Preiswerte Oszilloskope richtig bewerten und vergleichen

So vermeiden Sie die 5 häufigsten Fehler beim Kauf eines preiswerten Oszilloskops

Bei einem stark begrenzten Budget kann die Wahl des richtigen Oszilloskops eine schwierige Aufgabe sein. Die beste Kaufentscheidung zu treffen bedeutet einerseits Geld zu sparen und dabei andererseits die optimale Qualität zu erhalten. Vermeiden Sie diese fünf häufigsten Fehler beim Kauf eines preiswerten Oszilloskops, damit sowohl Sie als auch Ihr Geldbeutel mit der Kaufentscheidung zufrieden sind:

  1. Kauf eines Scopes mit unzureichender Bandbreite.
  2. Einsatz eines USB-Oszilloskops in Anwendungen, für die diese nicht geeignet sind.
  3. Unterschätzung des Faktors "Benutzerfreundlichkeit".
  4. Vernachlässigung des Faktors "Händler-/Hersteller-Support".
  5. Fokussierung ausschließlich auf die "Schlüssel"-Spezifikationen.

Fehler #1: Kauf eines Scopes mit unzureichender Bandbreite

Die Bandbreitenangabe eines Oszilloskops ist die Frequenz, bei der ein Sinus als Eingangssignal um -3 dB (30% Amplitudendämpfung) gedämpft wird. Die meisten Anwender betrachten diese Spezifikation bei der Auswahl eines Oszilloskops als aller erstes. Andererseits wird sie aber oft im Zusammenhang mit den Projektanforderungen unterschätzt.

Es ist wichtig, den Frequenzgehalt des zu messenden Signals zu verstehen. Alle Oszilloskope weisen einen Tiefpass-Frequenzgang auf, wie in Abbildung 1 dargestellt. Die meisten Oszilloskope mit einer spezifizierten Bandbreite von 1 GHz und darunter zeigen typischerweise einen Gauß'schen Frequenzgang, der den Eigenschaften eines einpoligen Tiefpassfilters nahe kommt.

Die Signaldämpfung bei der -3 dB Frequenz führt zu einem Amplitudenfehler von 30%. Das heißt, wenn Sie einen 1 Vp-p (Spitze-Spitze), 100 MHz Sinus in ein Oszilloskop mit 100 MHz Bandbreite einspeisen, liegt die gemessene Spitze-Spitze-Spannung mit diesem Oszilloskop im Bereich von 700 mVp-p (-3 dB = 20 log[0,707/1,0]). Daher können Sie erwartungsgemäß keine genaue Messungen an Signalen durchzuführen, die signifikante Frequenzen in der Nähe der Bandbreite Ihres Oszilloskops aufweisen.

Gauß’sche Frequenz-Antwort eines Oszilloskops

Bild 1a: Gauß’sche Frequenz-Antwort eines Oszilloskops. Bild 1b: Keysight 4-Kanal Oszilloskop DSOX1204.

Berücksichtigen Sie bei der Anschaffung eines Oszilloskops auch eventuelle zukünftigen Anforderungen, wie zum Beispiel eine Erhöhung der Signalgeschwindigkeiten, die eine höhere Bandbreite erfordern würde. Je nach Oszilloskop-Hersteller sind für bestehende Geräte Bandbreiten-Upgrades möglich.

Nun könnte man also während des Entscheidungsprozesses fragen: "Meine Signale gehen bis 10 MHz, also sollte ein 30 MHz Oszilloskop in Ordnung sein?" Die Antwort lautet: Ja, wenn nur Sinus-Signale gemessen werden sollen. Rechteck-Signale hingegen bestehen aus Sinuswellen mit der Grundfrequenz und einer unendlichen Anzahl von ungeraden Oberwellen. Die Regel "Bandbreite = 3-fache Signalfrequenz" ist also nicht immer ausreichend.

Für digitale Anwendungen ist es ein akzeptabler Richtwert, ein Oszilloskop mit einer Bandbreite zu wählen, die mindestens das Fünffache der höchsten Taktfrequenz in Ihrem zu testenden System aufweist. Auf diese Weise kann das Oszilloskop bis zur fünften Harmonischen mit minimaler Signaldämpfung erfassen. Die fünfte Oberwelle des Signals ist entscheidend für die Bestimmung der Gesamtform Ihrer digitalen Signale. Wenn Sie also eine Bandbreite von 5x der Grundfrequenz Ihres digitalen Signals haben, können Sie digitale Signale effizient debuggen.

Bei analogen Anwendungen können die Anforderungen an die Bandbreite weniger streng sein. Bei einem Drittel der spezifizierten Bandbreite eines Oszilloskops ist die Dämpfung des Signals minimal. Daher sollte eine Bandbreite von 3x der Frequenz Ihres Analogsignals.

Denken Sie daran:

    1. Verwenden Sie für ein digitales Signal eine Bandbreite, die mindestens 5x höher ist als Ihre Grundfrequenz.
    2. Verwenden Sie für ein analoges Signal eine Bandbreite, die mindestens 3x höher ist als Ihre Grundfrequenz.

Fehler #2: Einsatz eines USB-Oszilloskops in Anwendungen, für die diese nicht geeignet sind

Auf den ersten Blick mag ein USB PC-Oszilloskop im Vergleich zu einem Standalone-Oszilloskop als die bessere Option erscheinen: Es ist kleiner, leicht tragbar und kostengünstiger. Das ist soweit richtig. Es gibt jedoch große Unterschiede, die die USB-Geräte beim Messen und Debuggen von Systemen letztlich in manchen Fällen auch komplizierter und teurer machen können.

Für die Verwendung eines USB-Oszilloskops wird ein PC benötigt. Genau genommen muss dieser somit in die Preisberechnung einfließen. Aus diesem Grund steigt nicht nur der Gesamtpreis des Projekts, sondern es wird auch oft mehr Tischfläche benötigt als bei einem eigenständigen Oszilloskop.

Weitere Unterschiede zwischen dem USB-Oszilloskop und dem Standalone-Modell sind die Benutzeroberfläche, die Skalenbereiche und die Eingangsbereiche der Geräte. Ein eigenständiges Scope enthält benutzerfreundliche, intuitive und dedizierte Bedienknöpfe, die eine ergonomische Benutzeroberfläche bilden. Der grafischen Benutzeroberfläche (GUI), die beim Einsatz eines USB-Scopes auf dem PC angezeigt wird, fehlen diese haptischen Funktionen. Darüber hinaus können die Skalenwerte und Eingangsbereiche mancher USB-Oszilloskope für Ihr Projekt ungeeignet sein, da sie eventuell nur 1-2-5 Full-Scale-Bereiche und einen maximal zulässigen Eingangsbereich von 5 V bieten.

Wenn Sie sich für ein USB-Oszilloskop entscheiden, verpassen Sie zudem den Vorteil einer schnellen, repetitiven Waveform-Aktualisierungsrate. Stand-alone-Oszilloskope wie die Keysight 1000 X-Serie bieten Aktualisierungsrate von 50.000 wfms/s, wodurch sie ein detaillierteres Signal anzeigen können. USB-Geräte hingegen unterstützen keine Live-Datenübertragung. Stattdessen schreiben sie die erfassten Daten in einen internen Puffer und übertragen sie an den PC. Da die Aktualisierungsrate bei einem USB-Scope langsamer ist, können Glitches innerhalb des Systems möglicherweise übersehen oder nicht erfasst werden. Dies beeinträchtigt unter Umständen ihre Fähigkeit beim Debugging von Designs.

Fehler #3: Unterschätzung des Faktors "Benutzerfreundlichkeit"

Die Benutzerfreundlichkeit eines Gerätes lässt sich nicht spezifizieren, denn sie ist ein sehr subjektiver Parameter, der nicht über Datenblätter vergleichbar ist. Andererseits beeinflusst eine einfache Handhabung des Oszilloskops die praktische Effektivität und ist damit eigentlich ebenso wichtig, wie die spezifizierten Leistungsmerkmale. Eine intuitive Benutzeroberfläche, ein sofort zugängliches Hilfesystem und Schnellwahlknöpfe verbessern die Benutzerfreundlichkeit, reduzieren den Zeitaufwand für das Erlernen der Funktionsweise des Scopes und ermöglichen damit mehr Zeit für das Wesentliche: Das Messen.

Bei der Anzeige tragen mehrere Faktoren dazu bei, eine Benutzeroberfläche übersichtlich und klar zu machen. Dazu gehören die Anzeigequalität, die Displaygröße, die Bildschirm-Auflösung, die Aktualisierungsrate, der Betrachtungswinkel, Farbe vs. monochromer Darstellung und benutzerdefinierte Anzeigemodi wie variables und unendliches Nachleuchten/Persistenz. Darüber hinaus kann auch eine Oberfläche, die in mehreren Sprachen arbeiten kann, besser zur Interaktion des Benutzers mit dem Scope beitragen.

Fragen können oft mitten während eines Oszilloskop-Einsatzes auftreten. In diesen Fällen kann ein integriertes, gutes Hilfesystem von Vorteil sein. Ein Hilfesystem kann nicht nur erklären, wie eine Funktion genau arbeitet, sondern auch exemplarische Fälle vorschlagen, in denen eine bestimmte Funktion verwendet werden kann. Bei einigen Oszilloskopen, wie beispielsweise der InfiniiVision 1000 X-Serie von Keysight, kann der Zugriff auf das Hilfesystem sehr einfach sein: Das Drücken und Halten einer beliebigen Taste am Oszilloskop genügt, um kurze Tipps zum Setup für bestimmte Funktion zu erhalten.

Ein benutzerfreundliches Oszilloskop sollte dedizierte Knöpfe besitzen, die alle häufig verwendeten Variablen wie vertikale Skala (V/div), vertikale Position, horizontale Skala, horizontale Position und Trigger direkt steuern, wie in Abbildung 2 dargestellt. Beispielsweise ist es beim Debuggen wichtig, schnell eine FFT-Messung (Fast Fourier-Transformation) durchführen zu können. Dedizierte Drehknöpfe für die Einstellungen und praktische Tasten für den schnellen Zugriff auf dem Front-Panel können die Genauigkeit der Messungen beeinflussen und Zeit sparen.

Tiefer Speicher vs. segmentiertem Speicher

Bild 2: Oszilloskop-Frontpanels sollten für alle wesentlichen Einstellungen über dedizierte Knöpfe verfügen

Zusätzlich kann es auch hilfreich sein, wenn alle Geräte eines Herstellers in ihrer Bedienung einheitlich und konsisten sind. Auch hierauf legt Keysight großen Wert. Ein Schüler oder Student, der zum Beispiel im Praktikums-Labor mit einem "kleinen" Oszilloskop der Serie InfiniiVision 1000 X gearbeitet hat, wird sich sofort auch auf einem "größeren" Modell wie dem InfiniiVision 3000, 4000 oder 6000 X zurecht finden.

Fehler #4: Vernachlässigung des Faktors "Händler-/Hersteller-Support"

Der Kauf eines Oszilloskops ist nur der erste Schritt. Weiterer Support für Ihr Messgerät nach dem Kauf kann der nächsten sein. Es besteht immer die Möglichkeit, dass ein Produkt einen Defekt hat, während des Einsatzes Fragen zum Gerät aufkommen oder ein Upgrade zur Erweiterung des Funktionsumfangs gewünscht wird. Wenn solche Fälle eintreten, stellt der Anwender oft fest, wie wichtig die Qualität eines Verkäufer-/Hersteller-Support sein kann. Stellen Sie daher sicher, dass Sie vor dem Kauf eine Recherche über den Support und die vom Verkäufer angebotenen Dienstleistungen durchführen.

Bewerten Sie den Hersteller

Ist der Name des Herstellers seriös? Ein Unternehmen, das als Branchenführer anerkannt ist und Integrität bei der Problemlösung bewiesen hat, ist ein Unternehmen, von dem Sie ein Oszilloskop mit gutem Gewissen kaufen können. Es ist in vielen Fällen nicht empfehlenswert, ein kostengünstiges Scope zu kaufen, ohne die Zuverlässigkeit, Reaktionsfähigkeit und Professionalität des Herstellers zu berücksichtigen. Achten Sie dabei auch auf Qualität der Software, die Messtechnik-Kompetenz allgemein und die zugänglichen Services.

Schulungs- und Begleitmaterialien

Viele preiswerte Oszilloskope verfügen nicht über integrierte Hilfe-Funktionen und enthalten im Lieferumfang nur ein einfaches Handbuch. Dies kann ein Nachteil sein, der im Prinzip alle Anwender betrifft, im Speziellen jedoch vor allem solche im Bereich Ausbildung (Praktikum, Schulen, Ausbildung-Labors). Denn diese profitieren besonders von Tools wie integrierten Trainingssignalen, ausführlicher Dokumentation und Trainingsmaterialien. Anstatt lange im Internet zu recherchieren, um Ratschläge zu erhalten, sollten Sie sich vor dem Kauf darüber informieren, welche Schulungs- und Unterstützungs-Materialien vom Hersteller selbst verfügbar sind. Zumal diese sicher auch zuverlässig und auf das entsprechende Gerät abgestimmt sind.

Lokaler Support und Service

Wenn einmal ein Problem auftritt, kann ein Hersteller mit einem breiten Netzwerk von Support-Technikern und Service-Standorten die Verfügbarkeit von schneller Hilfe durch Experten sichern und dadurch Ausfallzeiten reduzieren. Beachten Sie vor dem Kauf daher auch die Qualität des Service, die Zugänglichkeit der angebotenen Software-Updates und die vom Hersteller angebotenen Gewährleistungen.

Die InfiniiVision 1000 X-Serie von Keysight umfasst 70 MHz Oszilloskop-Modelle, die durch den Kauf einer Softwarelizenz kostengünstig und einfach auf 100 MHz aufgerüstet werden können.

Fehler #5: Fokussierung ausschließlich auf die "Schlüssel"-Spezifikationen

Es erscheint logisch, die auf Websites, Prospekten oder anderen Medien angeführten Haupt-Spezifikationen verschiedener vergleichbarer Oszilloskope einfach direkt gegenüber zu stellen und daraus eine Kaufentscheidung abzuleiten. Aber diese Spezifikationen erzählen nicht die ganze Geschichte. Es ist oft notwendig, etwas tiefer zu graben, zwischen den Zeilen zu lesen und Details genauer zu beleuchten. Das folgende Beispiel zeigt anhand der Spezifikation des Speichers, dass eine weitere Bewertung während des Kaufprozesses empfehlenswert sein kann, statt nur auf die angegebene Speicher-Tiefe zu achten.

Tiefer Speicher vs. segmentierter Speicher

Die Speicher-Tiefe eines Oszilloskops bestimmt die Zeitspanne, die das Oszilloskop bei einer bestimmten Abtastrate erfassen kann. Wenn Ihr Mess-Projekt eine lange Zeitspanne mit hoher Abtastrate bei der Digitalisierung erfordert, kann ein teures Oszilloskop mit tieferem Speicher und Single-Shot-Erfassung die Lösung sein. Alternativ bietet sich aber auch ein kostengünstiges Gerät mit Erfassung in segmentierten Speicher an. Die Erfassung mit segmentiertem Speicher kann die Gesamt-Aufnahmezeit des Oszilloskops verlängern, indem sie den verfügbaren Erfassungs-Speicher des Scopes in kleinere Speicher-Segmente unterteilt, wie in Abbildung 3 dargestellt. In Kombination mit der Dekodierung und Triggerung serieller Busprotokolle kann dieser Erfassungsmodus verwendet werden, um serielle Anwendungen effektiver zu debuggen.

Ein häufiger Irrtum ist, dass mehr Speicher automatisch immer besser ist, aber viel Speicher ist oft gar nicht notwendig. Großer Speicher ist nicht nur teurer, sondern kann auch die Datenerfassung behindern. Manche Oszilloskope mit großem Speicher maximieren die Speicher-Tiefe automatisch, was dazu führt, dass diese Geräte träge und schwer zu bedienen sind. Die Wahl eines Oszilloskops mit segmentiertem Speicher ist die klar bevorzugte Lösung, damit der Speicher effizient genutzt werden kann und gleichzeitig hohe Geschwindigkeiten erreicht werden.

Tiefer Speicher vs. segmentiertem Speicher

Bild 3: Single-Shot-Erfassung vs. Erfassung mit segmentiertem Speicher

Zusätzliche Spezifikationen, die beim Kauf eines Scopes berücksichtigt und genauer betrachtet werden sollten:

  • Grundrauschen.
  • Maximaler Eingangsbereich, minimale V/Div-Einstellungen, FFT-Fähigkeiten.

Fazit

Berücksichtigen Sie beim Kauf eines Oszilloskops optimalerweise alle genannten Variablen. Dann gehen Sie auf Nummer Sicher, ein Qualitätsprodukt zu einem angemessenen Preis zu bekommen. Denn wenn Sie die aufgeführten Fehler vermeiden, finden Sie sehr wahrscheinlich ein kostengünstiges, zuverlässiges Scope, ohne Einbußen bei Eigenschaften wie Bandbreite, Benutzerfreundlichkeit, Geschwindigkeit oder Support hinnehmen zu müssen. Schauen Sie bei ihren Recherchen vor dem Kauf vor allem über den Tellerrand der groß aufgeführten Haupt-Spezifikationen hinaus und achten Sie auch auf die Details.

Übersetzung nach Unterlagen von Keysight Technologies.