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Forum: PC Hard- und Software Oszilloskop - Bandbreite


Autor: Hans (Gast)
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In eurem Artikel Oszilloskop habe ich gelesen, dass nur Signale bis zu 
1/10 der Bandbreite gemessen werden sollten. Wenn man ein Signal mit 
Frequenz gleich der Bandbreite misst, wird die Amplitude also um ca. 30% 
abgeschwächt. Aber wieso sollte dann ein Rechtecksignal wie ein Sinus 
aussehen? Das versteh ich nicht ganz.

Grüße Hans

Autor: Gast (Gast)
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Wegen der Oberwellen, die können dann nicht mehr erfasst werden. Ein 
Rechteck besteht ja numal aus der Grundschwingung und den dazugehörigen 
Oberwellen. Je nachdem welches Tastverhältnis die Rechteckschwingung 
hat. Siehe Fourier!

Autor: Gast (Gast)
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Ach so man sollte vielleicht noch dazu sagen das ein Rechteck aus vielen 
Sinusschwingungen besteht (eben der Grundschwingung die Du dann messen 
würdest und den Oberwellen die sozusagen die Recheckform ausmachen)!

Autor: Sebastian Hepp (sebihepp)
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Ich weiss, der Thread ist ziemlich alt. Aber ich möchte nicht extra 
einen Neuen aufmachen.

Was ist der Unterschied zwischen Bandbreite und Samplingrate bei DSOs?
Und was ist der Unterschied zwischen One Shot und Äquivalenter 
Samplingrate?

Kann man das folgendermaßen Erklären? Die Bandbreite wird durch die 
AD-Wandler bestimmt. Bei 100MHz braucht der ADC 10ns um den 
Eingangspegel zu digitalisieren. Dazwischen ist das Ergebniss ungleich 
dem Eingang. Die Samplingrate ist die Rate, mit der das Signal hinter 
dem ADC abgetastet und gespeichert wird. Stimmt das so in etwa?

Ich habe leider (noch) keine Ahnung, auf was ich achten soll. Mehr 
Samplingrate oder größere Bandbreite? Mir geht es darum, zu verstehen 
wie sich die Werte herleiten und was sie bewirken. Dann kann ich selbst 
entscheiden, welches Oszi für mich geeignet wäre.

Autor: Yalu X. (yalu) (Moderator)
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Sebastian Hepp schrieb:
> Ich weiss, der Thread ist ziemlich alt. Aber ich möchte nicht extra
> einen Neuen aufmachen.

Warum nicht?

> Kann man das folgendermaßen Erklären? Die Bandbreite wird durch die
> AD-Wandler bestimmt. Bei 100MHz braucht der ADC 10ns um den
> Eingangspegel zu digitalisieren.

Ersetze "Bandbreite" dirch "Samplingrate" (=Abtastrate), dann stimmt's.
Die Bandbreite wird durch die Schaltung vor dem ADC (hauptsächlich dem
Analogverstärker) bestimmt.

Hast du den Wikipedia-Artikel schon gelesen? Da wird ebenfalls auf die
von dir nachgefragten Begriffe eingegangen:

  http://de.wikipedia.org/wiki/Oszilloskop#Digitales...

Autor: Jochen Fe. (jamesy)
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Vorsicht, bevor hier etwas unkorrekte sstehenbleibt, melde ich mich mal.
Also, hier war (unbewußt) wohl nur von digitalen Oszilloskopen die Rede, 
Analogoszilloskope haben eine Bandbreite, und bei der Bandbreite (-3dB) 
ist die Signalamplitude nur noch 70,7% hoch dargestellt, wenn 100% der 
Amplitude am Eingang anliegen.
So, und nun das ganze digital: Das Abtasttheorem besagt, daß MAXIMAL die 
halbe Samplingfrequenz als Bandbreite korrelt abgetastet wird. Man muß 
nun nichtr 10 oder 20 Samples pro Periode haben, um ein Bild zu 
erhalten, was halbwegs korrekt ist. Aber ganz klar, je mehr Punkte pro 
Periode, desto genauer die Abbildung.
So und nun zu Single Shot und Äquivalent-Sampling: Real Time (oder 
Single Shot) ist die Roh-Abtastrate des Wandlers, heute sind so 1 bis 10 
GS/s üblich. Beim Äquivalent-Sampling wird die Zeit zwischen 
Triggerereignis und Samplingvorgang gemessen, und dann das Ergebnis des 
Sample je nach Zeitmeßwert auf der X-Achse positioniert. Nun ist - wenn 
die Zeitmessung und die Triggerung entsprechend hochwertig sind - mit 
einer wesentlich höheren SCHEINBAREN Abtastrate gearbeitet, aber auch 
hier gilt natürlich, daß nur die Frequenzanteile, die innerhalb der 
Bandbreite darstellbar sind, angezeigt werden können, nur halt viel 
besser interpoliert. Ganz klar: Für Äquivalent-Sampling muß ein sich 
exakt wiederholendes Signal am Meßeingang befinden!
Noch Fragen?

Autor: MaWin (Gast)
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> Vorsicht, bevor hier etwas unkorrekte sstehenbleibt,

Das ist fein, aber dann solltest du nicht solchen Murks schreiben:

> Man muß nun nichtr 10 oder 20 Samples pro Periode haben,
> um ein Bild zu erhalten, was halbwegs korrekt ist.

Man muss.
Denn sonst weist du nicht, dass bzw. ob dein Bild korrekt ist.

Ein Digitalscope misst alle soundso Sekunden den aktuellen Spannungswert 
und stellt auf dem Bildshchirm eine interpolierte Kurve davon dar.

Wenn im gemessenen Signal FrequenzANTEILE waren, die höher waren als die 
halbe Sampligrate, dann entspricht die angezeigte Kurve nicht mehr dem 
gemessenen Signal.

Und du wirst es nie erfahren. Das angezeigte Bild entspricht nicht mal 
dem Signal ohne diese höheren Frequenzanteile (ohne dem Rauschen) 
sondern ist eher zufällig. Es stimmt also weder die angezeigte 
Kurvenform, noch Analysen wie Gleichspannungsanteil oder Integral 
(Fläche unter der Kurve als Indiz der Leistung) wenn man die höheren 
Ferquenzanteile mit zu geringer Zeitauflösung mitmisst.

Und höhere FrequenzANTEILE sind ruck-zuck in Signalen vorhanden: Wenn 
das Signal ein Rechteck stat einem Sinus ist, sind 3 und 5 fache 
Frequenzen stark darin vertreten. Wenn das Signal ein einmaliges 
Ereignis ist hat es auch viele höherfrequente Anteile. Schlicht und 
einfach: ALLES was nicht ein sauberer sich ständig wiederholender Sinus 
ist, hat höhere Frequenzanteile, von denen mindestens die bis 10-fachen 
relevant sind.

Daher haben bessere Oszilloskope einen Filter vor dem Eingang, der 
zumindest höhere Signale so weit abschwächt, daß die die Messwerte nicht 
beeinflussen. Da solche Filter nicht extrem scharfkantig sind, lassen 
sie erst Frequenzen deutlich unter der Samplingrate ungedämpft durch.

Daher hat ein gutes DSO z.B. 1Gsps und nur 100MHz angegebene Bandbreite, 
dafür erkennt man auf ihm auch, ob die 100MHz nun ein Sinussignal oder 
ein Rechtecksignal war, oder ob der einmalige Impuls Überschwinger hat.

Aber so wie bei Verstärkern statt Watt(Sinus) gerne PMPO angegeben 
werden, so gibt es Oszilloskophersteller die auch PMPO angeben. Und das 
ist die äquivalente Samplingrate. Die gibt es gar nicht. Die ist ein 
Kunstgebilde, denn sie setzt voraus, daß das Scope ein dauernd 
wiederkehrendes Signal anzeigt. Dabei wird im ersten Durchlauf bei 1 und 
2 und 3 ein Messwert genommen, im zweiten Durchlauf bei 1,01 und 2,01 
und 3,01 ein Messwert genommen, im dritten Durchlauf bei 1,02 und 2,02 
und 3,02 und im hundertsten Durchlauf bei 1,99 und 2,99 und 3,99 
(inzwischen darf sich das Eingangssignal von der Kurvenform her nicht 
verändert haben) und dann hat das Scope welches eigentlich nur 1 Sample 
leistet schon die Werbeaussage 100 Samples. Damit man damit aber 
überhaupt was anfangen kann, darf es demnach Frequenzen am Eingang über 
1 nicht ausfiltern, sondern umuss sie durchlassen. Das erreicht man 
natürlich am einfachsten, in dem man den Eingangsfilter weglässt. Und so 
gibt es eine Haufen billiger untauglicher DSOs mit exorbitant 
überzogenen Angaben zur sampligtrate und mit fahrlässig fehlenden 
Eingangsfiltern die ganz billig an dumme Kunden verkauft werden.

Und nur wenige Scopes mit äquivalente sampling rate taugen was, weil sie 
abschaltbare Filter haben und auch eine stabil genügende Zeitbasis und 
ein klein genügendes aperture Fenster des ADC.

Autor: Jochen Fe. (jamesy)
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Oh, da muß ich doch nochmal etwas klarstellen. Ich sagte "halbwegs" 
korrekt - vielleicht kam meine etwas flapsig gemeinte Bemerkung nicht 
rüber.

Ein Rechtecksignal hat ganz klar abnehmende Bestandteile, die 3. 5. 7 
usw Oberwelle ist auch mit 1/3, 1/5, 1/7 an Amplitude dabei. Das ist 
beim Analogscope wie auch beim Digitalscope so. Nun wird beim 
Disitalscope VOR dem A/D-Wandler die Bandbreite begrenzt (da sonst 
Aliasing, also eine Mischung mit der Samplingfrequenz auftritt), und 
beim Analogscope ist es einfach die Bandbreiote der Vertikalverstärker 
im Verbund mit der Bildröhre.
Ein Rechteck von 10 MHz, betrachtet mit einem 100 MHz-Scope, sieht schon 
mal nicht soooo mies aus. Die Flanke wird aber minimal 3.15 nsec 
benötigen von 10% bis 90% der Amplitude, selbst wenn ein "perfektes" 
Rechtecksignal anliegt. Das ist beim Analog wie auch beim Digitalscope 
so.
Ganz klar: Das Digitalscope hat auch noch (ein wenig) Rauschen - hier 
scheidet sich die Spreu vom Weizen (China von den etablierten Marken).
Ich habe tägölich sehr viel mit Scopes zu tun, 500 MHz Bandbreite, 5 
GS/s single Shot und ich habe auch analoge Scopes hier bis 14 GHz (!), 
und entsprechende Generatoren. Daher verstehe ich nicht wirklich, warum 
10 Punkte mit Interpolation im Tiefpass nicht ausreichen, ein digital 
abtetastetes Signal doch recht ordentlich abzubilden.
Ganz klar: Äquivalentsampling ist im Grunde eine Mogelpackung, weil das 
Eingangssignal in ganz engen Grenzen festliegen muß.

Autor: Sebastian Hepp (sebihepp)
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Es ging in der Tat nur um DSOs.

Also sitzt vor dem ADC ein Tiefpassfilter um unerwünschte Messfehler zu 
verhindern. Warum kostet ein DSO mit 100MHz Bandbreite statt 40MHz 
gleich 250 Euro mehr, wenn nur der Tiefpass anders ist? (Restliche Daten 
sind gleich)

Autor: faustian (Gast)
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"Daher haben bessere Oszilloskope einen Filter vor dem Eingang, der
zumindest höhere Signale so weit abschwächt, daß die die Messwerte nicht
beeinflussen. Da solche Filter nicht extrem scharfkantig sind, lassen
sie erst Frequenzen deutlich unter der Samplingrate ungedämpft durch."

Bei einem DSO ja, mit einem guten 50MHz (nominal) Analoggeraet kannst Du 
noch 100-150MHz zumindest qualitativ sehen solange der Pegel hoch genug 
ist.

Autor: Christian R. (supachris)
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Sebastian Hepp schrieb:
> Es ging in der Tat nur um DSOs.
>
> Also sitzt vor dem ADC ein Tiefpassfilter um unerwünschte Messfehler zu
> verhindern. Warum kostet ein DSO mit 100MHz Bandbreite statt 40MHz
> gleich 250 Euro mehr, wenn nur der Tiefpass anders ist? (Restliche Daten
> sind gleich)

Weil der Rest der Analog-Elektronik ebenfalls eine Bandbreite von 
mindestens 100Mhz dann haben muss. Und solche Verstärker sind halt 
teurer als welche, die nut 40MHz Bandbreite haben. Da ist nicht nur ein 
anderes Filter drin.

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