最近 流行りの12bitオシロスコープ 実は意味が無い！？
近年、オシロスコープメーカー各社から 12bitなどの高分解能ADコンバータを搭載したオシロスコープが次々とリリースされています。
これは部品や回路の低電圧化で需要が大きくなっている事が関連しますが、本当に高分解能のADコンバータを搭載していれば 小さな信号や電圧の変化を捉える事が出来るのでしょうか？
実は高分解能ADコンバータを搭載しているだけでは 正確に計測出来ていない可能性があります。
この記事ではその理由を説明します。
【目次】
1. 結論
高分解能測定には「高分解能ADコンバータ」 ＋ 「低ノイズ」 が必須です！！！
2. オシロの「低ノイズ」とは？
オシロスコープに何も接続せず、信号が入力されていない状態であれば 下記のように 0V のまっすぐな直線波形がディスプレイに表示されるべきです。
しかし実際には僅かですがノイズが含まれており拡大すると波形の直線が太く見えるようになります。
本当に完全な0VであればいくらV/divを拡大しても波形の太さは変わらず細い1本の線であるべきです。
これはオシロスコープ自身から発生しているノイズで電子機器である限り完全に0にすることは不可能です。
しかしこのノイズがどの程度のレベルで発生しているかが、今回の重要なポイントです
多くのオシロスコープでは数百μV～mVレベルのノイズが波形に乗ってしまっています。
たとえばmVレベルのノイズフロアのオシロスコープが12bitの高分解能ADコンバータを搭載していた場合を考えてみましょう。
12bit (信号を4000分割で計測) の最小分解能よりも大きなノイズがオシロスコープ自身から発生していては高分解能ADコンバータは全く意味がありません。
3. 8bit/12bit 低ノイズのシミュレーション
下記は8bitと12bit、ノイズの大きいオシロと小さいオシロそれぞれのシミュレーションです。
12bitのADコンバータでもオシロ自身のノイズが大きいと、測定対象の小さな信号の変化がノイズに埋もれてしまい見えていません。
「12bitは必要だけど うちは10Vくらいの大きな信号を見るから ノイズは気にしない」
と 思う方もいるかと思いますが オシロのノイズの仕様は各社最小になるレンジで仕様化している事が多く、入力レンジ（V/div）が大きくなるにつれてノイズも大きくなるので注意が必要です。
4. どこを見れば良いの？
また仕様化している条件も様々で
どの「入力レンジで」どの「周波数帯域で」のノイズ性能化をきちんと理解する事が重要です。
ハイレゾモードは一種のアベレージングなのでノイズを小さく出来ますが周波数帯域が落ちています。
ハイレゾやアベレージングの仕組み、メリット・デメリットについては
アベレージング？ ハイレゾ？ オシロスコープでの高分解能化とノイズ平滑化
で説明しています。
カタログやデータシートにノイズ性能が書かれていないオシロはノイズが大きい「傾向」にあると考えて良いでしょう。
5. オシロスコープのノイズ性能をチェックしてみよう
このノイズを簡単に計測、確認する方法があります。
オシロスコープに何も接続せずに メジャー機能で「RMS」や「Stdev」を使えば確認が可能です。
6. おすすめの高分解能オシロスコープ
低ノイズ＆高分解能のおすすめオシロスコープはSIGLENTの「SDS2000X HD」です。
SDS2000X HD は12bitのADコンバータ搭載でノイズは70μVrms以下です。
このADコンバータとノイズレベルであれば小さな信号の変化も正確に捉える事が可能です。
SDS2000X HD と同等のノイズフロアを実現しているオシロスコープは他にもありますが 数百万以上する事が普通です。
対して SDS2000X HD は ￥554,400～と非常にコストパフォーマンスに優れています。
また ノイズ＆分解能以外の性能も優秀で 最高サンプリングは2GSa/s、レコード長も最大200Mptsなど必要十分な性能を備えています。
オシロスコープはメーカーや製品により特長や思想があり、目的に合わせて最適な製品を選定する事が重要です。
7. 簡単・便利な計測器の機種選定
計測器検索.comでは必要な周波数帯域やch数を入力する事によりオシロスコープはもちろん、ファンクションジェネレータやマルチメータ、スペクトラムアナライザや直流電源 等、様々な計測器を簡単に検索する事が可能です。
v
ファンクションジェネレータを検索
周波数帯域などを入力してオシロスコープを検索
桁数などを入力してマルチメータを検索
電圧や電流などを入力して直流電源を検索
その他 様々な計測器をリストから探す
【損失シミュレーター】不合格対応の「損失」を算出
各項目の解説
- 人件費：経営者目線で保険も含めた金額になるので【時給×1.5倍】で記入してください。
- 影響範囲の調査時間：今回の精度不良がいつからどの製品にどの程度影響しているのか？を調べる時間です。
- 該当ラインの年間売上：精度不良が発生した「ライン」で作られる製品の年間売上です。
- 製品単価：生産数量を出すために入力します。
- 出荷・生産比率：作った製品の内、どの程度出荷してしまっているか。送料計算に反映されます。
- 出荷ロット：平均で何個ロットで送っているか。送料の算出に反映されます。
- 生産品原価率：ライン停止時の損失（機会損失）計算に使用します。
- 監査対応準備期間：不具合報告、対策、レポート作成などにかかる全時間です。
- 計測器更新・廃棄費用：精度不良の計測器の修理費用、または更新費用です。
この「巨大なリスク」を未然に防ぐ、確かな選択を。
校正不合格が発覚してからでは、数千万円の損失は避けられません。
AccuVoltLink（AVL）は、日常的な高精度チェックによって「不合格の芽」を早期に摘み取り、
品質管理者が最も恐れる「遡及調査のリスク」を最小化します。
【標準導入モデル（最小構成）】
￥350,000 (税別) 〜
※構成：AVL標準器（単品）を用いた精度維持管理システム。
計測器1台の不合格で失われるコストに比べ、圧倒的な費用対効果を実現します。
