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オシロスコープ(2024年10月)
オシロスコープは「見えない電気信号」を観察し、電気信号の時間的な変化を波形表示する基本の電気測定器。自動車・車載、ロボット、大学などの教育機関での研究や実験、授業などで、オシロは産業のマザーツールの一つとして幅広く活用されている。カーボンニュートラル(温室効果ガス排出量実質ゼロ)の実現に向けてパワーエレクトロニクス市場や電源解析に注目が集まる。
高機能モデル 相次ぎ投入
製品の小型化実現 12ビット・8チャンネル化
オシロスコープは広帯域化や波形の視認性、操作性の向上が図られ、ノイズに埋もれた信号や、たまにしか発生しない間歇(かんけつ)的な信号を捕捉するなど、エレクトロニクス産業の発展とともに進化している。
炭化ケイ素(SiC)や窒化ガリウム(GaN)などのパワー半導体、これらを搭載したインバーターなどでは、詳細な波形観測の要望が高まっている。こうしたパワー半導体は自動車市場だけでなく、電車のインバーターなどの小型化を実現している。そのため入力チャンネルが8チャンネルといった多チャンネル化と、垂直分解能が12ビットオシロの認知が高まっている。
また、タブレット型のオシロは実車で搭載した測定や、大学などの教育機関で注目を集めている。
オシロはこれまでデジタル信号のプロトコル解析が可能なミックスド・シグナル・オシロ(MSO)や、高周波(RF)測定機能、信号発生機能の内蔵や独自ASIC(特定用途向けIC)の搭載、中央演算処理装置(CPU)の高性能化に伴う操作性向上など、高機能化したモデルが投入されている。
テクトロニクスの垂直分解能12ビットのオシロ「4シリーズB MSO」は、応答性の良さと、解析や遠隔操作のスムーズさ、起動時間の速さを生かして、バッテリーやアダプターなどの電源解析に優位性を持つ。
岩崎通信機は、4月に投入した電流波形測定用電流センサーの引き合いが活発化しており、オシロとの相乗効果を狙う。「測れなかったものを、測る」をキーワードに、パワエレ市場への注力を強めている。
ローデ・シュワルツ・ジャパンは、光絶縁(アイソレーション)プロービングシステムの提案を始めた。パワー半導体の解析向けにこのシステムとオシロの提案を進める中、パワエレ市場への参入について自信を高めている。
リゴルジャパンのオシロが産業機器の組み込み用に採用され、ブランドと製品、技術力の認知向上を高めている。11月には同社初のアナログ入力8チャンネルとなる最高周波数1ギガヘルツのオシロを発売する。垂直分解能は12ビット。同時に光絶縁プローブも投入し、新たにパワエレ市場の参入を狙い、2024年をターニングポイントと捉える。
パワー半導体 開発の決め手/プローブ
パワー半導体であるSiCやGaNなどは、大容量・大電流化が加速しており、光絶縁(アイソレーション)に対応したプローブが求められ、対応したプローブの投入が活発化している。SiCやGaNにおいてスイッチングの信号測定にはオシロのチャンネル数、高分解能といった性能や機能に加え、広帯域・高電圧差動信号を正確に測定する必要がある。
要求する信号を正しく測定するには、「プローブ」や「オシロスコープと測定ポイントの接続(プロービング)」が重要な要素となる。オシロとプローブは測定における両輪として欠かせないツールとなっている。
テクトロニクスは光絶縁プローブをいち早く市場投入し、パワー半導体の開発に欠かせないプローブとして認知を高めている。シールドされた同軸ケーブルと高い絶縁性能により、広帯域とプラスマイナス2500ボルトの差動電圧レンジを両立している。
こうした中、ローデ・シュワルツ・ジャパンは光絶縁プロービング・システム「R&S RTーZISO」の提供を始めた。最高1ギガヘルツの帯域をカバーし、最大3000ボルトのダイナミックレンジを実現。さらに高い温度安定性を持つ。同相電圧除去比(CMRR)に優れており、高電圧差動プローブを使用した場合と比べて、コモンノイズの影響もなく信号の正確な特性を測定できる。
リゴルジャパンは11月に新製品のオシロ投入と同時に、光絶縁プローブを発売する。周波数帯域は1ギガヘルツと500メガヘルツ、200メガヘルツをそろえ、小型化で温度特性に優れる。
岩崎通信機はパワーエレクトロニクス市場を重視し、光絶縁プローブの販売を展開。このほどシチズンファインデバイス(山梨県富士河口湖町)が開発した電流波形測定用電流センサー「OpECS(オペックス)」を、4月下旬に発売した。これにより、高周波・大電流のパワー半導体の電流値を正確に測定できる。
光ファイバー先端部のセンサーヘッドは極小サイズのため、基板実装されたパワー半導体のボンディングワイヤなどの信号測定ができ、導線を切断することなく電流測定を実現した。
戻ってきた活気/展示会・イベント・プライベートショー
新型コロナウイルス感染症が5類に移行して1年が経過した。2024年4月以降は、周年を記念するイベントやプライベートショーに加え、展示会に多くの来場者が足を運んでいる。
ローデ・シュワルツ・ジャパンはドイツ本社(ミュンヘン市)が、創立90周年を迎えたことを記念して、5月16日に「Technology Symposium 2024」をアレア品川(東京都港区)で開催。本社からはクリスチャン・ライヒャー最高経営責任者(CEO)が来日し、講演会ではローデ・シュワルツグループが目指す方向性やは最先端技術が実現する未来の姿を紹介した。
セミナーは自動車や無線技術の最新動向、具体的な評価手法が紹介されたほか、電気系モノづくりYouTuber(ユーチューバー)「イチケンさん」がオシロスコープの未来について語った。イベント会場はパートナー企業による新製品やソリューションが展示された。夕刻からは懇親会が催され来場者はビールやワインなどを手に質疑する姿が見られた。
創業者の孫であるライヒャーCEOは「自動車や無線などで技術の先端技術を有し、当社のオシロやスペクトラムアナライザーなどの測定器、ソリューションで貢献したい。来場者と接する機会が与えられ、日本市場の重要性を強く感じた」と感想を語った。
テクトロニクスは7月11日に「テクトロニクス・イノベーション・フォーラム2024(TIF2024)」を、ステーションコンファレンス東京(東京都千代田区)で開催した。
多彩な技術セミナーを用意する中、名古屋大学未来材料・システム研究所の山本真義教授が「テスラが採用したEV用800V/48Vシステムに応用されるパワエレシステムと求められる計測技術」と題して登壇。京都大学大学院工学研究科の野田進教授はスマートモビリティー・スマート製造の発展に向けて「新たな光源技術フォトニック結晶レーザー(PCSEL)」について紹介した。
展示コーナでは技術パートナー企業より、ノイズ、高速通信、パワー半導体デバイス、光測定に向けた新製品と最新の測定ソリューションが披露された。特にタブレット型のミックスド・シグナル・オシロ「2シリーズMSO」を使用した人工知能(AI)による自動波形判定は来場者の関心を集めた。
エレクトロニクスとメカトロニクスに関する展示会「TECHNOーFRONTIER2024」が、7月24日から26日、東京・有明の東京ビッグサイト東展示棟で開かれ主要メーカーが出展した。
リゴルジャパンはミックスド・シグナル・オシロ「DHO900シリーズ」のほか、薄型のデジタルマルチメーターなど測定器のラインアップを出品。来場者に技術力と製品の優位性、ブランド認知を訴求した。
主催者セミナーでは、岩崎通信機がSiCやGaNなどの高速スイッチングデバイスの解析に対応する新しい電圧・電流プロービング技術の革新性や利点、課題について解説し、多くの来場者が参加した。
オシロスコープ物語/アナログにしか見えない世界がある
アナログオシロスコープで世界最高峰の周波数帯域となる1ギガヘルツを実現したメーカーが岩崎通信機だ。「アナログにしか見えない世界がある」をコンセプトにした「TSー81000」は、アナログチャンネルが4チャンネル、波形の更新速度は毎秒100万回に達した。物理計測やイミュニティー試験など多くの測定要求に応えた。大学や研究機関、先端技術を搭載した電子機器の開発現場で、多くのエンジニアが単発・生波形を観測するために活用した。
同社によると「発売時期は岩崎通信機から計測部門が分社独立し『岩通計測』となった2002年頃だと思う」とのことだ。発売価格は248万円という。
電圧や電流を測定する時代から「電気信号をありのままに見たい」というエンジニアの要望に応えたアナログオシロは、エレクトロニクスの開発や生産に大きな変革をもたらした。ブラウン管(CRT)技術を生かし波形を表示することで、交流電源の電圧変化が正確なサイン波であるかどうか、また波形にノイズが重なっていないかを見極められるようになった。
電気信号の高速化が進むと、広帯域化や波形を停止させて保存したいというニーズが高まる。そのためのオシロの開発が急がれ、CRTの構造は大きく変わる。蛍光膜に描かせていた技術は電荷結合素子(CCD)技術に取って代わることになる。
同社はスキャンコンバーター管(SCT)を新規開発し、TSー81000に搭載。鮮明で明るい波形を液晶ディスプレーに表示した。CRTよりも偏光幅が小さく、偏光感度が大幅に向上したことで、広帯域の信号観測を実現した。超高輝度により、繰り返し信号中のランダムノイズの観測も可能。波形をCCDに保存でき、CRT蛍光体の焼き付きも防いだ。
現在、培った技術はデジタルのオシロ「DS-8000シリーズ」に受け継がれ、パワー半導体における解析分野などで活用されている。