Mit steigender Taktfrequenz, höherer Integrationsdichte und immer schnelleren Schaltvorgängen wird die zuverlässige Erfassung und Analyse von Hochfrequenzsignalen zu einem zentralen Bestandteil von Entwicklung, Validierung und Diagnose. Ob 5G-Signalformen oder schnelle Flanken in Schaltnetzteilen: Solche Signale beeinflussen Signalqualität, EMV-Verhalten und Systemstabilität – und liefern häufig Hinweise auf schwer reproduzierbare Fehler.
Moderne Digitaloszilloskope mit ausreichender Bandbreite, tiefem Speicher und Analysefunktionen – etwa Geräte aus dem Portfolio von Micsig – können bei dieser Aufgabe unterstützen. Aussagekräftige Messergebnisse hängen jedoch nicht allein vom Messgerät ab, sondern ebenso von der korrekten Konfiguration, der passenden Tastkopfauswahl und einem strukturierten Mess-Workflow.
Dieser Leitfaden beschreibt einen praxisorientierten Ansatz für Hochfrequenzmessungen: von Grundlagen und Kern-Spezifikationen über die Auswahl von Oszilloskop und Tastkopf bis hin zu einer schrittweisen Einrichtung und einer systematischen Fehlersuche bei typischen Messproblemen.
Entdecken Sie digitale Oszilloskope von TPS für Signalanalyse, Entwicklung, Validierung und Diagnose in Industrie- und Laborumgebungen. Das Portfolio umfasst Tischgeräte, tabletbasierte Systeme und portable Oszilloskope für Anwendungen von hochauflösenden Messungen bis hin zu mobilen Diagnosen und automatisierten Testaufbauten.
MHO3-3504
Hochauflösendes digitales Oszilloskop mit 12-Bit-Vertikalauflösung, geeignet für detaillierte Signalintegritäts- und Leistungsanalysen.
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MHO3-5004
Digitales Oszilloskop mit hoher Bandbreite und hoher Auflösung für anspruchsvolle Signalanalysen in Entwicklung und Validierung.
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MDO5004
Digitales Tisch-Oszilloskop für lange Erfassungsfenster, Protokollanalyse und Mehrkanalmessungen.
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TO2002
Kompaktes, tragbares Oszilloskop für mobile Messungen, Inbetriebnahme und Vor-Ort-Diagnose.
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ETO3504
Tabletbasiertes digitales Oszilloskop mit tiefem Speicher und Touch-Bedienung für flexible Labor- und Feldeinsätze.
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ATO1004
Automotive-Oszilloskop mit vordefinierten Testfunktionen für die Diagnose von Fahrzeugelektronik.
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VATO2004
Split-Type Automotive-Oszilloskop für flexible Messungen in beengten oder mobilen Diagnoseumgebungen.
Produkt ansehenWichtigste Erkenntnisse auf einen Blick
Bandbreite
Für Hochfrequenzmessungen sollte die Oszilloskop-Bandbreite typischerweise 3- bis 5-mal höher sein als die höchste relevante Frequenzkomponente des Signals (inkl. relevanter Oberwellen). Beispiele sind Geräte wie das MHO3-5004 (500 MHz).
Tiefer Speicher
Ein großer Speicher ermöglicht es, auch bei längeren Zeitfenstern eine hohe Abtastrate beizubehalten. Serien wie MDO/ETO (bis 360 Mpts) oder TO (bis 220 Mpts) sind darauf ausgelegt, lange Sequenzen mit reduziertem Downsampling zu erfassen.
Tastkopfauswahl
Ob passiver Tastkopf, Differenztastkopf oder Stromzange – die Auswahl beeinflusst Messgenauigkeit, Signalbelastung und Störanfälligkeit. Eine passende Spezifikation (Bandbreite, Spannungsfestigkeit, CMRR) hilft, Messfehler zu reduzieren.
Analysefunktionen
Mehrkanal-Analyse, Bus-Dekodierung (z. B. UART, CAN, I²C, SPI) und Remote-Zugriff (WLAN/USB) können die Fehlersuche effizienter gestalten.
Methodik
Ein wiederholbarer Setup-Prozess in Kombination mit geeigneten Funktionen (z. B. digitale Filter, segmentierte Speicheraufnahme) erleichtert das Eingrenzen von Rauschen, Verzerrungen oder intermittierenden Fehlern.
Beispiel aus der Praxis: Hochgeschwindigkeits-Links debuggen
Bei Hochgeschwindigkeits-PCIe-Links können subtile Effekte wie Überschwingen oder Ringing zu Bitfehlern beitragen. Ohne ausreichende Bandbreite bleiben solche Details oft unsichtbar. Ohne tiefen Speicher lässt sich die relevante Sequenz nicht vollständig erfassen, und ohne geeignete Trigger- oder Protokollfunktionen wird die Analyse unnötig aufwendig. Ein geeignetes Mess-Setup kombiniert daher Instrument, Tastkopf und Workflow.
1. Das moderne Oszilloskop für Hochfrequenzanwendungen verstehen
Ein Oszilloskop stellt Spannung über der Zeit dar. Moderne digitale Speicheroszilloskope (DSO) erweitern diese Funktion um die Erfassung transienter Ereignisse, automatische Messungen sowie mathematische Auswertungen im Zeit- und Frequenzbereich.
Bei Hochfrequenzsignalen sind insbesondere drei Aspekte entscheidend:
- Signalaufnahme mit ausreichender Bandbreite
- Zeitliche Auflösung durch passende Abtastrate
- Darstellung schneller Flanken ohne messbedingte Artefakte
Reichen Bandbreite oder Abtastrate nicht aus, kann die dargestellte Wellenform deutlich vom tatsächlichen Signal abweichen. Das erhöht das Risiko falscher Schlussfolgerungen bei Analyse und Fehlersuche.
2. Welche Bandbreite und Abtastrate braucht ein Oszilloskop?
Die Hochfrequenzeignung eines Oszilloskops wird maßgeblich durch Bandbreite, Abtastrate und Speichertiefe bestimmt.
| Spezifikation | Definition | Praxis-Daumenregel | Risiko bei zu niedriger Auslegung |
|---|---|---|---|
| Bandbreite | Frequenz, bei der ein Sinussignal um −3 dB gedämpft wird | ≥ 3× bis 5× der höchsten relevanten Frequenzkomponente | geringere Amplitude, langsamere Flanken, Detailverlust |
| Abtastrate | Samples pro Sekunde (z. B. GSa/s) | ≥ 2,5× bis 4× der Bandbreite | Aliasing, Artefakte |
| Speichertiefe | Anzahl Samples pro Aufnahme | ausreichend für hohe Abtastrate über das Zeitfenster | Downsampling, Detailverlust |
3. Auswahl des richtigen Oszilloskops und der richtigen Tastköpfe
Die Gerätewahl richtet sich nach:
- Signal (Amplitude, Frequenzanteile, Bezugspotential)
- Umgebung (Labor, Produktion, Automotive, Feld)
- Debug-Workflow (Trigger-Anforderungen, Protokolle, Aufzeichnungsdauer)
3.1 Serienüberblick
- MHO3-Serie (High Resolution): geeignet für feine Details wie Ripple oder Überschwingen dank höherer vertikaler Auflösung
- MDO/ETO-Serie: geeignet für lange Sequenzen, serielle Datenpakete und Ereignis-Analyse
- ATO/VATO (Automotive): geeignet für typische Automotive-Messaufgaben und Bus-Diagnose
- STO/VTO (mobil): geeignet bei hoher Portabilitätsanforderung und flexiblen Messaufbauten
4. Tastköpfe richtig auswählen: Die Messkette zählt
Das Oszilloskop ist nur so aussagekräftig wie die gesamte Messkette aus Tastkopf, Masseführung und Signalintegration. Eine unpassende Tastkopfauswahl kann Messungen bereits am Eingang verfälschen.
Spannungsmessung
- Passive Tastköpfe (typ. 10:1): universell einsetzbar, Tastkopfabgleich vor Nutzung durchführen
- Hochspannungs-Differenztastköpfe: für nicht massebezogene Messungen in der Leistungselektronik
Strommessung
- Stromzangen/Stromtastköpfe: Strommessung ohne Auftrennen des Stromkreises
Optische Isolation
Optisch isolierte Tastköpfe: für Umgebungen mit hohem Gleichtakt oder starken Störungen
5. Schritt-für-Schritt-Setup für Hochfrequenzmessungen
Vorbereitung
- relevante Frequenzanteile, Amplitude und Bezug bestimmen
- passenden Tastkopf wählen
- Tastkopfabgleich pro Kanal durchführen
- Masseverbindung so kurz wie möglich halten
Grundkonfiguration
- Kanal aktivieren, Dämpfung korrekt einstellen
- Kopplung zunächst DC
- Vertikal- und Zeitbasis passend wählen
- Trigger sauber konfigurieren
Aufnahme optimieren
- tatsächliche Abtastrate prüfen
- Tiefspeicher bei langen Sequenzen aktivieren
- Stop-&-Zoom zur Detailanalyse nutzen
- Bandbreitenlimit nur gezielt bei Niederfrequenzmessungen einsetzen
6. Erweiterte Analysefunktionen sinnvoll einsetzen
- Hochauflösung: hilfreich bei kleinen Signalanteilen wie Ripple
- FFT & Filter: zur Identifikation von Störfrequenzen
- Bus-Dekodierung: Korrelation zwischen Analogsignal und Dateninhalt
- Segmentierte Speicheraufnahme: gezielte Erfassung seltener Ereignisse
- Remote & Automatisierung: für reproduzierbare Tests und Langzeitmessungen
7. Häufige Messfehler bei Hochfrequenzsignalen und ihre Ursachen
- Kein Signal: Kanal, Quelle, Trigger und Skalierung prüfen
- Rauschen/Unscharf: Masseführung verbessern, Störquellen reduzieren
- Verzerrungen: Bandbreite und Tastkopfabgleich überprüfen
- Falsche Amplitude: Dämpfung und Kopplung kontrollieren
- Intermittierende Glitches: erweiterte Trigger und Segmentierung nutzen
Fazit & Ausblick
Zuverlässige Hochfrequenzmessungen entstehen aus dem Zusammenspiel von geeignetem Instrument, passendem Tastkopf, kurzer Masseführung und methodischem Vorgehen. Moderne Oszilloskope mit tiefem Speicher, Trigger-Optionen und Analysefunktionen unterstützen dabei, Details in schnellen Signalen sichtbar zu machen und Fehlerquellen systematisch einzugrenzen.
Auch wenn sich Oszilloskop-Plattformen weiterentwickeln, bleiben die Grundprinzipien stabil: ausreichende Bandbreite, passende Abtastrate, geeignete Tastkopfauswahl und ein reproduzierbarer Workflow.
