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Bild 1: Das Oszilloskop-System Lab Master 10 Zi in der Version mit 36 GHz Bandbreite, 4 Kanälen und Abtastraten von 80 GS/s besteht aus der Master-Steuerungseinheit MCM-Zi und darunter dem Erfassungsmodul.
Bild 2: Unter der Master-Steuerungseinheit MCM-Zi befindet sich hier ein Erfassungsmodul, mit dem 60-GHz-Signale mit 160 GS/s abgetastet werden können.
Bild 3: Das Multikanal-Oszilloskopsystem Lab Master 10 Zi. Durch zusätzlich Erfassungsmodule können Kanäle hinzugefügt werden – bis zu maximal 10 Kanälen mit 60 GHz Bandbreite bzw. 20 Kanälen mit 36 GHz Bandbreite.

Die Boliden unter den Oszilloskopen

Zum wiederholten Mal hat LeCroy mit den Eckdaten 60 GHz und 160 GS/s seiner High-end-Oszilloskope den Abstand zu den nachfolgenden Wettbewerbern nicht nur vergrößert, sondern jetzt nahezu verdoppelt. Für diese prestigeträchtige Geräteklasse ist der Markt relativ eng, da in der Vollausstattung mit 60 GHz-Bandbreite auf 10 Kanälen gleichzeitig das Oszilloskop-System schon mal ein Million-Dollar-Projekt werden kann.

Bereits im Frühling 2010 hatte LeCroy einen Plan bekannt gegeben, der vorsah, bis Ende 2011 mit einem 60-GHz-Oszilloskop auf den Markt zu kommen. Es scheint mit nur wenigen Monaten Verzögerung auch so zu funktionieren. Anfang dieses Jahres konnten erste Früchte aus der jahrelangen Erfahrung mit SiGe-Prozessen geerntet werden. Die von LeCroy entwickelten und jetzt verfügbaren 36-GHz-ICs verdanken ihre Leistungsdaten wesentlich auch dem SiGe-Fertigungsprozess 8HP von IBM Semiconductor. Zuvor wurden die ICs ebenfalls von IBM gefertigt, allerdings im Fertigungsprozess 7HP, mit dem Bandbreiten bis 20 GHz erzielt werden konnten. Der IBM 8HP-SiGe-Prozess ist die 4. SiGe-Generation mit der doppelten Leistung wie die jeweils vorherige Generation mit bis zu 200 GHz Transistor Schaltgeschwindigkeit (Transitfrequenz). Der 8HP- hat im Vergleich zum 7HP-SiGe-Prozess ein um etwa 3 bis 4 dB geringeres Grundrauschen. Dies ermöglicht bei 36 GHz ein ebenso geringes Rauschen wie es heute bei 20-GHz-Oszilloskopen erreicht wird. Außerdem ist der Strombedarf deutlich geringer.

Die vor allem von Wettbewerbern gelegentlich skeptisch betrachtete DBI-Technik (Digital Bandwith Interleave), ist eine von LeCroy entwickelte und patentierte Technologie, die es ermöglicht, die reine SiGe-Bandbreite zu verdoppeln bzw. zu verdreifachen. Dies gelingt durch eine Aufteilung des breitbandigen Originalsignals in mehrere Pfade mit geringerer Bandbreite, die mit den SiGe-Chips erfasst werden und anschließend mithilfe von digitaler

Signalverarbeitung wieder in ein Signal mit hoher Bandbreite zusammengesetzt werden. Die Abtastrate und der Erfassungsspeicher werden entsprechend der Bandbreite auch verdoppelt bzw. verdreifacht. DBI ist aktuell die einzige Methode im Markt, die Echtzeit-Bandbreiten ermöglicht, die weit über der Bandbreite der eingesetzten Chips liegen. Das 60 GHz LabMaster 10 Zi Erfassungsmodul setzt die 7. Generation der DBI-Technologie ein und erreicht fast eine Verdoppelung des 4-kanaligen 36-GHz-Erfassungsmoduls mit 2 Kanälen à 60 GHz, 160 GS/s und bis 1024 M Punkte/Kanal tiefen Analysespeicher.

Modulare Architektur

Die modulare Lab Master Oszilloskop-Architektur trennt die Signalerfassung von Display, Steuerung und Verarbeitungsfunktionen. Die Master-Steuerungseinheit MCM-Zi besteht aus Display, Steuerung, Channel-Sync-Architektur und einer leistungsstarken CPU der Server-Klasse. Die Lab Master 10 Zi Erfassungsmodule auf Basis von 8HP SiGe und DBI ermöglichen 36 GHz Bandbreite und bis zu 60 GHz auf 2 Kanälen. Ein Lab Master 10 Zi Master-Steuermodul und ein 10 Zi Erfassungsmodul arbeiten wie ein normales 4-kanaliges 36-GHz-Oszilloskop bzw. wie ein 2-Kanal 60-GHz- und 4-Kanal-36-GHz-Oszilloskop. Durch die Channel-Sync-Technologie können bis zu fünf 10 Zi Erfassungsmodule sehr genau synchronisiert werden, genauer gesagt, bis zu 20 Kanäle mit 36 GHz und 10 Kanäle mit 60 GHz. All diese Eigenschaften werden zurzeit von keinem anderen Oszilloskophersteller auch nur annäherungsweise erreicht.

Bemerkenswerte Leistungsmerkmale

Die maximale Triggerbandbreite beträgt 30 GHz – doppelt so hoch wie bei bestehenden Wave Master 8 Zi-A- und Lab Master 9 Zi-A-Oszilloskopen. Das Jitter-Grundrauschen ist bei den 50- und 60-GHz-Modellen nur 100 fseff groß. Die Anstiegszeit (von 20 % auf 80 %) beträgt 5,5 ps beim 60-GHz-Modell und 9,75 ps beim 36-GHz-Modell. Ein serieller 14,1 Gbit/s, 80-bit-Pattern-Trigger unterstützt das symbolische Triggern auf 8b/10b und 64b/66b sowie PCI Express 3.0 und ist als Option erhältlich.

Anwendungsbereiche

36 GHz Bandbreite ermöglicht die Erfassung der fünften Harmonischen von seriellen 14,4 Gbit/s schnellen Datensignalen. Vier Kanäle mit maximaler Bandbreite ermöglichen die Fehlerbehebung bei Übersprechproblemen bei multiplen seriellen Datenspuren oder die Erfassung sowohl des Taktes als auch des Differenzsignals für serielle Daten wie Quick Path Interconnect (QPI).

Cloud Computing erfordert die schnelle Entwicklung von 28 GBaud (112 Gbit/s) DP-QPSK Optical Coherent Modulation-Systemen. Für diese 28-GBaud-Tests ist die 4-Kanal-Version mit 36 GHz Bandbreite sehr gut geeignet.

Jitter-Untersuchungen an 28 bis 32 Gbit/s schnellen Serdes-Signalen lassen sich mit dem 50 GHz LabMaster 10 Zi-System durchführen. Diese Oszilloskope bieten deutlich mehr Bandbreite und ermöglichen es, die dritten Harmonischen eines 28 Gbit/s NRZ-Signals anzuzeigen. Mit 60 GHz lassen sich sogar die vierten Harmonischen dieser Signale erfassen.

Es werden verstärkt Forschungen an 56 GBaud (224 Gbit/s) DP-QPSK und 16-QAM Optical Coherent Modulation-Systemen durchgeführt. Der LabMaster 10 Zi kann als 2- oder 4-kanaliges 60-GHz-System konfiguriert werden und ermöglicht Messungen an den schnellsten derzeit möglichen Übertragungsraten, nahezu 125 GBaud (500 Gbit/s) für DP-QPSK oder 1 Tbit/s für 16-QAM. Die 160 GS/s Abtastrate ist sehr gut für die Erfassung von extrem schnellen phasen-modulierten Signalen geeignet.

Optische Übertragungssysteme über 1 Tbit/s werden zwar kleinere Übertragungsraten einsetzen, dafür aber Multiplexing verwenden, wie beispielsweise MIMO oder OFDM. Daher benötigen sie mehr als 4 Erfassungskanäle. Die modularen LabMaster 10 Zi Oszilloskope mit bis 20 Kanälen mit 36 GHz und 10 Kanälen mit 60 GHz ermöglichen somit die Entwicklung solcher optischer Kommunikationssysteme.

Tiefe Speicher

Die serienmäßige Speichertiefe beträgt 20 M Punkte/Kanal. Speicher-Optionen gibt es mit 32, 64, 128, 256 und 512 M Punkten/Kanal. Der maximale Analysespeicher ist 512 M Punkten/Kanal (36 GHz) und 1024 M Punkten/Kanal (60 GHz).

Die Lab Master 10 Zi-Oszilloskope sind ab 252.900 $ verfügbar, die Erfassungsmodule ab 156.000 $. Die 36-GHz-Versionen werden ab Frühjahr 2012 ausgeliefert. Die 50- und 60-GHz-Oszilloskope folgen etwa 3 Monate später.