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Messtechnik High-Speed-Messungen im Zeitbereich durchführen

| Autor: Kristin Rinortner

Bei High-Speed-Messungen im Zeitbereich sollten Oszilloskop und Tastkopf kompatibel sein. Wichtig ist die Auto- oder manuelle Kalibrierung des Tastkopfes.

Oszilloskop und Tastkopf sollen über die für die Messung erforderliche Bandbreite verfügen
Oszilloskop und Tastkopf sollen über die für die Messung erforderliche Bandbreite verfügen
(Oszilloskop und Tastkopf sollen über die für die Messung erforderliche Bandbreite verfügen)

Bei High-Speed-Messungen im Zeitbereich sollte man sich zunächst vergewissern, dass Oszilloskop und Tastkopf kompatibel sind. Es ist deshalb am besten, eine Oszilloskop/Tastkopf-Kombination zu verwenden, die vom gleichen Hersteller stammt. Anschließend sollte eine Auto- oder manuelle Kalibrierung des Tastkopfes durchgeführt werden.

Unter- oder überkompensierte Tastköpfe können ernsthafte Amplitudenfehler hervorrufen und den auf dem Oszilloskop dargestellten Signalverlauf verzerren.

Bitte stets den richtigen Tastkopf verwenden. Normalerweise sind 10:1 Tastköpfe für allgemeine Messungen ausreichend. Zum Messen sehr kleiner Signale sind 1:1 Tastköpfe zu empfehlen. Für Stromimpulse ist ein Strom-Tastkopf erforderlich. Hohe Spannungen lassen sich mit einem Hochvolt-Tastkopf messen. Zum Messen sehr schneller Signale (einige Nanosekunden) eignet sich ein FET-Tastkopf am besten.

Vor dem Messvorgang sollte man sicherstellen, dass Oszilloskop und Tastkopf über die für die Messung erforderliche Bandbreite verfügen. Als Richtwert verwendet man eine Oszilloskop/Tastkopf-Kombination, die über eine drei- bis fünffach höhere Bandbreite als das zu messende Signal verfügt. Eine Änderung der Bandbreite um 3 dB kann einen Amplitudenfehler von etwa 30% bewirken.

Um Zeitdifferenzen oder Laufzeitverzögerungen zu messen sollten zwei Tastköpfe mit gleicher Länge verwendet werden. Werden Tastköpfe unterschiedlicher Längen eingesetzt, wird das Messergebnis positiv oder negativ beeinträchtigt. Die Laufzeitverzögerung eines Signals durch ein Kabel beträgt typischerweise 4,5 ns/m. Falls zum Beispiel zur Messung von Laufzeitverzögerungen ein Kabel mit einer Länge von 1 m und ein Kabel mit einer Länge von 2 m verwendet werden, entsteht durch die unterschiedlichen Kabellängen ein Fehler von etwa 4,5 ns. Bei Messungen im Nanosekunden-Bereich wirkt sich dies sehr ungünstig aus.

Beim Messen extrem schneller Signale darf der Masse-Clip, der zum Lieferumfang des Tastkopfes gehört, nicht mit Masse verbunden werden. Durch den Einsatz eines langen Masse-Clips entsteht ein zusätzlicher Reihenwiderstand im Massepfad, der Ringing und Überschwingen produziert. Die Masseverbindung stellt man am besten her, indem man den Plastikschutz von der Spitze des Tastkopfes entfernt, statt die Masseverbindung direkt an der Tastkopfspitze herzustellen. Dabei wird der Metallschutz des Tastkopfes verwendet.

Für High-Speed-Messungen an schnell steigenden Signalflanken oder an Bauteilen, die empfindlich auf kapazitive Belastungen reagieren, sollte man keinen Tastkopf mit hoher Kapazität verwenden. Übermäßig hohe Kapazitäten „bremsen“ schnell steigende Flanken und bewirken, dass Bauteile wie schnelle Operationsverstärker bei Messungen an den Ein- oder Ausgängen oszillieren. In diesem Fall ist ein aktiver FET-Tastkopf mit niedriger Berührungskapazität (normalerweise nur wenige pF) und sehr hoher Impedanz die bessere Wahl. Ein solcher Tastkopf schwächt den Einfluss der Lastimpedanz am Messpunkt ab.

Der Autor: John Ardizzoni arbeitet bei Analog Devices

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 Kristin Rinortner

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