高分解能オシロスコープによる信号忠実度の課題への取り組み
March 13, 2024 microwavejournal
新しい高分解能オシロスコープは、ベンチでのデバッグや、微小信号の詳細な解析・可視化など、さまざまなアプリケーションで普及が進んでいます。高い信号忠実度が求められるアプリケーション向けに高品質なオシロスコープを設計するには、分解能を上げるだけでは不十分です。プローブから表示、そしてエンジニアに至るまで高い信号忠実度を確保するには、設計プロセス全体にわたって細心の注意を払う必要があります。部品の選定、レイアウト、低ノイズ電源の設計に至るまで、オシロスコープの総合性能を向上させるには、設計プロセス全体での専門知識が欠かせません。SIGLENTの設計チームは、長年にわたる業界の知見を生かし、最新の高分解能オシロスコープで信号忠実度の向上という課題に取り組んでいます。綿密な設計により、これらのオシロスコープは低ノイズ、高いアイソレーション、優れたゲイン誤差を実現し、エンジニアによる信号忠実度の向上を支援します。垂直ズーム、ディープメモリによる高速フーリエ変換（FFT）、ダイナミック・スケール・オフセットなどの強化された可視化機能により、信号忠実度の向上を直接エンジニアに届けます。SIGLENTの最新の高分解能オシロスコープは、新たなラインアップにより、70 MHzから4 GHzまでの測定に高忠実度の信号品質をもたらします。SDS800X HD、SDS1000X HD、SDS3000X HDが、先に発売されたSDS7000Aに加わり、お客様のアプリケーションに向上した信号忠実度を提供します。
信号忠実度にとっては、A/Dコンバータのビット数だけでなく、総合的な設計品質がより重要です。SIGLENTは信号品質を重視した設計により、市場でも最も高精度な部類の高分解能オシロスコープを提供しています。高い信号忠実度は、ノイズ性能の向上から始まります。低ノイズ設計には、慎重な部品選定と、フロントエンドにおけるEMI対策および電源のクリーンさが求められます。オシロスコープのノイズは、レンジ、帯域幅、設定によって特徴づけられます。高いサンプリング・レートとディープメモリが重要なのは、特定のアプリケーションの帯域幅とノイズの要件に合わせて、フィルタ・モードを適用してノイズフロアを最適化できるためです。たとえば、3 GHzのオシロスコープ
SDS7304ASIGLENT SDS7000Aシリーズ オシロスコープ 3GHz、4ch、12bit5,126,000円詳しく見るは、20 GSa/secでサンプリングでき、全帯域幅で200 μVrmsのノイズを実現します。オーバーサンプリング、メモリ長、帯域制限、ERESフィルタにより、200 MHzの帯域幅で40 μVrms未満のノイズで測定するよう設定することもできます。この柔軟性は、SIGLENTの新しい高分解能オシロスコープすべてに共通する重要な設計上の特長です。
振幅の異なる複数のチャネルを比較する必要があるアプリケーションが増えるにつれ、チャネル間アイソレーションは信号忠実度にとって重要になっています。隣接する信号が意図せず結合すると、測定の忠実度が直接低下します。図1に示すSDS3000X HDは、200 MHzで1000:1のアイソレーションを実現しており、一部の競合の高分解能オシロスコープと比べて結合を10分の1に低減しています。
ゲイン確度とは、電圧が0 VからADCレンジの上限まで変化する際に信号に加わる誤差の量です。通常はパーセントで表され、ADC自体の仕様に関係します。SDS1000X HDファミリをはじめとするSIGLENTの高分解能オシロスコープは、5 mV/div以上のレンジで±0.5パーセントのDCゲイン確度を備えています。これは他の高分解能モデルと比べて最大4倍の確度です。
この設計思想により、70 MHzから4 GHzまでのオシロスコープ・アプリケーションに比類のない信号忠実度がもたらされます。エンジニアは、垂直ズーム、ダイナミック・スケール・オフセット、ディープメモリFFTといった可視化機能の強化を通じて、この向上した信号忠実度を活用できます。
垂直ズームは、あらゆる高分解能オシロスコープにとって重要な機能です。10ビットを超えると、分解能は一般的なディスプレイの1ピクセルよりも細かくなります。高分解能や強化された平均化の効果を十分に活用するには、電圧軸を拡大できることが必要になります。一部のオシロスコープでは停止モードでしかこれを行えませんが、SIGLENTが完全に実装した垂直ズームでは、ADCの垂直スケールを変えずに、ライブ測定中にズーム範囲をその場で調整できます。図2は、ADCを飽和させずに微小な信号アーティファクトを観測できる20倍の垂直ズームを示しています。これを7インチ、10.1インチ、15.6インチのディスプレイと組み合わせれば、ベンチやラボで最適な表示が得られます。
ダイナミック・スケール・オフセットはズームと連携し、捉えにくい信号へのアクセスをさらに高めます。オシロスコープに業界をリードする11のオフセット・レンジを内蔵しており、SIGLENTは同じ電圧スケールで最大8倍のオフセットを実現しています。この拡張された機能により、エンジニアはグランドからオフセットした微小信号をより精密なレンジで観測でき、忠実度をさらに高められます。一部の競合の高分解能オシロスコープでは、信号によっては同じ信号を観測するのに8±倍広いレンジを使わざるを得ず、分解能の有効桁が3桁失われます。
ディープメモリFFTは、高分解能オシロスコープの価値をRFアプリケーションにまで広げます。50 Ω入力と12ビット分解能を備えたSDS7000Aを使えば、エミッションのデバッグや機能試験のために最大4 GHzのRF信号を取り込み、解析できます。SIGLENTの高分解能オシロスコープはすべてディープメモリFFTを備えており、SDS7000Aでは最大3200万ポイントを演算に使用して、広い周波数スパンにわたって信号忠実度を高めます。図3はこのFFT可視化の表示例です。
高度な可視化機能と、信号品質を重視したSIGLENTの設計へのこだわりを組み合わせることで、最新の高分解能オシロスコープは市場で最も柔軟かつ強力な部類の測定器となっています。70 MHzから4 GHzまでの機能と価値の組み合わせにより、SIGLENTのラインアップは業界で最も幅広いものとなっています。どのようなアプリケーションであっても、SIGLENTは信号忠実度、品質、高度な可視化機能を備え、お客様のニーズを十分に満たす高分解能オシロスコープを提供します。
新しい高分解能オシロスコープ SDS800X HD、SDS1000X HD、SDS3000X HD、SDS7000Aファミリの詳細は、www.siglentna.com をご覧ください。
SIGLENT Technologies
Solon, Ohio
