PicoScope 9404-05 SXRTO

Was ist ein SXRTO?

Das Echtzeit-Oszilloskop

Das klassische Echtzeit-Oszilloskop (RTO/Real-Time Oscilloscope) ist mit einer ausreichenden Abtastrate ausgelegt, um ein transientes, nicht wiederkehrendes Signal mit der spezifizierten Analog-Bandbreite des Gerätes zu erfassen. Gemäß dem Abtasttheorem von Nyquist muss die Abtastrate des Oszilloskops für eine genaue Erfassung und Anzeige des Signals mindestens doppelt so hoch sein wie die Signalbandbreite. Typische RTO mit hoher Bandbreite übertreffen diese Abtastrate zum Beispiel um den Faktor zwei und erreichen bis zu vier Abtastungen pro Zyklus oder drei Abtastungen in einem Impuls mit minimaler Breite.

Äquivalenzzeit-Abtastung

Für Signale, die nahe oder oberhalb der Nyquist-Grenze der RTO liegen, können viele dieser Geräte in einen Modus wechseln, der als Äquivalenzzeit-Abtastung (ETS/Equivalent-Time Sampling) bezeichnet wird. In diesem Modus sammelt das Oszilloskop nach einem Trigger-Ereignis so viele Samples wie möglich und bei nachfolgenden Trigger-Ereignissen dann weitere. Da der Abtasttakt des Oszilloskops unabhängig vom Trigger-Ereignis ist, hat jeder Trigger einen zufälligen Zeitversatz gegenüber dem Takt des Oszilloskops. Das Oszilloskop misst diesen Offset und zeigt die Samples zu den richtigen Zeiten an. Nach einer großen Anzahl von Trigger-Ereignissen verfügt das Oszilloskop so über genügend Samples, um das Signal mit der gewünschten Zeitauflösung darzustellen. Diese ist die so genannten effektiven Abtastauflösung (die Umkehr der effektiven Abtastrate), die um ein Vielfaches höher ist als im Echtzeitmodus ("Nicht-ETS-Modus"). Da diese Technik auf einer zufälligen Beziehung zwischen Trigger-Ereignissen und dem Sample-Takt beruht, müsste sie korrekterweise als Zufalls-Äquivalenzzeit-Abtastung ("Random ETS" oder manchmal auch "RIS/Random Interleaved Sampling") bezeichnet werden. Das Verfahren kann nur für sich wiederholende (repetitive) Signale verwendet werden, also solche, die von einem Trigger-Ereignis zum nächsten wenig variieren.

Das einzigartig am PicoScope 9404 SXRTO ist seine maximale effektive Abtastrate beim ETS von 1 TS/s. Dies entspricht einer zeitlichen Auflösung von nur 1 ps, also 20.000 mal höher, als die tatsächliche maximale Abtastrate.

Das Sampler-Extended Real-Time Oszilloskop SXRTO

Nachdem mit der ETS-Technik eine Methode zur Verfügung steht, die Abtastrate eines Echtzeit-Oszilloskops zu erweitern, ist somit also eine effektive Abtastrate erreichbar, die weitaus höher ist, als sie für die Anpassung an die analoge Bandbreite des Instruments erforderlich ist. Um diese hohen effektiven Abtastraten besser nutzen zu können, kann man die analoge Bandbreite des Oszilloskops erhöhen. Pico hat einen Weg entwickelt, dies mit moderaten Kosten zu erreichen, verglichen mit den sehr hohen Kosten für die Erhöhung der Echtzeit-Abtastrate. Das Ergebnis ist das SXRTO (Sampler-Extended Real-Time Oscilloscope).

Das PicoScope 9404-05 SXRTO hat eine analoge Bandbreite von 5 GHz. Das erfordert eine Abtastrate von mindestens 10 GS/s, aber für eine genaue Rekonstruktion der Wellenform ohne Interpolation werden weitaus höhere Werte benötigt. Das PicoScope 9404-05 liefert 200 Abtastpunkte in einem einzigen Zyklus bei 5 GHz und 140 Punkte in einem Impuls mit minimaler Breite.

Ist ein SXRTO also ein Sampling-Scope?

Mit "Sampling-Scope" wird eine andere Art von Instrument bezeichnet. Es verwendet einen programmierbaren Verzögerungsgenerator, um Samples in regelmäßigen Intervallen nach jedem Triggerereignis aufzunehmen. Diese Technik wird als "Sequential Equivalent-Time Sampling"/sequentielles ETS bezeichnet und ist das Prinzip der PicoScope 9300 Serie. Diese Sampling-Oszilloskope können sehr hohe effektive Abtastraten erreichen, haben aber zwei wesentliche Einschränkungen: Sie können keine Daten vor dem Triggerereignis erfassen und sie benötigen ein separates Takt-Signal - entweder von einer externen Quelle oder von einem eingebauten Clock-Recovery-Modul.

Die folgende Tabelle fasst die Unterschiede zwischen den Oszilloskop-Typen zusammen. Alle als Beispiel aufgeführten PicoScope-Modelle sind kompakte 4-Kanal USB PC-Geräte*.

Typ Echtzeit-Oszilloskop SXRTO Sampling-Oszilloskop
Beispiel-Modell PicoScope 6407 PicoScope 9404-05 PicoScope 9300 Serie
Analoge Bandbreite 1 GHz* 5 GHz 20 GHz
Echtzeit-Sampling 5 GS/s 500 MS/s 1 MS/s
SETS/Sequential Equivalent-Time Sampling Nein Nein 15 TS/s
RETS/Random Equivalent-Time Sampling 100 GS/s 1 TS/s 250 MS/s
Trigger auf dem Eingangskanal Ja Ja Nein** - erfordert externen Takt oder interne Taktrückgewinnungs-Option (Clock-Recovery)
Pretrigger-Erfassung Ja Ja Nein**
Vertikale Auflösung 8 bit 12 bit 16 bit

* Neben diesen Beispiele sind natürlich Echtzeit-Oszilloskope mit anderen/höherer Bandbreite von anderen Herstellern erhältlich.
** Diese Funktionen sind möglich bei niedrigen Sampling-Raten bis zu 1 MS/s.

Nach Informationen von Pico Technology