Ihr Spezialist fürMess- und Prüfgeräte

dataTec  ▪  Ferdinand-Lassalle-Str. 52  ▪  72770 Reutlingen  ▪  Tel. +49 7121 / 51 50 50  ▪  Fax +49 7121 / 51 50 10  ▪  info@datatec.de  ▪  www.datatec.de102 elektronik industrie 11 / 2018

Labormesstechnik Oszilloskope

www.all-electronics.de

Terahertz kein Buch mit sieben SiegelOszilloskope mit Bandbreiten bis 110 GHz

Die unersättliche Forderung nach besserer Leistung, kürzeren Design-Zyklen und schnelleren Systemen mit höherer Bandbreite haben den Bedarf nach einer neuen Klasse von Ultra-Performance-Oszilloskopen mit Echt-zeit-Bandbreiten von 13 GHz bis 110 GHz hervorgerufen. Autor: Klaus Höing

Mit der von Datatec erhältlichen Oszilloskop-Generation der Infiniium UXR-Familie von

Keysight , mit den derzeit besten Rausch- und Jitter-Spezifikationen, lassen sich HF-Signale mit einer Echtzeit-Bandbreite von bis zu 110 GHz abtasten und darstel-len. Die Abtastung der 2 oder 4 Kanäle erfolgt simultan, sodass ein einwandfrei-er Signal-Zeitbezug der Kanäle unterein-ander besteht. Applikationsentwicklun-gen im 5G-, PAM-4-Bereich und bei opti-schen Kommunikations- und Datenüber-tragungs-Anwendungen, bei Satelliten-anwendungen als auch in der THz-For-schung sind damit in Echtzeit möglich. Mit den Vierkanal-Geräten mit den jewei-ligen Bandbreiten von 13 GHz, 16 GHz, 20 GHz, 25 GHz, 33 GHz, und den wahl-weise Vier- oder Zweikanal-Geräten mit den Bandbreiten von 40 GHz, 50 GHz, 59 GHz, 70 GHz, 80 GHz, 100 GHz oder 110 GHz lassen sich die Signale simultan mit einer Abtastrate von 128 GS/s pro Kanal (für die Geräte mit Bandbreite bis ein-schließlich 33 GHz) und 256 GS/s pro Kanal (für die Geräte von 40 GHz bis 110 GHz) erfassen. Ein äußerst geringer Jitter und extrem geringes Rauschen sind zusätzliche Merkmale für eine sehr hohe Signalintegrität und Signaltreue, wodurch eine Beurteilung der Signale und das Auf-finden von Fehlern im Übertragungspro-zess erleichtert werden.

Erreicht wurden diese enormen Band-breiten durch eine von Keysight entwi-ckelte Indium-Phosphid-Technologie, die neben einer zeitverschachtelten Abtastung mit voller Bandbreite (TIS, Time Interlea-ved Sampling) das sehr geringe Rauschen und die hohe Signalintegrität bietet. Die Eingangsplatine mit den ASICs und den Indium-Phosphid-Halbleitern zeigt Bild 2. Deutlich sind die Faraday‘schen Gehäu-sekammern in dem Gesamtkomplex des

Frontends zu erkennen, um die einzelnen Stufen voneinander vor Einstreunngen zu schützen.

ENOBsKeysight wird mit dieser Infiniium UXR-Oszilloskopfamilie den Anforderungen bei den Breitbandanwendungen und den hohen Datenraten gerecht. In der For-schung und Entwicklung ist es besonders wichtig, verlässliche und präzise Messun-gen zu erhalten. Für Augendiagramme, zur Beurteilung eines Datenstromes, müs-sen die Messergebnisse präzise sein, um sicher zu stellen, dass die Datenübertra-gung korrekt durchgeführt wird. Die ver-tikale Auflösung beträgt 10 Bit. Die effek-tive Anzahl an Bit (ENOBs, Effective Num-ber of Bits) beträgt für die Oszilloskope bis 33 GHz Bandbreite 6,8 Bit, bei 70 GHz 5,4 Bit, bei 80 GHz Bandbreite 5,2 Bit, bei 100 GHz 5,0 Bit und bei 110 GHz 4,5 Bit, was derzeit die jeweils besten Werte darstellen.

Bemerkenswert sind das äußerst gerin-ge Rauschen und der geringe Eigenjitter des Oszilloskops. Das Rauschen beträgt gerade mal 1 mVeff bei einer vertikalen Ein-stellung von 1 mV/div und der Eigenjitter ist kleiner 30 fseff (typisch 20 fseff). Puls-Flankensteilheiten von 2,8 ps lassen sich

einwandfrei erfassen und darstellen, wobei die kleinste Zeitbasiseinstellung mit 1 ps/div durch ein softwarebasiertes Zeit-Zoom möglich ist.

Upgrade-Pfade bis 110 GHzDie Familie dieser UXR-Oszilloskope umfasst Zwei- und Vier-Kanal-Geräte. Die Geräte mit einer Bandbreite von 13, 16, 20, 25, 33 GHz sind nur als 4-Kanal-Geräte erhältlich. Die Geräte mit Bandbreiten von 40 bis 110 GHz sind sowohl als 2- als auch 4-Kanal-Versionen verfügbar. Standard-mäßig sind alle Oszilloskope mit einemSpeicher von 200 MPunkten/Kanal aus-gestattet, wobei sich die Speichertiefe auf 2 GPunkten/Kanal bei allen Modellenerweitern lässt und damit die Möglichkeit zu einer Langzeiterfassung der Signalegegeben ist. Nicht nur die technischen Vor-aussetzungen für eine unübertroffene Sig-naltreue und Messgenauigkeit sind beiheutigen Hochfrequenz-Datenübertra-gungen wichtig, sondern auch eine schnel-le und dennoch exakte Messung für einemaximale Effizienz und kürzere Testzei-ten, um Entwicklungszeiten zu reduzieren.

Die vielen Softwarepakete, wie sie von der Infiniium-Oszilloskopfamilie bekannt sind, lassen sich auch bei den UXR-Model-

Bild 1: Das Vierkanal-Oszilloskop mit einer Bandbreite von 110 GHz.

Bilde

r: Key

sight

/Data

tec

102_Datatec (jj).indd 102 22.10.2018 15:44:10

Ihr Spezialist fürMess- und Prüfgeräte

dataTec  ▪  Ferdinand-Lassalle-Str. 52  ▪  72770 Reutlingen  ▪  Tel. +49 7121 / 51 50 50  ▪  Fax +49 7121 / 51 50 10  ▪  info@datatec.de  ▪  www.datatec.de

Änd

erun

gen

und

Irrt

ümer

vor

beha

lten.

dat

aTec

22-

11-2

018

| © E

lekt

roni

k In

dust

rie: A

usga

be 1

1/20

18 (S

. 102

-103

)

www.all-electronics.de

AutorKlaus HöingMitarbeiter bei Datatec

len einsetzen. Es ist allerdings genau zu verifizieren, welche Software-Version eines Infiniium-Oszilloskops im Labor vorhanden ist, denn ältere Versionen und nicht alle Versionen der Infiniium-Oszil-loskop-Serien sind auf die UXR-Familie übertragbar. Weitere Softwarepakete wer-den im Dezember 2018 dazukommen.

Ein weiterer Upgrade-Pfad ist die Band-breite der Geräte. Alle Geräte lassen sich auf die nächsthöhere Bandbreite upgraden bis hinauf zu den 110 GHz. Bei einigen Geräten ist nur ein Software-Schlüssel für das Upgrade auf eine höhere Bandbreite nötig. Der Schritt von 33 GHz auf 40 GHz erfordert allerdings ein Einschicken des Gerätes in den Service, da hier die Front-Einheiten als auch die HF-Konnektoren geändert werden müssen.

Diese drei Upgrade-Wege, Ausbau des Gerätes von Zwei- auf Vierkanal-Version, die Erweiterung der Speichereinheit auf 2 GPunkte/Kanal als auch die Bandbrei-tenupgrades, bieten dem Anwender den vollen Investitionsschutz, wenn sich die Aufgaben hin zu komplexeren Anwendun-gen oder zu Entwicklungen mit höheren System-Bandbreiten verlagern.

Kalibrierung Für sehr genaue Messungen mit diesen Oszilloskopen ist es wichtig, dass sie kali-briert werden können. Durch separate Kalibriermodule für den Frequenzbereich von 13 bis 33 GHz für die 3,5-mm-Anschlüsse, von 40 bis 70 GHz mit den 1,85-mm-Anschlüssen und bis 110 GHz mit den 1-mm-Anschlüssen gibt es Kali-briermodule, die mit den entsprechenden Konnektoren ausgestattet sind. Vorteil ist,

dass der Anwender diese Kalibration mit-hilfe dieser Kalibriermodule selbst vor-nehmen kann. Das Oszilloskop muss für eine Kalibrierung nicht in den Service geschickt werden. Alle Kalibriermodule sind auf NIST rückführbar.

Datenerfassung und TriggerDie Datenerfassung bei dieser Oszillos-kop-Serie ist einzigartig. 10 Bit A/D-Wandler für jeden der vier Kanäle bei einer Abtastrate von 256 GS/s ergibt einen Datenstrom von 10,240 Tbit/s. Dies ent-spricht dem Speichern der Datenmenge von 272 DVDs voller Länge in einer Sekun-de. Das Triggersystem ist durch ein neues ASIC und einen neuen Speicher-Control-ler für einige Messungen um den Faktor 100 schneller geworden. So können 5 × 10 12 I nteger-Operat ionen /s (5 T Operationen/s) durchgeführt werden.

TastköpfeFür bis zu 33 GHz können die Tastköpfe InfiniiMax III und III+ eingesetzt werden. Den Bereich bis 70 GHz decken die Auto-probe-III-Interfaces mit dem 1,85 mm beziehungsweise 2,4-mm-Anschlüssen ab, während die Autoprobe-III-Interfaces mit 1-mm-Anschluss für 110 GHz vorge-sehen sind. Adapter für das Verbinden von Autoprobe I und II zum Autoprobe III-Interface sind verfügbar. (jj) ■

Bild 2: Das Front-end-Multichip-Modul für den Frequenzbereich von 40 GHz bis 110 GHz.

Timebase in Faraday-Käfig-Architektur

Sampler64 GS/s

(30 GHz)

Sampler256 GS/s(110 GHz)

Trigger(25 GHz)

Pre-amp

102_Datatec (jj).indd 103 22.10.2018 15:44:38