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高速波形測定とプロービング

高速波形測定とプロービング (THE T&M LINK(Vol.16)2005年5月1日掲載)

通信・測定器事業部
第2開発PJTセンター
ハガ ケンイチロウ

はじめに

昨今、デジタル家電をはじめ様々な機器に組み込まれるデバイスや電子回路の高速化にともない、信号波形観測に使用されるオシロスコープやプローブも高速広帯域化しています。ところが、せっかく高速広帯域の測定器を用意しても、思ったような信号波形が観測できなかったり、観測波形の再現性が良くない、ということを時折耳にします。
測定対象の信号が高速化すると、特にプロービングにおいて、それまでは問題にならなかったような原因で正しい測定ができない場合がありますので、ここでは高速信号をプロービングする際のヒントをいくつか紹介します。

電圧プローブの種類

電圧プローブは電圧センサの一種で、測定対象の電圧や出力インピーダンス、周波数成分等に合わせて、最適なプローブを選択する必要があります。プローブにはそれぞれ一長一短があり、プローブの種類によって入力インピーダンス(抵抗値、容量値)や周波数帯域が大きく異なるため、より信頼性の高い測定をするためにそれぞれのプローブの性質を理解することが大切です。一般的な高周波回路の測定によく使用されるプローブには次の3つが挙げられます。

パッシブプローブ
減衰比10:1のパッシブプローブは、低価格、堅牢・高耐圧、低周波での高い入力インピーダンスにより、最も広く使われています。
弊社の代表的な10:1パッシブプローブの入力インピーダンスは10MΩと約14pFの並列、入力耐圧は600Vと、直流から低周波にかけては高い入力インピーダンスを持っており、一般的な用途では使いやすいプローブです。
一方、14pFの入力容量が高周波信号測定に与える影響が問題になることがあります。
 
500MHz帯域パッシブプローブPB500
500MHz帯域パッシブプローブ
PB500(DL9000シリーズ用)
アクティブプローブ/FETプローブ
高周波信号の測定によく使われているのがアクティブプローブ/FETプローブです。
パッシブプローブと違い、プローブ先端に近いところにインピーダンス変換用のバッファアンプを置くことで、パッシブプローブよりも高い周波数帯域と、一桁小さい1pF前後の入力容量を実現しています。電源供給が必要で、耐電圧がパッシブプローブよりも低いため取り扱いには若干注意が必要ですが、信頼性・再現性の高い高周波信号波形の測定には大きな効果があります。
 
2.5GHz帯域アクティブプローブPBA2500
2.5GHz帯域アクティブプローブ
PBA2500
(DL9000シリーズ用)
低容量プローブ(500Ω抵抗プローブ)
あまり馴染みがないかもしれませんが、50Ω系入力の測定器には比較的古くから使われてきたプローブです。
プローブヘッドに内蔵されている高周波特性を考慮した特殊な450Ωの抵抗体で50Ω系同軸ケーブルを駆動しますが、入力容量が非常に小さいため今でも根強い人気があります。
入力抵抗が500Ωなので測定対象の信号源インピーダンスが高いと、直流バイアスや出力振幅に影響を与えることがありますが、入力容量はアクティブプローブの半分~数分の一程度なので、クロックのエッジ等、高速ディジタル信号の波形品位測定等に最適です。
 
5GHz帯域低容量プローブPBL5000
5GHz帯域低容量プローブ
PBL5000