TIM

Ein Zeitintervallmessgerät ist ein elektronisches Instrument, das die Dauer zwischen zwei Ereignissen erfasst und quantifiziert, normalerweise mit Nanosekunden- oder Subnanosekunden-Auflösung. Im Gegensatz zu einer Stoppuhr oder einem einfachen Timer reagiert ein TIM auf elektrische Signale, steigende und fallende Flanken, Pulsfolgen und erfasst das genaue Intervall zwischen ihnen. Das macht es unverzichtbar in Testlaboren, wo die Zeitcharakterisierung zählt: Messung von Verzögerungen in integrierten Schaltkreisen, Jitter in Taktsignalen, Pulsbreiten in digitaler Logik oder die Latenz zwischen einem Trigger-Eingang und einem analogen Ausgang.

TIMs gibt es in zwei Hauptformen: Tischgeräte und eingebettete Module. Tischmodelle sind eigenständige Geräte mit Frontplattendisplay und BNC-Anschlüssen; sie messen normalerweise Intervalle von Zehnern Nanosekunden bis Sekunden, mit Anzeigeauflösungen im Picosekundenbereich. Eingebettete TIMs sind anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise oder FPGA-Blöcke in größeren Testgeräten, Datenerfassungssystemen oder programmierbaren Logikbausteinen. Beide Typen verwenden schnelle Komparatoren und Präzisionszähler, die von internen Oszillatoren getaktet werden, oft temperaturkompensiert, um die Genauigkeit über thermische Drift zu bewahren.

Praktische Anwendung und Grenzen

Ein TIM glänzt bei der Charakterisierung von Halbleitereigenschaften. Das Testen eines Hochgeschwindigkeits-Komparators erfordert zum Beispiel die Messung der Zeit vom Eingangsübergang bis zum Ausgangsumschlag, ein Wert normalerweise im Bereich von 10 bis 100 Nanosekunden. Ebenso werden Frequenzsynthesizer und Taktvervielfacher validiert, indem man das Jitter misst: Der TIM erfasst viele Puls-zu-Puls-Intervalle und berechnet deren Verteilung. In der Leistungselektronik messen TIMs die Totzeit in Gate-Treiberschaltungen oder die Verzögerung zwischen einem Fehlersignal und dem Abschalten des Leistungsschalters.

Der Haken ist, dass kein TIM schneller ist als sein interner Taktsignal. Ein Tischgerät mit 1 Nanosekunden-Auflösung benötigt mindestens einen 1 GHz-Takt; moderne Instrumente erreichen 100 Pikosekunden-Auflösung mit 10 GHz-Takten. Die Genauigkeit hängt auch von der Triggersensitivität ab: Wenn das Eingangssignal langsam oder verrauscht ist, kann der TIM ein Jitter beim Schwellenwertübergang selbst sehen, das einen Messfehler größer als die angegebene Geräteauflösung einführt. Die Eingangsimpedanz, normalerweise 50 Ohm, kann empfindliche Schaltkreise belasten, daher kann eine Pufferung notwendig sein.

Der Begriff "Zeitintervall" statt einfach "Timer" existiert, weil das Instrument die Zeit zwischen Ereignissen misst, nicht die verstrichene Zeit von einem festen Start aus. Diese Unterscheidung ist wichtig in der Präzisionselektronik: Man interessiert sich für den Abstand zwischen Taktrückflanken, nicht für die tatsächliche Zeit, wann sie auftreten. TIMs werden oft mit Zählern, Oszilloskopen und Logik-Analysatoren in einer Testsuite kombiniert, wobei jedes verschiedene Ansichten des Timing-Verhaltens trägt.