デジタルのオシロスコープがアナログのものと比べて速いのはなぜですか？

質問

一般的に高周波用のオシロスコープにはデジタルのものしかないように思うのですが、これはなぜなのでしょうか？
高速のADCを使うことで高周波が実現するような話を聞いたような気もするのですが、アナログではなぜだめなのか教えて下さい。

それと現在存在するオシロスコープでは最大どのくらい周波数まで測定できるのかについて教えて下さい。

回答No.5

anachrockt · ベストアンサー

アナログオシロってゆうのは電子銃を振るんじゃなくて，電子銃（カソード）から出た電子を偏向電極に高圧を掛けて振ります．
質問者が手持ちのアナログオシロに高周波信号を入れて波形を見ればわかるけど，周波数が高くなるほど輝線は薄くなります．
1GHzの信号を高輝度で見ようと思ったら，普通のCRTだと加速電極に数kVの高圧が必要で，偏向電極にも高圧が必要になって，1GHz帯域はとうてい無理です．
TekのアナログオシロはCRTから工夫されていたそうで，以前専門家に聞いたけど忘れちゃいました．
専門家に聞きたかったら，電気系の展示会で岩通計測のブースを見つけ年配の説明員に聞くことです．

> アナログ波形をどっかに貯めといて、後でゆっくり描画するっていう
> アーキテクチャももしかしたら可能かもしれません。
今岩通から出ている1GHzのアナログオシロがそれです．
自社で半導体を作らなければ，Tekのような直視型1GHzは不可能です．

回答No.4

rabbit_cat

そもそも
アナログオシロスコープ／デジタルオシロスコープ
ってそれぞれどういうものだと思っていますか？
なんか＃１の補足を見ていると、そもそも使っている言葉の定義が、普通使われている意味とは違うような。

＞また、それだとCRTではなく液晶モニターであれば、アナログでもスピードが出るということにはならないのでしょうか？

てことなんですが、アナログオシロっていうのは、
電子銃を、ｘ方向にタイムスケールで振りながら、そのときの電圧をｙ方向にして
ブラウン管に描いていくものことだと思うのですが（上手く説明できない）
というわけで、アナログオシロはＣＲＴであることが必須だと思います。ＣＲＴとは言わなくても、少なくとも、横軸をそこのタイムスケールで振りながら描いていく機能がいるはずです。というわけで、普通は、液晶でアナログオシロはできないです。無理やり、それっぽいことをしたても数MHzくらい（もしかしたらもっと低いかも）くらいしか実現できないと思われます。

もしかして、アナログオシロというのを、走査速度が横軸と同じというは関係なく、単にA/D変換を使わないオシロ、という意味で使ってる？
だとすると、アナログ波形をどっかに貯めといて、後でゆっくり描画するっていうアーキテクチャももしかしたら可能かもしれません。（あまりよいものができるとは思えませんが）

回答No.3

anachrockt

１．横軸のタイムスケールで時間を表していますが，問題は縦軸の変化スピードです．
高帯域のアンプを作ってみるとわかりますが，振幅Vを100Vppもとれば市販のトランジスタを使って0～100MHzまでがせいぜいです．
一番の問題は，寄生（浮遊）容量Cによる損失で，CV^2fとなります．
高帯域化するには，2乗で効く振幅Vを減らす必要があります．
デジタルだとICのプロセスから，1Vpp以下と思われるのでその点は楽でしょう．

Tekが最初に直視型1GHzのアナログオシロスコープを出しましたが，その時の縦軸の増幅回路（Vertical Amp.）は有名な「fTダブラ」とかいろんな工夫がありました．
また，トランジスタも市販品が無いんで，自社で作ってました．
この本に開発者のCarl Battjesが「History of Fast Vertical Amplifiers」という章に書いていますから，一読を勧めます．
http://www.amazon.co.jp/dp/0750696400

２．画面の更新スピードが遅くなれば，縦軸の変化スピードを遅くできるからです．

回答No.2

anachrockt

アナログオシロスコープではCRTの偏向電極をドライブするのに大振幅が必要です．
高速（ps以下）・高周波（0～数GHz）の大振幅信号は，使用できる半導体がないんですよ．
その点，デジタルオシロスコープでは，ADCより後ろは表示もリアルタイムじゃないし，使用できる半導体もあるからです．

値段は家1軒分ですが，周波数帯域20GHzのこれが最速でしょう．
http://www.tek.com/ja/products/oscilloscopes/dpo70000_dsa70000/

アナログだと，周波数帯域1GHzのこれが最速です．
http://www.iti.iwatsu.co.jp/ja/products/ss/ts81000/16_01.html

観測波形の正確さでは，周波数帯域20GHzのデジタルも周波数帯域1GHzのアナログにはかなわないそうです．
周波数帯域20GHzのデジタルを2台並べて同じ信号を観測しても，波形は同じにならなかったとか．
2台まとめて購入した，金持ち会社の社員が言ってました．

お礼

非常に詳細な回答ありがとうございます。
つまり、理由としては
１、CRTに原理上の速度の限界がある
２、デジタルは一度ストレージにデータを貯めてから出力する

ということだと思うのですが、でもおかしくないでしょうか？
１つめですが、CRTに原理上の速度の限界があるのは分かりますが、実際に例えば数GHzで画面を更新しているのではなく横軸のタイムスケールで時間を表しているので、関係ないのではないのでしょうか？また、それだとCRTではなく液晶モニターであれば、アナログでもスピードが出るということにはならないのでしょうか？

２つめですが、リアルタイムでないことにどういう意味があるのでしょうか？リアルタイムでないからといって高速にモニターできるという理屈がよく分かりません。

よろしくお願い致します。

回答No.1

tance

アナログオシロというのはブラウン管に波形を出すものという前提が
あります。ブラウン管はどうしても大きく長いので、電子が電子銃を
出てから管面に届いて光るまでに入力信号はどんどん変わります。
また、電子ビームに十分な偏向を与えるためには100Vに近い大きな
振幅が必要です。

これらの制限のためにブラウン管自体も相当改良されて、進行波管の
ようなものができたりしましたが、スイープを速くすると暗くなるとか、
いろいろな障害があってやはり1GHzくらいが限界でした。

一方、デジタルオシロはAD変換器さえ速ければ表示は単なるパソコンと
同じですからどうにでも表示ができます。そのAD変換器を速くする
ことは、それはそれは大変なことなのですが、40GspsなどというADが
作れるようになってきて、時代はデジタルオシロ一色になってきた
のです。

では何故ADは高速にできるのかというと、IC化技術で小さく作れるから
です。大きさがどんなに重要なことかはなかなか説明するのがしんどい
ですが、煎じ詰めると、ブラウン管は大きくてADは小さいという所が
根本だと思います。

表示のことだけを考えるとデジタルオシロは、アナログオシロに比べて
めちゃくちゃ遅いです。人間に見えりゃ良いというと言い過ぎですが
無理して速くする必要がないわけです。（表示更新が速いということを
うたい文句にしている製品もあります）

私の知る範囲ではサンプリングオシロで100GHzというのが最高だと
思います。