この記事では、典型的な電子オシロスコープの制御インターフェースと機能については説明していません。これは比較的単純で、たとえばここにあります 。 特にロシア語で
PCB開発サイクルでオシロスコープを使用する一般的なシナリオは次のとおりだと思います：ボードが機能しない場合（短絡、マイクロサーキットの過熱、マイクロコントローラーが点滅しない、制御コマンドが通過しないなど）、オシロスコープのプローブをピックアップして問題を探し始めます。それが機能する場合、それは良いことです（図1）。
さらに、製品開発者がこれらすべての機能を自分で実行する無線アマチュアでない場合、製品の機能に含まれる条件付き「成功」までの反復回数が増加する可能性があります。 したがって、組織内での開発の場合のように機能を分離する場合、製品の最初のサンプルを収集してデバッグしない場合は、開発者が技術開発を分析する目的で少なくとも工場に立ち寄ることをお勧めします。
私の経験では、最初の製品サンプルでは、サブシステムの電気パラメーターを制御する電源サブシステムから始まるブロックアセンブリの方がはるかに効率的です（図2）。
このアプローチでは、トラブルシューティングの範囲が狭くなります。これは、新しく組み立てられたユニットでのみ発生するか、このユニットがすでに検証済みのユニットと相互作用するときに発生するためです。 電気パラメーターの制御により、製品が正しく機能するだけでなく、すべてまたは主要な電気信号が予想される動作に対応することが保証されます。 この場合、「成功」はすでにより徹底的であり、必要な外部の影響でテストのフルサイクルに進むことができます。
オシロスコープの使用に戻りましょう。 プリント回路基板の開発における位置を説明する際、測定の重要な原則（および特にオシロスコープを使用した測定）が暗黙的に定式化されました。これについては、エリックボガティンが講義でよく話します。
測定の瞬間まで、期待される結果を把握する必要があります。 期待と現実が一致する場合、適切なプロセスモデル、重大な不一致の場合、期待されるパラメーター（直接的な分析計算、シミュレーション結果、または経験に基づいて得られる）を再確認する必要性、または誤った測定、または製品の誤った機能について話すことができます。
出版のトピックの文脈では、誤った測定のオプションに注意を払う価値があります。 オシロスコープで測定する場合、これまでにないように、観測者の存在が観測プロセスに影響する場合、量子物理学からの「観測者効果」を適用します。 オシロスコープの画面で、現実とは何の関係もないことを観察できます。 これを防ぐ方法を見つけます。
理想的な最終結果の定式化から始めましょう。オシロスコープ画面で、歪みを発生させずに、特定の時点での信号線の特定のポイントでの電圧の一時的なスキャンを観察します。 無限の帯域幅を備えた理想的な高速オシロスコープを用意し、必要なレベルの分解能でアナログからデジタルへの変換を実現します。 次に、問題を解決するために、プリント回路基板上のポイントからオシロスコープの同軸入力に信号を送信する必要があります。これは次の条件を満たすものです。
- 接点での接触抵抗がゼロの安定した機械的接触を提供します。 それらは2つあり、どちらも同等です。1つは順方向電流のパスを提供し、もう1つは戻り電流のパスを提供します。
- 形成された信号線は、測定された信号回路に負荷をかけないでください。つまり、無限インピーダンスでなければなりません。
- 生成された信号線は、測定信号に歪みを生じさせないようにする必要があります。つまり、無限の周波数帯域で平坦な伝達関数と線形位相特性を持つ必要があります。
- 形成された信号線は、測定された信号にそれ自身の干渉を導入してはならず、また外部干渉から理想的に保護されるべきです。
もちろん、一般的な場合、これらの条件は現実的ではありませんが、理想的な最終結果の定式化は問題の分析に役立ちます。 特に、実際の測定システムには信頼性のある測定の範囲を狭める限界があることを理解できます。
図 図3は、最も一般的なタイプのプローブ「1X / 10X」を使用した測定回路の等価回路を示しています。ほとんどの場合、オシロスコープの標準セットに含まれています。
「10X」位置のプローブのDC抵抗は約9MΩです。これは、1MΩオシロスコープの入力抵抗と1:10の分圧器を形成する直列接続抵抗です。 したがって、プローブの名前は「10X」であり、このモードでは、測定信号が10倍減少します（ただし、システムによってピックアップやノイズは発生しません）。 「1X」スイッチ位置では、この抵抗は短絡されており、プローブ抵抗はプローブ同軸ケーブルの抵抗です。 プローブの先端からBNCコネクタの中央ピンまでこの抵抗を測定することをお勧めします。通常の50Ω同軸ケーブルのように「ゼロ」ではなく、数百オームであることを確認します。 ケーブルを切断すると（図4）、低誘電率εr〜1の発泡絶縁材料に囲まれた細いニクロム導体が見えます。これは損失の多いラインです。 このケーブルは、測定信号ラインの不整合による高周波反射を減衰するように設計されています。
トリマーコンデンサC EQ1は 、「10X」モードで、わずか1.5 kHzのカットオフ周波数でローパスフィルターの極（図5）を補償するように設計されています。 これで、この補正が必要な理由が明らかになります。 トリマーコンデンサは、プローブハンドルではなく、コネクタの遠端に配置されることがあります。その場合、C EQ1は約15 pFの固定値で、チューニングはコンデンサC EQ2によって行われます。 インダクタンスL Pは、戻り電流ループのインダクタンスです。
上記に基づいて、スイッチ「10X」および「1X」の位置に対するオシロスコープの測定回路の動作モデルを取得できます。 パラメータの数値は、対応するプローブとオシロスコープのドキュメントから取得する必要があります。 この場合、最も可能性が高いのは、さまざまなメーカーのパラメーターが特定の帯域幅で大きく異なることはないはずです。 図に示されている 6および7 LTSpiceモデルは、TDS2024BオシロスコープとP2200プローブのデータを使用しました。
これらのモデルは単純化されており、すべてのスプリアスパラメーターを考慮していないため、帯域幅の正確な値を与えないことを理解することが重要です。 ただし、測定中の特定のパラメーターの影響に関する定性的なアイデアを提供します。 たとえば、注意する価値のある最初の結果は次のとおりです。
1. 1Xモードのプローブ通過帯域は、10Xモードよりも1桁以上小さく、約6〜8 MHzです。 これは、測定可能な最小信号エッジ持続時間t R = 0.35 / BW PROBE〜45 ... 55 nsに対応します。 「1X」モードの利点は、測定システム内の同じレベルの干渉で、オシロスコープの入力での信号が10倍大きくなるため、信号対雑音比が20 dB増加することです。
2.リターン電流ループのインダクタンスを大きくすると、通過帯域が減少します。 そのため、高周波信号を測定して戻り電流を確保する場合、インダクタンスが200 nH未満の「ワニ」ではなく、インダクタンスを1桁減らす特別なプローブチップを使用することをお勧めします（図8）。
3.「10X」モードのチューニングコンデンサが伝達関数に及ぼす影響は、200〜300 Hzの周波数から始まり、2〜3 kHzの周波数で最大になります。 そのため、オシロスコープは通常、1 kHzのクロック周波数の信号をキャリブレーション信号として使用しますが、その前面はチューニング中に歪みます（図9）。 プローブまたはオシロスコープのチャネルを変更するときと、測定を行う前に定期的に調整することをお勧めします。
図のモデルのプローブとオシロスコープの入力回路の電気的特性に加えて、 3、パラメータには次の量が含まれます：信号源の電圧-そのスペクトル、信号源の出力抵抗R S 、信号線のインピーダンスZ 0 、負荷インピーダンスZ LOAD-容量成分を考慮したインピーダンスです。 これらおよびその他のパラメーターを表1に示します。これらのパラメーターは、測定結果の信頼性を決定します。 主な基準は、信号のスペクトル帯域の調査対象部分をプローブ+オシロスコープシステムの通過帯域に含めること、および信号振幅が許容値を超えないことです（これは、オシロスコープの入力インピーダンスが50オームの場合に特に重要です）。 残り：信号のキャプチャとそのパラメーターの測定は技術的な問題です。
最後に説明したいのは、プローブ+オシロスコープシステムの帯域幅です。 ここで、オシロスコープと150 MHzの帯域幅のプローブを使用した場合、測定システムの帯域幅は150 MHzになるという誤解を避ける価値があります（これはソフトウェア補正でのみ可能です）。 また、プローブに150 MHzが「書き込まれている」という事実は、必ずしもこれらが実際の150 MHzであることを意味するわけではありません。 したがって、正弦波信号発生器を使用して実験的に通過帯域を調査することをお勧めします。 信号の振幅が低周波数の値から0.707に減少する周波数。これが望ましい値になります。 この場合、伝達関数に極大があるかどうかに注意する価値があります。 「スプリング」との接続を使用しながら、いくつかの測定システムでG4-107ジェネレーターを使用してこれを行いました（図10）。 補正は各測定の前に実行され、小さな調整ではありますが、常に調整を行う必要がありました。 短い50Ω同軸BNCケーブルを使用して、プローブなしで測定も実行しました。 結果を表2に示します。100MHzの帯域幅を主張する驚いたPP510プローブ。
一般的に、要約すると、オシロスコープを使用した測定に注意し、サポートとして期待される結果と得られた結果の相関関係を使用する必要があると言いたいと思います。 高周波数領域に関しては、「1X / 10X」タイプのパッシブプローブは、帯域幅が500 MHzを超える信号の測定には適用できません。 これを行うには、オシロスコープまたはアクティブプローブの50Ω入力で直接同軸接続を使用し、接続のインダクタンスをさらに最小化します（はんだ接続の使用、ボード上の小型同軸コネクタの配置などを含む）。 トピックは非常に広範です-孤立したオシロスコープ、孤立したプローブ、差動および特殊なプローブがありますが、これらはすべてこの記事の範囲外の独立した会話です。
この資料は以前にどこにも公開されておらず、フィードバックを待っています。 この後、おそらくより詳細な形式の記事が、高電圧絶縁に関する資料とともに、更新されたリリースの本の完全版の付録として含まれます。 正確な測定、人々！