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『デジタイザ/オシロスコープの基本』に戻る
このチュートリアルは、ナショナルインスツルメンツの高速デジタイザを使用して、効率の最もよいデータサンプリングシステムを構築するためのヒントとテクニックを紹介しています。また、高速デジタイザを使用したサンプリングの基本となる理論や、データサンプリングのパフォーマンスを最適化するためのさまざまな方法についての基礎的な情報を説明します。このセクションには以下のトピックが含まれています。
Table of Contents
レコード長および大容量メモリ
レコード長は、1回の集録後の処理または表示のために、デジタル化されたサンプルを格納するメモリ量を示します。デジタイザでは、単発集録での最大集録時間がレコード長によって制限されます。たとえば、1,000サンプルのレコードを20 MHzのサンプルレートで集録する場合、集録時間は50 µs（ポイント数をサンプルあたりの集録時間で乗算、すなわち1,000×50 ns）になります。100,000サンプルのレコードを20 MHzのサンプルレートで集録する場合は、集録時間は5 ms（100,000 x 50 ns）となります。
多くの場合、測定の品質は高速サンプルレートでデジタイザが連続集録を維持できるかによります。集録メモリ量は集録された信号の品質を決定します。大容量集録メモリが搭載された高速デジタイザは、高度な時間領域および周波数領域測定の実行が可能です。詳細については、「Benefits of Deep Memory in High-Speed Digitizers」を参照してください。
垂直レンジおよび垂直オフセット
垂直レンジは、デジタイザで測定可能なピーク-ピーク電圧範囲です。通常デジタイザには、複数の垂直レンジの選択肢があります。
垂直オフセットは、垂直レンジの中心となる電圧です。垂直オフセットは、任意のDC値に波形を配置します。このオフセットを使用すると、入力信号の小さな変化を把握することができるため、測定確度を上げることができます。
たとえば、図1に示すような0.75～1.25 Vを出力する波形を集録する場合を考えてみましょう。垂直オフセットを有効的に使用すれば、0.5 Vの範囲（1.25～0.75 V）を指定するだけで十分です。
図1. 垂直の長さとオフセットの説明
入力カプリング
多くのデジタイザでは、入力チャンネルをDC、AC、またはGNDカプリングに構成できます。DCカプリングでは、DC信号および低周波数成分が減衰することなく通過させることができます。これに対し、ACカプリングはDCオフセットを除去し、信号の低周波数成分を減衰します。ACカプリングを有効にすると、コンデンサが入力と直列に挿入されます。この機能は、12Vの電源のスイッチングノイズなど、大きなDCオフセットを含むAC信号の詳細情報を取り出すために使用できます。GNDカプリングは入力を切断し、チャンネルをグランドに内部接続することでグランド、およびゼロ電圧基準を提供します。
カプリングに関係なく注意すべき入力制限については、各デジタイザの仕様を参照してください。
また、以下の項も参照してください。
Input Coupling Selector
プローブおよびその影響
プローブは測定システムの一部としてデジタイザとともに使用します。信号はプローブの端から高速デジタイザの入力に入り、ADCによってデジタル化されます。この信号パスでは、プローブが測定確度に影響する重要な電子システムの構成要素になります。プローブは測定された振幅および位相に影響を与える可能性があり、信号は入力ステージに到達するまでにノイズを拾ってしまう場合があります。プローブはNI高速デジタイザに付属されていませんが、受動、アクティブ、および電流プローブを含む数種類のプローブを利用することができます。
受動プローブ
受動プローブは、最も一般的な汎用プローブです。受動プローブは、帯域幅（または立ち上がり時間）、減衰比、補正範囲、および機械設計の側面によって特定されます。減衰がX10、X100、またはX1000のプローブには、入力時の容量性による影響を減少することが可能な可変コンデンサが含まれています。有効なキャパシタンスを相殺または最小限に抑えることにより、プローブの帯域幅および立ち上がり時間が向上します。図2は、X10プローブのモデルを示します。
図2. 受動プローブの回路
可変容量コンデンサ Cpを調整して、平坦な周波数応答を取得します。Cpはプローブのキャパシタンス、Rpはプローブの抵抗、Cinは入力のキャパシタンス、Rinはデジタイザの入力抵抗で、
平坦な周波数応答の取得は以下になります。
Rin/(Rin + Rp) = Cp/(Cp + Cin + Cc)
平坦な応答を取得するために調整された式は以下になります。
Rin(Cin + Cc) = CpRp
またはプローブの時定数が、デジタイザ入力の時定数に等しくなります。
アクティブプローブ
差動および電界効果トランジスタ（FET）プローブなどのアクティブプローブには、ノイズを除去して信号を増幅するアクティブ回路が含まれています。FETプローブは高周波数での低電圧測定に適しており、差動プローブは高コモンモード除去比（CMRR）および浮動基準を提供します。
電流プローブ
電流プローブは直列抵抗を使わずに、導線を流れるACもしくはDC電流を磁気的に測定します。このように直列抵抗の影響が少ない場合、テスト中の回路でほとんど干渉が起こりません。
プローブ補正
減衰プローブの帯域幅を最大化するには、デジタイザの入力キャパシタンスが確実に打ち消されるようにプローブのコンデンサを調整する必要があります。可変容量コンデンサを微調整して平坦な周波数応答を得ることを、プローブ補正と呼びます。次に説明するプローブ補正手順を実行する際は、以下の図3を参照してください。
図3. プローブ補正の説明
1. プローブのBNC側をCH 0に接続し、プローブの端の本体でX10減衰を選択します。
2. BNCアダプタ（プローブアクセサリ）をプローブの端に取り付けます。
3. SMB 100プローブ補正ケーブルをPFI 1に接続します。
4. BNCアダプタを取り付けたプローブを、SMB100ケーブルのBNCのメス側に取り付けます。
5. Scopeソフトフロントパネルを開きます（スタート » プログラム » National Instruments » NI-SCOPE » SCOPEソフトフロントパネル）。
6. プローブ補正を行うデジタイザを選択します。
7. Scopeソフトフロントパネルツールバーのユーティリティメニューからプローブ補正信号をアクティブ化します。また、プローブ補正信号はNI-SCOPE計測器ドライバを使用してプログラム的にアクティブ化できます。
図4. NI-Scopeのプローブ補正信号
8. 波形ができるだけ方形に近くなるように可変容量コンデンサを調整します。
図5. プローブ補正信号のさまざまな補正状態
9. CH 1および他のプローブについても手順1～8を繰り返します。
正確な測定を行うには、各チャンネル（CH 0およびCH 1）のプローブを補正し、そのチャンネルのみで補正したプローブを使用してください。プローブを他のチャンネルで使用する場合は、再度補正することをお勧めします。
また、以下の項も参照してください。
Oscilloscope Probes
関連リンク
Developer Zoneチュートリアル：デジタイザ/オシロスコープの基本
Developer Zoneチュートリアル：NI-SCOPE入門
Developer Zoneチュートリアル：Differential Measurements Using High-Speed Digitizers
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