オシロスコープの基礎
現代のオシロスコープは、研究者、エンジニア、技術者、学生、愛好家が今日の電子機器を設計、デバッグ、および修復するために使用される非常に貴重なツールです。
最も簡単なレベルでは、オシロスコープを使用して、ある期間にわたって電圧を表示することで、信号の動作を視覚化することができます。 しかし、設定、使用方法、および収集されたデータの解析は、多くの人にとって膨大であり、デジタル・オシロスコープによって可能になった豊富な新機能は知られていない場合も多いです。
ビデオと印刷物の組み合わせを使用して、このサイトはオシロスコープの基本的な質問に対する回答を提供することに専念しています。 5つのメインセクションがあります。
- オシロスコープの定義と概念
- トリガ
- シグナル・インテグリティ
- 高度な解析
- 接続性とデータ管理
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オシロスコープの定義と概念
このセクションでは、重要な用語と仕様、それらの意味、そしてなぜ重要であるのかを確認します。 また、主要な計測器の制御とその操作方法も見直します。
これらのすべてのトピックに関する詳細なカリキュラムについて教育ユーザーの1人が作成した入門書「オシロスコープ・ラボラトリー・ガイド」をダウンロードできます。
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帯域幅とは何ですか？
あなたが必要なオシロスコープを決定するにあたっての基本的な考え方は、オシロスコープの主要なパフォーマンス特性である帯域幅を理解することです。 適切な帯域幅を選択すると、信頼性の高い正確な測定が保証されます。
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サンプル・レートとメモリ長
デジタル・スコープの取り込み能力は、計測器のサンプル・レートとメモリーの長さの関係に直接結びついています。 2つの要因がどのように相互作用し、測定に及ぼす影響があるかを調べましょう。
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水平軸のシステムとコントロール
時間軸のスケーリング調整や、時間軸上への信号の配置を調整することができます。
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垂直軸のシステムとコントロール
振幅のスケーリング、帯域幅制限、プローブ減衰比などの設定や、垂直軸上への信号の配置を調整することが可能です。
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はじめての測定
オシロスコープで測定を迅速かつ簡単に開始する方法について説明します。
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トリガ
信号を明瞭に表示および分析するためには、データ取り込みのための一貫した開始点が必要です。 これはトリガと呼ばれ、計測器のトリガ・システムによって制御されます。
トリガの概念とカリキュラムについては、入門ラボ・ガイドでも説明しています。
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トリガの概要
トリガとは何か、重要な理由、それに関連する重要な用語の概要。
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エッジトリガの使用
エッジ・トリガは、信号の立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジを使用してオシロスコープにトリガをかけます。
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パルストリガの使用
パルス・トリガは、オシロスコープにトリガをかけるタイミングを決定するためにパルス幅を使用します。
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遅延トリガの使用
遅延トリガは、2つの信号間の遷移の時間差が最小しきい値を満たさないか、または最大しきい値を超えないときなどでトリガをかけるときに使用されます。
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N番目のエッジ・トリガーの使用
N番目のエッジトリガは、指定された数のパルスが通過して後にトリガをかけるときに使用します。複雑なシリアル・パターンへのトリガやデバッグに役立ちます。
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セットアップ＆ホールド・トリガの使用
セットアップおよびホールド・トリガは、クロック遷移後にデータが安定する最短時間を検証するために使用します。
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ラント・トリガーの使用
パルス信号が低トリガ・ポイントと高トリガ・ポイントの両方を通過できなかったときにオントロスコープにトリガをかけるために使用します。
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シリアル・バス・トリガの使用
シリアル・トリガは、シリアル・バス上にある特定の動作、コマンド、またはデータ・セットに基づいてオシロスコープにトリガをかけるために使用します。
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パターントリガの使用
パターン・トリガは、デジタル・システムで複数の信号条件が合致したときにオシロスコープにトリガをかけるために使用します。
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持続トリガの使用
複数の信号条件が合致して、その状態がどれくらい持続するかに基づいてオシロスコープにトリガをかけるときに持続トリガを使用します。
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スロープ・トリガの使用
スロープ・トリガは、信号の立ち上がり時間または立ち下がり時間に基づいてオシロスコープにトリガをかけるときに使用します。
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シグナル・インテグリティ
システムの動作を正確に測定するには、収集システムに影響を及ぼす負荷、ノイズ、計測器のセットアップなどの要因を理解する必要があります。
シグナル・インテグリティ、演算、および高度な解析などの高度な概念は、上級ラボ・ガイドとカリキュラムで扱っています。
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プロービングの基礎
正確な測定を行うには、テスト中のデバイスに接続することが重要です。 プロービング・システムの基本的な部分とその役割について学びます。
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プローブ補正
システムの信号忠実性を保証するためには、プローブを計測器に対して補正することが重要です。 適切に補正されていないプローブは、測定値の歪みや測定の失敗の原因になる可能性があります。
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信号取得技術
オート・トリガ、ノーマル・トリガ、シングル・ショット・トリガの3つの主なデータ取り込みテクニックを説明し、それぞれを使用する理由を調べます。
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ハイ・インピーダンス対50Ωインピーダンス
50オーム・インピーダンスの入力が、容量またはインダクタンスによって引き起こされる反射を除去することによって、高速信号の信号忠実度を向上させることができる理由を説明します。
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AC/DCカップリング
ACカップリングは信号のDC成分を除去し、大きなDCオフセットを持つ波形の観測を容易にします。
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電流プローブ
電流プローブは安全で使い勝手の良い電流測定を可能にします。回路に電流測定用のシャント抵抗を追加する必要はありません。
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差動プローブ
差動プローブは高電圧信号やグラウンド電位が基準ではない信号を安全に測定することを可能にします。
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高度な分析
現代のデジタル・オシロスコープは、ユーザーが迅速かつ容易に解決を得るための多くの有効な解析タスクを実行できます。
演算、FFT、その他の高度な解析については、上級ラボ・ガイドとカリキュラムで扱っています。
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標準的な測定機能を使用する
オシロスコープには、設計上の問題の根本的な原因を迅速に突き止めるのに役立つ、多くの標準的な測定機能が付属しています。
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演算の使用
数学関数を使用することで、1つまたは複数の信号の計算を実行し、迅速な信号の比較や、より複雑な波形の高度なモデリングが可能になります。
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FFT解析を使用する
FFT（高速フーリエ変換）を使用すると、時間軸データを周波数領域に視覚化して解析することができます。
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レコード・モードの使用
時間の経過とともに波形を取り込み、検索し、解析するための簡単な方法。
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合/否テストの使用
簡単に定義されたマスクを使用して、シロスコープは合/否テストを実行し、テスト中のシステムの合/否をすばやく識別できます。
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デジタル・フィルタの使用
デジタル・フィルタを使用すると、複雑な複合信号から高調波を分離したり、特定の周波数帯域の電力を減衰させることができます。
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シリアル・デコードの使用
シリアル・デコードを使用すると、シリアル・バス・トラフィックを人が判読可能な形式で表示できます。
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カーソルの使用
カーソルを使用して、取り込まれた波形上の任意のポイント間で測定を行います。
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位相測定と遅延測定の使用
標準的な遅延および位相測定を使用して複数チャネル間の遅延および位相を素早く判断することは、システムの相互作用およびタイミングの問題を特定するのに役立ちます。
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高い波形取り込みレートを使用して、低頻度の異常を見つける
高い波形取り込みレートは、取り込み間の「デッドタイム」を短くして、低頻度なイベントの補足確率を高めます。
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長いメモリ長を使用してデバッグを高速化する
長いレコード長が、難しい問題を見つけるのにかかる時間の短縮をどのように可能にするかをご覧ください。
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接続性とデータ管理
データの保存、移動、共有は設計プロセスの重要な部分です。 最新のデジタルオシロスコープは、時間を節約するための驚くべきツールを提供します。
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ウルトラスコープを使用した機器の遠隔監視と制御
リゴル・ウルトラスコープ・ユーティリティを使用して、USBまたはイーサネット経由でスコープをシームレスに接続、制御、監視します。 リモート・コントロール、監視、データ取り込み、分散環境のサポートに最適です。
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LAN経由でのウルトラスコープの接続
リゴル・ユーティリティを使用すると、イーサネット上のスコープを簡単に接続して設定できます。 遠隔監視と環境を設定するのに臆することはありません。
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CSVデータをUSBメモリに保存する
他のチーム・メンバーと共有するため、または他の解析プログラムで利用するために、簡単にデータをUSBメモリに保存することができます。
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スクリーン・ショットの取り込み
USBメモリ経由で直接、またはウルトラシグマ・ソフトウェア経由で簡単にスクリーン・ショットを取り込みます。 取り込んだスコープ・データを使用して、チーム・メイトと共有したり、テスト・レポートに使用したりすることができます。
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スコープデータから任意波形を作成する
スコープから基準波形を取り込んで、リゴルの任意波形/ファンクション・ジェネレータでその信号を簡単に生成できます。 レシーバやプロトタイプの特性評価や、製造検査やストレス・テストでの合/否テストの実行に役立ちます。