UARust産業用イーサネットPoEラズパイプログラミングできることカメラの使い方エンジニア勉強方法おすすめ工具・部品イギリスサイトマップオシロスコープの周波数帯域を超えての測定はNG?実際に確認してみた本サイトはアフィリエイト広告を利用しています。2020.05.09オシロスコープを使用する上で注意点として周波数帯域・特性があります。周波数帯域を守らない場合、測定波形にどれほど影響あるのか調査してみました。シミュレーション・実際の波形を踏まえて分かりやすく紹介します。非常に高価なオシロスコープ・プローブとなりますUSB2.0をデバッグレベルで測定するUSBハイスピードのマイクロフレームを確認するUSBフルスピードの定期的なフレームは1msUSBハイスピードの電圧レベルを400mVを確認するUSB回路をシミュレーションするまとめオシロスコープの周波数帯域を超えての測定はNG?実際に確認してみたオシロスコープの周波数帯域を超えて波形測定をしてみました。オシロの周波数帯域が50MHzに対して、約4倍のUSB2.0(480Mbps_最大240MHz)で確認しました。正常な波形は測定できません。時間軸最大に広げた波形ですが、Hi(1)/Low(0)の波形が全く分からない波形です。周波数特性により高周波帯で信号が減衰してしまうためです。(USB2.0で正常な測定が出来ないのはインピーダンス含めて他にも多くの要素がありますが...)インピーダンス不整合による波形への影響に関しては下記記事でも紹介しています。インピーダンス不整合と反射の影響をオシロとシミュレーションで確認インピーダンス不整合と反射の影響を調査してみました。シミュレーションに加えて、実際のオシロスコープでも確認をしています。実際に反射が起きてしまった場合の波形への影響具合を分かりやすく紹介します。misoji-engineer.com2020.05.06実際にオシロの周波数帯域が測定波形にどのような影響を与えるのか調べてみました。趣味のレベルですがLTSPICEのシミュレーション含めて影響具合を確認しました。測定方法・シミュレーション内容含めて詳細を紹介していきます。オシロスコープの周波数帯域とサンプルレート最初にオシロスコープの重要なスペックである周波数帯域とサンプルレートについて紹介します。例として筆者のオシロは「周波数帯域_50MHz」「サンプルレート_1GSa/s」です。高価なオシロになればなるほど、周波数帯域・サンプルレートの値は大きくなっていきます。今回紹介しているオシロスコープの詳細については下記記事で紹介してます。よろしければご覧ください。(リンク先はこちらから)オシロスコープはおすすめ!電子工作のために購入してみたオシロスコープを個人で購入してみました。オシロがあれば電子工作の測定、電子回路の勉強などに使えて非常に役立ちます。現役のエンジニアが自宅でオシロを使うメリット・デメリットを説明します。実際に通販で購入して、使い始めるまでの一連の流れも紹介します。周波数帯域は凄く簡単に言うと、オシロが「測定できる周波数の上限(の目安)」です。(※厳密の意味で言うと3dB(電圧として約30%)減衰する周波数を示します。)周波数帯域が高いほど高速な信号が測定可能になります。筆者のオシロだと(周波数帯域の)50MHz以内の周波数ならば波形測定ができます。低い周波数でいうと、交流100Vの60Hzの測定も下記記事で紹介させてもらいました。交流100Vの波形をオシロスコープで測定してみたまたシリアル通信の4800Hz(9600bps)や57600Hz(115200bps)も下記記事で確認しています。USBシリアル通信のボーレートの最大は?通信速度(bps)をオシロで確認USBのハイスピード240MHz(480Mbps)は無理ですが、フルスピード6MHz(12Mbps)は測定可能です。下記記事でフルスピード含めてUSBを測定しています。USBのフルスピードとハイスピードの切り替えをオシロで確認してみた上記例のように個人的なオシロの周波数帯域の50MHzレベルでも多くの波形を測定できます。オシロスコープのサンプルレートの意味オシロのサンプルレートについては波形のサンプリングのスピードを意味しています。サンプルレートの詳細・注意点は下記記事で紹介しています。よろしければご覧ください。(リンク先はこちらから)オシロスコープのサンプルレートからレコード長を計算してみたオシロスコープを使用する際にサンプルレートで注意する点をピックアップしました。測定条件でサンプルレートは自動的に変更される場合があります。「なぜオシロスコープの周波数帯域を守らないと減衰する?」について少し掘り下げていきます。シミュレーションして確認していきます。オシロスコープ、そしてプローブにはそれぞれに周波数帯域がありますので個別に紹介します。オシロスコープの入力インピーダンスオシロスコープの周波数特性は入力インピーダンスが大きく影響してきます。筆者のオシロスコープの入力箇所には1MΩ抵抗と13pFのコンデンサが平行に接続されています。この入力箇所の特性が入力インピーダンスになります。オシロの周波数特性をシミュレーションしてみる実際にシミュレーションしてオシロスコープのみの周波数特性を確認してみます筆者のオシロのデータシートには「帯域幅(-3dB)50Ω_直流50MHz」の表記があります。そのため50Ω接続した場合のAC特性を確認していますあくまで筆者の個人的なシミュレーションになりますが、下記結果となりました。50MHzまでは特に問題ありません。100MHz辺りから減衰する特性となっています。-3dB箇所に関しては約240MHzとなりました。今回のオシロではUSBのハイスピード240MHz(480Mbps)は測定出来なさそうです。理想的なシミュレーションでも-3dB減衰(電圧としては約30%低下)してしまいます。プローブの入力インピーダンスプローブにも入力インピーダンスがあり、周波数特性を持っています。筆者のもですが、10:1パッシブプローブには抵抗と調整用コンデンサが付いております。抵抗は9MΩ、調整用のコンデンサは数pF~10数pFとなります。プローブに関してはケーブルのコンデンサ成分も考慮する必要があります。(上図では適当にC6の箇所で77pFと決めています)プローブの周波数特性はデータシートより確認プローブのシミュレーションはケーブル容量などパラメータが不明な箇所も多いので手間です。今回はプローブのデータシートのインピーダンス特性図を参照します。(メーカHPのデータシートリンク先はこちらから)1KHzから減衰して100MHz~1GHzには(元々10MΩが)100Ω程度まで減っています。プローブのデータシートを見ても10:1で周波数帯域は150MHzまでということでしたプローブの方でもUSBのハイスピード240MHz(480Mbps)は難しい旨が分かりました。筆者のオシロでは高速信号(数百MHz,数GHz)の測定が難しいことが改めて分かりました。周波数特性含めて多くの要素で数万程度の趣味のオシロではハードルが高いです。USB2.0のような数百MHz以上の高速信号を測定するには専用のオシロ・プローブが必要です。測定できる測定器が下記になります。数百万円の高価なオシロ・プローブのため、個人の購入は難しいですが参考に貼り付けておきます。【国内正規品】,RP7150RIGOLAmazonの商品レビュー・口コミを見るAmazonUSB2.0をデバッグレベルで測定するただ単にオシロスコープのスペックだけで「測定できません」は(筆者が)面白くありません。そのため数百MHz帯のUSBハイスピードを測定出来る箇所がないか確認してみます。USBハイスピードのマイクロフレームを確認するUSB2.0のハイスピードといっても常時240MHz(480Mbps)で通信しているわけではありません。USBハイスピードは125us周期で定期な(マイクロ)フレームを送っています。上記のような定期的な信号からUSB2.0の動作確認が可能です。USBフルスピードの定期的なフレームは1msちなみにUSBのフルスピード(12Mbps)の定期的なフレームは1msで送信されています。定期的なフレームからでもハイスピードとフルスピードを見分けれます。(もちろんD+のプルアップからでもフルスピード(12Mbps)と分かります。)USBハイスピードの電圧レベルを400mVを確認するUSB2.0のハイスピードの電圧レベルはD+,D-それぞれで400mV±10%となっています。(D+)-(D-)の差動で±400mVとなります。信号がHi(1)を続いてそうな箇所を確認してみました。怪しい結果ですが大体400mVになっています。USB回路をシミュレーションするオシロの測定がかなり怪しかったのでシミュレーションでフォローします。USBハイスピードの回路をLTSPICEで簡易的に作って確認してみました。(USBドライバっぽい電流源を作り、「101010...」の240MHzの信号を送っています)理想的には下記結果のように電圧レベルは400mVになるはずです。まとめ今回の記事をまとめますと下記になります。オシロスコープの周波数帯域を守らないと、正常な測定は難しいですプローブの周波数特性も高速信号の測定に影響しますデバッグ程度ならば高速なUSB2.0も部分的に確認できます会社や研究所が所持している高価なオシロスコープでないと高速信号の測定は難しいです。機械学習のPCを自作してみた!(パーツ予算15~20万円編)機械学習・ディープラーニング用のPCを自作してみました。パーツの予算総額は約15~20万円のミドルスペックです。機械学習で重要なGPUメモリを重視して、デスクトップPCを組んだ内容を紹介します。misoji-engineer.com2023.02.14オシロスコープの使い方!初めての人向けに多くの測定事例を紹介オシロスコープの使い方を一から紹介します。電源の入れ方からトリガーのかけ方までを写真・動画交えて分かりやすく説明します。初心者の方でも簡単にオシロを使った測定方法を学ぶことができます。misoji-engineer.com2024.08.14テスターの使い方!初心者向けに多くの測定事例を紹介テスターの使い方をまとめました。方にも実際の使用方法が分かりやすいように、多くの事例を紹介しています。テスターの電圧・電流・抵抗の各測定方法から応用例まで詳細に説明します。LINEミソジをフォローするミソジ関連記事オシロスコープツェナーダイオードを直列で逆向き!双方向として使ってみたツェナーを2個を直列で逆向きにして、向かい合わせて使ってみました。双方向ツェナーダイオードとしての機能を確認しています。実際のオシロスコープの波形交えて、どのような用途で使えるのか紹介します。THETAを入手したので、ラズパイから操作してみました。GithubにあるライブラリでUSBから簡単に操作できます。インストール方法から実行例含めて紹介します。THETAをUSBから操...PoEPoEの通信速度への影響は?1000BASE-Tで測定してみたPoE給電中のイーサネットの通信速度を測定してみました。LANケーブル1本で「電源」と「通信」を送るPoEの影響を確認しています。PoE給電が有り/無しの2パターンで通信テストを実施しています。インターフェースI2CのACKとNACKの波形を見てみるラズベリーパイとI2Cデバイスをつなげてアナライザを使い「I2CのACKとNACKの波形を見てみる」を紹介します。簡単にI2C通信でのACK,NACKを確認するまでの手順を紹介しています。pi)でソフトウェアPLC「CODESYS」とNPNトランジスタを使って簡単なシーケンス制御を組んでみました。実際の工場で使われるPLC(シーケンサ)のように24Vリレーを動作させていきます。シ...オシロスコープオシロスコープのプローブの仕組み!補正と倍率箇所を分解してみたオシロスコープのプローブを分解して、構造を確認してみました。倍率の切り替え箇所や補正箇所の多くの写真交えて紹介します。プローブの仕組みを理解しておくことで、波形測定に役立ちます。コメントをキャンセルメールアドレスが公開されることはありません。※サイト次回のコメントで使用するためブラウザーに自分の名前、メールアドレス、サイトを保存する。AIに参加してきたPYNQからAXIバスのレジスタを触って、PWMを弄ってみたテスターで乾電池を測定してみる2017.09.242021.08.07乾電池の容量を比較!メーカ・サイズを変えて測定してみた2021.01.172021.12.05テスターでコンセントAC100Vを測定してみる2017.09.182020.11.28PLC(シーケンサ)・ラダーがフリーで使える!おすすめ入門ソフト2018.10.142022.04.09テスターの使い方!初心者向けに多くの測定事例を紹介2020.12.052024.02.18自己紹介ミソジメーカで働いている現役のハードウェアエンジニアのミソジと申します。UARust産業用イーサネットPoEラズパイプログラミングできることカメラの使い方エンジニア勉強方法おすすめ工具・部品イギリスサイトマップホーム検索トップサイドバ。