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Vollautomatisierte Prüfungen der Bandbreite von Hochleistungsoszilloskopen
Da die Technologie weiter voranschreitet, sind Oszilloskope mit Bandbreiten von mehreren GHz vermehrt im Einsatz. Die herkömmlichen Methoden für Bandbreitenprüfungen sind kompliziert und können hohe Unsicherheiten beinhalten, besonders wenn die Bandbreite aus der Messung der Anstiegszeit berechnet wird. Hier bietet der Oszilloskopkalibrator 9500C von Fluke Calibration die Lösung.
Dieses Gerät erlaubt echte Bandbreitenprüfungen an Oszilloskopen mit bis zu 4 GHz und kann auch genaue Prüfungen der Impulsantwort mit schnellen Impulsen mit Amplituden zwischen 5 mVss und 3 Vss sowie Anstiegs-/Abfallzeiten bis zu 125 ps durchführen.
Was ist die Bandbreite?
Die Bandbreite beschreibt den Frequenzbereich für den Analogeingang eines Oszilloskops, bei dem eine bestimmte Abschwächung der Amplitude auftritt. Sie ist definiert als die Frequenz, bei welcher ein sinusförmiges Eingangssignal auf 70,7 % seiner Amplitude abgeschwächt wird, auch als -3-dB-Punkt bezeichnet. Bei Oszilloskopen wird die Bandbreite häufig zur Differenzierung der Leistungsfähigkeit verwendet, ähnlich wie die Auflösung eines digitalen Multimeters angegeben wird. Der Vergleich eines 5,5-stelligen Multimeters mit einem 4,5-stelligen Multimeter ist wie der Vergleich zwischen einem Oszilloskop mit 400 MHz Bandbreite mit einem mit 1 GHz.
Wie wird die Bandbreite gemessen?
Ein Ansatz zur Messung der Bandbreite besteht darin, ein sinusförmiges Signal zu nutzen und die Frequenz zu bestimmen, bei der die angezeigte Signalamplitude um 3 dB (70,7 %) im Vergleich zur Amplitude bei niedrigen Frequenzen abnimmt.
Warum die Bandbreite nicht mittels der Anstiegszeit berechnet werden sollte
Bei Verwendung eines Verfahrens ohne eine spezielle Kalibrierquelle für Oszilloskope ist es erforderlich, Auswirkungen und Fehlerquellen zu berücksichtigen. Wenn keine spezielle Kalibrierquelle für Oszilloskope zur Verfügung steht, werden vielfach gepelte Signalgeneratoren und Leistungsmessgeräte verwendet. Hierbei können Unsicherheiten aufgrund der Unsicherheit des Generators, Fehlanpassungen und des Oberschwingungsgehalts auftreten, wenn man einen Spitze-Spitze-Wert mithilfe eines kalibrierten HF-Signals ermittelt. Zudem können zusätzliche Komplikationen aufgrund des Frequenzgangs, seiner Auswirkung auf den 3-dB-Punkt und der Genauigkeit der Bestimmung der Bandbreite auftreten. Dies macht es schwierig, für Oszilloskope mit höheren Bandbreiten Signale bei der erforderlichen Frequenz und mit geringer Unsicherheit zu erhalten. Das führt dazu, dass die Bandbreite oft mittels der Anstiegszeit berechnet wird.
Die Bandbreite kann mit der Anstiegszeit (tr) zusammenhängen. Die Berechnung einer äquivalenten Bandbreite aus einer gemessenen Anstiegszeit wird als Imputing („Anrechnung“) bezeichnet. Hiermit kann die Bandbreite ermittelt werden mit der Formel
Bandbreite = k/tr
- k = 0,35 für Oszilloskope < 1 GHz
- k = 0,4 bis 0,45 für Oszilloskope > 1 GHz
Dies gilt nur, wenn der Frequenzgang des Oszilloskops dem eines idealen Gauß-Filters entspricht.
Leider zeigen die meisten Oszilloskope beim Frequenzgang kein Gaußsches Verhalten, sodass die auf diese Weise berechnete Bandbreite eine hohe Unsicherheit beinhaltet. Eine einfache Prüfung mittels der Anstiegszeit liefert keine Informationen über die Form des Frequenzgangs des Oszilloskops. In Ermangelung einer geeigneten Sinusquelle ist diese Methode als Alternative beliebt und wird für Oszilloskope mit sehr hoher Bandbreite von über 6 GHz immer noch verwendet.
Prüfungen mithilfe von schnellen Flanken (Fast Edge)
Die Impulsantwort des Oszilloskops wird mithilfe einer schnellen Flanke mit hoher Integrität geprüft. Dabei wird die vertikale Kanalanstiegszeit gemessen und nach Abweichungen, Unter- und Überschwingbereichen am angezeigten Signal gesucht.
Zur Erinnerung: Die beobachtete Anstiegszeit hängt von der Geschwindigkeit der für die Prüfung verwendeten Flanke ab. Die tatsächliche Anstiegszeit der verwendeten Flanke sollte bekannt sein und korrigiert werden, andernfalls kann die Messung mit einem signifikanten Fehler behaftet sein.
Bandbreitenprüfung mit dem Oszilloskopkalibrator 9500C von Fluke Calibration
Der Oszilloskopkalibrator 9500C kann gepegelte Sinussignale mit geringer Unsicherheit bis 4 GHz liefern, kalibriert in Bezug auf die Spitze-Spitze-Spannung.
Wenn hohe Bandbreiten und eine hohe Signalreinheit benötigt werden, können Sie mithilfe des 9500C mit Active Head Technology™ effizienter, effektiver und produktiver sein und im Vergleich zu einem Multiproduktkalibrator deutlich bessere Ergebnisse erzielen.
Mithilfe der Active Head Technology™ kann der Oszilloskopkalibrator 9500C gepegelte Sinussignale bis zu 4 GHz mit äußerst geringer Unsicherheit liefern. Das ermöglicht Bandbreitenprüfungen von Oszilloskopen auf höchstem Niveau.
Weiterlesen
- Hochfrequenzfehlerquellen beim Kalibrieren von Oszilloskopen
- So kalibrieren Sie ein Oszilloskop
- So prüfen und kalibrieren Sie die Vertikalbaugruppe Ihres Oszilloskops
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