オシロスコープを選択するときに検討すべきこと

オシロスコープは、電子機器の設計・製造・修理に関わる人にとって必携のツールだ。

デジタルストレージオシロスコープ(以下、DSO)は波形を捕捉して保存する。波形から、信号の電圧と周波数、信号の歪みの有無、信号間のタイミング、信号内のノイズの割合をはじめとするさまざまな情報を読み取ることができる。

「5倍の法則」で何が必要かを決める

例えば100MHzのオシロスコープの場合、100MHzでの減衰は30%未満と保証されている。20MHz未満の入力信号には、2%を超える振幅確度を確保することができる。つまり、正確な振幅測定を行なうには、信号の最大周波数成分に対して、5倍の周波数帯域をもつオシロスコープを使用する必要があるということだ。

デジタル信号の場合、立ち上がり/立ち下がり時間の測定がカギだ。帯域幅はサンプルレートと共に、オシロスコープが測定可能な最小立ち上がり時間を決定する。

「5倍の法則」で何が必要かを決める

サンプルレート(1秒あたりのサンプル数、S/秒)は、スコープが信号をサンプリングする頻度を示している。ここでも「5倍の法則」に従って検討を行なう。信号の最大周波数に対して、サンプルレートは少なくとも5倍とするのがよいだろう。

ほとんどの基本的スコープは(最大)サンプルレートが1～2GS/秒であり、帯域幅は最大200MHzである。つまり多くのオシロスコープは、最大帯域幅より5～10倍オーバーサンプリングになるよう設計されている。

必要なものを決める

アナログチャネルが2つのものと4つのものとどちらを選ぶかは、用途によって異なる。例えば、2チャネルならコンポーネントの入力を出力と比較できる。4アナログチャネルはより多くの信号を比較することができ、より柔軟にチャネルを数学的に組み合わせることもできる(乗算で電力を、減算で差動信号を算出するなど)。

混合信号スコープには更にロジックタイミングチャネルが追加されている。これは高の状態か低の状態を示し、併せてバス波形として表示することができる。どれを選択しても、すべてのチャネルが優れた帯域、線形性、ゲイン確度、平坦応答性、静電気耐性を備えている。

作業に合ったプローブを選択する

減衰比“x10”の受動プローブは、回路に対して制御されたインピーダンスと静電容量をもたらし、ほとんどのグランド基準測定に適している。多くのオシロスコープに搭載されている。入力チャネルごとに1つの受動プローブが必要である。

高電圧差動プローブによって、グランド基準オシロスコープは安全で正確なフローティングと差動測定が可能になる。ラボ必携のプローブだ。

ロジックプローブはデジタル信号を混合信号オシロスコープのフロントエンドに送る。基板上の小さなテストポイントに接続するよう設計されたアクセサリ付きの「フライングリード」が付属している。

電流プローブ 
電流プローブを追加することで、オシロスコープは電力を測定できるようになるのはもちろん、瞬時電力も計算して表示することができる。

必要なものを決める

すべてのオシロスコープはエッジトリガ機能を備え、ほとんどのオシロスコープはパルス幅トリガ機能も備えている。

異常を捕捉し、スコープのメモリ長を有効活用するには、捕捉が困難な信号に対して高度なトリガ機能を搭載したオシロスコープを選択する必要がある。

必要なものを決める

メモリ長について、以下の式が成り立つ。
捕捉時間 = メモリ長/サンプルレート
つまり、メモリ長が1Mポイントでサンプルレートが250MS/秒の場合、オシロスコープは4msを捕捉する。最近のオシロスコープは、用途に合わせてメモリ長を選び詳細レベルを最適化することができる。