オシロスコープ用プローブ

ローデ・シュワルツのオシロスコープ用プローブ

オシロスコープ用の高品質アクティブ/パッシブプローブ

ローデ・シュワルツは、複雑な電子回路のデバッグ、高速シリアルバス信号のシグナルインテグリティー測定、高電圧レベルのパワーエレクトロニクスの特性評価など、さまざまなアプリケーション向けのオシロスコーププローブを提供しています。測定確度とオペレーターの安全性は、使用するプローブとアクセサリに強く依存します。

ローデ・シュワルツのポートフォリオには、高品質のアクティブ/パッシブ・オシロスコープ・プローブ、パワーレール・プローブ、マルチチャネル・パワー・プローブ、高電圧プローブ、電流プローブ、EMC近磁界プローブなどが含まれます。優れた仕様に加えて、信頼性と使いやすさも備えています。

プローブ
プローブ
帯域幅
最大ダイナミックレンジ
帯域幅
38 MHz~500 MHz
最大ダイナミックレンジ
400 V
帯域幅
8 GHz
最大ダイナミックレンジ
20 V
帯域幅
1 GHz~6 GHz
最大ダイナミックレンジ
± 8 V
帯域幅
1 GHz~4.5 GHz
最大ダイナミックレンジ
± 5 V, ±60 V (with R&S®RT-ZA15)
帯域幅
1.5 GHz~16 GHz
最大ダイナミックレンジ
5.0 V
帯域幅
4 GHz
最大ダイナミックレンジ
±0.85 V(±60 Vオフセット)
帯域幅
1 MHz
最大ダイナミックレンジ
± 15 V/± 10 A
帯域幅
25 MHz~400 MHz
最大ダイナミックレンジ
6 kV
帯域幅
20 kHz~120 MHz
最大ダイナミックレンジ
2,000 A
帯域幅
9 kHz~3 GHz
最大ダイナミックレンジ
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プローブに関するFAQ

オシロスコーププローブとは何ですか?

オシロスコーププローブは、信号源(回路内のテストポイントなど)をオシロスコープに接続するために用いられるデバイスです。すなわち、電気的な接続を実現するための物理的な接続です。信号源と実行する測定に応じて、プローブは、単純なリード線(パッシブプローブ)の場合も、アクティブ差動プローブのような高度なデバイスの場合もあります。このプローブには増幅器が内蔵されており、プローブの入力容量を非常に小さくすることで、測定する信号に対するプローブの影響を最小限に抑えています。

測定にはどのようなオシロスコーププローブが必要ですか?

適切なプローブの選択の最初のステップは、測定作業の分析です。テストする回路はグランドに接続されていますか(すなわち、シングルエンドプローブと差動プローブのどちらが必要でしょうか)?信号の最大周波数はどれだけですか(必要な帯域幅は)?発生する可能性がある最大入力電圧は?

差動測定とシングルエンド測定

差動プローブは、テストする回路がグランドに接続されていない場合に必要で、例えば、スイッチング電源の電圧測定や、差動信号の間の低ノイズ測定に用いられます。グランドに接続された回路に差動プローブを使用してはいけない物理的理由はないのですが、この場合にはシングルエンドプローブのほうが優れた性能を示します。入力インピーダンスが高く、入力容量が小さく、ダイナミックレンジが広いからです。

帯域幅と立ち上がり時間

帯域幅は、プローブを選択する際の最も重要なパラメータの1つです。帯域幅によって、プローブで正確に測定できる有効最大周波数が決まります。仕様上の最大周波数では、信号は実際よりも3 dB(約30 %)以上小さく表示されます。信号を正確に表現するには、オシロスコープとプローブの両方の最大周波数が、測定する最大周波数よりも十分に高いことが必要です。デジタル信号を測定する場合、測定帯域幅はクロックレートの3~5倍にする必要があります。デジタルデザインのデバッグの場合には、3倍の帯域幅があれば十分です。デジタルインタフェースのコンフォーマンステストを行うには、クロックレートの5倍の帯域幅が必要です。

スイッチング電源の特性評価など、立ち上がりが高速な信号(オシロスコープ画面上に急峻なスロープで表示されるもの)を測定する場合、オシロスコープとプローブの立ち上がり時間が重要なパラメータです。精密な測定を行うには、立ち上がり時間が、測定するパルスの立ち上がり時間の1/3~1/5であることが必要です。

ダイナミックレンジ

プローブのダイナミックレンジは、測定可能な最大入力電圧を決定します。仕様はDC電圧に対するものであり、通常は信号周波数が上がると減少します。差動プローブの場合、コモンモードと差動モードのダイナミックレンジは区別されます。コモンモードのダイナミックレンジは、グランドを基準として測定された、1つの差動入力の有効入力電圧範囲を表します。差動モードのダイナミックレンジは、測定可能な最大入力差動電圧を表します。

立ち上がり/立ち下がり時間が高速な大振幅信号を正確に測定するには、高い測定周波数で十分に大きいダイナミックレンジが得られる必要があります。DCスイッチング電源の残留リップルを測定する場合は、大きいDC成分を持つきわめて小さい信号を測定する必要があります。A/Dコンバーターの分解能をフルに利用するために、最近のプローブにはDCオフセットを供給するオプションが用意されています。

高電圧プローブの場合は、オペレーターの安全性が重要な考慮事項となります。このため、高電圧プローブには、接触事故を防ぐための特別な絶縁やその他の保護メカニズムが備わっています。このようなプローブの仕様には、グランドに対する最大電圧と、測定カテゴリが記載されています。測定カテゴリは、オペレーターが保護される測定環境を定義します。プローブは、必ず定義された測定カテゴリで使用する必要があります。

被測定デバイスへの負荷

信号の劣化を防ぎ、DUTの機能が阻害されないようにするために、測定システムは被測定回路に過大な負荷を与えないことが必要です。そのためには、入力インピーダンスが高く、入力容量が小さいプローブを使用することが鍵となります。入力インピーダンスは周波数に大きく依存し、通常はプローブのカットオフ周波数で500 Ω未満です。

パッシブプローブの入力インピーダンスは一般的に10 MΩで、入力容量は10 pFを超えます。アクティブプローブの一般的な入力容量は100 MHzです。DUTとのコンタクトに適したプローブアクセサリを選択することが重要です。ピンやリードが長いと、キャパシタンスとインダクタンスが増加し、最大測定帯域幅が小さくなり、パルススロープに過剰なオーバーシュートやリンギングといった現象が発生します。

拡張機能とプローブアクセサリ

性能パラメータに加えて、日常の作業を簡単にしてくれる補助プローブ機能も考慮する必要があります。ローデ・シュワルツのアクティブプローブには、内蔵デジタル電圧計やマイクロボタンを備えたものがあります。電圧計を使えば、接続を変更せずに電圧を確認できます。マイクロボタンを使えば、オシロスコープをプローブから直接制御できます。

さまざまなアクセサリを使用することにより、テストポイントへのコンタクトを柔軟に実現し、オペレーターの日々の作業を容易にし、測定誤差を防ぐことができます。使用可能なアクセサリには、リジッド/スプリング内蔵チップ、ブラウザー、アダプター、延長リードなどがあります。ローデ・シュワルツでは、あらゆるプローブ向けに各種アクセサリを用意しています。

パワーレール・プローブとは何ですか?

パワーレール・プローブは、DCパワーレール上の小さいAC信号の特性を測定するために設計されています。パワーレール・プローブの代表的な減衰比は1:1なので、測定に付加するノイズがきわめて小さいという特長があります。パワーレール・プローブの中には、最大±60 Vの内蔵オフセットを備えたものがあります。これにより、オシロスコープの垂直感度(すなわち、オシロスコープのADCのビット数)を最大限に利用して、より小さいノイズで正確な測定を実行できます。さらに、オフセットによってAC結合やDCブロッキング・キャパシタが不要になるため、真のDC値とドリフトを悪影響なしに表示できます。最大2 GHzの帯域幅と緩やかなロールオフを持つパワーレール・プローブを使用することで、高い周波数の過渡信号や結合信号を捕捉できます。高い入力インピーダンス(一般的に50 kΩ)により、測定するレール信号への影響を最小限に抑えることができます。

差動プローブはどのように動作しますか?

差動プローブは、2つの測定ポイントの間の信号レベルの差を測定します。これに対して、シングルエンドプローブは、単一ポイントとグランド電位の間の差を測定します。差動プローブは特に、高周波信号や、振幅が非常に小さい信号(ノイズフロアに近い信号)の測定に多く用いられます。差動プローブには、2つの信号の差を(シングルエンドの)オシロスコープ入力に供給できる電圧に変換するための差動増幅器が必要です。

パワーエレクトロニクス測定にはどのようなプローブが必要ですか?

パワーエレクトロニクスを評価する際の代表的な測定シナリオは次のようになります。

  • 大きいコモンモード電圧での小さい電圧
  • 異なる電位での異なる電圧レベルの同時発生
  • 高速な立ち上がり/立ち下がり時間:特にGaN、SiCなどの広バンドギャップ(WBG)材料の場合
  • 複数の信号チャネルでのフローティング測定
  • 電流測定

原理的に、このような種類の測定に最適なのは差動高電圧プローブです。最大200 MHzの帯域幅と、広い周波数レンジでの優れたコモンモード除去比(CMRR)を備えたR&S®RT-ZHD 高電圧差動プローブは、高速スイッチング半導体の測定に最適です。きわめて小さい付加ノイズにより、高品質の測定が可能です。信号経路の保証利得確度は0.5%であり、確度が0.1%のDC電圧計(R&S®ProbeMeter)がプローブヘッドに内蔵されているため、R&S®RT-ZHDプローブはクラス最高の精度を実現できます。ドリフトがきわめて小さいため、測定中に定期的に校正を行う必要はありません。DCリンクのリップル電圧を測定するには、垂直感度を高めるために、大きいオフセット電圧の補正が必要です。R&S®RT-ZHD プローブは、オフセット回路を内蔵しているため、オシロスコープの垂直軸設定やプローブの減衰比に依存しないオフセット電圧範囲を実現できます。DCリンクの高い電圧に存在するきわめて小さいリップル電圧を、感度を維持したままで測定できます。

パワーエレクトロニクスの評価に用いられる代表的な測定パラメータは次のとおりです。

  • 消費電力/効率/スタンバイ電力
  • 電力品質/力率
  • 電圧/電流波形解析
  • リップル
  • 突入電流/過渡現象
  • 起動/シャットダウン動作
  • 負荷レギュレーション
  • PWM(パルス幅変調)の解析
  • EMC/高調波解析

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