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2007年8月 7日 (火)

デジタルの幻

07 ←自宅のアナログオシロスコープ、国産の低価格品。これで個別部品で組む回路では十分な性能である。帯域が20MHzと狭い分、低mVのS/Nは良い。

私はアナログオシロスコープを主体に使う。

アナログオシロスコープは、主機能がアナログ回路で出来ており表示も静電偏向されたブラウン管で行う。

アナログオシロはデジタルオシロより垂直軸方向の分解能が高い。垂直軸移動を併用すれば、1/1000程度までの波形を観測することができる。水平軸方向は連続であり、デジタルオシロのサンプリング周波数の1/2を越える周波数成分が存在してもアーチファクトがでない。

アナログオシロは公称帯域を超える電圧スパイクもそれなりに見える。

デジタルオシロは広帯域のアナログアンプで増幅した後、サンプリング&ホールドを行って8bit程度で量子化する。したがって、量子化誤差が大きくベースラインの±1bit程度が変動する。デジタルオシロのアナログ系も、サンプリング定理の制約を緩和するために高速回路となるので、基本的に純アナログシステムより劣る。

アナログオシロは、計測原理が良くわかったシステムで、量子化=AD変換の性能の影響を受けない。記録には、以前はインスタント写真を用いたが、現在ではデジタルカメラでその波形を電子データとして残せる。記録の便利さにおいてもデジタルオシロとさほど手間は違わない。

私の専門はプリント基板上で組むアナログ回路であるので、実装上の制約からDC-20MHzの帯域でなるべく詳細な波形を見たい。アンプのノイズは帯域が狭い方がS/Nは良くなる。画面の1%程度の分解能では微小発振しているのか、ノイズなのか判別がつかない。

電圧軸=垂直軸の分解能が不足している以上、時間軸がいくら正確であっても波形の周期はそれなりの誤差を持つ。デジタルオシロは多機能で、カーソルを合わせれば細かい数値を周期、周波数で表示してくれるが、その表示ほど正確ではない。

アナログエンジニアのふだん使うオシロスコープは最下位機種のアナログオシロスコープである。S/N比もよいし、プリント基板上で飛び交うことのできるスパイクノイズも的確に見える。

デジタルオシロは幻の波形をも表示する。しかも高価である。

ただ残念なことに、日本の電子計測器メーカはこの分野から撤退しつつある。静電偏向ブラウン管の製造メーカは国内に1社しかないとも聞く。付加価値の高いデジタルへとシフトしている

デジタルオシロでは精密アナログ回路の目的にかなった表示機能は無い。

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コメント

わー…
実はうちの研究室に、前いらした先生のオシロスコープが大量にあるのです★それこそ旧式から新式まで★
データ数値はできれば一発でオシロスコープからパソコンで読み取りたいのですが、デジタルの数値誤差を忘れずに考慮していきたいと思います…

すごいですね。ひょっとしたらアナログストレージオシロもあるのでは。問題は使う人の技量ですね。
デジタルオシロはいいところ信じられるのは、6ビット精度。アナログはきちんと使えばベースラインがきれいです。
デジタルオシロは最高速でサンプリングさせるとさらに嘘をつくという方もいます。
FFTを掛けるときにはアナログオシロでは厳しい。

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