Was ist ein digitales Speicheroszilloskop?
Ein digitales Speicheroszilloskope ist ein Messinstrument, das zeitliche Veränderungen elektrischer Signale in digitale Daten umwandelt, diese in seinem internen Speicher aufzeichnet und auf einem Display anzeigt.
Im Gegensatz zu Prüfgeräten, die nur Spannung oder Strom zu einem einzigen Zeitpunkt messen, können Oszilloskope die Periode/Frequenz eines elektrischen Signals, die ansteigende Flanke eines Signals und die Zeit/Phasendifferenz zwischen mehreren Signalen beobachten.
Oszilloskope lassen sich grob in digitale und analoge Speicheroszilloskope unterteilen. Während analoge Oszilloskope elektrische Signale in Echtzeit auf eine Kathodenstrahlröhre projizieren, sammeln digitale Speicheroszilloskope, die hier verwendet werden, Informationen in Form von Punkten, die durch Abtasten elektrischer Signale in diskreten Zeitintervallen gewonnen werden, und zeigen Pseudowellenformen an.
Anwendungen digitaler Speicheroszilloskope
Oszilloskope sind Messgeräte zur Beobachtung elektrischer Signale wie Spannung und Strom in elektrischen Schaltkreisen in Form von Wellenformen mit der Zeitachse als horizontaler Achse. Sie werden zur Überprüfung und Fehlersuche bei der Entwicklung von Industrie- und Konsumgütern sowie zur Analyse der Ursachen von Produktfehlern eingesetzt.
Digitale Speicheroszilloskope wandeln elektrische Signale nach einer Datenverarbeitung wie z. B. einer A/D-Wandlung in Wellenformen um und haben daher den Nachteil, dass sie analogen Oszilloskopen in Bezug auf die Echtzeitleistung unterlegen sind, aber seit dem Jahr 2000 ist die Aktualisierungsrate des Bildschirms gestiegen und hat sich auf ein Niveau verbessert, das den praktischen Einsatz nicht behindert.
Darüber hinaus sind die Preise für digitale Speicheroszilloskope allmählich gesunken, so dass digitale Oszilloskope heute überwiegend eingesetzt werden.
Funktionsweise der digitalen Speicheroszilloskope
1. Eingangssignalverarbeitung
Digitale Speicheroszilloskope verfügen über ein Eingangssignal, dessen Empfindlichkeit durch ein Dämpfungsglied (Attenuator) eingestellt wird, dessen Amplitude durch einen Verstärker (Amplifier) optimiert wird und das dann einem A/D-Wandler zugeführt wird, der das Signal zu einem durch die Abtastfrequenz festgelegten Zeitpunkt aufnimmt und in einen Digitalwert umwandelt, der Der Digitalwert wird im Aufzeichnungsspeicher als die Daten eines einzelnen Punktes der Wellenform aufgezeichnet.
2. Aufzeichnungsspeicher
Der Aufzeichnungsspeicher verfügt über eine FIFO-Speicherstruktur (first-in-first-out), d.h. wenn die Kapazität des Aufzeichnungsspeichers voll ist, werden die ältesten Daten verworfen und neue Daten geschrieben. Der Aufzeichnungsspeicher arbeitet also immer mit den neuesten Daten.
3. Signalwellenformen
Das Schreiben vom A/D-Wandler in den Aufzeichnungsspeicher wird durch die Triggerschaltung gesteuert. Wenn das Schreiben in den Aufzeichnungsspeicher durch ein Signal der Triggerschaltung gestoppt wird, wird die Wellenformaufzeichnung, die eine Sammlung von Daten für jeden dort gespeicherten Punkt darstellt, in den Anzeigespeicher übertragen. Basierend auf den Daten im Anzeigespeicher wird die Signalform auf dem Oszilloskop-Display angezeigt.
4. Pre-Trigger
Wird die Erfassung eines neuen Signals unmittelbar durch ein Signal der Triggerschaltung gestoppt, so wird die Wellenform im Aufzeichnungsspeicher vor dem Triggersignal aufgezeichnet. Diese Fähigkeit, Eingangssignale vor dem Triggersignal zu beobachten, ist eine der Eigenschaften digitaler Speicheroszilloskope und wird als Pretriggerung bezeichnet. Bei analogen Oszilloskopen war es schwierig, Wellenformen vor dem Triggersignal zu erfassen, da der Sweep der hellen Linie nach dem Empfang des Triggersignals beginnt.
Auswahl eines digitalen Speicheroszilloskops
Bei der Auswahl eines Modells ist es wichtig, ein Oszilloskop mit ausreichenden Spezifikationen für den Messinhalt zu verwenden. Im Einzelnen sollten folgende Punkte berücksichtigt werden:
- Frequenzgang
Je breiter das Frequenzband, desto besser - Abtastfrequenz
Je schneller die Abtastfrequenz, desto besser - Anzahl der Kanäle
Je höher die Anzahl der Kanäle, desto größer der Vorteil - Länge des Speichers
Je größer die Speicherkapazität, desto größer der Vorteil - Arten von verfügbaren Sonden
Vorteilhaft, wenn viele verschiedene Arten von Messfühlern verfügbar sind - Trigger-Funktion
Vorteilhaft, wenn verschiedene Triggerbedingungen eingestellt werden können
Neben der grundlegenden Verwendung digitaler Speicheroszilloskope für die Beobachtung von Signalverläufen erweitern sich ihre Einsatzmöglichkeiten auf die Überprüfung des Zeitverhaltens, die Analyse von Signalverläufen und die Konformitätsprüfung, und der Messbereich und die Funktionalität nehmen entsprechend zu. Auf der anderen Seite steigt mit der geforderten Leistung zwangsläufig auch der Preis. Daher besteht ein zunehmender Bedarf an der Auswahl von Modellen mit für den Verwendungszweck geeigneten Funktionen.
Weitere Informationen zu digitalen Speicheroszilloskopen
1. Verwendung der Wellenformaufzeichnung
Da digitale Speicheroszilloskope Eingangssignale als digitale Daten in ihrem Aufzeichnungsspeicher aufzeichnen, können sie mit den Daten im Aufzeichnungsspeicher auch eine Wellenformanalyse durchführen, z. B. eine Frequenzanalyse von Signalen mit Hilfe von FFT-Operationen. Darüber hinaus können die Daten an ein externes Speichergerät (z. B. USB-Speicher) zur Analyse und Datenspeicherung mit einem PC ausgegeben werden.
2. Anti-Aliasing-Maßnahmen
Wenn bei digitalen Speicheroszilloskope das Abtastintervall im Verhältnis zur Frequenz des Eingangssignals lang ist, kann es sich als falsche Wellenform bemerkbar machen. Um Aliasing zu vermeiden, müssen die Wellenformdaten mit einer Abtastfrequenz erfasst werden, die mehr als das Doppelte der maximalen Frequenz des Eingangssignals beträgt.