Das Tektronix TDS 684B Oszilloskop ist ein beeindruckendes Messinstrument, das trotz seines Alters immer noch mit modernen technischen Merkmalen aufwartet und vor allem durch seine innovative Analogspeichertechnik auf CCD-Basis auffällt. Ursprünglich in den 1990er Jahren entwickelt, setzt das Gerät auf eine Kombination aus schnellem analogem Zwischenspeichern und nachfolgender langsameren Digitalisierung. Diese Herangehensweise, auch bekannt als Fast In, Slow Out (FISO), erlaubt es, Signale mit extrem hoher Bandbreite und Abtastrate aufzunehmen und sie danach in einer genau kontrollierten, langsameren Phase digital zu verarbeiten. Damit lässt sich eine außergewöhnliche Präzision erzielen, die noch heute beeindrucken kann. Das TDS 684B gehört zur TDS600-Serie von Tektronix, welche in den frühen 1990er Jahren eingeführt wurde und die Abtastraten von damals revolutionär hohen 2 bis 10 Gigabit pro Sekunde erreichte.
Insbesondere der TDS 684B zeichnet sich durch seine Bandbreite von einem Gigahertz und eine Abtastrate von fünf Gigasamples pro Sekunde aus. Im Vergleich zu modernen Oszilloskopen sind solche Werte auch aktuell noch bemerkenswert, vor allem, weil die Abtastrate beim Betrieb aller vier Kanäle konstant bleibt. Grundsätzlich besteht das Messgerät aus zwei Hauptplatinen, deren Aufgaben klar getrennt sind: Die sogenannte Acquisition Board beherbergt die gesamte Signalverarbeitung vom Eingang bis zum Speicher, inklusive Trigger-Logik. Die zweite Platine dient der Steuerung durch den Prozessor sowie der Benutzeroberfläche. Eine Vielzahl an Verbindungen, darunter ein spezielles PCB-Interface, verbindet diese Komponenten für eine zuverlässige Datenübertragung.
Der Signalweg im TDS 684B startet am analogen Front-End, das trotz einer Abschirmung auf der Platine gut zu erkennen ist. Dieses Modul vereint Funktionen wie Kanaleinstellung, Eingangswiderstand und Kopplungsarten und bereitet das Signal für die Weitere Verarbeitung auf. Anschließend gelangt das Signal zu einem Signal Conditioner, dessen genaue Funktion zwar unbekannt ist, dessen Aufbau jedoch aufgrund des großen Kühlkörpers auf hohe Leistung schließen lässt. Vermutlich handelt es sich hierbei um einen individuell entwickelten Chip zur Signaloptimierung. Von dort führt der Weg weiter zu einem National Semi ADG286D Baustein, dessen genaue Funktion lange Zeit Gegenstand von Spekulationen war.
Erst durch Messungen und Signalanalysen konnte man auf seine Rolle als CCD-basierter Analogspeicher schließen, also ein FIFO (First-In-First-Out) analoger Speicherchip, der die Signalspitzen mit sehr hoher Abtastrate zwischenspeichert. Die Besonderheit dieses CCD-Speichers besteht darin, dass er das Signal blitzschnell erfasst, es aber in einer deutlich langsameren Sequenz zum Analog-Digital-Wandler weitergibt. Diese Methode ermöglicht, dass das Oszilloskop komplexe und schnelle Signale aufnimmt, die konventionelle digitale Speicher nicht ohne Informationsverlust verarbeiten könnten. Interessant ist auch der eingesetzte Analog-Digital-Wandler, ein Motorola MC10319DW mit einer Nennfrequenz von 25 Megahertz. Auf den ersten Blick scheint diese Rate im Widerspruch zu den extrem schnellen Eingangssignalen zu stehen.
Doch gerade die CCD-Analogspeichertechnik erlaubt es, diese Diskrepanz auszugleichen, indem die Signale zunächst in kontinuierlichem analogen Fluss aufgezeichnet und dann in Echtzeit in reduzierter Geschwindigkeit digitalisiert werden. Die Nachfolger des Analog-Digital-Wandlers sind spezielle Memory Controller Chips und eine Reihe von schnellen SRAM-Bausteinen, die für die Zwischenspeicherung der digitalisierten Werte sorgen. Die Synchronisation dieser einzelnen Komponenten ist ausschlaggebend für die präzise und schnelle Aufnahme der Signale. Eine genaue Untersuchung der Funktionsweise legte nahe, dass die tatsächliche Erfassung von Sample-Bursts mit einer Länge von immer etwa 15000 Punkten erfolgt. Diese Samples werden in einem Durchgang innerhalb von zwei Millisekunden bei hoher Geschwindigkeit in den Analogspeicher geladen.
Danach erfolgt die Digitalisierung in einer deutlich langsameren Schrittfolge von etwa 8 Megahertz. Obwohl der Messbereich begrenzt ist, bietet diese Technik eine sehr gute Balance zwischen Geschwindigkeit und Signalqualität. Anhand von detaillierten Messungen konnten charakteristische Muster in den Ausgangssignalen beobachtet werden. So zeigte sich beispielsweise, dass trotz der offensichtlich rauscharmer Darstellung am Oszilloskop-Bildschirm die rohen ADC-Daten eine merkbare Störstruktur und Wiederholungsmuster enthielten. Solche repetitiven Störsignale lassen sich bei der Signalverarbeitung erkennen und aufgrund der Vorhersagbarkeit durch geeignete Kalibrierverfahren entfernen, sodass der Anwender letztlich ein sauberes und genaues Messbild erhält.
Darüber hinaus offenbarten Experimente mit unterschiedlichen Testsignalen wie Sinuswellen, Rechteck- oder Sägezahnimpulsen ein komplexes Verhalten, bei dem sich zwischen verschiedenen Signalabschnitten Dateninterleaving zeigte. Dies ist auf die Besonderheit der Analogspeicherarchitektur zurückzuführen, bei der die Daten nicht exakt sequenziell, sondern teilweise überschneidend ausgelesen werden. Trotz dieser scheinbaren Unregelmäßigkeiten sorgt die Firmware des Oszilloskops für eine korrekte Rekonstruktion und Darstellung der Eingangssignale. Eine besonders faszinierende Eigenschaft des TDS 684B lässt sich auch beim Vergleich verschiedener Eingangssignalfrequenzen beobachten. Ob tieffrequente Signale um 1 Megahertz oder hohe Frequenzen im Gigahertz-Bereich, der Oszilloskop zeigt in jedem Fall eine trotz der verschiedenen Betriebsarten plausibel genau dargestellte Kurve.
Dieses Verhalten unterstreicht die Flexibilität der CCD-Analogspeichertechnik. Die schnelle analoge Zwischenspeicherung mit anschließender langsamer Digitalisierung bewahrt die Details und minimiert Informationsverluste bei hohen Frequenzen. Das Verständnis dieser Technik wurde durch Recherchen zu entsprechenden Patenten und Hintergrundinformationen weiter vertieft. Allein die Verwendung des Suchbegriffs „Fast In, Slow Out“ führt zu zahlreichen Dokumentationen und Forenbeiträgen, die den Ansatz beschreiben. Tektronix selbst hält eine Reihe von Patentschriften, welche seit den späten 1970er Jahren diese Technologie weiterentwickeln.
Diese Entwicklungsarbeit hat maßgeblich dazu beigetragen, dass Geräte wie das TDS 684B über Jahrzehnte hinweg relevant und geschätzt bleiben. Ein weiterer spannender Aspekt ist die Hardware-Erweiterbarkeit, die jedoch bei diesem Modell nur begrenzt gegeben ist. Zwar existieren freie Bestückungsflächen für zusätzliche SRAM-Bausteine, doch fehlen entsprechende Softwareoptionen und Hardwareunterstützung, um den Speicher tatsächlich zu erweitern. Dies zeigt die gezielte Abstimmung von Hardware und Software auf das ursprüngliche Leistungsprofil. Für Technikbegeisterte und Sammler von Messgeräten hat das TDS 684B somit neben seiner technischen Leistung auch einen gewissen historischen Reiz.
Trotz moderner Digitaloszilloskope mit höheren Speicherkapazitäten und ausgefeilteren Bedienoberflächen zeigt sich, dass die Kernelemente der analogen Zwischenspeicherung und der cleveren Synchronisationstechnik nach wie vor relevant und funktional sind. Zusammengefasst stellt das Tektronix TDS 684B einen wichtigen Meilenstein in der Geschichte der Oszilloskopentwicklung dar. Seine einzigartige Kombination aus CCD-Analogspeicher-FIFO und klassischem Analog-Digital-Wandler ermöglicht es, extrem schnelle Signalfolgen präzise zu erfassen und darzustellen – auch wenn der Speicher begrenzt bleibt und interne Signalprobleme durch intelligente Kalibrierung kompensiert werden. Für Anwender, die sich mit der Design- und Messprinzipien komplexer Elektronik auseinandersetzen möchten, bietet das TDS 684B wertvolle Einblicke und praktische Erfahrungen. Die Erforschung und Messung der Signale auf dem Board sowie die Analyse von Störmustern und Signalinterleaving tragen ebenso zum besseren Verständnis der damaligen Technologie bei.
Nicht zuletzt illustriert das Gerät die Bedeutung technologischer Innovationen aus den 1990er Jahren, deren Auswirkungen bis heute spürbar sind. Ob für Forschende, Elektronik-Ingenieure oder Sammler: Das Tektronix TDS 684B macht deutlich, wie wichtige Fortschritte – vor allem durch clevere Analog-Digital-Kombinationen – die Messtechnik grundlegend verändert haben und weiterhin inspirieren.
