Oszilloskopsysteme und Steuerungen: Vertikale, horizontale & -Triggerung erklärt

Um am besten zu verstehen, was ein Oszilloskop ist und wie es funktioniert, ist es wichtig zu beachten, dass es zwei Haupttypen von Oszilloskopen gibt: analoge und digitale. Analoge und digitale Oszilloskope haben einige grundlegende Bedienelemente, die ähnlich sind, und andere, die unterschiedlich sind. Wir werden uns die grundlegenden Systeme und Kontrollmechanismen ansehen, die beiden Systemen gemeinsam sind. Das Verständnis dieser Systeme und Steuerungen ist der Schlüssel zur Verwendung eines Oszilloskops zur Bewältigung Ihrer spezifischen Messherausforderungen. Beachten Sie, dass Ihr Oszilloskop wahrscheinlich über zusätzliche Steuerelemente verfügt, die hier nicht behandelt werden.

Die drei Systeme

Ein einfaches Oszilloskop besteht aus drei verschiedenen Systemen – dem Vertikalsystem, dem Horizontalsystem und dem Triggersystem. Jedes System trägt dazu bei, dass das Oszilloskop ein Signal genau rekonstruieren kann.

Die Vorderseite eines Oszilloskops ist in drei Abschnitte unterteilt, die als Vertikal, Horizontal und Trigger bezeichnet werden. Ihr Oszilloskop kann je nach Modell und Typ andere Abschnitte haben.

Wenn Sie ein Oszilloskop verwenden, passen Sie die Einstellungen in diesen Bereichen an ein eingehendes Signal an:

• Vertikal: Dies ist die Dämpfung oder Verstärkung des Signals. Mit dem Regler „volts/div“ kann die Amplitude des Signals auf den gewünschten Messbereich eingestellt werden.
• Horizontal: Dies ist die Zeitbasis. Mit dem Regler sec/div kann die Zeit pro Unterteilung, die horizontal über den Bildschirm dargestellt wird, festgelegt werden.
• Trigger: Dies ist die Triggerung des Oszilloskops. Verwenden Sie den Triggerpegel, um ein sich wiederholendes Signal zu stabilisieren oder um bei einem einzelnen Ereignis auszulösen.

In diesem Kapitel werden wir uns jedes dieser Systeme und Steuerungen genauer ansehen.

Abbildung 20: Bedienbereich eines Oszilloskops auf der Vorderseite.

Vertikalsystem und Bedienelemente

Mit vertikalen Reglern lassen sich die Wellenform vertikal positionieren und skalieren, die Eingangskopplung einstellen und weitere Signalaufbereitungseinstellungen vornehmen. Zu den gängigen vertikalen Steuerungselementen gehören:

• Position
• Kopplung: Gleichstrom, Wechselstrom und Masse
• Bandbreite: Begrenzung und Erweiterung
• Abschlusswiderstand: 1 MΩ und 50 Ω
• Offset
• Umkehren: Ein/Aus
• Skala: Feste Schritte und Variable

Einige dieser Steuerungselemente werden im Folgenden beschrieben.

Position und Spannung pro Teilung

Mit der vertikalen Positionssteuerung können Sie die Wellenform nach oben und unten verschieben, sodass sie genau an der gewünschten Stelle auf dem Bildschirm positioniert ist.

Die Einstellung Volt pro Teilung (üblicherweise als Volt/Div geschrieben) ist ein Skalierungsfaktor, der die Größe der Wellenform auf dem Bildschirm verändert. Bei einer Volt/Div-Einstellung von 5 Volt entspricht jede der acht vertikalen Teilungen 5 Volt, und der gesamte Bildschirm kann von unten nach oben 40 Volt anzeigen, vorausgesetzt, es handelt sich um ein Skalar mit acht Hauptteilungen. Bei einer Einstellung von 0,5 Volt/Div kann der Bildschirm beispielsweise 4 Volt von unten nach oben anzeigen.

Die maximale Spannung, die auf dem Bildschirm angezeigt werden kann, ist die Volt/Div-Einstellung multipliziert mit der Anzahl der vertikalen Teilungen. Beachten Sie, dass die von Ihnen verwendete Sonde, 1X oder 10X, auch den Skalierungsfaktor beeinflusst.

Sie müssen die Volt/Div-Skala durch den Dämpfungsfaktor der Sonde teilen, wenn das Oszilloskop dies nicht für Sie tut. Die Volt/Div-Skala verfügt häufig entweder über eine variable Verstärkung oder eine Feineinstellung der Verstärkung, um ein angezeigtes Signal auf eine bestimmte Anzahl von Teilungen zu skalieren. Verwenden Sie dieses Steuerelement, um die Anstiegszeit zu messen.

Eingangskopplung

Kopplung bezeichnet die Methode, mit der ein elektrisches Signal von einem Stromkreis auf einen anderen übertragen wird. In diesem Fall ist die Eingangskupplung die Verbindung von Ihrer Testschaltung zum Oszilloskop.

Die Kopplung kann auf Gleichstrom, Wechselstrom oder Masse eingestellt werden. Die Gleichstromkopplung zeigt das gesamte Eingangssignal an. Durch die Wechselstromkopplung wird die Gleichstromkomponente eines Signals blockiert, sodass die Wellenform um Null Volt zentriert ist. Abbildung 21 veranschaulicht diesen Unterschied.

Die AC-Kopplungseinstellung ist sinnvoll, wenn das gesamte Signal (Wechselstrom + Gleichstrom) für die Volt/Div-Einstellung zu groß ist.

Abbildung 21: AC- und DC-Eingangskopplung.

Die Erdungseinstellung trennt das Eingangssignal vom Vertikalsystem, wodurch man auf dem Bildschirm sehen kann, wo sich der Nullpunkt befindet.

Bei geerdeter Eingangskopplung und automatischem Triggermodus wird auf dem Bildschirm eine horizontale Linie angezeigt, die Null Volt darstellt. Das Umschalten von Gleichstrom auf Masse und zurück ist eine praktische Methode, um Signalspannungspegel in Bezug auf Masse zu messen.

Bandbreitenbegrenzung

Die meisten Oszilloskope haben eine Schaltung, die die Bandbreite des Oszilloskops begrenzt. Durch die Begrenzung der Bandbreite wird das Rauschen, das manchmal in der angezeigten Wellenform auftritt, reduziert, was zu einer saubereren Signaldarstellung führt.

Beachten Sie, dass die Bandbreitenbegrenzung zwar Rauschen eliminieren kann, aber gleichzeitig auch hochfrequente Signalanteile reduzieren oder eliminieren kann.

Bandbreitenerweiterung

Einige Oszilloskope verfügen möglicherweise über einen beliebigen DSP-Entzerrungsfilter, der verwendet werden kann, um das Kanalverhalten des Oszilloskops zu verbessern. Dieser Filter erweitert die Bandbreite, flacht den Frequenzgang des Oszilloskops ab, verbessert die Phasenlinearität und sorgt für eine bessere Anpassung zwischen den Kanälen. Außerdem verkürzt es die Anstiegszeit und verbessert das Zeitbereichs-Sprungverhalten.

Horizontalsystem und Bedienelemente

Das horizontale System eines Oszilloskops ist am engsten mit der Erfassung eines Eingangssignals verbunden. Abtastrate und Aufzeichnungslänge gehören zu den hierbei zu berücksichtigenden Faktoren. Mit den horizontalen Steuerelementen lässt sich die Wellenform horizontal positionieren und skalieren. Zu den gängigen horizontalen Steuerungselementen gehören:

Einige dieser Steuerungselemente werden im Folgenden beschrieben.

Erfassungs-Bedienelemente

Digitale Oszilloskope verfügen über Einstellungen, mit denen Sie steuern können, wie das Erfassungssystem ein Signal verarbeitet. Abbildung 22 zeigt ein Beispiel für ein Akquisitionsmenü.

Sehen Sie sich die Erfassungsoptionen Ihres digitalen Oszilloskops an, während Sie diesen Abschnitt lesen.

Abbildung 22: Beispiel eines Akquisitionsmenüs.

Erfassungsmodi

Die Erfassungsmodi steuern, wie aus den Abtastpunkten Wellenformpunkte erzeugt werden. Die Abtastpunkte sind die digitalen Werte, die direkt vom Analog-Digital-Wandler (ADC) abgeleitet werden. Das Abtastintervall bezeichnet die Zeit zwischen diesen Abtastpunkten.

Die Wellenformpunkte sind die digitalen Werte, die im Speicher abgelegt und zur Darstellung der Wellenform angezeigt werden. Die Zeitdifferenz zwischen zwei Punkten im Signalverlauf wird als Signalverlaufsintervall bezeichnet.

Das Abtastintervall und das Wellenformintervall können gleich sein, müssen es aber nicht. Diese Tatsache führt zur Existenz mehrerer unterschiedlicher Erfassungsmodi, in denen ein Wellenformpunkt aus mehreren nacheinander erfassten Abtastpunkten besteht.

Darüber hinaus können Wellenformpunkte aus einer Kombination von Abtastpunkten erstellt werden, die aus mehreren Messungen stammen. Dies bietet eine weitere Reihe von Messmodi. Im Folgenden werden die am häufigsten verwendeten Erfassungsmodi beschrieben.

Abtastmodus: Dies ist der einfachste Erfassungsmodus. Das Oszilloskop erzeugt einen Wellenformpunkt, indem es in jedem Wellenformintervall einen Abtastpunkt speichert.

Spitzenerkennungsmodus: Das Oszilloskop speichert die Minimal- und Maximalwert-Abtastpunkte, die während zweier Wellenformintervalle aufgenommen wurden, und verwendet diese Abtastwerte als die beiden entsprechenden Wellenformpunkte.

Digitale Oszilloskope mit Spitzenerkennungsmodus betreiben den ADC mit einer schnellen Abtastrate, selbst bei sehr langsamen Zeitbasiseinstellungen (langsame Zeitbasiseinstellungen führen zu langen Wellenformintervallen) und sind in der Lage, schnelle Signaländerungen zu erfassen, die im Abtastmodus zwischen den Wellenformpunkten auftreten würden (Abbildung 23).

Abbildung 23: Die Abtastrate variiert mit den Einstellungen der Zeitbasis – je langsamer die Einstellung der Zeitbasis, desto langsamer die Abtastrate. Einige digitale Oszilloskope bieten den Spitzenerkennungsmodus, um schnelle Transienten bei langsamen Sweep-Geschwindigkeiten zu erfassen.

Der Peak-Detect-Modus ist besonders nützlich, um schmale, zeitlich weit auseinanderliegende Impulse zu erkennen, wie in Abbildung 24 dargestellt.

Abbildung 24: Erweiterte Analyse- und Produktivitätssoftware wie MATLAB® kann in Windows-basierten Oszilloskopen installiert werden, um eine lokale Signalanalyse durchzuführen.

Hi-Res-Modus: Ähnlich wie die Spitzenwerterkennung ist der Hi-Res-Modus eine Möglichkeit, mehr Informationen zu erhalten, wenn der ADC schneller abtasten kann, als die Zeitbasiseinstellung erfordert. In diesem Fall werden mehrere innerhalb eines Wellenformintervalls aufgenommene Messwerte gemittelt, um einen Wellenformpunkt zu erzeugen.

Das Ergebnis ist eine Verringerung des Rauschens und eine Verbesserung der Auflösung bei langsamen Signalen. Der Vorteil des Hi-Res-Modus gegenüber dem Durchschnittsmodus besteht darin, dass der Hi-Res-Modus auch bei Einzelaufnahmen verwendet werden kann.

Hüllkurvenmodus: Der Hüllkurvenmodus ist dem Spitzenwerterkennungsmodus ähnlich. Im Hüllkurvenmodus werden jedoch die minimalen und maximalen Wellenformpunkte aus mehreren Messungen kombiniert, um eine Wellenform zu bilden, die die minimale/maximale Akkumulation über die Zeit anzeigt.

Der Peak-Detect-Modus wird üblicherweise verwendet, um die Aufzeichnungen zu erfassen, die zur Bildung der Hüllkurvenform kombiniert werden.

Durchschnittsmodus: Im Durchschnittsmodus speichert das Oszilloskop während jedes Wellenformintervalls einen Abtastpunkt wie im Sample-Modus. Allerdings werden die Wellenformpunkte aus aufeinanderfolgenden Messungen anschließend gemittelt, um die endgültige angezeigte Wellenform zu erzeugen.

Der Mittelwertmodus reduziert das Rauschen ohne Bandbreitenverlust, erfordert jedoch ein sich wiederholendes Signal.

Wellenformdatenbankmodus: Im Wellenformdatenbankmodus sammelt das Oszilloskop eine Wellenformdatenbank, die eine dreidimensionale Anordnung von Amplitude, Zeit und Zählungen bereitstellt.

Starten und Stoppen des Datenerfassungssystems

Einer der größten Vorteile digitaler Oszilloskope ist ihre Fähigkeit, Wellenformen für die spätere Anzeige zu speichern.

Zu diesem Zweck befinden sich üblicherweise ein oder mehrere Tasten auf der Vorderseite, mit denen Sie das Datenerfassungssystem starten und stoppen können, um die Wellenformen in Ruhe zu analysieren.

Möglicherweise möchten Sie auch, dass das Oszilloskop die Erfassung automatisch stoppt, nachdem eine Erfassung abgeschlossen ist oder nachdem ein Satz von Aufzeichnungen in eine Hüllkurve oder eine durchschnittliche Wellenform umgewandelt wurde.

Diese Funktion wird üblicherweise als Einzeldurchlauf oder Einzelsequenz bezeichnet und ihre Bedienelemente befinden sich in der Regel entweder bei den anderen Erfassungs-Bedienelementen oder bei den Trigger-Bedienelementen.

Probenahme

Abtastung ist der Prozess, bei dem ein Teil eines Eingangssignals in eine Anzahl diskreter elektrischer Werte umgewandelt wird, um diese zu speichern, zu verarbeiten und/oder anzuzeigen. Die Größe jedes Abtastpunktes entspricht der Amplitude des Eingangssignals zum Zeitpunkt der Abtastung.

Sampling ist wie das Aufnehmen von Schnappschüssen. Jede Momentaufnahme entspricht einem bestimmten Zeitpunkt auf der Wellenform. Diese Momentaufnahmen können dann in der richtigen zeitlichen Reihenfolge angeordnet werden, um das Eingangssignal zu rekonstruieren.

In einem digitalen Oszilloskop wird eine Reihe von abgetasteten Punkten auf einem Display mit der gemessenen Amplitude auf der vertikalen Achse und der Zeit auf der horizontalen Achse rekonstruiert (Abbildung 25).

Die Eingangswellenform in Abbildung 25 erscheint als eine Reihe von Punkten auf dem Bildschirm. Sind die Punkte weit voneinander entfernt und schwer als Wellenform zu interpretieren, können die Punkte mithilfe eines Verfahrens namens Interpolation verbunden werden.

Interpolation verbindet die Punkte mit Linien oder Vektoren. Es stehen verschiedene Interpolationsmethoden zur Verfügung, mit denen sich eine genaue Darstellung eines kontinuierlichen Eingangssignals erzeugen lässt.

Abbildung 25: Grundlegende Abtastung, bei der die Abtastpunkte durch Interpolation verbunden werden, um eine kontinuierliche Wellenform zu erzeugen.

Probenahmekontrollen

Bei einigen digitalen Oszilloskopen haben Sie die Wahl zwischen einer Abtastmethode in Echtzeit oder einer gleichwertigen Abtastung. Mit den bei diesen Oszilloskopen verfügbaren Erfassungssteuerungen können Sie eine Probenmethode zur Erfassung von Signalen auswählen.

Beachten Sie, dass diese Wahl bei langsamen Zeitbasiseinstellungen keinen Unterschied macht und sich nur dann auswirkt, wenn der ADC nicht schnell genug abtasten kann, um die Aufzeichnung in einem Durchgang mit Wellenformpunkten zu füllen. Jede Probenahmemethode hat je nach Art der durchzuführenden Messungen spezifische Vorteile.

In der Regel stehen Bedienelemente zur Verfügung, mit denen Sie zwischen drei horizontalen Zeitbasis-Betriebsmodi wählen können. Wenn Sie lediglich Signale erkunden und mit einem dynamischen Signal interagieren möchten, verwenden Sie den automatischen oder interaktiven Standardmodus, der Ihnen die dynamischste Aktualisierungsrate der Anzeige bietet.

Wenn Sie eine präzise Messung und die höchste Echtzeit-Abtastrate wünschen, die Ihnen die größte Messgenauigkeit bietet, dann verwenden Sie den Modus „Konstante Abtastrate“. Es bietet die höchste Abtastrate und die beste Echtzeitauflösung.

Der letzte Modus wird als manueller Modus bezeichnet, da er eine direkte und unabhängige Kontrolle der Abtastrate und der Aufzeichnungslänge gewährleistet.

Echtzeit-Abtastverfahren

Die Echtzeitabtastung ist ideal für Signale, deren Frequenzbereich weniger als die Hälfte der maximalen Abtastrate des Oszilloskops beträgt.

Hier kann das Oszilloskop in einem „Durchlauf“ der Wellenform mehr als genug Punkte erfassen, um ein genaues Bild zu erstellen, wie in Abbildung 26 dargestellt. Das Abtasten in Echtzeit ist die einzige Möglichkeit, schnelle, transiente Signale mit einem digitalen Oszilloskop zu erfassen.

Abbildung 26: Erweiterte Analyse- und Produktivitätssoftware wie MATLAB® kann in Windows-basierten Oszilloskopen installiert werden, um eine lokale Signalanalyse durchzuführen.

Die Echtzeitabtastung stellt die größte Herausforderung für digitale Oszilloskope dar, da die Abtastrate erforderlich ist, um hochfrequente transiente Ereignisse genau zu digitalisieren, wie in Abbildung 27 dargestellt.

Diese Ereignisse treten nur einmal auf und müssen im selben Zeitrahmen erfasst werden, in dem sie auftreten.

Abbildung 27: Echtzeit-Abtastverfahren.

Ist die Abtastrate nicht hoch genug, können hochfrequente Komponenten zu einer niedrigeren Frequenz „heruntergefaltet“ werden, was zu Aliasing auf dem Display führt, wie in Abbildung 28 dargestellt. Darüber hinaus wird die Echtzeitabtastung zusätzlich dadurch erschwert, dass ein Hochgeschwindigkeitsspeicher benötigt wird, um die digitalisierte Wellenform zu speichern.

Weitere Informationen zur Abtastrate und Aufzeichnungslänge, die für die genaue Charakterisierung von Hochfrequenzkomponenten erforderlich sind, finden Sie in den Abschnitten Abtastrate und Aufzeichnungslänge in Kapitel 3 — Evaluierung von Oszilloskopen.

Abbildung 28: Unterabtastung einer 100-MHz-Sinuswelle führt zu Aliasing-Effekten.

Für die Echtzeitabtastung mit Interpolation nehmen digitale Oszilloskope diskrete Abtastwerte des Signals auf, die angezeigt werden können. Es kann jedoch schwierig sein, sich das als Punkte dargestellte Signal vorzustellen, insbesondere weil es nur wenige Punkte geben kann, die hochfrequente Anteile des Signals repräsentieren.

Um die Visualisierung von Signalen zu erleichtern, verfügen digitale Oszilloskope typischerweise über Interpolationsanzeigemodi.

Interpolation ist eine Verarbeitungstechnik, mit der man anhand weniger Punkte abschätzen kann, wie die Wellenform aussieht. Vereinfacht ausgedrückt verbindet die Interpolation die einzelnen Datenpunkte, sodass ein Signal, das in jedem Zyklus nur wenige Male abgetastet wird, präzise dargestellt werden kann.

Mithilfe von Echtzeitabtastung mit Interpolation erfasst das Oszilloskop im Echtzeitmodus einige Abtastpunkte des Signals in einem einzigen Durchgang und füllt die Lücken mithilfe von Interpolation aus. Bei der linearen Interpolation werden Abtastpunkte durch gerade Linien verbunden. Dieser Ansatz ist auf die Rekonstruktion geradliniger Signale beschränkt (Abbildung 29), die sich besser für Rechteckwellen eignen. Die vielseitigere sin x/x Interpolation verbindet Abtastpunkte mit Kurven (Abbildung 29).

Die Sin x/x Interpolation ist ein mathematisches Verfahren, bei dem Punkte berechnet werden, um die Zeit zwischen den realen Abtastwerten aufzufüllen. Diese Form der Interpolation eignet sich für gekrümmte und unregelmäßige Signalformen, die in der realen Welt viel häufiger vorkommen als reine Rechteckwellen und Impulse. Aus diesem Grund ist die sin x/x-Interpolation die bevorzugte Methode für Anwendungen, bei denen die Abtastrate das Drei- bis Fünffache der Systembandbreite beträgt.

Ist die Abtastrate nicht hoch genug, können hochfrequente Komponenten zu einer niedrigeren Frequenz „heruntergefaltet“ werden, was zu Aliasing auf dem Display führt, wie in Abbildung 28 dargestellt. Darüber hinaus wird die Echtzeitabtastung zusätzlich dadurch erschwert, dass ein Hochgeschwindigkeitsspeicher benötigt wird, um die digitalisierte Wellenform zu speichern.

Weitere Informationen zur Abtastrate und Aufzeichnungslänge, die für die genaue Charakterisierung von Hochfrequenzkomponenten erforderlich sind, finden Sie in den Abschnitten Abtastrate und Aufzeichnungslänge in Kapitel 3 — Evaluierung von Oszilloskopen.

Abbildung 29: Lineare und sin x/x Interpolation.

Äquivalente Zeitabtastmethode

Bei der Messung von Hochfrequenzsignalen ist das Oszilloskop möglicherweise nicht in der Lage, genügend Proben in einem Durchgang zu sammeln. Die Abtastung mit äquivalenter Zeit kann verwendet werden, um Signale, deren Frequenz die Hälfte der Abtastrate des Oszilloskops überschreitet, genau zu erfassen (Abbildung 30).

Abbildung 30: Einige Oszilloskope verwenden zeitgleiche Abtastung, um sehr schnelle, sich wiederholende Signale zu erfassen und anzuzeigen.

Zeitäquivalente Digitalisierer (Sampler) machen sich die Tatsache zunutze, dass die meisten natürlich vorkommenden und vom Menschen verursachten Ereignisse sich wiederholen. Die Abtastung mit äquivalenter Zeit erzeugt ein Abbild eines sich wiederholenden Signals, indem sie aus jeder Wiederholung eine kleine Menge an Information erfasst.

Die Wellenform baut sich langsam auf wie eine Lichterkette, wobei die einzelnen Lichter nacheinander aufleuchten. Dadurch kann das Oszilloskop Signale, deren Frequenzkomponenten viel höher sind als die Abtastrate des Oszilloskops, genau erfassen. Es gibt zwei Arten von äquivalenten Zeitabtastverfahren: zufällige und sequentielle Verfahren. Jedes hat seine Vorteile:

• Die zufällige Abtastung mit äquivalenter Zeit ermöglicht die Anzeige des Eingangssignals vor dem Triggerpunkt, ohne dass eine Verzögerungsleitung verwendet werden muss.
• Die sequentielle Abtastung mit äquivalenter Zeit bietet eine wesentlich höhere zeitliche Auflösung und Genauigkeit.

Beide erfordern ein sich wiederholendes Eingangssignal.

Zufallsstichprobe mit äquivalenter Zeit

Zufällige Äquivalentzeit-Digitalisierer (Abtaster) verwenden einen internen Taktgeber, der asynchron zum Eingangssignal und zum Signaltrigger läuft (Abbildung 31).

Abbildung 31: Bei der zufälligen Abtastung mit äquivalenter Zeit läuft der Abtasttakt asynchron zum Eingangssignal und zum Trigger.

Die Messungen erfolgen kontinuierlich, unabhängig von der Triggerposition, und werden anhand der Zeitdifferenz zwischen Messung und Trigger angezeigt. Obwohl die Stichproben zeitlich sequenziell entnommen werden, sind sie in Bezug auf den Auslöser zufällig, daher der Name „zufällige“ äquivalente Zeitstichprobe. Abtastpunkte erscheinen zufällig entlang der Wellenform, wenn sie auf dem Oszilloskopbildschirm angezeigt werden.

Die Möglichkeit, Abtastwerte vor dem Auslösepunkt zu erfassen und anzuzeigen, ist der entscheidende Vorteil dieser Abtasttechnik, wodurch die Notwendigkeit externer Vorauslösesignale oder Verzögerungsleitungen entfällt.

Je nach Abtastrate und Zeitfenster der Anzeige kann die Zufallsabtastung auch die Erfassung mehrerer Messwerte pro ausgelöstem Ereignis ermöglichen. Bei höheren Abtastgeschwindigkeiten verengt sich das Erfassungsfenster jedoch so weit, dass der Digitalisierer nicht mehr bei jedem Trigger abtasten kann.

Bei diesen höheren Abtastgeschwindigkeiten werden häufig sehr präzise Zeitmessungen durchgeführt, und hier ist die außergewöhnliche Zeitauflösung des sequenziellen Äquivalentzeit-Abtasters am vorteilhaftesten. Die Bandbreitengrenze für die zufällige Abtastung äquivalenter Zeitpunkte ist geringer als die für die sequentielle Abtastung.

Sequenzielle äquivalente Zeitabtastung

Der sequentielle Äquivalentzeit-Abtaster erfasst pro Trigger einen Abtastwert, unabhängig von der Zeit/Teilung-Einstellung oder der Abtastgeschwindigkeit, wie in Abbildung 32 dargestellt.

Abbildung 32: Bei der sequenziellen Abtastung mit äquivalenter Zeit wird für jeden erkannten Auslöser nach einer Zeitverzögerung, die nach jedem Zyklus erhöht wird, eine einzelne Abtastung durchgeführt.

Wird ein Auslöser erkannt, wird nach einer sehr kurzen, aber genau definierten Verzögerung eine Probe entnommen. Beim nächsten Trigger wird dieser Verzögerung ein kleines Zeitinkrement – delta t – hinzugefügt und der Digitalisierer nimmt eine weitere Abtastung vor.

Dieser Vorgang wird viele Male wiederholt, wobei zu jeder vorherigen Messung „delta t“ addiert wird, bis das Zeitfenster gefüllt ist. Abtastpunkte erscheinen nacheinander von links nach rechts entlang der Wellenform, wenn sie auf dem Oszilloskopbildschirm angezeigt werden.

Technologisch gesehen ist es einfacher, ein sehr kurzes, sehr präzises „Delta t“ zu erzeugen, als die vertikale und horizontale Position einer Probe relativ zum Auslösepunkt genau zu messen, wie es von Zufallsstichprobennehmern gefordert wird. Diese präzise gemessene Verzögerung verleiht sequenziellen Abtastern ihre unübertroffene Zeitauflösung.

Bei sequenzieller Abtastung wird die Abtastung erst nach Erkennung des Triggerpegels durchgeführt, sodass der Triggerpunkt ohne eine analoge Verzögerungsleitung nicht angezeigt werden kann. Dies kann wiederum die Bandbreite des Instruments verringern. Wenn ein externer Vortrigger bereitgestellt werden kann, wird die Bandbreite nicht beeinträchtigt.

Platzierung und Sekunden pro Division

Mit dem horizontalen Positionsregler lässt sich die Wellenform nach links und rechts genau an die gewünschte Position auf dem Bildschirm verschieben. Mit der Einstellung Sekunden pro Teilung (üblicherweise als Sek./Div. geschrieben) können Sie die Geschwindigkeit auswählen, mit der die Wellenform über den Bildschirm gezeichnet wird (auch als Zeitbasis-Einstellung oder Abtastgeschwindigkeit bekannt).

Diese Einstellung ist ein Skalierungsfaktor. Bei einer Einstellung von 1 ms entspricht jede horizontale Unterteilung 1 ms und die gesamte Bildschirmbreite entspricht 10 ms bzw. zehn Unterteilungen. Durch Ändern der Einstellung „sec/div“ können Sie längere und kürzere Zeitintervalle des Eingangssignals betrachten.

Wie bei der vertikalen Volt/Div-Skala kann auch die horizontale Sekunden/Div-Skala über eine variable Zeiteinstellung verfügen, sodass Sie die horizontale Zeitskala zwischen den diskreten Einstellungen festlegen können.

Zeitbasisauswahl

Ihr Oszilloskop hat eine Zeitbasis, die normalerweise als Hauptzeitbasis bezeichnet wird. Viele Oszilloskope haben auch eine sogenannte verzögerte Zeitbasis. Dies ist eine Zeitbasis mit einem Sweep, der relativ zu einem vorbestimmten Zeitpunkt auf dem Hauptzeitbasis-Sweep starten (oder zum Starten ausgelöst werden) kann.

Durch die Verwendung eines verzögerten Zeitbasis-Sweeps können Sie Ereignisse deutlicher erkennen und solche sehen, die mit dem primären Zeitbasis-Sweep allein nicht sichtbar sind.

Die verzögerte Zeitbasis erfordert die Einstellung einer Zeitverzögerung und gegebenenfalls die Verwendung verzögerter Triggermodi und anderer Einstellungen, die in dieser Einführung nicht beschrieben werden. Informationen zur Verwendung dieser Funktionen finden Sie in der mit Ihrem Oszilloskop gelieferten Bedienungsanleitung.

Zoom/Verschieben

Ihr Oszilloskop verfügt möglicherweise über spezielle horizontale Vergrößerungseinstellungen, mit denen Sie einen vergrößerten Abschnitt der Wellenform auf dem Bildschirm anzeigen können. Einige Oszilloskope erweitern die Zoomfunktion um Schwenk-Funktionen. Mit Drehknöpfen lassen sich Zoomfaktor bzw. Skalierung und die Verschiebung des Zoomfelds über die Wellenform einstellen.

Suchen

Einige Oszilloskope bieten Such- und Markierungsfunktionen, sodass Sie schnell durch lange Aufnahmen navigieren und nach benutzerdefinierten Ereignissen suchen können.

XY-Modus

Die meisten Oszilloskope verfügen über einen XY-Modus, mit dem Sie ein Eingangssignal anstelle der Zeitbasis auf der horizontalen Achse anzeigen können. Diese Betriebsart eröffnet ein völlig neues Gebiet der Phasenverschiebungsmesstechniken, wie im Abschnitt Oszilloskop-Messtechniken in Kapitel 5 — Einrichtung und Verwendung eines Oszilloskops — erläutert wird.

Z-Achse

Ein digitales Phosphoroszilloskop (DPO) hat eine hohe Display-Sample-Dichte und eine angeborene Fähigkeit, Intensitätsinformationen zu erfassen. Mit seiner Intensitätsachse (Z-Achse) ist das DPO in der Lage, eine dreidimensionale Echtzeitanzeige bereitzustellen, die der eines analogen Oszilloskops ähnelt.

Wenn Sie sich den Wellenformverlauf auf einem DPO ansehen, können Sie hellere Bereiche erkennen. Dies sind die Bereiche, in denen am häufigsten ein Signal auftritt.

Diese Anzeige ermöglicht es, die Grundsignalform leicht von einem nur gelegentlich auftretenden transienten Ereignis zu unterscheiden – das Grundsignal erscheint viel heller. Eine Anwendung der Z-Achse besteht darin, spezielle zeitlich abgestimmte Signale in den separaten Z-Eingang einzuspeisen, um in bekannten Abständen hervorgehobene „Markierungspunkte“ in der Wellenform zu erzeugen.

XYZ-Modus mit DPO und XYZ-Datenanzeige

Einige DPOs können den Z-Eingang nutzen, um eine XY-Anzeige mit Intensitätsabstufung zu erzeugen. In diesem Fall tastet der DPO den momentanen Datenwert am Z-Eingang ab und verwendet diesen Wert, um einen bestimmten Teil der Wellenform zu qualifizieren.

Sobald Sie qualifizierte Proben haben, können diese sich anhäufen und zu einer intensitätsgestuften XYZ-Anzeige führen.

Der XYZ-Modus eignet sich besonders gut zur Darstellung der in der Prüfung drahtloser Kommunikationsgeräte häufig verwendeten Polardiagramme, wie beispielsweise eines Konstellationsdiagramms.

Eine weitere Methode zur Darstellung von XYZ-Daten ist die XYZ-Datensatzanzeige. In diesem Modus werden die Daten aus dem Erfassungsspeicher anstelle der DPO-Datenbank verwendet.