Die Verbreitung von Embedded Systemen hat schon vor vielen Jahren begonnen und zwischenzeitlich ein Maß erreicht, das heute nahezu keinen Bereich der Elektronik mehr auslässt. Diesem Trend entsprechend ist auch die geeignete Messtechnik beim Kauf eines neuen Oszilloskops gefragt. Die Bandbreite bestimmt unverändert signifikant den Kaufpreis. Die Thematik Mixed Signal sowie die Analyse der in Embedded- Anwendungen vorkommenden parallelen und seriellen Busse ist aber nicht zwangsläufig an Bandbreiten von mehreren hundert MHz gebunden.
Bild 1: Das vierkanalige Hameg-Oszilloskop HMO2024 mit 200 MHz Bandbreite, 2 Mio. Punkte Speicher und maximal 2 GS/s Abtastrate und natürlich MSO Ready.HAMEG Instruments GmbH
Kompakt, leistungsfähig und skalierbar
Obwohl die neuen Oszilloskope der HMO-Serie nur 14 cm tief sind, verfügen sie über dasselbe 16,5- cm-VGA-Display mit LED-Hinterleuchtung und sehr weiten Betrachtungswinkeln wie das etablierte HMO3524. Die Darstellung konzentriert sich auf die Signalanzeige; der Einsatz von Kurzmenüs macht die Bedienung übersichtlich und ermöglicht die Anzeige von 12 horizontalen Skalenteilen. Da auch die neuen HMOs als MSO-Ready-Geräte auf den Markt gebracht werden, kommen schnell mehr als 10 Signale zur Anzeige, was die Implementierung des „Virtual Screens“ auch bei diesen Geräten sinnvoll macht. Diese virtuelle Erweiterung auf 20 vertikale Skalenteile (von denen immer 8 sichtbar sind und mit dem Universalknopf ausgewählt werden) erleichtert die Handhabung vieler Signale und erspart das häufige Ein- und Ausschalten von Kanälen, um die Übersicht zu bewahren.
Darüber hinaus sind eine ganze Reihe weiterer häufig genutzter Funktionen mit nur einem Tastendruck zu erreichen, dazu gehören: Zoom, FFT, XY-Anzeige, Quick View (Messung von bis zu 11 Parametern eines Signales), Auto-, Cursormessfunktionen und Mathematik. Damit bleibt die Menütiefe gering und die Bedienung einfach. Auch im Bereich Trigger sorgen spezielle Tasten für die schnelle Einstellung von Triggerquelle, -art und -bedingung.
In dieser Klasse unerreicht in Speichertiefe und Empfindlichkeit
Neben den eher subjektiven Faktoren wie Display und Bedienung sind natürlich immer auch die Daten der Hardware wichtige Kriterien bei der Beurteilung von Oszilloskopen. Alle Geräte der HMO-Serie verfügen über eine Abtastrate von 1 GS/s und eine Speichertiefe von 1 Mio. Punkten pro Kanal, beide Werte lassen sich durch Kanalkaskadierung auf 2 GS/s und 2 Mio. Punkte verdoppeln. Diese hohen (Echtzeit-) Abtastraten und Speichertiefen stellen eine korrekte Erfassung der Signale sicher, was in dieser Preisklasse keinesfalls selbstverständlich ist. Insbesondere bei der Speichertiefe wird oftmals am falschen Ende gespart – und das nicht immer gleich für den Interessenten erkennbar. So ist sehr auf die Formulierung zu achten: Nicht immer wird Speichertiefe und Abtastrate pro Kanal angegeben. Selbst bei großen Markenanbietern findet man diese Angaben erst im Manual. Apropos Manual: Es ist zwar Ansichtssache, ob eine Bedienungsanleitung nur (noch) als PDF-Dokument herunterladbar sein sollte, Hameg hat sich jedoch entschieden, weiterhin zu jedem Gerät ein gedrucktes Manual zu liefern.
Mixed Signal bei allen Geräten vorbereitet
Die Oszilloskope der HMO-Serie bieten bei Bandbreiten von 70 MHz bis 200 MHz eine unerreichte Kombination technischer Eigenschaften: 1 Mio. Punkte Speicher pro Kanal, bis zu 2 GS/s Abtastrate, geringstes Rauschen, helles und klares VGA-Display mit Virtual Screen, externer DVI-Monitoranschluss, FFT über 65.000 Punkte mit Peak Search, erweiterte Mathematik einschließlich digitaler Filter und serienmäßigem Maskentest. In Verbindung mit der Mixed-Signal-Fähigkeit und der Analyse von seriellen Protokollen sind diese sehr leisen 2- und 4-Kanalgeräte bei Preisen von 1.148 € bis 2.180 € einzigartig.
Die tatsächlich erreichbare Abtastrate ist bei gegebenem Speicher von der gewählten Zeitbasis abhängig und lässt sich nach der allgemein gültigen Formel Abtastrate = Erfassungsspeicher/Erfassungszeit bestimmen. In der Praxis bedeutet dies, dass beim HMO die volle Abtastrate selbst noch bei einer Zeitbasis von 1ms erreicht wird, was bei vergleichbaren Produkten des Wettbewerbs zwei Dekaden früher endet. In vielen Anwendungen, nicht zuletzt bei der Untersuchung der Restwelligkeit auf der Betriebsspannung, ist eine hohe Empfindlichkeit erforderlich. Die HMO-Serie verfügt, wie alle Hameg-Oszilloskope, über 1 mV/Div.
Bild 2: Eigenrauschen des Oszilloskops HMO724 in der Stellung 1 mV/Div.HAMEG Instruments GmbH
Eine aufwändige und sorgfältig entwickelte analoge Eingangsstufe mit hochwertigen und sehr rauscharmen A/D-Wandlern ermöglicht dabei ein Eigenrauschen deutlich kleiner als 0,5 mV (Bild 2).
Diese Eigenschaften kann kein Wettbewerber in dieser Klasse vorweisen. In Bild 3 werden zwei Geräte von namhaften Herstellern dem HMO724 gegenübergestellt.
Bild 3: Eigenrauschen von Oszilloskopen dreier Hersteller.HAMEG Instruments GmbH
Alle Geräte wurden mit vergleichbaren Einstellungen betrieben. Da beide Wettbewerber als empfindlichste Einstellung nur 2 mV/Div anbieten, wurde dies auch beim HMO724 gewählt. Das Ergebnis ist eindeutig – das HMO hat im direkten Vergleich ein etwa um den Faktor 4 geringeres Eigenrauschen.
Dieses geringe Eigenrauschen in Verbindung mit der leistungsfähigen FFT-Funktion über bis zu 65.000 Erfassungspunkte eröffnet völlig neue Möglichkeiten im Frequenzbereich. In der Schaltungsentwicklung ist die Herkunft einer Störung eine wichtige Information. Am Beispiel der Restwelligkeit auf der Betriebsspannung können mit dem HMO Signale angezeigt werden, die der Wettbewerb gar nicht mehr anzuzeigen vermag. Die Gründe hierfür liegen in der mangelnden Empfindlichkeit wie auch in der Anzahl der für die FFT herangezogenen Punkte. Die Anzahl der Punkte einer FFT ist ein direktes Maß für Auflösung auf der Frequenzachse. Der darüber hinaus mögliche Einsatz der Mittelung auch im Frequenzbereich mindert zufälliges Rauschen, wodurch ein Hervorheben der Störfrequenzen gelingt. Einzigartig ist auch die aus der Spektrumanalyse bekannte Komfortfunktion Peak Search, bei der der Messcursor auf Knopfdruck von Peak zu Peak bewegt wird und sowohl Frequenz als auch Amplitude einfach und reproduzierbar angezeigt werden.
Anspruchsvolle Analysefunktionen
Die Analyse der aufgenommenen Signale kann – in dieser Klasse einzigartig – auch mit der serienmäßigen erweiterten Mathematik erfolgen. Dazu sind fünf Formelsätze mit jeweils bis zu fünf Gleichungen verfügbar. Das Ergebnis einer Gleichung kann wieder als Operand für eine neue Berechnung genutzt werden, so sind verkettete Funktionen möglich. Einfachstes (und am häufigsten genutztes) Anwendungsbeispiel ist die Energiebetrachtung bei Leistungshalbleitern. Dazu wird Strom und Spannung aufgenommen, beide miteinander multipliziert und anschließend das Integral gebildet. Insgesamt stehen 19 mathematische Funktionen zur Verfügung, darunter auch IIR Tief- und Hochpassfilter.
Für Langzeituntersuchungen verfügen alle HMO-Geräte über einen integrierten Maskentest. Masken können auf einfache Weise erstellt werden. Bei Verletzungen ist eine Vielzahl von Aktionen möglich, so kann zum Beispiel bei jeder Verletzung ein Bildschirmausdruck abgespeichert werden. Wenn man einen solchen Test laufen lässt, bekommt man jeden erfassten Fehler dokumentiert und kann aus der Gesamtdauer und -anzahl der Tests sowie Art und Zeitpunkt der Fehler Rückschlüsse auf deren Ursache ziehen.
Die Geräte der neue HMO-Serie sind mit all diesen Eigenschaften als reine DSOs bereits ab einem Preis von 1.150 € erhältlich. Und damit nicht genug. Diese Geräte sind für einen geringen Aufpreis selbstverständlich für die Zukunft der Embedded-Welt gerüstet – ein Maßstab, an dem sich alle Scopes dieser Klasse künftig messen lassen müssen.
MSO Ready und serielle Protokolle inklusive
Alle Oszilloskope der HMO-Serie sind MSO Ready. Der Kauf des optionalen aktiven Logiktastkopfes HO3508 (290 €) ermöglicht die Erfassung von 8 digitalen Signalen, mit ebenfalls bis zu 1 GS/s und 1 Mio. Punkte Speicher. Dabei ist die erforderliche Software, um diese Logikkanäle auch zu parallelen Bussen zusammenzufassen und zu dekodieren, bereits implementiert. Der Logiktastkopf ist nicht an die Seriennummer eines Gerätes gebunden. Verfügt man in einem Labor beispielsweise über fünf Oszilloskope und benötigt nur gelegentlich die MSO-Funktion, so kann man den Logiktastkopf HO3508 an das gewünschte HMO anschließen und sofort mit der Arbeit beginnen.
Neben den parallelen Signalen sind in Embedded-Systemen praktisch immer auch serielle Protokolle vorhanden, um zum Beispiel Sensoren, Tastaturen oder Displays anzusteuern. Für die HMO-Serie stehen zwei Softwareoptionen bereit, mit denen die Protokolle I2C, SPI sowie UART/RS-232 hardwareunterstützt getriggert und dekodiert werden können. Mit der Software-Option HOO10 können sowohl über die analogen als auch die digitalen Eingänge zeitgleich zwei serielle Protokolle – wenn erforderlich auch gleichen Typs – analysiert werden. Mit der Einstiegsoption HOO11 kann über die analogen Eingänge eines der drei im Paket enthaltenen seriellen Protokolle dekodiert werden. Im Falle des SPI mit drei Signalen wird bei den Zweikanalgeräten der externe Triggereingang für den Chipselect genutzt. Im Einführungsjahr 2011 wird diese Option bei allen HMO72x, 102x, 152x und 202x kostenfrei mitgeliefert. Aber auch die erweiterten Möglichkeiten der HOO10 lassen sich jederzeit für 290 € nachrüsten.
Serienmäßig verfügen alle neuen Geräte über eine interne Signalquelle, die neben Rechtecksignalen sowohl 4 Bit breite Paralleldaten (zufällige Muster oder Zähler) als auch I2C-, SPI- oder UART-Protokolle bereitstellt. Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal ist der eingebaute Komponententester. Dieser ermöglicht – quasi wie ein Curve Tracer light – die Darstellung von U-I-Kennlinien von Bauelementen wie zum Beispiel Widerständen, Kondensatoren oder Halbleitern.
Andreas Grimm
(jj)
