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Pilotvergleich zur Kalibrierung der Anstiegszeit von 50 GHz Sampling-Oszilloskopen

07.12.2006

Zur Messung von schnellen elektrischen Signalen mit Bandbreiten im hohen GHz Bereich werden heutzutage hauptsächlich Sampling-Oszilloskope verwendet. Für zuverlässige Messungen muss das Zeitverhalten der Oszilloskope genau bekannt sein. Dies ist insbesondere wichtig, wenn das zu messende Signal eine Bandbreite ähnlich der des Oszilloskops aufweist. Typischerweise spezifiziert man das Zeitverhalten und damit auch die Schnelligkeit eines Oszilloskops mit der 10 % zu 90 % Anstiegszeit der Sprungantwort, die die Antwort des Geräts auf einen perfekten, unendlich schnellen Spannungssprung darstellt.
In Europa besitzen nur die PTB und das britische National Physical Laboratory (NPL) optoelektronische Messaufbauten, die zur genauen Bestimmung der Anstiegszeit von ultraschnellen Sampling-Oszilloskopen verwendet werden können. Aus diesem Grund haben sich die PTB and das NPL zu einem Pilotvergleich (EUROMET Projekt 641) entschlossen, in dem die Anstiegszeit eines Oszilloskopkopfs mit einer nominellen Bandbreite von 50 GHz verglichen wurde.
Zur Bestimmung der Anstiegszeit der Sprungantwort wurden genau bekannte, ultrakurze Testimpulse an den Eingang des Oszilloskopkopfs gegeben. Die Erzeugung und das genaue Vermessen der Testpulse erfolgte sowohl an der PTB wie auch am NPL mittels optoelektronischer Techniken basierend auf Femtosekundenoptik. Die Bandbreite dieser Testimpulse war dabei deutlich größer als die nominelle Bandbreite des zu vermessenden Oszilloskops. Insgesamt wurde die Anstiegszeit des betreffenden Oszilloskopkopfs dreimal gemessen. Die erste und die letzte Messung wurde an der PTB durchgeführt, das NPL zeichnete für die zweite Messung verantwortlich. Die resultierenden Anstiegszeiten der drei Messungen liegen zwischen 6,0 ps und 6,6 ps mit einer Unsicherheit von ± 1,2 ps (PTB) und + 1,1/- 1,3 ps (NPL). Insgesamt ergibt sich damit eine sehr gute Übereinstimmung: Die aus diesen Messungen extrahierten normierten Fehler sind ≤ 0,2 und validieren damit das experimentelle Vorgehen beider Metrologieinstitute.


Bild 1: Foto des Oszilloskopkopfs mit einer nominellen Bandbreite von 50 GHz