine höhere Anstiegszeit und mehr Verzerrungen auf. Dies liegt daran, dass sich die Abtastrate halbiert hat und nun ungenügend ist. So kann das Oszilloskop die Flankenanstiegszeit von 400 ps nicht präzise erfassen. Merke: Eine Erfassung mit ungenügender Abtastrate täuscht zusätzliche Verzerrungen und eine längere Anstiegszeit vor. Diese ungenaue und irreführende Signalrekonstruktion wird als Aliasing bezeichnet. Der beste Weg zur Vermeidung von Aliasing besteht darin, ein Messgerät mit voller Einzelschuss-Abtastrate für alle verwendeten Kanäle einzusetzen. Die Triggerfunktionen sind hier genauso ausschlaggebend wie beim Logikanalysator. Denn wie beim Logikanalysator dient auch hier der Trigger als Beweis dafür, dass eine bestimmte Art von Ereignis aufgetreten ist. Die Triggerung beim DSO/DPO unterscheidet sich allerdings insofern, als dass hierbei die Möglichkeit zum Erkennen von und zum Reagieren auf eine Vielzahl analoger Ereignisse besteht: • Flankenpegel- und Anstiegsgeschwindigkeits-Bedingungen 14 hf-praxis 8/2018

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