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Einführungshandbuch

Es ist wichtig zu beachten, dass die Flankengeschwindigkeit – Anstiegszeit – eines digitalen Signals weit höhere Frequenzanteile übertragen kann als ihre Wiederholrate vermuten lässt. Aus diesem Grund wählen einige Designer absichtlich ICs mit relativ "langsamen" Anstiegszeiten. Das Modell des konzentrierten Schaltkreiselementes war seit jeher die Grundlage für die meisten Berechnungen zur Vorhersage des Signalverhaltens in einer Schaltung. Wenn jedoch die Flankengeschwindigkeiten um mehr als das Vierbis Sechsfache größer sind als die Signalwegverzögerung, verliert das einfache konzentrierte Modell seine Gültigkeit. Leiterplattenbahnen, die nur 150 mm lang sind, werden zu Übertragungsleitungen, wenn sie mit Signalen angesteuert werden, die Flankengeschwindigkeiten von weniger als vier bis sechs Nanosekunden aufweisen, und zwar unabhängig von der Zyklusrate. Im Grunde werden durch Übersprechen neue Signalwege erzeugt. Diese nicht greifbaren Verbindungen sind nicht in den Schaltplänen enthalten, bieten Signalen jedoch die Möglichkeit, sich gegenseitig auf unvorhersehbare Weise zu beeinflussen.

Manchmal können sogar die durch die TastkopfMessgerät-Kombination eingebrachten Fehler einen signifikanten Beitrag zu dem zu messenden Signal liefern. Durch Anwendung der Formel „Quadratwurzel der Quadratsumme“ auf den gemessenen Wert kann jedoch bestimmt werden, ob sich der Prüfling einem Anstiegszeit/Abfallzeit-Fehler nähert. Darüber hinaus verwenden neue Oszilloskope spezielle Filtertechniken, um die Auswirkungen des MessSystems auf das Signal herauszufiltern, und Flankenzeiten und andere Signaleigenschaften darzustellen.

Gleichzeitig funktionieren die beabsichtigten Signalwege nicht wie vorgesehen. Erdungsflächen und stromführende Flächen, wie die weiter oben beschriebenen Signalbahnen, werden induktiv und verhalten sich wie Übertragungsleitungen. Die Entkopplung der Stromversorgung ist wesentlich weniger wirksam. Elektromagnetische Interferenzen (EMI) nehmen zu, wenn höhere Flankengeschwindigkeiten kürzere Wellenlängen im Vergleich zur Buslänge erzeugen. Übersprechen nimmt zu. Außerdem erfordern hohe Flankengeschwindigkeiten in der Regel höhere Stromstärken für ihre Erzeugung. Höhere Stromstärken tendieren dazu, Ground Bounce zu verursachen, insbesondere bei breiten Bussen, in denen viele Signale gleichzeitig geschaltet werden. Die höhere Stromstärke erhöht außerdem die abgestrahlte magnetische Energie und damit auch das Übersprechen.

Betrachtung des analogen Ursprungs von Digitalsignalen Was haben alle diese Phänomene gemeinsam? Es sind klassische analoge Phänomene. Um Probleme mit der Signalintegrität zu lösen, müssen Digitaldesigner einen Schritt in den Analogbereich machen. Und für diesen Schritt benötigen sie Werkzeuge, die aufzeigen können, wie digitale und analoge Signale zusammenwirken. Digitale Fehler haben ihre Ursachen häufig in Problemen der analogen Signalintegrität. Um die Ursache eines digitalen Fehlers zu verfolgen, ist häufig der Einsatz eines Oszilloskops erforderlich, das Signaldetails, Flanken und Rauschen darstellen kann, das Transienten erkennen und darstellen kann, und das die Messung von Timing-Beziehungen wie Setup- und Hold-Zeiten unterstützen kann. Moderne Oszilloskope können die Fehlersuche vereinfachen, indem sie das Triggern auf bestimmte Muster in parallelen oder seriellen Datenströmen ermöglichen und das analoge Signal darstellen, das zeitlich einem bestimmten Ereignis entspricht. Wenn Sie die einzelnen Systeme in Ihrem Oszilloskop verstehen und wissen, wie diese angewendet werden, können Sie das Oszilloskop auf effiziente Weise für Ihre spezifischen Messaufgaben einsetzen.

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ABC der Oszilloskope  
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