DSO (digital storage oscilloscope)

Unter einem Digitaloszilloskop oder einem Digital-Speicheroszilloskop (DSO) ist ein Messgerät zu verstehen, dass analoge Eingangssignale digitalisiert, verarbeitet, speichert und in analoger Signalform darstellt. Die Abgrenzung hin zum klassischen Speicheroszilloskop mit analoger Bildschirmspeicherung liegt darin, dass diese Gerätegruppe die Signale weder digitalisiert, noch verarbeitet und auch nicht für die weitere Verarbeitung zur Verfügung stellen kann.


Der Aufbau von Digitaloszilloskopen

Vom Aufbau her hat das Digitaloszilloskop gewisse Ähnlichkeiten mit einem analogen Oszilloskop, was damit zusammenhängt, dass beide Messgeräte für vergleichbare Anwendungen konzipiert sind. Der Eingangskanal eines Digitaloszilloskops besteht aus einem A/D-Wandler in dem die in der Abtast- und Halteschaltung gesampelten Eingangssignale digitalisiert und im nachgeschalteten Halbleiterspeicher gespeichert werden. Um die Signale wieder in analoger Signalform darstellen zu können hat der Vertikalkanal vor dem Display einen D/A-Wandler.

Blockschaltbild eines Digitaloszilloskops

Blockschaltbild eines Digitaloszilloskops

Die Zeitablenkung des Horizontalkanals und die Abtastrate mit der das Vertikalsignal abgetastet wird, stehen in einem direkten Verhältnis. Arbeitet das Digitaloszilloskop beispielsweise mit einer Zeitauflösung von 100 ms/cm und werden 10 Samples/cm dargestellt, dann beträgt die Abtastrate 10 ms/Sample.

Die Triggerung von Digitaloszilloskopen unterscheidet sich in einem wesentlichen Punkt von der analoger Oszilloskope. Um den Triggerzeitpunkt selbst darstellen zu können, verzögert man in analogen Oszilloskopen das Eingangssignal solange, bis die zeitliche Hysterese der Triggerung überbrückt ist. In Digitaloszilloskopen kann man die digitalisierten Daten durch ein Schieberegister laufen lassen und so den Triggerzeitpunkt und Zeitbereiche die vor dem Triggerzeitpunkt liegen, darstellen. Der Trigger dient dabei wie beim Logikanalysator zum Stoppen der eingelesenen Daten

Der A/D-Wandler bildet die zentrale Komponente von Digitaloszilloskopen und bestimmt dessen wesentlichen Eigenschaften, so die Auflösung, die darstellbare Bandbreite und die Anstiegszeit.

Kennwerte von Digitaloszilloskopen

Die Auflösung und die Genauigkeit der Darstellung hängen direkt miteinander zusammen. Die Auflösung kennzeichnet die Unterscheidungsmöglichkeit individueller Teilwerte, während die Genauigkeit die Übereinstimmung eines angezeigten Wertes mit dem tatsächlichen Wert charakterisiert. Die Auflösung der A/D-Wandlung ist somit eine Frage der Quantisierung. Bei 6 Bit, entsprechend 64 Abstufungen, liegt die Genauigkeit bei 1,56 %, bei 8 Bit bei 0,19 % und bei 10 Bit Quantisierung bei 0,098 %.

Digital-Speicheroszilloskop von Tektronix

Digital-Speicheroszilloskop von Tektronix

Die Speicherbandbreite von Digitaloszilloskopen ermittelt sich über die Abtastrate unter Einbeziehung des Abtasttheorems. Danach ist die muss die Abtastrate doppelt so hoch sein, wie die höchste abzutastende Frequenz. Hat das Digitaloszilloskop eine höchste Abtastfrequenz von 1 GHz, dann liegt die Speicherbandbreite bei 500 MHz. Ebenso wie die Speicherbandbreite sind auch die Anstiegszeiten von Digitaloszilloskopen von der Samplerate abhängig. Näherungsweise ergibt sich die nutzbare Anstiegszeit aus dem minimalen Abtastintervall multipliziert mit dem Faktor 1,6. Ist also das Abtastintervall 1 GHz, resp. 1 ns, dann ist die nuztbare Anstiegszeit 1,6 ns.

Durch DSP-Technologien werden diese Grenzwerte bei High-Speed-Messungen noch verbessert. Mit diesen Techniken werden Bandbreitenwerte von 15 GHz und höher und Anstiegszeiten von etwa 30 ps realisiert. Dabei ist der Zusammenhang zwischen Bandbreite und Anstiegszeit näherungsweise: Bandbreite = 0,5/Anstiegszeit.

Informationen zum Artikel
Deutsch: Digitaloszilloskop
Englisch: digital storage oscilloscope - DSO
Veröffentlicht: 08.04.2012
Wörter: 477
Tags: #Messgeräte und Testgeräte
Links: Abtastrate, Abtasttheorem, A/D (AD-Wandler), Analog, Anstiegszeit