Logo PTB

Verfahren zur Messung ultrakurzer Oszilloskop-Anstiegszeiten

31.12.2003

Für eine korrekte Interpretation von Messungen mit Oszilloskopen muss deren Eigenanstiegszeit bekannt sein. Deshalb hat die PTB ein optoelektronisches Verfahren zur Bestimmung der Anstiegszeit von 50-GHz Oszilloskopen entwickelt, mit dem sich Anstiegszeiten von nur wenigen Pikosekunden rückführbar messen lassen.

Breitbandige 50-GHz Oszilloskope sind ein unentbehrliches Werkzeug für die Entwicklung ultraschneller elektronischer Schaltungen in der Datenverarbeitungs- und Kommunikationstechik. Diese Oszilloskope besitzen sehr kleine Eigenanstiegszeiten und erlauben daher die zeitliche Darstellung ultraschneller elektrischer Signale. Die Anstiegszeit ist jedoch nicht Null, so dass die Messkurven verzerrt sein können. Um die Verzerrung zu korrigieren, muss der Anwender die Anstiegszeit des Oszilloskops kennen.

Zur Bestimmung der Anstiegszeit von 50-GHz Oszilloskopen werden ca. 1 ps kurze Spannungsimpulse auf einem koplanaren Wellenleiter erzeugt, indem ein fotoleitender Halbleiterschalter mit 100 fs kurzen Laserimpulsen kurzgeschlossen wird. Die Spannungsimpulse werden über eine Mikrowellen-Abtastspitze in das Oszilloskop eingekoppelt. Ein elektro-optisches Abtastverfahren erlaubt die Messung der Spannungsimpulse auf dem Wellenleiter mit 300 fs Zeitauflösung. Aus solchen Messungen lässt sich die Verformung der Impulse auf dem Weg zum Oszilloskop bestimmen und die Form der Impulse am Oszilloskopeingang berechnen. Die Entfaltung der Oszilloskopkurve mit den bekannten Eingangsimpulsen liefert die Übertragungseigenschaften des Oszilloskops und seine Anstiegszeit.

Erste Messungen von 50-GHz Oszilloskopen ergaben Anstiegszeiten von ca. 7 ps, die erweiterte Messunsicherheit beträgt typisch 1,5 ps. Derart kalibrierte Oszilloskope erlauben verlässliche Messungen in der Höchstfrequenzelektronik.


Halbleiterschaltung und Laserstrahlen (rot eingefärbt) zur Erzeugung und Messung ultrakurzer Spannungsimpulse. Der zu kalibrierende 50-GHz Oszilloskopkopf ist im Bild links sichtbar.