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デジタルオシロの評価実験

数理設計研究所 1996/11/24 - 2002/12/01

参考価格 機種 タイプ 性能
15〜20万 岩通
SS-5711
アナログ 100MHz 4trace
10年ほど前に50万円ぐらいで購入し、主にPCの開発に使用した。
35万 HP54645A デジタル
据え置き
200MS/s 100MHz 8bit 2trace 1Mword
メモリが1Mと巨大だが、これの4k版は下にあるものと同じ値段である。HPより評価用として借りたもの。
27万 Tektronix
THS720
デジタル
ハンディ
500MS/s 100MHz 8bit 2trace 2500word
コンパクトな電池駆動で長期間のデータ収録モードを持ち、入力チャンネル間が絶縁されている特徴を持つ。秋葉原で購入(24万)

想定信号

  1. デジタル信号のリンギング、オーバーシュート
  2. オペアンプ出力に微少な発振やノイズが混入している状態の判定をターゲットとする
  3. デジタルオシロの公称分解能が8ビットであるが、1LSBの誤差もあり7ビット分を想定し、実用上はその半分→2%(50分の1)の混入信号を作成した。

入力信号の作成

装置 信号
HP8012Aパルスジェネレータ 500mVP-P、1kHzの矩形波をスルーレート制限
菊水  オシレータ 418 10〜1MHz 10mVpp、200kHzの正弦波
これら2つの同期していない信号を加算し、試験対象の3台へ同時に50Ωケーブルで配信

観測と評価

 アナログオシロ
SS-5711
←岩通 SS-5711 100MHz 4trace
矩形波
↑【矩形波】 矩形波がきれいに見えている
矩形波+ノイズ
↑【矩形波+正弦波】 水平部分が若干太く見え、ノイズ混入が予測できる
 HPデジタルオシロ
HP54645A
←HP54645A 200MS/s 100MHz 2trace 1Mword
デジタルオシロの画面
↑【矩形波】 水平部分を子細に見ると1LSB分の凸凹があるが、デジタルオシロとしてはあたりまえ
矩形波+ノイズ
↑【矩形波+正弦波】 アナログオシロと同じように水平部分の線が太く見え始め、ちらつきが目に付くようになる
矩形波+ノイズの拡大
←【矩形波+正弦波 拡大図】
 上図をHOLDし、蓄積されたデータを拡大して観察、これがデジタルオシロの醍醐味。
 矩形波と正弦波に相関が無いのでアナログオシロでは観察不能な波形がワンショットで観察でき、正弦波が混入している事がよく分かる。
 テクトロ デジタルオシロ(ハンディ)
THS720←Tektronix THS720 500MS/s 100MHz 2trace 2500word
THS720 矩形波
↑【矩形波】
水平部にノイズが乗ったような状態で観察できるが、実際はまだノイズの無い状態
THS720拡大波形
↑【矩形波】
←図をHOLDし、水平に拡大してノイズかどうか見ようとしたが、これは本体ノイズが見えている。
THS720 矩形波+ノイズ
↑【矩形波+正弦波】
正弦波が重ねられているため、水平部にノイズが乗ったような状態で観察でき、わずかに太く見え始めている。
THS720矩形波+ノイズ
↑【矩形波+正弦波】
上の図をHOLDし、水平に拡大してノイズを確認しようとしたが、ノイズ無しの状態と比べて有意さが無い。
評価

 デジタルオシロはHPとテクトロの物とで値段に差があるが、HPのものは1Mワードの記録ができるので少しお高い。これの4Kワード版はテクトロの物と同じ値段(27万)である。

  • HPの物は、同ランクのアナログオシロでは観察できない、混入した非同期信号を判別する事ができる。アナログオシロを大きく越え、デジタルオシロの導入の意味を持つと思える。
  • THS720はソニー・テクトロで販売しているもので、8ビット分解能、電池動作ができ、2ch入力間のアイソレートがあるという、それなりにすぐれものである。
     しかし、残念ながら、テクトロの物はアナログ回路を見るのにはまったく適さず、結局のところデータロガーかロジックアナライザのような用途でしか運用をする気にさせない。
     判明している信号を観察する場合ならば、アベレージ機能を使うなりして美しく観察する事ができるけれど、知っている信号を見たい用途なんて、そうは無い物である。という事で、アナログ系の技術者が使うものとしてはまったく不適だろう。
     極論すると公称分解能8ビットは誇大広告で、事実上6ビットの精度しか持っていない。速い応答を持たせるためにオーバーサンプリングを使っているのだが、残念ながらノイズシェープが充分ではないので、フィールドメンテナンスやアマチュアのモニター程度に使うしかないだろう。

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