LeCroy LC684DXL 1.5GHz Oscilloscope
LeCroy LC684DXL Quad Channel 1.5GHz Oscilloscope
| Das Gerät wurde von einem anderen
Kontinent gekauft, in Deutschland sind die größeren Modelle
nur selten erhältlich. Die Bedienungselemente sind übersichtlich angeordnet. Vier Kanäle, Ch1 und Ch2 sind auf 25 MHz Bandbreite eingestellt, Ch3 und Ch4 laufen mit voller Bandbreite von 1.5 GHz, man sieht dann wie bei der hohen Bandbreite auch die Verstärker rauschen und die Anzeigelinie etwas breiter wird, was nicht ungewöhnlich ist. |
Sollte im Auge behalten werden, an welchen Spannungen man misst.
| Der Thermal Printer zum Ausdrucken des
Bildschirminhalt ist auch ein schöne Sache. Klar, über
Diskette oder Schnittstelle geht es zur elektronischen
Weiterverarbeitung einfacher. Eine Besonderheit am Printer ist aber die Möglichkeit den Bildschirminhalt horizontal in die Länge strecken zu können. Die Ausdrucke kann man durchführen mit Standard von 1cm horizontal/Division oder auch mit bis zu 200cm horizontal/Division, d.h. wer möchte kann sich einen 20 Meter langen Ausdruck von seinem Bildschirminhalt erstellen, das gleiche so stark gedehnt am PC auf einmal anzusehen wird dort schwierig. Ich erinnere mich an einen Kollegen, der das tatsächlich schon einmal so gemacht hatte um sich seine digitalen Muster mit voller Auflösung anzusehen, er war fleißig dabei das Band nach Störungen abzusuchen und allerlei auf dem Ausdruck mit Stiften zu markieren. Das solche Aktionen vor einem langen Papierband zu sitzen etwas Lächeln und Fragerei der Kollegen verursacht ist verständlich, aber am Ende zählt der Erfolg. Rechnen wir kurz die 20 Meter Bandlänge aus, bei max. 4MB/Ch. Speichernutzung, bei 4 Kanälen gleichzeitig wären das: 4.000.000 Punkte/10*200cm = 2000 Punkte/cm 4.000.000 Punkte/10*2000mm = 200 Punkte/mm für jeden der vier dargestellten Kanäle So viele Punkte kann der Printer auch auf voller Bandlänge gar nicht darstellen, d.h. man sieht immer noch die vollen Details der Messung ausgedruckt. Das Gerät hat zwei Lüfter, bei der Leistungsfähigkeit dieser Digital Elektronik vor dem Jahr 2000 ist das vollkommen normal. Die Lüfter sind kräftig, aber auch nicht zu laut, so dass man auch länger damit messen kann. Wer aber jedoch etwas wirklich Geräuschloses möchte und täglich studenlang davor sitzt für den sollte das Geräusch ein Kaufargument für ein Neugerät sein. Zu Hause spielt das Geräusch weniger eine Rolle, da dort zumeist nur eine Person sich gerade aktiv mit dem Test Equipment beschäftigt, dann ist das innerlich akzeptierter, sobald jedoch Geräte in der gleichen Umgebung mit anderen Personen betrieben werden, dann können Lüfter für den nicht aktiv am Gerät arbeitenden störend und belastend sein. Für ständig gleichartige Geräusche hat die Evolution beim Menschen noch keinen Unterdrückungsmechanismus entwickelt, der es der Hörwahrnehmung ermöglicht solche Geräusche so auszublenden, dass sie nicht mehr auf Dauer belastend wirken, sie erfordern stets unbewußt Konzentration, was dem Menschen Energie kostet. Neugeräte mit ihren kaum mehr hörbaren Lüftern sind da ein wahrer Segen, hingegen ist z.B. das Sprechen von anderen Menschen ist besser erträglich für unsere Hörwahrnehmung - für periodische Dauergeräusche - da fehlen ettliche Generationen Anpassung durch die Evolution, da es solche Geräusche in der Natur nicht gibt. |
| Beispiel für einen Printerausdruck des Calibrator Signal mit der horizontalen Einstellung 2cm/Division, die maximal möglichen 200cm/Div wären etwas komplizierter um sie zu photografieren. Nützlich,im Ausdruck werden auch fortlaufend die einzelnen Kanäle mit einer kleinen Zahl gekennzeichnet. |
Ist eine schöne Sache, dass immer das Baujahr notiert ist.
| Das LC684DXL war im
Jahr 1999 ein Top
Modell dieses Herstellers mit höchster Bandbreite und maximalem
Speicher. Aus dieser Zeit bessere Oszilloskope zu
finden ist schwer, nach meiner Meinung war es damals eines der besten
Digital Oszilloskope. Der
Neupreis lag so weit ich mich erinnere in der
Größenordnung von 94000 DM, es war auch eine Freude mit
diesen Geräten beruflich zu arbeiten, die Erinnerung drängte
mich zur Anschaffung. Das Aussehen und die Hardware ist fast identisch zum Serial Data Analyzer DDA-125, hat aber andere Software Funktionen - ich kenne die Unterschiede nicht. Das LC684DXL und der DDA-125 sind die modernsten Geräte aus der LC-Serie. Sie waren die letzten dieser LC-Serie und die ersten mit 10.4 Zoll TFT-LCD Display, 640*480 points, zuvor hatte die LC Geräteserie eine Color-CRT. Spezifikationen (Auszüge, entnommen aus dem Operating Manual):
Adapter AP096 für 8GS/s Single Shot ist nicht mehr vorhanden, ursprünglich wurde er zusammen mit dem Neu Gerät ausgeliefert. All die gezeigten Messungen daher nur mit 4GS/s Single Shot. Wer einen Adapter AP096 verkaufen möchte, kann sich gern im Impressum melden. |
Der Option Key ist mit der Seriennummer verknüpft und der Key hatte
manche der in der Firmware installierten Software Optionen freigeschaltet.
Die JPRO gilt es für mich bald aus zu testen und zu erforschen.
Testmessungen
| Die Messungen verwenden eine kleine Test
Leiterplatte aus Logikbausteinen um Oszilloskope auf
Leistungsfähigkeit zu testen. Das Testboard stammt von einem
anderen Hersteller, die Test Leiterplatte ist ein paar Jahre
älter als das 684. Es wäre auch leicht solche Testsignale mit
einem Arbitrary Waveform Generator zu erzeugen oder sich weitere
schwierige Testsignale selbst einfallen zu lassen. Diese Testmessungen sollen nicht in die Tiefe gehen, hier wird nur ein kleiner Blick auf die Leistungsfähigkeit und die Darstellungsart genommen. |
Testsignal 1 - Amplituden Moduliertes Rechteck
| Testsignal 1 ist ein Rechtecksignal mit einer Grundfrequenz
von ca. 1-1.8 kHz, die Amplitude dieses Rechteckes ist mit ca. 15-20 Hz
moduliert. |
| Der Analoge Persistance Mode zeigt die
Amplituden Modulation. Ein analoges Oszilloskop hätte hier keine
Schwierigkeiten amplitudenmodulierte Signale darzustellen, da deren
Bildwiederholrate sehr hoch ist. Besonders manche ältere Digitalscope haben eine geringe Bildwiederholrate mit dem Resultat, das die modulierte Amplitude nicht besonders gut dargestellt wird. Die Bildwiederholrate ist abhängig von der Verarbeitungsgeschwindigkeit zwischen zwei Messungen. Dieses Modell hat keine Probleme mit dieser Darstellung. |
| Testsignal 1 mit zugehöriger FFT. Man sieht in der
spektralen Darstellung wie stark verschmiert und instabil die
Testschaltung ist, was auch ein Ziel der Testschaltung gewesen ist. |
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Testsignal 1 mit FFT. Die Einstellung ist hier so gewählt, dass die 15-20 Hertz Schwingung zu erkennen ist.
Hier wurde mit 1 Ms/s abgetastet, daraus ergibt sich normalerweise eine
Frequency Span von 500kHz. So weit hinauf möchte ich die FFT nicht
durchführen, da mich diese hohen Frequenzen hier nicht
interessierten. Hier wurde nun im Menü "Math use" max. 50k
eingestellt um die FFT zu dezimieren. Dies hat den Vorteil, dass sie
schneller berechnet wird aber gleichzeitig die Anti-Aliasing Gefahr
gemindert ist, da mit 1MS/s abgetastet wurde.
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kleine Resolution Bandwidth möglich - (noch geringer ist möglich)
viele Darstellungsmöglichkeiten
Vorteile:
Nachteile:
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Testsignal 2 - Rampe mit Spikes
| Das
Testsignal 2 ist eine steigende Rampe mit Rauschen und fallenden
Nadeln, ein fieses Testsignal. Eine Schwierigkeit hier ist
auf alle gewünschten Punkte hin stabil triggern zu können, um ein stehendes Bild zu bekommen, das Scope hat
es problemlos geschafft.
Die Darstellung ist hier im Vollbild Modus, das ist durch den Tastendruck "Full Screen" umstellbar.
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Messreihe zeigt wie sich die einstellbare Speichertiefe auf schwer messbare Signale auswirkt
| An dieser Oszilloskope Serie kann man die Speichertiefe über
weite Bereiche hinweg frei einstellen, mit entsprechenden Ergebnissen.
Gezeigt ist hier ein ZOOM Modus mit Faktor 100. Das Magenta farbene
Signal wird über eine Zeitdauer von 800ms alle 100ns
abgetastet,
dafür benötigt es 8 Millionen Speicherpunkte. Das blaue
Signal ist der ZOOM mit Faktor 100, um sich das gespeicherte Signal
im Detail anzusehen. Mit dem ZOOM läßt sich das Signal
nach Störungen absuchen und man wird in jeder Rampe alle negativen Spikes sehen. Perfekt mit 10MS/s bei 8M Speicher.
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| Nun mit reduzierter Speichertiefe auf 1 Million
Speicherpunkte. Die negativen Nadel sind nur noch gelegentlich zu
sehen. Bei einer Abtastung von 1µs, beginnt die
Darstellung bereits wichtige Signalanteile zu unterschlagen. nur die Hälfte an Spikes sichtbar mit 1MS/s bei 1M Speicher.
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| Weitere Reduzierung auf 100k Speichertiefe bei 100kS/s. Da
ist nichts mehr von den Spikes zu sehen, durch die immer geringer
werdende Abtastung werden diese Signalinformationen unterschlagen und nur noch selten zu sehen. schlecht, keine Spikes sichtbar mit 100kS/s bei nur 100k Speicher
Es heißt oft von vielen Anwendern: "für was brauche ich ein Oszilloskop mit soviel Speicher und Sample Rate?" Ich sage: "man kann nicht genug davon haben". Solche Spikes können gerade im digitalen Bereich unerwartete Trigger auslösen, der Schaltungsentwickler sucht dann lange bis er die Fehler findet. Das Schlimme daran, hat er hierfür kein vernünftiges Oszilloskop, dann kann er nur die Signale verwerten, die er noch sieht - zeigt das Oszilloskop nicht alle fehlerhaften Signale an, so hat der Elektroniker dadurch ziemlich schlechte Karten. Wenn ein Elektroniker in einer langen Signalkette z.B. nach ungewünschten Spikes suchen muss weil ihm ständig die Schaltung oder das ganze Produkt abstürzt, dann braucht er ein vernünftiges Oszilloskop, ansonsten sucht er ewig. Kosten im Ingenieurbereich viele Tage lang ohne Erfolg einen Fehler zu suchen, das macht echt Spaß: - problematisch wenn man den Fehler nicht erwartet und dazu auch nicht sehen kann
-
Die Gesamtkosten durch solch einen Fehler verursacht, dafür kann man sich in manchen Fällen ein hochwertiges Scope bequem neu kaufen. Es gibt genug Unternehmen, die solche Überlegungen nicht verstehen; gibt viele ähnliche Beispiele. Der technische Fehler an sich ist schon schwer genug, andere von solchen komplexen Kosten-Nutzen-Situationen zu überzeugen ist noch schwerer, meist erst dann "wenn der Schaden richtig weh getan hat" - so sind die Menschen. |
Testsignal 3 - Calibrator Output des LC684DXL
Scope Calibrator Signal, 200ps/DIV
RIS Sampling Mode mit 25GS/s
Analog Persistance unendlich, 1043 sweeps
| Das
Testsignal 3 stammt vom Calibrator Ausgang des Oszilloskop. Der
Calibrator wurde hier auf 1MHz gestellt, die Vertikal Verstärkung
auf "Variable" um das ganze Display auszunutzen. Single Shot Messung. Calibrator abgeschlossen mit Coupling Einstellung 50 Ohm und der Verwendung eines ordentlichen BNC Kabels. Getriggert in einem Fenster um die fallende und steigende Flanke gleichzeitig zu sehen. Die Flanke dieses Calibrators ist sehr steilflankig. Die Zeitbasis geht runter bis auf 200ps/DIV. Der Calibrator hat eine schöne Sprungantwort. Die Kombination aus Scope und dessen Calibrator erreicht eine: Anstiegszeit von 570ps = 614MHz Abfallzeit von 680ps = 514MHz Abschätzungsformel: Bandbreite = 0.35/risetime |
Testsignal 4 - Pulse Generator Type 109
Verwendung eines 109 Pulsgenerators, der mit einer Risetime von <=250ps spezifiziert ist.Bandbreite des Pulsegenerators 109 = ca. 1.4 GHz, das ist nicht schnell genug, um damit
an einem 1.5 GHz Oszilloskop die Risetime messen zu wollen, tun wir jetzt aber trotzdem.
steigende Flanke des 109 Pulsgenerator, gemessen 380ps = 921 MHz
fallende Flanke des 109 Pulsgenerator, gemessen 380ps = 921 MHz
| Die Kombination aus Scope und dem Pulsgenerator 109 und einen BNC-Kabel von 1 Meter erreicht eine Anstiegszeit von 380ps = 921 MHz Abfallzeit von 380ps = 921 MHz Abschätzungsformel: Bandbreite = 0.35/risetime. Dieser Pulse Generator ist nicht schnell genug für die Risetime Messung des Oszilloskop. Der 109 erfordert auch beste Kabel für seine Ladungsspeicherung, saubere GR und BNC Kontakte, dann sind die Impulse schön flach. Wobei man stets aufpassen muss, den Amplitudenschalter auf kleine Werte zu stellen, er kann bis zu 50V an den Ausgang liefern, RMS auf den schmalen Puls gesehen ist das nicht viel, aber beim 50 Ohm Eingang eines Oszilloskop sollte man trotzdem immer doppelt nachdenken was man gerade tut. Die meisten analogen Oszilloskope haben es nicht leicht den sehr niederfrequenten Impulse des 109 hell genug darzustellen, schließlich schaltet hier ein Quecksilberrelais mit etwa 700 Hertz. Bei den kurzen Zeitbasen Einstellungen von 1ns/DIV zusammen mit dem vergleichsweise seltenen 700Hz Ereignis bezogen auf (1ns*10Divisions = nur 10ns CRT Leuchtdauer) haben da analoge Oszilloskop oft Probleme noch genug Licht in den Strahl zu bringen und der Puls wird dadurch schwer erkennbar. Ein 7104 mit seiner speziellen CRT schafft es das noch gut darzustellen, andere analoge Scopes zunehmend schlechter. Für das digitale Oszilloskop hingegen ist es prinzipbedingt eine leichte Sache, da es während der langen Pulspause gemütlich auf den nächsten Trigger warten kann. Was kann man noch erkennen zwischen den beiden Messungen der beiden verschiedenen Testsignalen 684-Calibrator und dem 109-Generator?Dieser 109 schwing nicht immer gleichförmig ein (warum ist mir unbekannt, defekt oder normal ?), man konnte sehen in der Single Shot Einstellung wie gelegentlich die Kurvenform anders gewesen ist. Die Persistance Darstellung über die Nachleuchtzeit zeigt hier schön, dass viele Ausreißer in der Kurvenform zu sehen sind, viele kleine Punkte, die zum idealem Generator nicht hingehören, der Calibrator Generator des Scope hingegen ist wasserklar, kein Rauschen erkennbar, die Flanke des 109 unterliegt beim Einschwingvorgang einer Streuung der Kurvenform. Diese Effekte sind mit einem analogen High Speed Scope auch sichtbar, die 700 Hz Wiederholrate ist bereits gering, diese Ausreißer Ereignisse treten dazu noch seltener auf. Das 7104 schafft es noch auch diese nur seltenen Ausreißer darzustellen, man kann es in der CRT als gelgentliches Flackern erkennen. Für analoge Modelle mit geringer CRT Performance wird es schwer solche Effekte darzustellen.Das LC684 und andere moderne DSO können auch hier wieder Punkte gewinnen in dem sie leicht solche Generator Unterschiede aufgezeigen können. |
| Hier der 109er Impuls mit der auf 10ns
eingestellten Länge. Genau wie zuvor beschrieben sind hier die
andersartigen Einschwingvorgänge zu erkennen, die vom
üblichen Verlauf abweichen, ob dies von einem verschlissenen 700Hz
Quecksilber Relais des 109 stammt oder woher sonst, ich weiß es
nicht. Die Nase nach unten gehend stammt vom Schalten des Relais. Das hier hatte ich selbst einst zum 109 geschrieben: The negative spike in the middle comes from a reflection during switching action of the relay. This single cable operation overlays both pulses to one, with the spike in the middle. It is said that one meter RG cable cause a delay of approximately 5ns - see the timing in the photo, it's true. Distance from the edge to the spike about 5.8ns, that's expected for 1m cable plus two GR-BNC adapters. Beim analogen konnte man das Flackern auch sehen, um es auf diesem Foto festzuhalten, hat es ca. 20 Bilder benötigt bis es bei diesem einen Foto sichtbar war. Mit einem "ganz normalen Analog Scope" ohne die spezielle CRT wie im 7104 Oszilloskop wäre es sehr schwer diese Ausreißer zu beobachten. |
Testsignal 5 - Pulse Generator Head S-6 (tr<=25ps)
| Die Kombination aus Scope und dem Pulse Generator Head S-52 (Risetime <=25ps) und einen BNC-Kabel von 1 Meter und einem SMA auf BNC-Adapter erreicht eine Anstiegszeit von 251ps = 1448 MHz Abschätzungsformel: Bandbreite = 0.35/risetime. Man darf sagen nach der Abschätzungsformel erreicht das Oszilloskop seine spezifizierte Bandbreite von 1.5GHz. Der Einfluss der Kabelqualität und des BNC-Adapters ist vorhanden, genauso darf die Genauigkeit der Abschätzungsformel diskutiert werden, die bessere Prüfung würde über einen hochwertigen durchstimmbaren Sinusgenerator mit gutem Kabel erfolgen. |
Hier treffen sich zwei verschiedene Generationen, zwei erstklassige Geräte aus ihrer damaligen Liga.
Im Vergleich dazu das gleiche Testsignal 5 am 7104, 7A29 und 7B15
Testsignal 5, ein S-52 Pulse Generator Head am 7104 und 7A29
jeweils skaliert auf 402*259 Pixel
beide Messungen in gleicher Skalierung übereinandergelegt.
| Beide Bilder übereinander gelegt zeigen, dass
die Flanke des digitalen Oszilloskopes etwas steiler ist als das
analoge. Der Triggerzeitpunkt des digitalen ist hier minimal auf etwas
später eingestellt, im Laufe des Anstiegs überholt das
digitale Scope das analoge. Der vertikale Gain des analogen ist an
dessen Trimmpotentiometer minimal etwas stärker eingestellt,
erkennt man am Bildende. Man müsste jetzt die Frequenzgänge aus Amplitudengang und Phasengang miteinander vergleichen. Frequenzgänge mit steigender Phasenverschiebung im Bereich der Bandbreite neigen auch zum Überschwingen. Möglicherweise ist das digitale Scope am Bandbreitenende steilflankiger ausgelegt als Schutz gegen Aliasing. Den analogen Frequenzgang man kann langsamer abfallend auslaufen lassen, da hier prinzipbedingt kein Aliasing entstehen kann. Ich kenne die genauen Ursachen und Gründe nicht, alles Spekulation. Anstiegszeit digital 251ps (gemessen) ==> 1448MHz Anstiegszeit analog 351ps (geschätzt) ==> 997MHz Beide Geräte erreichen (mit 1m Kabel + SMA/BNC Adapter) genau die spezifizierten Bandbreiten. Beides sind Geräte der Spitzenklasse aus ihrer jeweiligen Herstellungszeit und in ihrer Geräte Kategorie. |
Testsignal 5, der S-52 Puls Generator Head an einem schnellen Analog Sampling Head S-6
| Testsignal 5 aus dem S-52 Pulse Generator Head
(tr<=25ps), angeschlossen am S-6 Sampling Head (tr<=30ps,
11.5GHz), betrieben im 7S12 Time Domain Reflection Sampling System. Die Kombination aus S-52 und S-6 des Sampling System erreicht eine Anstiegszeit von ca. 35ps (10GHz). Mit dieser hohen Messbandbreite eines Sampling System können bessere Aussagen getroffen werden. Das Überschwingverhalten des S-52 ist gering, die zuvor gezeigten Überschwinger sind den Verstärkern der Oszilloskope zuzuordnen. Ein Sampling System oder ein moderneres Scope ist für Messanwendungen von sehr schnellen Flanken vorteilhafter als diese Oszilloskope. Generell gilt wer ein Oszilloskop für seine Messungen oft bis zur höchst möglichen messbaren Bandbreite ausreizen muss, der ist besser beraten sich ein noch schnelleres Instrument anzuschaffen, nur das gibt dem Messenden auf Dauer ausreichend Sicherheit bei seinem Tun. |
Schlussworte
| Das LC684DXL ist ein wunderbares Gerät mit
sehr vielen Möglichkeiten und von hoher Qualität, es ist ein
echtes Universal Oszilloskop, das sich vor keiner Messaufgabe
fürchten muss - das man dabei natürlich stets die Grobdaten
der Geräte Spezifikation im Gedächtnis haben muss versteht
sich von selbst, um abzuschätzen ob es zur Messaufgabe passt. Neuere modernere Digitalspeicher Oszilloskope der Spitzenklasse können mittlerweile noch vieles mehr, sie sind noch schneller geworden, mit der Möglichkeit von sehr tiefem Speicher. Manche sind dazu auch noch mit höherer Vertikalauflösung lieferbar und die Softwarefunktionen sind angepasst an die modernen Bus- und Communications Systeme. Ein Blick auf die Hersteller Seiten ist lohnenswert. Das Messen der verschiedenen Testsignale hat hier viel Zeit gekostet, aber auch Spaß gemacht, es ist eine Möglichkeit seine Geräte besser kennen zu lernen. Besser macht man das vorher, bevor man mit den Geräten echte Messungen an Elektroniken durchführt. Es ist oft so, wenn man gerade an einem Elektronik Problem sitzt und dieses lösen will und sich dann auch noch zeitgleich mit nicht vollends verstandener Messtechnik und der Bedienung auseinander setzen muss, dann wird man nicht mehr froh bei dem was man tut. Wünsche stets viel Spaß beim Messen. |
Hier ein paar Messungen Jitter und Histogrammen am LC684DXL
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