プローブ入門−改訂版−

Probesプローブ入門

正確な測定はプローブの先端から安全について正確な測定を行う上でまず大切なものはプローブです。信号

電気／電子系のシステムや回路を測定する場合、身体の安全の忠実度を最大限保ち、精度の高い測定を行うには、オシロを確保することが最も重要です。使用する測定機器の機能やスコープに合ったプローブを使用することが極めて重要です。

制限について確実に理解しておくようにしてください。また、

アプリケーションに適したプローブの選択については、測定対象となるシステムや回路についても、十分に理解して

www.tektronix.co.jp/accessoriesをご覧いただくか、営業から測定に入るようにしてください。測定するシステムの製担当にお問い合わせください。

品マニュアルや回路図などについては、特に回路に存在する
電圧のレベルや位置、およびさまざまな注意事項に気を付けながら、もう一度すべてに目を通してください。
また、人体への危害や、測定機器や接続されるシステムの損傷を防ぐため、以下の安全予防措置を必ず確認してください。
予防措置の詳細については、「安全予防措置」を参照してください。
¡すべての端子の定格を遵守する¡正しく接地する¡プローブの着脱を正しく行う¡露出した回路に触れない

テクトロニクスでは、プローブをはじめ、ご購入いただいた製品を最大限に活用していただけるように、テクニカル・ノ¡プローブ取扱い時の高周波火傷を防止する

ート、アプリケーション・ノート、その他のリソースの内容¡カバーを外した状態で操作しないを絶えず拡充しています。最新版をご希望の場合は、¡著しく湿度が高い状態で操作しない

www.tektronix.co.jpをご覧いただくか、営業担当にお問い¡爆発、引火のおそれのある場所で操作しない

合わせください。

¡故障の疑いがある場合は操作しない¡プローブ表面は清浄かつ乾燥した状態に保つ¡プローブを液体に浸けない2

www.tektronix.co.jp/accessories

プローブ入門
目次

目次
第1章

プローブ - 測定品質を左右する重要な機器 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
プローブとは? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5
理想的なプローブ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6
プローブの現実 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
適切なプローブの選択 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .10
プロービングの基礎知識 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11
まとめ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

第2章

多様なニーズに合せた多様なプローブ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
多くの種類のプローブがある理由 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .13
プローブの種類とそれぞれの利点 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .14
フローティング測定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .19
プローブのアクセサリ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20

第3章

プローブが測定に及ぼす影響 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
ソース・インピーダンスの影響 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
容量負荷 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22
周波数帯域に関する検討事項 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
プロービングによる影響への対処 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .28

第4章

プローブの仕様に使われる用語. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29

アベレーション（共通） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
電流時間積（電流プローブ）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
減衰率（共通） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
確度（共通） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .29
周波数帯域（共通） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
容量（共通） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
CMRR（差動プローブ）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .30
CW周波数電流ディレーティング（電流プローブ） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
減衰時定数（電流プローブ）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
直流（電流プローブ）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
挿入インピーダンス（電流プローブ） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
入力容量（共通）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
入力抵抗（共通）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
最大入力電流（電流プローブ） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
最大ピーク・パルス電流（電流プローブ） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

www.tektronix.co.jp/accessories

3

プローブ入門
目次

最大入力電圧（共通）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
伝播遅延（共通）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
立上り時間（共通） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
タンジェンシャル・ノイズ（アクティブ・プローブ） . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31
温度範囲（共通）. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .31

第5章

プローブ選択の指針 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
信号源について . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .32
オシロスコープに関連する要件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .34
適切なプローブの選択 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

第6章

高度なプロービング技術 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
グランド・リードに関する問題 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .36
差動測定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39
小信号の測定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

第7章

安全予防措置についての説明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
すべての端子の定格を遵守する . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
正しく接地する . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
プローブの着脱を正しく行う . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44
露出した回路に触れない . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
プローブ取扱い時の高周波火傷を防止する . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
ケースを外した状態で操作しない . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
著しく湿度が高い状態で操作しない . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
爆発、引火のおそれのある場所で操作しない . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
故障の疑いがある場合は操作しない . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
プローブ表面は清浄かつ乾燥した状態に保つ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45
プローブを液体に浸けない . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .45

用語解説 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .46

4

www.tektronix.co.jp/accessories

プローブ入門
第1章 プローブ - 測定品質を左右する重要な機器

プローブ - 測定品質を左右する重要な機器
プローブは、オシロスコープによる測定にとって非常に重要です。その重要性を理解するために、試しにオシロスコープ
からプローブを取外して測定してみてください。もちろん、測定が不可能になります。測定する信号とオシロスコープの入力チャンネルの間に、プローブによる電気的接続がなければ、測定を行うことはできません。
その上、プローブは測定の質までも大きく左右します。プローブを回路に接続すると、多かれ少なかれ接続された回路の動作に影響を及ぼします。また、オシロスコープで表示・測定できるのは、プローブを通過した信号のみです。そのため、望ましい測定結果を得るには、回路に対するプローブの影響を最小限に抑えるとともに、信号の忠実度を十分に維持することが不可欠です。
もし忠実度が維持されず、信号に何らかの変化をきたしたり、回路の動作が影響を受けたりすると、オシロスコープに映し

被測定回路

出される信号の波形も歪み、正しい測定結果を得ることが困難になります。
要するにプローブとは、オシロスコープの測定系統における最初の機器であり、オシロスコープと同様に、この測定系統の能力を大きく左右します。不適切なプローブやプロービン

オシロスコープグによって、この最初の機器の能力が低下すれば、測定系統
全体の能力が低下してしまいます。

プローブ

本書では、プローブにとってメリット、デメリットとなる要因、そして、アプリケーションに適したプローブの選び方について説明します。さらに、プローブを正しく使用する上でテスト・ポイント重要となるポイントも記載しています。
※本書の性質上一部販売が終了したプローブも含まれています。

図1-1. プローブとは、オシロスコープとテスト・ポイントを物理的かつ電気的に接続する機器のことです。

プローブとは?
まず、オシロスコープのプローブとは何かを明確にしておき
プローブ補正ボックスましょう。
プローブとは、テスト・ポイントつまり信号源とオシロスコ

オシロスコープ

ープを、物理的かつ電気的に接続するためのものです。接続の仕方には、測定のニーズに応じて、ケーブルが1本のシン被測定回路

プルな接続もあれば、アクティブ差動プローブのように注意を要する接続もあります。
この段階では、オシロスコープのプローブとは、信号源とオシロスコープの入力チャンネルをつなぐ機器のようなもの、

プローブ・
ヘッド

という理解で十分です。図1-1では、プローブの働きを概念

プローブ・ケーブル

的に図示しています。
プローブにはその種類にかかわらず、信号源とオシロスコー
プの入力チャンネルをつなぐ機器として（図1-2参照）、十分

テスト・ポイントな利便性と品質が必要です。そして、それが適切なプローブ
かどうかを判断する決め手となるのが、物理的な接続、回路

図1-2. ほとんどのプローブは、プローブ・ヘッドとプローブ・ケーブル、および補正ボックスまたは独自の回路部で構成されます。

動作への影響、信号の伝送という3つの要素です。

www.tektronix.co.jp/accessories

5

プローブ入門
第1章 プローブ - 測定品質を左右する重要な機器

オシロスコープで測定するには、まずプローブとテスト・ポに示します。ただし、このプローブは非常に小さいため、工業用

イントを物理的に接続する必要があります。そのため、ほと電力回路のように、高電圧でワイヤ径が太いアプリケーション

んどのプローブが、図1-2に示すように1〜2mのケーブルをには実用的ではありません。電力アプリケーションには、もっ備えています。このプローブ・ケーブルがあることにより、とサイズが大きく安全余裕度も高いプローブが必要です。そのオシロスコープを台車や作業台の上に置いたまま、被テストようなプローブの例を示したのが図1-3bと図1-3cで、図1-回路のポイントからポイントへプローブを移動させることが3bは高電圧プローブ、図1-3cはクランプ式電流プローブです。

できます。ただし、こうした便利さと引き換えに、プロー

このように物理的接続の例をいくつか見ただけでも、1種類

ブ・ケーブルが長いほど、プローブの周波数帯域が低下するの理想的なプローブ・サイズや構成で、あらゆるアプリケーというマイナス面もあります。

ションに対応できるわけでないことは明らかです。そのため、このケーブルとともに、ほとんどのプローブには、プロー

多様なアプリケーションの物理的接続要件を満たすための、

ブ・チップを備えたプローブ・ヘッド部分があります。このさまざまなプローブ・サイズや構成が考案されています。

ヘッド部分を持ってプローブを動かし、チップをテスト・ポ●信号忠実度が100%維持される

イントに当てます。プローブ先端はスプリング式のフックになっているものが多く、プローブを実際にテスト・ポイントに取付けることができます。
プローブとテスト・ポイントを物理的に接続することにより、プローブ・チップとオシロスコープ入力端子が電気的に接続されます。有効な測定結果を得るためには、プローブを接続したことによる回路動作への影響が最小限に抑えられ、また、
プローブ・チップで検出された信号が、十分な忠実度を維持したままヘッドとケーブルを通ってオシロスコープの入力端子へ伝送されなければなりません。

理想的なプローブでは、プローブ・チップからオシロスコー
プ入力端子へ送られる信号の忠実度が100%維持されます。
言い換えれば、プローブ・チップで検出された信号が、オシロスコープ入力端子で忠実に複製されているということです。
忠実度を100%維持するには、チップからオシロスコープ入力端子までのプローブ回路において減衰がなく、周波数帯域が無限大で、全周波数にわたって線形位相になっていなければなりません。しかし、このような理想の要件を満たすことは現実的に不可能であり、非実用的です。例えば、オーディ
オ周波数信号を扱う場合、プローブやオシロスコープに無限以上の3つの要素―物理的な接続、回路動作に対する影響の大の周波数帯域などは不要であり、デジタル回路、テレビ、最小化、十分な信号忠実度―が揃っていれば、適切なプロー

その他オシロスコープの一般的なアプリケーションも、ブが選択できているといえます。このうち、プロービングの500MHzでほとんど対応できるため、無限大の周波数帯域

影響と信号忠実度の問題は複雑であるため、本入門書の大半は必要ありません。

をこの2つのテーマに充てます。しかし、プローブとテス
ト・ポイントの接続に支障があると、プロービングで忠実度が低下してしまうことが多いため、物理的接続についても無視するわけにはいきません。
理想的なプローブ
本来は、以下の基本的な特性を完備しているものが理想的なプローブと言えます。

それでもなお、ある一定の動作周波数帯域では、100%の信
号忠実度が理想として追求されています。
●信号源に負荷がかからない
テスト・ポイントから見た回路は、信号源と見なすことができます。プローブなど、テスト・ポイントに接続された外部機器は、この信号源に負荷をかけることがあります。
外部機器は、回路（信号源）から信号電流を引き出してしま・接続が容易で便利

う負荷として作用します。この負荷、つまり信号電流の流出

・信号忠実度が100%維持されるは、テスト・ポイントにおける回路動作を変化させるため、・信号源に負荷がかからない・ノイズの影響を一切受けない●接続が容易で便利

テスト・ポイントで検出される信号も変化させます。
理想的なプローブでは、信号源にかかる負荷がゼロになります。言い換えれば、信号源から電流を一切引き出さないということです。つまり、電流流出をゼロにするには、本質的にテスト・ポイントへの物理的な接続については、プロービン

はテスト・ポイントへのオープン回路として、無限大のイングの基本的な要件の一つとして既に触れていますが、理想的ピーダンスを持つプローブでなければなりません。

なプローブでは、この物理的接続を容易かつ便利なものにすることができます。

実際には、信号源にまったく負荷がかからないプローブを実現するのは不可能です。なぜならプローブは、オシロスコー

高密度表面実装技術（SMT）が使用されている小型回路では、

プ入力端子で電圧を発生させるために、少量でも信号電流を

SMTデバイス用に設計された超小型プローブ・ヘッドや多彩引き出さなければならないからです。その結果、プローブをなプローブ・チップ・アダプタによって、接続がより容易で便使用する際には、信号源に対する多少の負荷が予期されるこ

利になります。そのようなプロービング・システムを図1-3aとになりますが、適切なプローブを選ぶことによって、負荷の量を最小限に抑えることができます。

6

www.tektronix.co.jp/accessories

プローブ入門
第1章 プローブ - 測定品質を左右する重要な機器●ノイズの影響を一切受けない

図1-3. 多様なアプリケーション技術や測定ニーズに合わせて、さまざまなプロー
ブがあります。

測定環境下においては、蛍光灯やファン・モータだけでなく、さまざまな電気ノイズ源があります。こうしたノイズ源は、近くの電気ケーブルや回路にノイズを誘導し、そのノイズが信号に付加されてしまうことがあります。ワイヤ1本だけのシンプルなプローブは誘導ノイズの影響を受けやすく、理想的なオシロスコープ・プローブとは言えません。
どのようなノイズ源であれ、一切影響を受けないのが理想的なオシロスコープ・プローブです。そのようなプローブを使用すれば、オシロスコープへ送られた信号は、テスト・ポイ
ントで検出された状態のままで、ノイズは一切入りません。
実際には、シールド線を使うなどの対策によって、高度なノイズ耐性が得られます。しかし、低レベル信号では、ノイズが解消されない場合があります。後述しますが、特に同相ノイズは差動測定において問題になることがあります。
a. SMTデバイスのプロービング

プローブの現実
前ページの「理想的なプローブ」では、実際のプローブが理想に到達できない数々の現実について触れました。こうした現実がオシロスコープ測定に及ぼす影響を理解するには、プ
ローブの現実について、さらに掘り下げて考察する必要があります。
まず認識しなければならないのは、たとえワイヤ1本のシン
プルなプローブであっても、非常に複雑な回路になり得るということです。直流信号（周波数: 0Hz）では、プローブは直列抵抗と終端抵抗の単純な導体対のように見えます（図14a）。しかし交流信号では、信号周波数が上るにつれてその状態が大きく変化します（図1-4b）。
交流信号で状態が変化するのは、導体に分布インダクタンス（L）があり、導体対には分布キャパシタンス（C）があるためです。分布インダクタンスは交流信号に反応し、周波数が上b. 高電圧プローブ

るにつれて交流電流の流れを妨げます。また、分布キャパシ
タンスは交流信号に反応し、周波数が上るにつれて交流電流に対するインピーダンスを下げます。このようにリアクタン
ス素子（L、C）と抵抗素子（R）の相互作用があり、プロー
ブの総インピーダンスは信号周波数にともなって変動します。
正しく設計されたプローブでは、規定の周波数範囲で望ましいレベルの信号忠実度、減衰、負荷が得られるよう、プロー
ブ素子R、L、Cが決められています。しかし、設計が優れていたとしても、プローブはその回路によって制限を受けます。
したがって、プローブを選択・使用する際には、そのような制限やその影響について認識しておく必要があります。
●周波数帯域および立上り時間の制限
周波数帯域とは、オシロスコープやプローブの設計で対象にしている周波数の範囲です。例えば、100MHzのオシロス
コープやプローブは、100MHzまでのあらゆる周波数の測c. クランプ式電流プローブ

定に対応できるよう設計されています。信号周波数が定められた周波数帯域を超えると、振幅は大きく減衰し、確実な測定結果が得られなくなります（図1-5）。
www.tektronix.co.jp/accessories

7

プローブ入門
第1章 プローブ - 測定品質を左右する重要な機器

振幅

プローブ
オシロスコープ

3dBの減衰グランド・リード
a. DC（0Hz）信号におけるR成分
プローブ

有効な周波数帯域
オシロスコープ
無効な
周波数帯域

グランド・リードb. AC信号におけるR、L、C成分

図1-4. プローブは、抵抗（R）、インダクタンス（L）、キャパシタンス（C）からなる回路です。

図1-5. プローブおよびオシロスコープは、規定の動作周波数帯域の範囲内で測定を行うように設計されています。周波数が3dB減衰点より高くなると、信号振幅の減衰が大きくなり、正確な測定結果が得られなくなります。

いプローブを使用すると、確実な測定結果を得られなくなる
一般に、正確な振幅測定を行うためにオシロスコープに必要

おそれがあります。

な周波数帯域は、測定する波形の周波数の3〜5倍とされてい●ダイナミック・レンジの制限ます。この「5倍ルール」に従えば、方形波のような高周波

プローブには高電圧の安全限界が必ずあり、その限界を超え

数成分を含む信号に対しても、ほぼ十分な周波数帯域が確保て使用してはいけません。受動プローブの場合、その限界はされます。

数百〜数千ボルトの範囲です。しかしアクティブ・プローブ

同様に、測定する波形に合せた十分な立上り時間も必要です。

の場合、最大安全電圧限界は通常数十ボルトの範囲になりま

オシロスコープやプローブの立上り時間は、理想的な瞬時立す。人体への危害やプローブの損傷を防ぐため、測定対象の上りパルスが印加された際に測定される立上り時間と定義さ電圧と使用するプローブの電圧限界を認識しておく必要があれています。パルスの立上り／立下り時間を十分な精度で測ります。

定するには、オシロスコープおよびプローブは、ともに、測安全面だけでなく、実用面での測定ダイナミック・レンジに定するパルスの立上り時間の3〜5倍の速さが必要です（図ついても検討する必要があります。オシロスコープには振幅1-6）。

感度範囲があります。例えば、一般的な感度範囲は1mV〜

立上り時間が定められていない場合は、以下のような関係式

10V/divです。つまり垂直軸8目盛表示では、（少なくとも信を使って、周波数帯域（BW）の値から立上り時間（T r）を

号振幅の4目盛表示で十分な測定分解能が得られることが前求めることができます。

提で計算すると）ピーク・ツー・ピークで4mV〜40Vの信

Tr = 0.35/BW

号を測定できることになります。

どのようなオシロスコープにも、周波数帯域と立上り時間の1:1プローブの場合、測定ダイナミック・レンジはオシロス

制限が必ず定められており、同様にプローブにも周波数帯域

コープと同じになります。上の例では、信号測定範囲は4mVと立上り時間の制限があります。そして、プローブをオシロ〜40Vになります。

スコープに取付けると、システムとしての新たな周波数帯域

では、40Vを超える信号を測定する場合は、どうすればよいと立上り時間の制限が得られます。

でしょうか。

ただし、システムの周波数帯域と、個々のオシロスコープや減衰プローブを使用すれば、オシロスコープのダイナミッ

プローブの周波数帯域との関係は単純なものではありません。

ク・レンジを高い電圧域にシフトさせることができます。例

立上り時間についても同じことが言えます。このため、オシ

えば10:1プローブでは、ダイナミック・レンジは40mV〜

ロスコープ・メーカーでは、オシロスコープと組合せて使用

400Vの範囲になります。この場合、入力信号を10分の1にするプローブの機種ごとに、プローブ先端での周波数帯域や減衰させ、実質的にオシロスコープの倍率を10倍にします。

立上り時間を定めています。これは重要なことです。なぜな

一般的な用途では、電圧範囲の上限を上げることができ、信ら、測定システムを構成するのはオシロスコープとプローブ

号源にかかる負荷も小さくなることから、10:1プローブがであり、そのシステムの周波数帯域と立上り時間によって測好まれます。しかし、測定しようとする電圧レベルの範囲が定能力が決まるからです。オシロスコープの推奨リストにな

非常に広い場合は、切替え可能な1:1/10:1プローブの使用

8

www.tektronix.co.jp/accessories

プローブ入門
第1章 プローブ - 測定品質を左右する重要な機器

測定誤差（%）

100V

a. DC回路と100kΩ負荷

100V

b. 上記の回路にプローブ負荷が並列に加わった場合
立上り時間の比率
図1-6. このグラフから、立上り時間のおおよその測定誤差がわかります。立上り
時間が被測定パルスより3倍速いオシロスコープ／プローブの組合せ（3:1）の場
合、測定誤差は5%以内になると予測されます。5:1では2%にまで下ります。

図1-7. 抵抗負荷の例を検討してもよいでしょう。これにより、4mV〜400Vのダ

図1-7bでは、プローブが回路に取付けられており、RIと並列

イナミック・レンジが得られますが、1:1モードでは、信号にプローブ抵抗(Rp)がかかっています。Rpが100kΩとする源への負荷に対して十分な注意を払う必要があります。

と、図1-7bでの実質的な負荷抵抗は、その半分の50kΩに●信号源にかかる負荷なります。Eoに対する影響は以下のようになります。

前述したように、プローブは、オシロスコープ入力端子で電Eo = 100 V × 50 000/(100 + 50 000)

圧を発生させるために、回路から電流を引き出す必要があり= 5 000 000 V/50 100

ます。これによってテスト・ポイントに負荷がかかるため、= 99.8 V

回路、つまり信号源からテスト・ポイントに送られる信号が変化してしまうことがあります。

負荷の影響99.9と99.8の差はわずか0.1%で、ほとんどの用途では無視できます。しかし、R pが小さい場合、例え回路負荷の影響を見る最も簡単な例として、図1-7のようなば10kΩであるとすると、その影響は無視できなくなりま

バッテリ駆動の抵抗回路網を測定する場合について考えてみす。

ましょう。図1-7aでは、プローブを取付けていない状態で、バッテリの直流電圧を、バッテリの内部抵抗（Ri）とバッテリが駆動している負荷抵抗（Rl）に分割しています。図に示された抵抗値の場合、出力電圧は以下のようになります。

こうした抵抗負荷を最小限に抑えるため、1:1プローブには
通常1MΩの抵抗があり、10:1プローブには通常10MΩの抵抗があります。ほとんどの場合、この値によって抵抗負荷
は、ほぼゼロになります。ただし、高抵抗の信号源を測定す

Eo = Eb × RI/( Ri + RI)

る場合には、多少の負荷が予期されます。

= 100 V × 100 000/(100 + 100 000)

通常、負荷の問題で最も重要なのは、プローブ・チップのキャ= 10 000 000 V/100 100

パシタンス（静電容量）による負荷です（図1-8参照）。低い= 99.9 V

周波数では、このキャパシタンスはリアクタンスが非常に高く、影響はほとんどありません。しかし、周波数が上るにつれ、容量リアクタンスは下ります。その結果、高い周波数では負荷が大きくなります。この容量負荷は、周波数帯域を下げ、立上り
時間を遅くすることにより、測定システムの周波数帯域と立上
り時間の特性に影響を及ぼします。

www.tektronix.co.jp/accessories

9プローブ入門
第1章 プローブ - 測定品質を左右する重要な機器

リンギング

図1-8. 交流信号源の負荷の問題で最も重要なのはプローブ先端でのキャパシタン
ス（Cp）です。信号周波数が上ると、容量リアクタンス（Xc）が下るため、キャパシタを流れる信号電流が増加します。

グランド・リード・インダクタンス

容量負荷は、容量が低いプローブを選ぶことによって抑えることができます。下表に、一般的なプローブ容量を示します。

図1-9. プローブのグランド・リードにより、回路にインダクタンスが付加されます。グランド・リードが長いほどインダクタンスが大きくなり、高速パルスでリンギングが発生する可能性も高くなります。

プローブ

減衰比

R

C

P6101B型

1：1

1 MΩ

100 pFできます。市販されているトランスデューサの種類と同じだ

P6106A型

10：1

10 MΩ

11 pF

けの可能性があります。

P6139A型

10：1

10 MΩ

8 pF

P6243型

10：1

1 MΩ

≤
_ 1 pF

グランド・リードはワイヤであるため、ある程度のインダク
タンスがあります（図1-9参照）。このインダクタンス（L）
は、プローブのキャパシタンス（C）と共振し、ある一定の周波数（このLとCの値によって決まる）でリンギングを発生させます。このリンギングは防ぐことができませんが、パルスに印加される、振幅の減衰した正弦波と見なすこともできます。リンギング発生の周波数が、プローブ／オシロスコー
プのシステム周波数帯域の範囲外になるようにプローブ接地を設計すると、リンギングの影響を緩和することができます。
接地に関わる問題を防ぐため、プローブに付属している最も短いグランド・リードを使用してください。長いグランド・リードを使用すると、被測定パルスにリンギングが発生する
原因になることがあります。

ただし、いずれの場合においても、トランスデューサとプロ
ーブとオシロスコープの組合せを1つの測定システムとして考える必要があります。その上、前述した問題はトランスデューサにも当てはまります。トランスデューサには周波数帯域に制限があり、負荷による影響が生じることもあります。
適切なプローブの選択
オシロスコープ測定のアプリケーションやニーズは多岐にわたり、それに合せてさまざまなオシロスコープ・プロー
ブが市販されています。そのため、どのようなプローブを選んだらよいかわからない、という問題も起きてきます。
そのような場合、オシロスコープ・メーカが推奨するプロー
ブを参考にすれば、混乱せずに、的を絞ったプローブ選択ができます。オシロスコープの機種が異なれば設計上の周波数
帯域や立上り時間、感度、入力インピーダンスなども異なってくるのです。オシロスコープの測定能力をフルに引き出す●プローブはセンサですには、そのオシロスコープの設計に適合したプローブが必要

これまで述べたようなオシロスコープとプローブの関係を考です。

える際に重要なのは、プローブはセンサであるということでまた、プローブを選ぶ過程では、「何を測定するのか、電圧す。プローブとは電圧信号を検出、つまりプロービングして、か?、電流か?、あるいは光信号か?」といった測定のニーズ

オシロスコープ入力端子へ運ぶセンサです。また、電圧信号についても検討する必要があります。信号の種類に合った以外の現象を検出できるプローブもあります。

プローブを選ぶことで、変換を要しないで測定結果を得る

例えば電流プローブは、電線を流れる電流を検出するようにことができます。

設計されています。そして、検出した電流を電圧信号に変換

さらに、「振幅は、オシロスコープのダイナミック・レンジ内

して、オシロスコープの入力端子へ運びます。同様に、光プか?」といった、測定する信号の振幅についても検討する必

ローブは光信号の電力を検出して電圧信号に変換し、オシロ

要があります。振幅がオシロスコープのダイナミック・レン

スコープで測定します。

ジ内でない場合は、ダイナミック・レンジを調整できるプロ

また、オシロスコープの電圧プローブは、さまざまなセンサ

ーブを選ぶ必要があります。通常、このような場合は10:1、やトランスデューサと組合せることにより、さまざまな現象

またはそれ以上の減衰比を持つプローブを使用します。

を測定できます。例えば、振動トランスデューサと組合せると、機械の振動信号をオシロスコープ画面に表示することが10

www.tektronix.co.jp/accessories

プローブ入門
第1章 プローブ - 測定品質を左右する重要な機器

プローブ先端での周波数帯域／立上り時間が、測定しようとする信号の周波数／立上り時間を上回っていることを確認してください。注意しなければならないのは、非正弦波信号には、その信号の基本周波数をはるかに上回る、高調波成分が含まれているということです。例えば、100MHzの方形波の第5次高周波を捉えるには、プローブ先端での周波数帯域が500MHzの測定システムが必要です。同様に、オシロス
コープ・システムの立上り時間も、測定しようとする信号の立上り時間の3〜5倍の速さが必要です。
また、プローブによって信号に負荷がかかる可能性があるこ
とも、常に考慮しておく必要があります。高抵抗、低容量のプローブを選択してください。ほとんどのアプリケーション
では、抵抗が10MΩでキャパシタンスが20pF以下であれば、信号源負荷に対する備えとしては十分です。しかし、高速のデジタル回路では、先端での容量がさらに低いアクティブ・

図1-10. プローブ補正は、プローブ・ヘッド内か、オシロスコープ入力端子につながれている補正ボックス内にある可変コンデンサで調整します。

プローブが必要になる場合もあります。
そして、最後に忘れてはならないのは、プローブを回路につそのルーチンを実行して精度を高めます。

なぐことができなければ、測定はできないということです。

プローブ補正が行われていないプローブでは、特にパルスの回路に簡単に接続できるようにするため、特にプローブ・

立上り／立下り時間を測定する際などに、さまざまな測定誤

ヘッドのサイズやアダプタの選択については、十二分に検討差を引起こす可能性があります。こうした誤差を防ぐため、する必要があります。

プローブをオシロスコープに取付けたら直ちに補正を行うよプロービングの基礎知識
ご使用のオシロスコープとアプリケーションのニーズに合ったプローブを選ぶことが、測定を行うのにまず最初に必要と

うにし、その後も補正のチェックを頻繁に行ってください。
また、プローブ・チップ・アダプタを交換した場合にも、プ
ローブ補正をお奨めします。

なります。また、測定を行って有益な結果を得られるかどう●可能な限り適切なプローブ・チップ・アダプタを使用する

かは、ツールの使い方次第とも言えます。以下に挙げるプロ

測定する回路に適したプローブ・チップ・アダプタを使用すービングの基礎知識は、測定でよくある落とし穴を回避するることにより、プローブの接続が迅速かつ便利になり、電気のに役立ちます。

的にも繰返し測定のバラつきが減り、精度が高くなり安定し●プローブの補正ます。しかし、適切なプローブ・チップ・アダプタを使わず

ほとんどのプローブは、特定のオシロスコープの入力端子に適合するように設計されています。しかし、オシロスコープごとにワイヤを回路のテスト・ポイントにハンダ付けしているケースも、今だに少なくありません。

に、さらには1台のオシロスコープでも入力チャンネルごとに、

ここで問題となるのは、たとえ1、2インチのワイヤでも、高わずかながらばらつきがあります。こうした問題に対処するた周波数ではインピーダンスに大きな変化を起こす可能性があめ、多くのプローブ、とりわけ減衰プローブ（10:1プローブ、

るということです。この影響について図1-12では、回路に100:1プローブ）には、補正回路が組込まれています。

プローブ・チップを直接に当てた場合と、両者の間に短いワ

プローブに補正回路がある場合は、使用するオシロスコープ

イヤがある場合の測定結果を示しています。

のチャンネルに合せてこの回路を調整し、プローブの補正を●グランド・リードは可能な限り短く直結させる

行ってください。手順は以下の通りです。

サイズの大きい基板やシステムで性能チェックやトラブル・

1. プローブをオシロスコープに取付けます。

シューティングを行う場合、プローブのグランド・リードを長

2. オシロスコープ前面パネルにあるプローブ補正テスト・ポ
イントに、プローブ・チップを取付けます（図1-10参照）。

くしたいと思われるかもしれません。確かに長さがあれば、一度アースにつなぐだけで、システムの周囲を自在に移動させな
がら、各テスト・ポイントでプロービングすることができます。

3. プローブに付属している調整用ドライバ、それ以外であれ

しかし、グランド・リードが長くなるとインダクタンスが加わば非磁性の調整用ドライバを使って補正回路を調整し、波るため、急速に遷移する波形でリンギングを発生させる原因と形の水平部が平坦で、オーバーシュートや傾きがない波形なることがあります。このことについて説明した図1-13では、が表示されるようにします（図1-11参照）。

標準的なグランド・リードを使った場合と、延長したグラン

4. オシロスコープに校正ルーチンが内蔵されている場合は、

ド・リードを使った場合の波形の測定結果を示しています。

www.tektronix.co.jp/accessories

11プローブ入門
第1章 プローブ - 測定品質を左右する重要な機器

b. 補正不足

a. 補正過剰
図1-11. 方形波に対するプローブ補正の影響の例

a. 回路にプローブ・チップを直接当てた場合

b. 回路とプローブ・チップ間に51mmのワイヤを接続した場合

図1-12. テスト・ポイントに短いワイヤをハンダ付けするだけでも、信号忠実度の問題が起きます。
このケースでは、立上り時間が4.74ns (a)から5.67ns (b)に変化しています。

a. 165mmプローブ・グランド・リードを接続

b. 711mmのグランド・リードを接続した場合

した場合
図1-13. グランド・リードを長くすると、パルスにリンギングを発生させる原因となることがあります。

まとめ
以上、第1章では、プローブを正しく選択・使用する上で必要となる基礎を説明しました。以降の章では、これらの情報を、さらに詳しく説明するとともに、プローブやプロ
ービング技術に関する高度な情報もご紹介します。

12

www.tektronix.co.jp/accessories

c. 適正補正プローブ入門
第2章 多様なニーズに合せた多様なプローブ

多様なニーズに合せた多様なプローブ
市販されているオシロスコープ・プローブの種類は、数百〜数千にのぼると見られます。『テクトロニクス計測機器カタログ』だけでも、70機種以上のプローブが掲載されています。
これほど多くの種類のプローブが本当に必要なのでしょうか?
答えは「必要」です。なぜ必要かについては、本章で説明します。その理由を理解していると、使用するオシロスコープ
やプローブを選択する上で役に立ちます。適切なプローブを選択すれば、測定能力を高め、有益な測定結果を得ることができます。
多くの種類のプローブがある理由
まず根本的な理由の1つとして、オシロスコープの機種や機能が非常に豊富なことが挙げられます。機種が異なると、必図2-1. オシロスコープの多様な入力チャンネル・コネクタに合せて、さまざまな種類のコネクタを備えたプローブが必要です。

要なプローブも異なります。例えば、400MHzのオシロス
コープには、400MHzの周波数帯域に対応するプローブがれていない状態で、10:1プローブを使って振幅を測定する必要です。

と、測定値が本来の10分の1の値になってしまいます。

しかし、100MHzのオシロスコープに対しては、400MHz

汎用プローブの中には、オシロスコープのリードアウト機能の周波数帯域に対応するプローブは機能が高すぎるばかりか、にまったく対応していないものもあります。そのため、オシ過剰なコストがかかってしまうため、100MHzの周波数帯

ロスコープのメーカが推奨するプローブの代わりに汎用プロ域に対応するように設計されたプローブが必要になります。

ーブを使用する場合は、特に注意が必要です。

基本的には、可能な限り、オシロスコープの周波数帯域に適

さらに、周波数帯域やコネクタの相違だけでなく、入力抵抗合したプローブを選ぶことが重要です。それができない場合（R）や入力容量（C）の値もオシロスコープによってさまざは、オシロスコープの周波数帯域を上回るプローブを選ばなまです。オシロスコープの入力抵抗は、通常50Ωまたはければなりません。

1MΩですが、入力キャパシタンスは、規定の周波数やそのむろん、異なるのは周波数帯域だけではありません。オシロ
スコープは、入力コネクタの種類も多く、入力インピーダン
スもさまざまです。例えば、多くのオシロスコープではシン
プルなBNCタイプの入力コネクタが使用されていますが、
SMAコネクタが使用されているオシロスコープもあります。
また、図2-1のように、リードアウト、波形ID、プローブ電源、あるいはその他の特殊な機能に対応するために設計されたコネクタを備えたオシロスコープもあります。
したがって、プローブを選択する際には、使用するオシロス
コープに適合するコネクタを選択することも重要です。直接取付けるコネクタを選ぶこともできますが、適切なアダプタを介して接続することも可能です。

他の設計上の要素によって大幅に異なります。信号が十分な忠実度を維持して伝送されるようにするには、組合せて使用するプローブのR、Cと、オシロスコープのR、Cが一致していることが重要です。例えば、入力抵抗が50Ωのオシロス
コープには、50Ω対応のプローブを使用するようにし、入力抵抗が1MΩのオシロスコープには、1MΩ対応のプローブを使用するようにします。
このように、抵抗には一対一の対応関係が必要ですが、減衰プローブを使用する場合は例外です。例えば、50Ω対応の
10:1プローブは500Ωの入力抵抗であり、1MΩ対応の10:1プローブは10MΩの入力抵抗です。（減衰プローブは、
ディバイダ・プローブあるいはマルチプライヤ・プローブと呼ばれることもあります。10:1プローブであれば、オシロ

プローブ−オシロスコープのコネクタでは、リードアウトにスコープへ送られる入力信号を10分の1に減衰することに対応しているかどうかが、適合性を判断する上で特に重要によって、オシロスコープの測定範囲を10倍の値にします。）

なります。1:1プローブを10:1プローブと交換した場合、オシロスコープの縦軸スケールのリードアウトには、1:1から10:1への変更が反映されなければなりません。つまり、
1:1プローブが取付けられている時の縦軸スケールのリード
アウトが1V/div（1目盛が1V）であれば、垂直リードアウ
トは10倍の10V/divになるはずです。しかし、この1:1から10:1への変更がオシロスコープのリードアウトに反映さ

www.tektronix.co.jp/accessories

13

プローブ入門
第2章 多様なニーズに合せた多様なプローブ

抵抗のマッチング（整合）とともに、容量についてもオシロ
スコープの公称入力容量をマッチングさせる必要があります。
通常は、プローブの補正回路を調節することによって、容量を一致させます。ただし、この方法は、オシロスコープの公
シングル・エンド信号
Single-Ended Signal

称入力容量がプローブの補正範囲内にある場合にのみ可能です。そのため、さまざまなオシロスコープ入力端子の要件を満たすように、プローブの補正範囲もいろいろな種類があります。
プローブ−オシロスコープのマッチングは、オシロスコー
プ・メーカの努力により驚くほど単純化されました。メーカ

a.

各社は、プローブとオシロスコープの組合せが完全なシステ
ムになるよう、慎重に設計を行っています。そのため、メー
カが指定した標準的なプローブを使用すれば、プローブとオ

Differential Signal
差動信号

シロスコープは、最適なマッチングが得られるようになっています。メーカが指定したプローブ以外のプローブを使用す
ると、最適な測定性能は得られません。
現在市販されているプローブの大半は、このプローブ−オシb.

ロスコープのマッチングが最適になるよう生み出されたものです。そして、さまざまな測定ニーズによって、必要なプローブの種類はさらに増加しています。そのようなプローブの基本的な相違点は、測定する電圧です。ミリボルト、ボルト、
キロボルトの測定には、通常、異なる減衰比（1:1、10:1、100:1）のプローブが必要になります。
信号電圧が差として得られるケースもよくあります。これは、アースやコモンの電位がかかっていない、2つのポイント間や2本の電線間に存在する信号の差です（図2-2参図2-2. シングルエンド信号は対地間の信号であり（a）、差動信号は、2本の信号線あるいは2つのテスト・ポイント間の差として得られる信号です（b）。

●受動電圧プローブ
受動プローブはワイヤとコネクタで構成され、補正や減衰のために、抵抗やコンデンサが取付けられています。受動プローブには、トランジスタや増幅器のような能動素子はないた
め、電力を供給する必要がありません。

照）。このような差動信号は、電話音声回路、コンピュータ

このように構造が比較的シンプルなため、受動プローブは最のディスク読取りチャンネル、多相電力回路などで一般的も堅牢で経済的なプローブであると言えます。使いやすく、です。こうした信号の測定には、差動プローブが必要です。

最も普及しているタイプのプローブです。しかし、使用や構

また、特に電力アプリケーションの場合、電圧よりも電流のほうが重要なケースもよくあります。そのようなアプリケー

成が簡単だとはいっても、高品質の受動プローブの設計が簡単だということはありません。

ションには、電圧ではなく電流を検出するタイプのプローブ

受動電圧プローブは、電圧範囲に合せて、1:1、10:1、が必要です。

100:1などいくつもの減衰比があります。このうち10:1受電流プローブや差動プローブの他にも、さまざまな種類のプローブが使用されています。以降では、より一般的なプロー
ブの種類とそれぞれの利点について説明します。

動電圧プローブは最も多く使用されているプローブで、オシロスコープに標準アクセサリとして添付されているのもこのタイプです。
しかし、例えば測定する信号の振幅が、ピーク・ツー・ピーク

プローブの種類とそれぞれの利点

で1V以下のアプリケーションであれば、これに適した1:1プ

一般的なプローブの種類についての説明に進む前に、それらローブが必要になります。低振幅と中程度の振幅（数十mV〜の種類の間に多くの重複があることを認識しておく必要があ

数十V）が混在する場合は、切替え可能な1:1/10:1汎用プロ

ります。例えば、電圧プローブは電圧検出専用のプローブでーブが便利です。ただし、注意しなければならないのは、切替すが、同時に、受動プローブあるいはアクティブ・プローブ

え可能な1:1/10:1汎用プローブは、2種類のプローブを一体でもあります。また、差動プローブは特殊な電圧プローブの化したものであり、減衰比だけでなく、周波数帯域、立上り時

一種ですが、同時に、受動プローブあるいはアクティブ・プ

間、インピーダンス（R、C）の特性も異なるという点です。

ローブでもあります。こうした重複の関係については、適宜

その結果、このプローブはオシロスコープの特性に厳密には適説明します。

合せず、標準プローブとして指定された10:1プローブで得られるような、最良の性能は実現できない場合があります。

14

www.tektronix.co.jp/accessories

プローブ入門
第2章 多様なニーズに合せた多様なプローブ

ほとんどの受動プローブは、汎用オシロスコープで使用する

しかし、高い周波数帯域がFETプローブの主要な利点であるように設計されています。したがって、100MHz未満からことに変わりはなく、また、リニア電圧範囲は、半導体の一500MHz以上までの周波数帯域を持つものが一般的です。

般的な電圧の多くをカバーしています。そのため、アクティ

しかし、さらに高い周波数帯域が得られる特別なカテゴリの

ブFETプローブは、通常、ECL、GaAsをはじめとする高速

受動プローブもあり、50Ωプローブ、Zoプローブ、電圧ディ論理回路のような低レベル信号のアプリケーションで使用さバイダ・プローブなど、さまざまな呼び方があります。このれています。

タイプのプローブは、高速回路の特性評価、マイクロ波通信、●差動プローブ

TDR（時間領域反射率測定）などの50Ωの環境で使用するよ

差動信号とは、対地ではなく、相互の信号を基準にした信号

うに設計されています。こうしたアプリケーション向けの50です。図2-3には、こうした信号の例をいくつか示します。

Ωプローブでは、周波数帯域は数GHz、立上り時間は100ps

差動信号には、コレクタ間の負荷抵抗器に発生する信号、以下が一般的です。

ディスク・ドライブの読取りチャンネル信号、多相電源シス●アクティブ電圧プローブ

テム、その他、本質的にグランドから浮いた「フローティン

アクティブ・プローブは、トランジスタのような能動素子をグ」状態で発生する信号が含まれます。

内蔵しています。能動素子として最も多いのが電界効果トラ差動信号のプロービングや測定には、基本的に2通りの方法

ンジスタ（FET）です。

があります。両方のアプローチを図2-4に示します。

FET入力の利点は、入力容量が非常に低いことで、数pFから、

図2-4aのように、2本のプローブで2つのシングル・エンド測低いものでは1pF未満になるものもあります。この超低容量定を行う方法は一般によく利用されますが、同時にこれは、差によって、数々の望ましい効果が得られます。

動測定にとって最も望ましくない方法でもあります。それにも既に述べた通り、容量Cの値が低いと、容量リアクタンスのかかわらずこの方法が利用されるのは、この図のようなデュア

値Xcは高くなります。これは次のように表わされます。
1
Xc =
2πfC
容量リアクタンスは、プローブの主要な入力インピーダンス

ル・チャンネル・オシロスコープでは、2つのプローブを使用要素であるため、Cが低いほど、より広い周波数域で入力イ

差動信号を得る合理的な方法のように思われます。ただし、ンピーダンスが高くなります。その結果、アクティブFETプ

信号の周波数が低く、十分な振幅があり、ノイズの心配がない

ローブにおける一般的な周波数帯域の範囲は、500MHz〜

状況で測定できる場合に限ります。

4GHzにもなります。

できるからです。対地（シングル・エンド）で両方の信号を測定し、オシロスコープの演算機能を使って両者の差を求める（チャンネルAの信号−チャンネルBの信号）というのは、

しかし、2つのシングル・エンド測定を組合せる凝似差動測

入力インピーダンスが高いと、周波数帯域が広くなるだけで定は、数々の問題を含んでいます。その1つは、プローブかなく、インピーダンスの値が不明のテスト・ポイントで測定

らオシロスコープの各チャンネルまで、2本の長い信号経路

しても、負荷の影響を受けるリスクがはるかに低くなります。

が別々になっている点です。遅延によって両者の間に少しでまた、低容量によってグランド・リードによる影響が低減さも差が出ると、2つの信号が時間的にずれます。高速信号のれるため、グランド・リードを長くすることができます。し場合、このずれは、差分信号の計算において振幅やタイミン

かし、FETプローブの最も重要な特徴は、負荷が非常に少な

グの重大な誤差をもたらします。こうした問題を最小限に抑いため、受動プローブでは負荷の影響を受けるような、高イ

えるため、遅延時間をマッチさせたペア・プローブを使用す

ンピーダンスの回路に使用できることです。

る必要があります。

そこで、「アクティブ電圧プローブは、DC〜4GHzのような凝似差動測定のもう1つの問題は、十分な同相ノイズ除去が高い周波数帯域をはじめ、さまざまな利点があるにもかかわ行われない点です。ディスク読取りチャンネルなどの低レベ

らず、いまだに受動プローブが使用されるのはなぜか?」とル信号の多くは、十分な同相ノイズ除去を利用するために差いう疑問が湧いてくるかもしれません。

動方式で伝送・処理されます。同相ノイズとは、近くにある「アクティブFETプローブには、受動プローブのような広い電クロック信号などによって両方の信号線に印加されるノイズ

圧範囲がない」というのが、この疑問に対する答えです。アや、蛍光灯などの外部ノイズ源からのノイズをさします。差クティブ・プローブのリニア・ダイナミック・レンジは、通動方式では、この同相ノイズは差動信号から取除かれやすく

常±0.6〜±10V程度であり、最大耐電圧も±40V（DC +なります。ノイズが除去できる割合を同相除去比（CMRR）

ピークAC）しかありません。つまり、受動プローブのような、と呼びます。

数mV〜数十Vの測定はできず、うっかり高い電圧をプロービ

凝似差動測定では、入力チャンネルが別々になっているため、ングしてしまうと、プローブが損傷するおそれがあるという周波数が上るにつれて、CMRRの性能は急速に悪化します。

ことです。さらに、静電放電で損傷するおそれもあります。

その結果、同相除去のレベルが維持された場合よりも、信号のノイズが多くなってしまいます。
www.tektronix.co.jp/accessories

15

プローブ入門
第2章 多様なニーズに合せた多様なプローブ

CH1
CH2
CH1 —
– CH2

ディスク読取ヘッド
Disk Read Head

プリアンプ
Preampa.

差動プローブ
Differential
Probe

3∅
三相

b.
図2-3. 差動信号の例

図2-4. 差動信号は、（a）のようにデュアル・チャンネル・オシロスコープの引算機能を使用するか、あるいは（b）のように差動プローブを使用（推奨）して測定することができます。

一方、差動プローブでは、差動増幅器を使って2つの信号で減算を行い、それによって得られた1つの差動信号を、オシロスコープの1つのチャンネルで測定します（図2-4b）。これ●電流プローブ

により、より広い周波数範囲でのCMRR性能が著しく向上し導体を流れる電流は、導体の周囲に電磁束界を形成します。

ます。また、回路の小型化が進んだことで、差動増幅器をプ

電流プローブはこの電磁束界の強さを検出し、相当する電圧

ローブ・ヘッドの位置まで移動させることができるようになに変換してオシロスコープで測定するように設計されていまっています。テクトロニクスのP6247型のような最新の差す。このようにして、オシロスコープで電流波形を表示・解動プローブでは、1GHzの周波数帯域を、1MHz: 60dB

析することができます。電流プローブをオシロスコープの電（1000:1）〜1GHz: 30dB（32:1）というCMRR性能で実圧測定機能と組合せると、非常に広範囲の電力測定を行うこ

現することができます。ディスク・ドライブのデータ読取／とができます。オシロスコープの波形演算機能によっては、書込レートが100MHzの大台を超えたことで、このような周

瞬時電力、有効電力、皮相電力、位相なども測定することが

波数帯域／CMRR性能に対するニーズが高まっています。

可能です。

●高電圧プローブ

電流プローブには、AC電流プローブ、AC/DC電流プローブ「高電圧」は、相対的な意味で使われています。例えば、半導という2種類があります。AC電流プローブは一般に受動プロ体業界で高電圧と言っても、電力業界では取るに足らないよーブで、AC/DC電流プローブはアクティブ・プローブです。

うな電圧です。しかし、プローブの場合は、一般的な汎用

両方ともトランスによる変換の原理を利用して、導体に流れ

10:1受動プローブで安全に扱える電圧レベルを超えたもの

る交流電流（AC）を検出します。

を「高電圧」と定義することができます。

トランスによる変換機能を利用するには、まず交流電流が導一般に、汎用受動プローブの最大電圧はおよそ400〜500V

体を流れていなければなりません。この交流電流の振幅と方（DC + ピークAC）です。一方、高電圧プローブの最大定格

向によって、磁束界の形成と消滅が起こります。図2-6のよは20 000Vにもなります。このようなプローブの例を図2-5

うにコイルを置いて、この電磁束界を変化させると、コイルに示します。

全体に電圧が誘起されます。

高電圧プローブ、測定においては、安全性が特に重要です。

このトランスによる変換機能がAC電流プローブの基本です。

安全対策として、高電圧プローブの多くには、通常よりも長実際にAC電流プローブのヘッドは、厳密な仕様にしたがっていケーブルが付いています。一般的なケーブル長は3mです。

磁気芯（コア）に巻かれたコイルになっています。このプロ

これは、オシロスコープを安全ケージや安全シールドの外側

ーブ・ヘッドを、AC通電導体から一定距離内に決められた向に置くのに十分な長さです。高電圧源からさらに離れた場所

きに置くと、プローブは導体の電流に対し、既知の比率で電でオシロスコープを操作できる7.6mのケーブルもあります。

圧を出力します。この電流に関連する電圧は、電流スケールの波形としてオシロスコープ上で表示することができます。

16

www.tektronix.co.jp/accessories

プローブ入門
第2章 多様なニーズに合せた多様なプローブ

電磁界

誘起電圧

線
導
流

電

C

A

図2-5. P6015A型は、20kVまでの直流（DC）電圧と75MHzの周波数帯域で40kVまでのパルスを測定することができます。

図2-6. 交流（AC）電流が流れる導体の周囲にコイルを置くと、磁束界が変化して電圧が誘導されます。

AC電流プローブの周波数帯域は、プローブのコイルの設計や

この挿入インピーダンスは、プローブの種類によって異なり

その他の要因によって決まります。1GHzのような高い周波ますが、1MHzにおける値をさし、30〜500mΩの範囲に数帯域も可能ですが、100MHz以下の周波数帯域が一般的あります。多くの場合、電流プローブの挿入インピーダンスです。

は小さくその負荷は問題になりません。

また、いずれの場合も、AC電流プローブの周波数帯域では、トランスの原理を利用して、図2-8のように導体をプローブ

低い周波数が切捨てられます。これには直流（DC）も含まに何度も巻付けることで、プローブの感度を高めることがでれます。DCは磁束界を変化させず、トランス機能が起こらきます。2巻なら感度は2倍、3巻なら3倍になります。ただないためです。直流に非常に近い周波数、例えば0.01Hzでし、巻き数の2乗の割合で挿入インピーダンスも増加します。

も磁束界は十分な変化が起きません。しかし、周波数がある

図2-8は、スプリット・コア・プローブと呼ばれるタイプの程度まで上るとトランス機能が十分になり、プローブの周波プローブです。このタイプでは、U字型のコアに導体を巻き数帯域内で交流信号が出力されるようになります。これは、付け、フェライト・スライドでU字の上部を閉じます。このプローブ・コイルの設計によって異なり、周波数帯域の下限

プローブの利点は、フェライト・スライドが出し入れでき、は0.5Hz〜1.2kHzくらいまでになります。

測定する導体を挟むのに便利なことです。測定が終わったら、周波数帯域がDCから始まるプローブには、プローブにホー

スライドを開き、プローブを別の導体へ移動させることがでル素子を加えることでDCを検出しています。その結果、こきます。

のAC/DCプローブの周波数帯域は、DC〜指定上限周波数のプローブをソリッド・コア・トランスで作ることもできます。

3dBポイントまでの範囲になります。このタイプのプローブ

このトランスでは、測定する導体が完全に包み込まれてしまには、少なくともDC検出用のホール素子にバイアスをかけうため、装着する際には、測定する導体を外し、トランスにるための電源が必要です。プローブの設計によっては、ACと通してから、導体を回路につなぎ直す必要があります。ソ

DCのレベルを合せた上、合成する電流プローブ増幅器が必

リッド・コア・プローブの主な利点は、サイズが小さいこと

要になることもあります。

と、非常に高い周波数応答によって、非常に高速で振幅のせ

基本的に電流プローブは、結合トランスの働きをします。こまい電流パルスやAC信号を測定できることです。

の概念を図2-7に示し、トランスの基本方程式も載せていま

スプリット・コアは、電流プローブの中でも群を抜いて広くす。標準的な動作では、被検出電流の導体は単巻です（N1）。

利用されています。AC、AC/DCの両タイプがあり、電流時

この単巻からの電流は、巻数の比率（N2/N1）に比例した

間積にもよりますが、表示範囲（電流／div）も広くなります。

複巻（N2）のプローブ出力電圧に変換されます。同時に、プローブのインピーダンスも、導体の直列挿入インピーダン
スに変換されます。

www.tektronix.co.jp/accessories

17

プローブ入門
第2章 多様なニーズに合せた多様なプローブ

図2-8. スプリット・コアAC電流プローブの例。プローブに導体をn回巻き付けると、感度は実質的にn倍向上します。

図2-7. ACトランス機能によって、単巻の通電導体（N1）がACプローブのコイ
ル（N2）に電流を誘起することで、プローブの終端（Rterm）に、電流に比例した電圧を生じます。

ルス幅のジッタ、パルス振幅のアベレーション、そして従来のアナログ・ノイズやクロストークをはじめ、デジタル障害

電流時間積によって、電流プローブのリニア動作範囲の上限には多くのアナログ原因が考えられます。

が決まります。電流時間積は、測定できる電流振幅が電流のデジタル波形のアナログ特性を解析するには、オシロスコー

パルス幅によって増減することを表わしたものです。電流時

プを使用する必要があります。しかし多くの場合、原因を正間積を超えると、プローブ・コイルのコア材料が飽和状態に確に把握するには、特定の論理条件時に発生する特定のデーなります。飽和したコアは、電流が誘起した磁束を処理する

タ・パルスを観察しなければなりません。そのために必要なことができないため、電流入力と電圧出力の比例関係は失わ

ロジック・トリガ機能は、オシロスコープと言うよりも、むれます。その結果、電流時間積を超えた部分では、波形ピー

しろロジック・アナライザの機能です。図2-9のようなワー

クが実質的に「切取られた」ようになります。

ド・リコグナイザ・トリガ・プローブを使用すれば、こうしコアの飽和は、被テスト導体に大きな直流電流が流れることたロジック・トリガ機能をほとんどのオシロスコープに追加

によっても起こります。コアの飽和を抑え、電流測定範囲をすることができます。

実質的に拡大するため、Bucking電流を提供するアクティブ

図2-9のプローブ自体は、TTLおよびTTL互換の論理回路用

電流プローブもあります。Bucking電流を設定するには、被に設計されています。最大で17データ・チャンネルのプロー

テスト導体のDC電流レベルを検出し、同等の逆電流をプロー

ブ（16データ・ビットとクオリファイヤ）になり、同期・非ブに給電します。逆電流により直流電流が打ち消されるよう同期操作の両方に適合しています。認識されるトリガ・ワーにBucking電流を調整し、コアの飽和を防ぐことができます。

ドは、プローブ・ヘッドにある小型スイッチを手動で操作す

mA〜kA、そしてDC〜MHzにいたるまで、電流測定のニーることで設定します。一致するワードが認識されると、プロズは実に多岐にわたるため、それに応じて電流プローブの種

ーブはHi（1）トリガ・パルスを出力することによって、オ類も多くなります。特定のアプリケーションに合った電流プ

シロスコープによる関連データ波形やイベントの取込みをト

ローブを選択することは、電圧プローブを選択する場合と似リガします。

ています。主な選択基準には、最大電流、感度設定範囲、挿●光プローブ入インピーダンス、接続性、周波数帯域／立上り時間の制限などがあります。最大電流は、周波数に応じて減少することを忘れてはなりません。また、プローブの定められた電流時間積を超えてはいけません。

光ファイバ通信の出現と普及にともない、光波形を表示・解析するニーズが急速に高まっています。そして、通信システ
ムのトラブルシューティングや解析のニーズを満たすため、さまざまな専門用途の光システム・アナライザが開発されて●ロジック・プローブ

います。しかし同時に、工学部品の開発や検証における一般

デジタル・システムの障害はさまざまな理由で発生します。

用途の光波形測定や解析のニーズも高まっています。光プロ

発生した障害を突き止めて明らかにするための主要なツール

ーブは、オシロスコープに光信号を表示できるようにするこがロジック・アナライザですが、実際には、ロジック障害のとで、このニーズに対応します。

多くが、デジタル波形のアナログ特性に起因しています。パ18

www.tektronix.co.jp/accessories

プローブ入門
第2章 多様なニーズに合せた多様なプローブ

光プローブは、光−電気コンバータです。光の側では、被測定装置の光コネクタ、光ファイバのタイプ、光モードなどに適合したプローブを選択する必要があります。電気の側では、標準的なプローブ−オシロスコープの選択基準にしたがいます。
●その他のプローブの種類
上記の「標準的な」種類のプローブの他に、以下に挙げるような特殊なプローブやプロービング・システムが数多くあります。
¡各種コンポーネントや発熱部品の温度測定に使用する温度
プローブ¡マルチチップ・モジュール、ハイブリッド回路、ICなどの

図2-9. ワード・リコグナイザ・プローブの例。特定の論理条件時に、特定のデー
タ波形をオシロスコープで解析できるようにします。
（参考例です。現在はオシロスコープのロジック・トリガやロジック・アナライザとの組合せをお奨めします。）

ファインピッチ・デバイスをプロービングするためのプロービング・ステーションやプロービング・アーム（図2-10）
フローティング測定
フローティング測定とは、接地されていない2点間で行われる測定です。前述の差動プローブの説明に出てきた差動測定と似ていると思われるかもしれませんが、フローティング測
定は差動測定であり、現に差動プローブを使ってフローティ
ング測定を行うことができます。
ただし、この「フローティング測定」という表現は、一般に電力システムの測定に関して使用される用語です。例としては、スイッチング電源、モータ駆動装置、安定器、無停電電源装置など、いずれもテスト・ポイントが接地されていない状態で測定を行います。また、信号「コモン」では、接地からフローティングした状態で、電圧が数百Vにもなる場合があります。多くの場合、こうした測定では、高レベルの同相
信号を除去することで、そこにある低レベル信号を評価できるようにする必要があります。外来のノイズ電流も、表示波
形にハムを付加して測定を一層困難にすることがあります。
一般的なフローティング測定の例を図2-11に示します。こ

図2-10. ハイブリッド回路やICのような小型形状デバイスをプロービングするためのプロービング・ステーションの例のモータ駆動システムでは、3相のAC電源を整流して最大600VのフローティングDC電圧を発生させています。パルス変調ゲート駆動信号を発生させる制御回路は接地されてお3相モータ

り、絶縁駆動回路を介してブリッジ・トランジスタをドライブします。ブリッジ・トランジスタの出力は、DCフル電圧までパルス変調周波数でスイングさせられます。ゲート−エミッタ電圧を正確に測定するには、ブリッジ・トランジスタ

絶縁
ドライバ

AC
電源

の出力変動を除去する必要があります。また、モータ駆動装

絶縁
ドライバ

置がコンパクトに設計されていること、電流が急速な変化をすること、回転するモータが近くにあることなどが、EMI環
境を過酷にしています。オシロスコープ・プローブのグラン

グランド基準制御回路

フローティング

ド・リードをモータ駆動回路の一部につなぐと、対地間でショートを起こします。

図2-11. この3相モータ駆動装置では、すべてのポイントが接地されていないた
め、フローティング測定が必要です。

www.tektronix.co.jp/accessories

19

プローブ入門
第2章 多様なニーズに合せた多様なプローブb.

a.

図2-12. プローブ・アイソレータを使う安全な方法（b）と比べて、オシロスコープのフローティング使用は、危険なだけでなく、測定結果に深刻なリンギングを発生させます（a）。

プローブ・アイソレータは、オシロスコープではなくプロー
トランスまたは光による絶縁ブのみをフローティングさせます。プローブの絶縁には、図オシロスコープ

2-13のように、トランスまたは光カップリング・メカニズ
ムが使用されます。この例では、オシロスコープは適切に接地された状態のままで、絶縁されたプローブの先端チップとグランド・リード（ワニ口・クリップ）に差動信号が印加されています。アイソレータは、絶縁部を介してレシーバに差動信号を送り、そこで差動入力信号に比例した対地信号が生

寄生容量成されます。このように、プローブ・アイソレータを使えば、大地グランド

すべての機器でフローティング信号測定ができます。
さまざまなニーズを満たすため、さまざまなタイプのアイソ

図2-13. フローティング測定のためのアイソレータによるプローブ絶縁の例

レータがあります。その中には、グランド・リードが絶縁された2つ以上のチャンネルを備えた、マルチ・チャンネル・

危険

アイソレータもあります。また、アイソレータを機器から遠こうした対地間へのショートを回避するため、オシロスコ
ープを接地しないという危険な方法で対処しているユーザがいます。このようにすれば、確かにオシロスコープのグ
ランド・リードとモータ駆動回路がフローティング状態になるため、差動測定を行うことができます。しかしこの方法では、電位がかかった状態でオシロスコープ・シャーシ
がフローティングするため、致命的な感電の危険性があります。

く離れた場所に置く必要がある場合には光ファイバ・ベース

オシロスコープを「フローティング」させることは、危険なだけでなく、ノイズやその他の影響によって測定結果も損なわれます。これについて図2-12aでは、モータ駆動装置のゲート−エミッタ電圧を、フローティングしたオシロスコープで測定する例を示しています。図において、下側の波形は下方のゲート−エミッタ電圧、上側の波形は上方のゲート−エミッタ電圧です。両方の波形に深刻なリンギングが発生していることに注目してください。このリンギ
ングは、オシロスコープ・シャーシからアース接地への大きな寄生容量が原因です。
図2-12bは同じ測定の結果ですが、オシロスコープを正し
く接地し、プローブ・アイソレータを使用して測定しています。測定結果からリンギングが除去されただけでなく、オシロスコープがグランドからフローティングしていないため、測定時の安全性も大きく向上しています。

20

www.tektronix.co.jp/accessoriesのアイソレータもあります。差動プローブと同様に、アイソレータの場合も、主要な選択基準は周波数帯域と同相除去比（CMRR）です。また、最大動作電圧は、絶縁システムの主な仕様で、一般には600V RMSまたは850V（DC + ピー
クAC）です。
プローブのアクセサリ
ほとんどのプローブには、標準アクセサリが同梱されています。アクセサリには、通常、プローブに取付けるグランド・リード・クリップ、プローブ補正ツール、プローブをさまざ
まなテスト・ポイントに接続するのに役立つプローブ・チッ
プなどが含まれています。図2-14に、一般的な汎用電圧プ
ローブと標準アクセサリの一例を示します。

プローブ入門
第2章 多様なニーズに合せた多様なプローブ

取外し可能な
フック・チップ

グランド・リード・
クリップ

調整用ドライバ

図2-14. 一般的な電圧プローブと標準アクセサリ

表面実装デバイスのプロービングのように、特殊なアプリケーション向けに設計されたプローブには、必要なプローブ・
チップ・アダプタが、アクセサリ・パッケージに追加されています。また、さまざまなアクセサリが、オプションとして用意されています。図2-15に、小型形状プローブで使用す

図2-15. 小型形状プローブ用チップ・アダプタの例。こうしたアダプタによって、小型回路のプロービングが簡単になり、テスト・ポイントへの確実な接続によって測定精度も向上します。
※参考例です。現在は別のプローブとアダプタが販売されています。

るように設計されたプローブ・チップ・アダプタをいくつか示します。

プローブ・チップ

プローブ・グランド

ほとんどのアクセサリ、とりわけプローブ・チップ・アダプ
タは、特定のプローブ専用に設計されていることに注意が必要です。アダプタを、異なる型名のプローブや異なるメーカのプローブに兼用することは、テスト・ポイントへの接続不良や、プローブおよびアダプタ自体の損傷の原因になるためお勧めできません。
プローブを購入する際には、プロービングする回路だけでな
く、プロービングを迅速かつ容易にするアダプタやアクセサ
リも考慮に入れて選ぶことが重要です。多くの場合、安価な
汎用プローブには、豊富なアダプタのオプションはありません。一方、オシロスコープ・メーカを通して入手するプロー
ブには、プローブを特定のニーズに適応させるために、非常に豊富なアクセサリが用意されています。その例として図216では、あるタイプのプローブで選択できる多彩なアクセサ
リやオプションを示しています。もちろん、こうしたアクセ
サリやオプションは、プローブの種類や機種によってさまざまです。

図2-16. 5mm（ミニチュア）プローブ・システム用のさまざまなアクセサリの例。プローブの各ファミリで、意図されるアプリケーションに応じたさまざまなアクセサリが用意されています。

www.tektronix.co.jp/accessories

21

プローブ入門
第3章 プローブが測定に及ぼす影響

プローブが測定に及ぼす影響
オシロスコープに信号を表示するには、信号の一部をオシロ
スコープの入力回路へ分流させる必要があります。図3-1では、テスト・ポイントTpの背後にある回路を信号源Esと表しており、関連する回路インピーダンスZs1とZs2が通常の負荷としてEsにかかっています。オシロスコープをテスト・ポイ
ントにつなぐと、プローブ・インピーダンスZpとオシロスコ
ープ入力インピーダンスZiが、負荷に加わって信号源にかかa.

ります。
プローブおよびオシロスコープをテスト・ポイントにつなぐ

オシロスコープとプローブ

ことによる影響は、負荷と信号源のインピーダンスの相対値によって異なります。本章では、負荷の影響およびプロービ
ングによるその他の影響について詳しく説明します。
ソース・インピーダンスの影響
ソース・インピーダンスの値は、プローブ負荷の実質的な影
響を大きく左右します。例えば、ソース・インピーダンスが低いと、一般的な高インピーダンス10:1プローブによる影
響はほとんどありません。これは、高インピーダンスが低イ
ンピーダンスと並行に加えられても、総インピーダンスに大きな変化はないためです。
しかし、ソース・インピーダンスが高いと、状況は劇的に変わります。例えば、図3-1の各ソース・インピーダンスの値b.
図3-1. テスト・ポイント（TP）の信号振幅は、ソースにかかる負荷インピーダ
ンスの分圧によって決まります（a）。テスト・ポイントにプロービングすると、プローブとオシロスコープのインピーダンスがさらにソース負荷に加わり、プローブとオシロスコープへも電流が流れます（b）。

が同じで、その値がプローブとオシロスコープのインピーダンスの合計に等しいというケースを考えてみます。この状況
が図3-2に示されています。
Zの値が同じであるため、プローブとオシロスコープがテス
ト・ポイントにつながれていない状態で、信号源にかかる総負荷は2Zになります（図3-2a参照）。その結果、プロービン
グ前のテスト・ポイントの信号振幅は0.5ESになります。しかし、プローブとオシロスコープをつなぐと（図3-2b）、信号源にかかる総負荷は1.5Zになり、テスト・ポイントの信号振幅はプロービング前の3分の2まで下ります。
後者の場合、プロービングによるインピーダンス負荷の影響a.

を低減するためのアプローチは2つ考えられます。1つ目は、オシロスコープとプローブ

さらにインピーダンスの高いプローブを使用することです。
2つ目は、回路上のインピーダンスがより低いテスト・ポイ
ントでプロービングすることです。例えば、カソード、エミッ
タ、ソースなどは、プレート、コレクタ、ドレインよりもイ
ンピーダンスが低いのが普通です。
容量負荷
信号の周波数、つまり遷移速度が上ると、インピーダンスの容量成分が支配的になります。そのため、容量負荷の問題が重要になってきます。容量負荷は特に、急速に遷移する波形の立上り／立下り時間や、波形に含まれる高周波成分の振幅に対して影響を及ぼします。

22

www.tektronix.co.jp/accessoriesb.
図3-2. ソース・インピーダンスが高いほど、プロービングによる負荷も大きくな
ります。このケースでは、インピーダンスはすべて等しく、プロービングによってテスト・ポイントの信号振幅が30%以上も減少します。

プローブ入門
第3章 プローブが測定に及ぼす影響

信号源

入力のR.Ca.

図3-3. パルス・ゼネレータの立上り時間はRC負荷によって決ります。

●立上り時間に対する影響
立上り時間が非常に速いパルス・ゼネレータを例にして容量負荷について考えてみます。これについて示した図3-3において、理想のゼネレータで出力されたパルスの立上り時間はゼロ（tr = 0）になります。しかし、ソース・インピーダン
ス負荷の抵抗（R）とキャパシタンス（C）を組入れると、ゼロではなくなります。
b.

表3-1. プローブ・チップ容量
プローブ

減衰比

チップ容量

P6101B型

1:1

54 pF

P6105A型

10:1

11.2 pF

P5100型

100:1

2.75 pF

図3-4. プローブのキャパシタンスが加わると、RCの値が増大し、立上り時間の測定値も大きくなります。

図3-4の値を使うと、立上り時間のおおよその変化（%）は次のようになります。

抵抗とキャパシタンス（RC）で構成された回路網では、10〜90%の立上り時間は常に2.2RCとなります。これは、コンデンサの普遍的な時定数曲線に由来します。2.2はRCの時定数で、Rの作用により、Cがパルス振幅値の10%から

Cprobe tip/C1 x 100%=11 pF/20 pF x 100%
= 55%

90%まで充電されるのに必要な時間です。

上記からも、特にプローブの入力容量の影響で、どのような

図3-3の場合、ソース・インピーダンスの50Ωと20pFにプローブを選ぶかによって、立上り時間の測定に対する影響

よって、パルス立上り時間は2.2nsになります。パルスの立が異なってくることは明らかです。受動プローブでは、一般

上り時間はこの2.2RCよりも速くはなれません。

的に減衰比が大きいほど、チップ容量は小さくなります。こパルス・ゼネレータの出力をプロービングする場合、プロー
ブの入力容量と抵抗が、パルス・ゼネレータの入力容量と抵れについて表3-1では、減衰比の異なる受動プローブごとに、容量が示されています。

抗に加わります。図3-4では、一般的なプローブの10MΩとチップ容量を小さくする必要がある場合は、アクティブFET

11pFが加わっています。プローブの負荷10MΩは、ゼネレ

入力プローブを使用するのがよいでしょう。アクティブ・プ

ータの負荷50Ωよりもはるかに大きいため、無視することがローブでは、機種によって、チップ容量が1pF以下のものもできます。しかし、プローブの容量は負荷容量と並行で、じあります。

かに加算されるため、負荷容量の合計は31pFになります。

●振幅と位相に対する影響

これによって2.2RCの値が増大し、プロービング以前に
2.2nsだった立上り時間の測定値が、3.4nsになります。

容量負荷は、立上り時間だけでなく、波形に含まれる高周波成分の振幅や位相にも影響します。ここで重要なのは、すべ

立上り時間に対するプローブの入力容量の影響は、プローブての波形は高次の正弦波成分で構成されているということでの入力容量の仕様と、ソース・キャパシタンス（既知またはす。50MHzの方形波には、100MHzをはるかに超える高周推定）の比率を出すことで推定できます。

波成分が含まれています。したがって、波形の基本周波数だ
けでなく、基本波の何倍もの周波数における負荷の影響について検討する必要があります。

www.tektronix.co.jp/accessories

23

プローブ入門

RpとXp（Ω）

第3章 プローブが測定に及ぼす影響

周波数（MHz）

図3-5. テクトロニクス社製のP6205型アクティブ・プローブにおける、周波数に対する一般的な入力インピーダンス

周波数（MHz）

図3-6. 一般的な10MΩ受動プローブにおける、周波数に対するXpとRp

例えば、チップ容量が11pFの標準的な10MΩ受動プロー
負荷は、プローブ・チップの総インピーダンスによって決まブの場合、容量リアクタンス（X p）は、50MHzで約290Ω

ります。これはZ pと表され、Z pは抵抗成分R pとリアクタンです。ソース・インピーダンスによっては、この負荷が信ス成分Xpから成ります。容量負荷を一部相殺するため、誘導号振幅に対して（単純なディバイダ効果によって）重大な素子をプローブに意識的に組入れることもありますが、リア影響を及ぼし、場合によってはプロービングする回路の動クタンス成分は主に容量負荷です。

作にまで影響を及ぼすおそれもあります。

基本的に、Zpは周波数の上昇にともなって低下します。ほとんどのプローブのユーザ・マニュアルでは、プローブのRpが、周波数に対するZpを示す曲線として示されています。図3-5
は、テクトロニクス社製P6205型アクティブ・プローブにおける、そうした曲線の例です。1MΩのインピーダンスは、
100kHz近くまで落始めません。これは、プローブの抵抗素
子R、容量素子C、誘導素子Lが綿密に設計されているためで周波数帯域に関する検討事項
測定システムの周波数帯域の問題は、プローブとオシロスコー
プの両方の周波数帯域について考える必要があります。オシロ
スコープの周波数帯域は、被測定信号に含まれる最も高い周波数成分よりも高くなるようにし、プローブの周波数は、オシロスコープの周波数と同じか、それ以上になるようにします。
測定システムの面から見て特に重要なのは、プローブ先端にす。
図3-6は別のプローブ曲線の例です。この例では、一般的な10MΩ受動プローブでの、周波数に対するRpとXpが示されています。点線（Xp）は、周波数に対する容量キャパシタン
スを示しています。XpはDCから低下し始めていますが、Rpが大きく減衰し始めるのは100kHzからです。ここでも、素子R、C、Lを綿密に設計することで、全体の負荷が低い周波

おける周波数帯域です。特定のオシロスコープ−プローブの組合せにおけるプローブ先端の周波数帯域が、メーカによって規定されていることもよくありますが、常にそうであるとは限りません。そのため、オシロスコープとプローブを組合せて規定されている場合とそうでない場合の両方で、周波数帯域に関する基本的な問題を認識しておく必要があります。

数から小さくなり始めるのを防いでいます。

●オシロスコープの周波数帯域と立上り時間

万一、プローブのインピーダンス曲線がない場合は、以下の周波数帯域は、振幅−周波数グラフにおいて、測定システム

公式によって負荷を概算することができます。

の振幅が基準レベルから3dB低下した時の周波数と定義され

Xp = 1/2πfC
ここで、Xp、f、およびCは以下のものを指します。

ています。これについて図3-7では、周波数応答曲線に3dBポイントが示されています。
重要なのは、定格周波数帯域における測定システムの振幅は、

Xp = 容量リアクタンス

3dB下がっているということです。つまり、周波数帯域の限

f = 周波数

界では、振幅測定に30%の誤差が予期されるということです。

C = プローブ・チップ容量

通常、オシロスコープを周波数限界値で使用することはありません。しかし、振幅精度が何よりも重視される場合には、オシロスコープの周波数が高くなるにつれて精度が落
ちてくることに注意する必要があります。

24

www.tektronix.co.jp/accessories

プローブ入門
第3章 プローブが測定に及ぼす影響

図3-7. 周波数帯域は、応答曲線において振幅が3dB低下した時の周波数であると定義されています。
図3-8 周波数帯域ディレーティング曲線

図3-8のような周波数帯域減衰の拡大図を例にして考えてみます。この図の横軸スケールは、30%以上の振幅精度が得らプローブでも、周波数帯域と立上り時間の関係を、オシロス

れる範囲を拡大したものです。減衰がない場合の振幅

コープで使用した公式（Tr ≒ 0.35/BW）を使って表すこと（100％）に比較して、100MHzオシロスコープでができます。また、アクティブ・プローブでは、以下の公式

100MHzの信号を測定した場合の誤差は最大で30%にもなによってオシロスコープとプローブの立上り時間を組合せ、ります。振幅測定結果を3%以内にしたい場合は、このオシプローブ−オシロスコープ・システムとしてのおおよその立

ロスコープで測定する信号の周波数を0.3倍の30MHzにと上り時間を求めることができます。

どめる必要があります。30MHzを少しでも超えると、振幅の測定誤差も3%を超えます。
上記の例は、オシロスコープ選択における大まかな指針を示しています。振幅測定の誤差を3%以内にするには、周波数帯域の仕様が、被測定波形の最高周波数よりも3〜5倍大きいオシロスコープを選ぶようにします。

Trsystem2 ≒ Trprobe2 + Trscope2
受動プローブでは、この公式を使用できないことがあります。
原則として、プローブの周波数帯域は、組合せて使用するオ
シロスコープの周波数帯域と同じか、それ以上になるようにします。プローブの周波数帯域のほうが低いと、オシロスコープが測定能力をフルに発揮できなくなります。これについ主として立上り／立下り時間を測定する場合は、オシロスて図3-9では、周波数帯域の異なる3種類のプローブで同じコープの周波数帯域（BW）の仕様を、以下の公式によって

パルス・エッジを測定した結果を示しています。

立上り時間の仕様に変換してください。
Tr ≒ 0.35/BW
便宜上、単位を添えると、以下のようになります。
Tr（ns）≒ 350/BW（MHz）
周波数帯域の場合と同様、立上り時間についても、測定しようとする立上り時間の最速値よりも3〜5倍速いオシロスコー
プを選ぶようにします。（上記の周波数帯域→立上り時間の変

図3-9aの測定は、400MHzのオシロスコープとプローブを使って行っています。使用したプローブは、抵抗が10MΩで容量が14.1pFの10:1プローブです。ご覧のように、パルス
立上り時間の測定値は4.63nsです。この値は、400MHzのオシロスコープ−プローブのシステムにおける立上り時間
875psの性能で測定されたものですので、十分に信頼できる値です。よってこれを基準値とします。

換は、オシロスコープの周波数応答がガウシャン曲線で減衰

では、前と同じオシロスコープで同じパルスを測定する際、することを前提にしています。）

100MHzの10:1プローブにすると、どうなるでしょうか。

●プローブの周波数帯域
他の電子回路と同じく、どのようなプローブにも必ず周波数帯域の制限があります。また、オシロスコープと同様に、周波数帯域によって製品のランクや機種が分けられるのが普通です。したがって、周波数帯域100MHzのプローブでは、100MHzにおいて振幅応答が3dB低下します。

図3-9bでは、立上り時間が5.97nsと測定されています。aの測定値4.63nsから30%近くも遅くなっています。
予想どおり、プローブの周波数帯域が低いと、立上り時間も遅くなります。図3-9cは極端な例で、10MHzの1:1プロー
ブを使って、同じパルスを測定しています。aで4.63nsだった立上り時間が、27nsにまで低下しました。

www.tektronix.co.jp/accessories

25

プローブ入門
第3章 プローブが測定に及ぼす影響

a.

c.

b.

図3-9. 立上り時間に対する影響を、（a）400MHz、10:1プローブ、（b）100MHz、10:1プローブ、（c）10MHz、1:1プローブという3種類のプローブで比較。すべて400MHzの同じオシロスコープを使って測定しています。

図3-9の要点を一言で言えば、「受動プローブは何でもよいわ
表示

けではない」ということになります。
言いかえますと、オシロスコープの性能を最大限に引出すたプローブ

オシロスコープ

めに、そして投資に見合った性能を得るために、必ずメーカ

3.5ns以下の表示が推奨するプローブを使用してください。
●プローブ先端の周波数帯域
プローブの周波数帯域や、それによって得られるプローブ−
オシロスコープ・システムの周波数帯域の問題は、基本的にはメーカの仕様や推奨にしたがうことで解決できると考えられます。例えばテクトロニクスでは、プローブが性能を満た

図 3-10. プ ロ ー ブ ・ チ ッ プ へ の 周 波 数 帯 域 を テ ス ト す る た め の 等 価 回 路 。
100MHzのオシロスコープと100MHzのプローブを組合せてもシステム帯域は100MHzとなり、表示される立上り時間は3.5ns以内になります。

すことができるようにプローブの周波数帯域を定めています。
性能として、オシロスコープを含めたアベレーション、立上

プローブを標準アクセサリに加えている汎用オシロスコー

り時間、周波数帯域などが考慮されます。

プ・メーカの多くでは、提示したオシロスコープの周波数帯

また、テクトロニクスのプローブを、推奨するオシロスコー

域がプローブ先端から得られることを保証しています。

プと組合せて使用すると、そのオシロスコープの周波数帯域

ただし、プローブ先端の周波数帯域は、あくまで図3-10のがプローブ先端で得られます。例えば、テクトロニクスのテスト方法で判定されたものです。25Ωの信号源で発生する

100MHzプローブは、推奨する100MHzのオシロスコープ

信号というのは現実にはまれであり、実際の使用、特に高イと組合せて使用すると、プローブ先端で100MHzの性能

ンピーダンス回路を測定する場合には、最適の応答や周波数（−3dB）を保証します。

帯域より多少は劣ることが予想されます。

図3-10では、プローブ先端の周波数帯域を検証するために、●グランド・リードの影響

業界認定テストの設定を等価回路を使って示しています。テ
スト信号源は、50Ωで終端する50Ωのソースと規定されているため、等価の25Ωのソース抵抗で表わされます。また、プローブはプローブ・チップ−BNCアダプタ、または同等品
でソースにつなぐ必要があります。後者のプローブ接続アダ
プタを使用することで、接地経路が最短になり理想的な接続が可能となります。
上記の設定でテストすると、100MHzのオシロスコープ−
プローブの組合せでは、立上り時間の測定値が3.5ns以下になります。3.5nsの立上り時間は、前述の周波数帯域／立上
り時間の関係（Tr ≒ 0.35/BW）によれば、100MHzの周波数帯域に相当します。

26

www.tektronix.co.jp/accessories

対地測定を行う場合、被テスト回路または装置に対して2つの接続が必要です。1つは、電圧やその他の対象を検出する
プローブ先端を接触することにより得られる接続です。もう1つは、オシロスコープを介して、被テスト回路に戻る接地
帰線の接線です。この接地帰線は、測定電流の経路を完成させるのに必要です。

プローブ入門
第3章 プローブが測定に及ぼす影響（約 11 pF）

グランド・リード
図3-12. 信号源につながれた一般的な受動プローブの等価回路

しかし、不適切な接地によって起こり得る問題について認識しておくことも大切です。図3-12に示した等価回路のグランド・リードのインダクタンス（L）を例にして考えてみます。このグランド・リード・インダクタンスは、リードが長くなるにつれて増大します。
また、グランド・リードLとCinは、減衰要因がRinのみの直列共振回路を形成します。この直列共振回路にパルスが当たるとリンギングが起こります。しかも、リンギングだけでなく、過度に長いグランド・リードLによって対Cinの充電回路が制
図3-11. 回路ボード・コネクタ

限されるため、パルスの立上り時間も制限されます。
計算は省略しますが、グランド・リードが15cmの11pF受

被テスト回路とオシロスコープが同じグランド端子付電源コ

動プローブは、高速パルスで励振されると、約140MHzでンセントに接続されている場合、電源回路のコモンが接地帰リンギングします。100MHzのオシロスコープであれば、線になります。この電源グランドを経由した信号帰線は、一

このリンギング周波数はオシロスコープの周波数帯域を上回

般に間接的で長くなります。そのため、クリーンでインダクっているため、まったく表面化しません。しかし高速のオシ

タンスが低い接地帰線とはなり得ません。

ロスコープ（例えば200MHz）であれば、グランド・リー

原則として、どのようなオシロスコープ測定を行う場合にも、ドが誘起するリンギングの周波数は、オシロスコープの周波

接地経路を可能な限り短くするようにします。回路内のECB

数帯域内に十分入るため、表示されたパルスにはっきりと現（プリント回路基板）−プローブ・チップ・アダプタは回路ボれます。

ード・コネクタと呼ばれ、究極の接地システムです。この例

表示されたパルスにリンギングが見られたら、グランド・リを図3-11に示します。回路ボード・コネクタによって、プードを少し短くしてください。グランド・リードが短いほど

ローブ・チップをじかに回路テスト・ポイントに接続するこ

インダクタンスも小さくなり、リンギングの周波数が高くなとができ、アダプタ外側の筒が、プローブの接地リングに直ります。パルスに現れるリンギングの周波数が変化したら、結した短い接地経路になります。

グランド・リードが関係していることがわかります。グラン

重要な振幅やタイミングの測定には、専用の回路ボード・コ

ド・リードをさらに短くすると、リンギングの周波数がオシ

ネクタを回路基板に埋め込むことをお奨めします。これによロスコープの周波数帯域を超え、測定に対する影響も最小限

り、テスト・ポイントの位置が明確になるだけでなく、テスに抑えられます。グランド・リードの長さを変えてもリンギ

ト・ポイントへの最適な接続によって、オシロスコープ測定

ングに変化がない場合、そのリンギングは被テスト回路で誘において最大限の信頼性が得られます。

起されたものと考えられます。

ただし、回路ボード・コネクタは、測定点を移動するようなグランド・リードが誘起するリンギングについて、図3-13

測定状況ではあまり実用的ではありません。その場合、被テでさらに詳しく説明します。図3-13aでは、推奨したオシロ

スト回路のグランド・ポイントにクリップ留めする短いグラ

スコープ−プローブの組合せで高速パルス・エッジを捕らえ

ンド・リードを使用するのが一般的です。このほうが、被テています。使用しているグランド・リードは、標準的なスト回路のポイント間をすばやく移動しながらプロービング

16cmのプローブ・グランド・クリップで、テスト・ポイン

でき、はるかに便利です。また、プローブ・メーカがプロー

ト近くのコモンに取付けられています。

ブに添付している短いグランド・リードは、ほとんどの測定状況で適切な接地帰線になります。

www.tektronix.co.jp/accessories

27

プローブ入門
第3章 プローブが測定に及ぼす影響

a.

c.

b.

図3-13. グランド・リードの長さによって、測定に及ぼす影響は大きく変化します。

図3-13bでも、同じパルス・エッジを捕らえていますが、こ¡プローブ・グランド・リードは、できるだけ短く直結させ

こでは標準的なグランド・リードより長い71cmのグラン

るようにする。長いグランド・ループはパルスにリンギン

ド・リードに変更しています。このようにリードを延長する

グを発生させる。

ことで、例えばプロービングするポイントが変わるたびにグ¡測定に対し性能が満たされているかだけではなく、テス

ランド・クリップを移動させる必要がなくなるかもしれませト・ポイントへの機械的な取付けの観点からも、アプリケ

ん。しかし、このような方法ではグランド・ループも長くなーションに合ったプローブを選ぶ。

り、図に示されるように、深刻なリンギングを引き起こすことがあります。
図3-13cは、13bとは別の理由でグランド・ループが長くなった場合の結果を示しています。このケースでは、プローブのグランド・リードは一切つながれていませんが、71cmの

そして、プローブが被測定回路に負荷をかける可能性があることにも常に留意してください。留意しておくべきプローブ
負荷の問題の一部を以下にまとめます。
●受動プローブ

グランド・リードが回路コモンとオシロスコープ・シャーシ

通常、1:1受動プローブは10:1受動プローブと比べて、抵をつないでいます。これによって、より長いグランド・ルー

抗は低く、容量は大きくなります。その結果、1:1プローブ

プが新たに形成され、図に示されるように、低周波リンギンのほうが負荷をかけやすいため、一般目的のプロービング

グが起きています。

には、できるだけ10:1プローブを使用するようにします。

図3-13の例からも明らかなように、接地の仕方次第で測定●電圧ディバイダ（Zo）プローブの品質に多大な影響があります。特にグランド・リードは、

このプローブは、チップ・キャパシタンスは非常に低いものの、できるだけ短く、直結させる必要があります。

抵抗負荷は比較的大きくなります。電圧ディバイダ・プローブ

プロービングによる影響への対処は、50Ωの環境でインピーダンスの一致が必要な場合に使用するためのプローブですが、周波数帯域／立上り時間の機能がソース・インピーダンス、プローブ、そしてオシロスコープ

非常に高いため、それ以外の高速タイミング測定の環境にもよが、相互に影響し合うシステムを形成していることについてく使用されます。振幅の測定では、プローブの入力抵抗が低いは、これまでのさまざまな例や説明を通して述べてきた通りことを考慮に入れる必要があります。

です。最適な測定結果を得るには、信号ソースに対するオシロスコープ−プローブの影響を、あらゆる手段を使って最小限に抑える必要があります。その際に、以下に挙げる一般的ルールが役立ちます。
¡オシロスコープ・メーカの推奨にしたがって、必ずオシロスコープに適合したプローブを選択する。
¡測定しようとする信号に対して、オシロスコープ−プロー
ブが十分な周波数帯域や立上り時間を備えていることを確認する。通常は、立上り時間の仕様が、測定しようとする
信号の立上り時間よりも3〜5倍速いオシロスコープ−プロ
ーブの組合せを選ぶようにする。

●バイアス・オフセット・プローブ
バイアス・オフセット・プローブは、プローブ・チップにおいて可変オフセット電圧を供給する機能を備えた、特殊な電圧ディバ
イダ・プローブです。抵抗負荷があると回路の動作に支障をきたすおそれがある、高速ECL回路のプロービングに有効です。
●アクティブ・プローブ
アクティブ・プローブは、相反する抵抗負荷と容量負荷がい
ずれも非常に低く、最良と負荷と言えます。ただし、それと引き換えに、ダイナミック・レンジは小さくなります。しかし、ダイナミック・レンジ内で行える測定であれば、多くの場合はアクティブ・プローブが最良の選択です。

28

www.tektronix.co.jp/accessories

プローブ入門
第4章 プローブの仕様に使われる用語

アベレーション

図4-1. 100%のパルス波高を基準にしたアベレーション測定の例
図4-2. プローブの過補償によるアベレーション

プローブの仕様に使われる用語
これまでの章では、プローブの主な仕様ついて、種類や測定に対する影響の面から考えてきました。本章では、それらの主な仕様項目をすべて集め、参照しやすいようにまとめました。
以下に、さまざまな仕様をアルファベット順に紹介しますが、各項目がすべてのプローブに該当するわけではありません。
例えば、挿入インピーダンスは電流プローブのみに該当する仕様ですが、周波数帯域のようにすべてのプローブに共通して当てはまる仕様もあります。
アベレーション（共通）アベレーションとは、入力信号への応答において、期待される状態または理想とされる状態から振幅がずれていることを言います。実際には、波形の急速な遷移の直後に発生することが多く、「リンギング」と呼ばれることもあります。
アベレーションは、最終的なパルス応答レベルから逸脱している±の割合（%）として表します（図4-1参照）。また、アベ
レーションに時間範囲を設定することもできます。例えば次のようになります。
最初の30ns以内に、アベレーションが±3%またはピー
ク・ツー・ピークでも±5%を超えないこと...
パルス測定で過度のアベレーションが見られた場合は、プローブの不具合によるものと決めてかかるのではなく、例えば、そのアベレーションが本当に信号源の一部なのか、あるいは
プローブ・グランドの方法が原因なのかなど、あらゆる可能性を検討してください。
電圧プローブの補正の確認や適切な調整を怠ることが、測定値にアベレーションが現れる最も多い原因の一つです。極度に過補正されたプローブでは、パルス・エッジの直後に著しいピークが発生します（図4-2参照）。
電流時間積（電流プローブ）
電流プローブでは、電流トランス・コアのエネルギー処理能
力を電流時間積で指定します。パルス幅とその間の平均電流との積が電流時間積を超えると、コアが飽和します。コア飽和時に発生した波形の部分はクリップし、切取られたようになります。電流時間積を超えなければ、プローブはリニアな信号電圧を出力し、測定値も正確です。

減衰比（共通）プローブには必ず減衰比があり、減衰比が切替えられるプローブもあります。代表的な減衰比は1:1、10:1、100:1です。
プローブの減衰比とは、そのプローブが信号振幅を減少させる量です。1:1プローブでは減衰つまり減少はありませんが、
10:1プローブでは、信号をプローブ先端での振幅の10分の1に減少させます。プローブ減衰比によって、オシロスコープの測定範囲を拡大することができます。例えば、100:1プローブを使用すれば、振幅が100倍大きい信号を測定できます。
減衰比として1:1、10:1、100:1と切りのいい値が使われているのは、プローブの減衰を自動で認識して倍率を調整する機能が、まだオシロスコープになかった時代に由来します。例えば10:1の場合、振幅測定値は実際の測定値をすべて10倍して得ていました。現在のオシロスコープのリードアウト・システ
ムでは、プローブの減衰比を自動認識し、それに合わせてリー
ドアウトをプローブ先端の電圧値に一致させます。
電圧プローブの減衰比には、抵抗電圧ディバイダ技術が使用されています。そのため、減衰比が高いプローブでは入力抵抗も高くなります。また、ディバイダの影響でプローブのキャパシタンスが分割されるため、減衰比が高くなると、実質的にプローブ入力容量は低くなります。
確度（共通）
電圧検出プローブにおける確度とは、一般的にプローブの
DC信号の減衰に関する確度を言います。プローブの確度を計算するにも測定するにも、オシロスコープの入力抵抗が必要です。したがって、仕様通りのプローブ確度が得られるのは、想定する入力抵抗のあるオシロスコープと組合せて使用した場合のみです。例えば、確度の仕様は次のように定められます。
10:1で3%以内（オシロスコープ入力抵抗が1MΩ±2%）の場合
電流プローブにおける確度は、電流−電圧変換の確度を指します。これは電流トランスの巻線比、巻数および終端抵抗器の確度によって決まります。専用の増幅器を備えた電流プローブは、信号増幅することにより直接、電流/divの目盛で出
www.tektronix.co.jp/accessories

29

プローブ入門
第4章 プローブの仕様に使われる用語

力を行い、確度仕様でも、減衰確度に代え、増幅確度として
電流/div設定値に占める割合（%）を使って規定しています。
周波数帯域（共通）
すべてのプローブに周波数帯域があります。10MHzプロー
ブには10MHzの周波数帯域があり、100MHzプローブには100MHzの周波数帯域があります。プローブの周波数帯域とは、図4-3に示すように、プローブの応答において出力振幅が70.7%（−3dB）まで低下した時の周波数を言います。
また、一部のプローブでは、周波数帯域の低いほうの限界も定められています。例えばAC電流プローブなどがそうです。
これは、AC電流プローブが設計上、DC信号や低周波信号を通すことができないためです。したがって、周波数帯域の値を、低い周波数と高い周波数で2つ定める必要があります。
オシロスコープ測定で実際に重要なのは、オシロスコープとプローブを合せたシステムの周波数帯域です。このシステム
性能が、最終的に測定能力を決めます。ただし、プローブをオシロスコープに取付けると、周波数帯域の性能はいくらか低下します。例えば、100MHzのオシロスコープに100MHzの推奨以外のプローブを接続した測定システムでは、周波数帯域は100MHzを少し下回ってしまいます。システム全体の周波数帯域の性能に関するこうした不明確さをなくすため、テクトロニクスでは、受動電圧プローブを推奨のオシロスコープ機種と組合せた場合に、プローブ先端で得られる周波数帯域を測定システム周波数帯域と定めています。
オシロスコープとプローブの選択に際しては、周波数帯域が測定精度に数々の影響を及ぼすことを認識しておく必要があります。
振幅の測定という点では、正弦波の振幅は、周波数帯域の限界に近づくにつれて減衰が大きくなっていきます。周波数帯域の限界での測定値は、実際の振幅の70.7%になります。
振幅測定の精度を上げるには、測定しようとする波形周波数よりも数倍高い周波数帯域を持つオシロスコープとプローブを選ぶ必要があります。
波形の立上り／立下り時間の測定についても同じことが言えます。パルスや方形波エッジのような波形は、高周波成分で構成されています。この高周波成分が周波数帯域の限界まで減衰すると、エッジが実際よりも緩やかになります。立上り／立下り時間を正確に測定するには、波形の立上り／立下
り時間を生み出す高調波成分を保持するのに十分な周波数帯域を備えた測定システムを使用する必要があります。測定シ
ステムの立上り時間については、測定しようとする立上り時
間の4〜5倍の速さが必要であるという説が最も一般的です。
容量（共通）
プローブ容量の仕様は、一般にプローブ先端における容量を言います。これは、プローブを接続することによって回路のテスト・ポイントや被テスト装置に加わる容量です。

30

www.tektronix.co.jp/accessories

図4-3. 周波数帯域とは、応答曲線において正弦波の振幅が70.7%（−3dB）まで減少したときの周波数を言います。

プローブ入力容量が重要であるのは、パルスの測定に影響を及ぼすためです。入力容量が低ければ、立上り時間の測定における誤差は小さくなります。また、パルス幅がプローブのRC時定数の5倍以上ないと、パルスの振幅が影響を受けます。
プローブは、オシロスコープの入力端子にとっても容量の影響を与えるため、このプローブ容量とオシロスコープの容量が一致する必要があります。10:1および100:1プローブでは、この種の容量は補正範囲と呼ばれ、先端の入力容量とは異なります。この場合は、オシロスコープの入力容量がプローブの補正範囲内になるような組合せにしなければなりません。
CMRR（差動プローブ）
同相除去比（CMRR）とは、差動測定において、両方のテス
ト・ポイントに共通の信号を除去する差動プローブの能力を言います。差動プローブおよび増幅器の主要な性能指数で、次のように定義されます。
CMRR =┃Ad/Ac┃
ここで、AdおよびAcは以下のものを指します。
Ad = 差動信号の電圧利得
Ac = 同相信号の電圧利得
理想的には、A dが大きくてA cがゼロに等しいと、CMRRが無限大になります。実際には、10,000:1のCMRR性能はかなり優れていると考えられます。この値は、5Vの同相入力信
号が、出力時に0.5mVになるまで除去されることを意味します。ノイズがある中で差動信号を測定する場合には、この除去が重要です。
CMRRは周波数が上るにつれて低下するため、CMRRの値そのものと同様に重要なのが、その値が保証されている周波数です。高い周波数で高いCMRRが保証されている差動プロー
ブは、低い周波数で同じ値のCMRRが保証されている差動プ
ローブよりも性能が優れています。

プローブ入門
第4章 プローブの仕様に使われる用語

CW周波数電流ディレーティング（電流プローブ）

最大入力電圧（共通）

電流プローブの仕様では、周波数に対する振幅のディレー
ティング曲線によって、周波数上昇とコア飽和の関連を示す
必要があります。周波数上昇にともなうコア飽和の影響としては、平均電流が0Aの波形（＋側−側に均等に振る電流）において、波形の周波数が高まるにつれ、波形のピークが切取られるというようなことが起こります。

プローブの最大入力電圧近くでの測定は危険です。最大入力
電圧は、プローブの本体またはコンポーネントの破壊電圧定格によって決められます。

減衰時定数（電流プローブ）
減衰時定数の仕様は、電流プローブのパルス対応能力を表します。この時定数は、終端抵抗で2次インダクタンス（プローブ・コイル）を割算したものです。時定数は、プローブのL/R比と呼ばれることもあります。
L/R比が大きいということは、振幅が急激に減衰せず、ドループを起こしにくいということです。L/R比が小さくなると、実際には振幅が一定の幅広いパルスが、急激に減衰するというような現象が見られます。
直流（電流プローブ）
直流は電流プローブのコイル・コアの透磁率を低下させます。
透磁率が低下すると、コイルのインダクタンスが低下し、L/R時定数も小さくなります。その結果、低周波での結合性能が低下し、低周波電流における測定応答が損なわれます。
AC電流プローブの中にはオプションとして、DCの影響をゼロにする電流バッキングが使用できるものもあります。
挿入インピーダンス（電流プローブ）
挿入インピーダンスとは、電流プローブのコイル（2次）のインピーダンスが、測定する通電導体（1次）へ転換されたものです。一般に、電流プローブに反映されるインピーダン
ス値はmΩの範囲で、インピーダンスが25Ω以上の回路への影響は微々たるものです。
入力容量（共通）
プローブ先端に存在するプローブの容量を言います。
入力抵抗（共通）
プローブの入力抵抗とは、プローブがインピーダンス、直流信号に対して持つ抵抗値を言います。
最大入力電流（電流プローブ）
最大入力電流定格とは、プローブが仕様どおりに動作できる
総電流（DC＋ピークAC）の上限を言います。AC電流測定において上限を計算するには、ピーク・ツー・ピーク値を周
波数に基づいてディレーティングする必要があります。
最大ピーク・パルス電流（電流プローブ）
この定格を超えてはいけません。この値を超えるとコアの飽和を起こし、大きな2次側電圧の発生で、内部を損傷させる可能性があります。最大ピーク・パルス電流定格は通常、電流時間積で示されます。

伝播遅延（共通）
すべてのプローブで、わずかな時間遅延や位相シフトが起こり、その量は信号周波数によって変動します。これはプロー
ブのコンポーネントと、信号がそれらのコンポーネントを通ってプローブ・チップからオシロスコープ・コネクタまで届くのに要する時間との関数で表されます。
通常、最も大きなシフトを起こすのはプローブ・ケーブルです。例えば、107cmの特殊プローブ・ケーブルは信号を
5ns遅延させます。1MHz信号で5ns遅延すれば、位相は約2度シフトします。ケーブルが長くなるにつれて、信号遅延も長くなります。
伝播遅延が問題になるのは、2つ以上の波形を比較測定している時です。例えば、2つの波形の時間差を測定する場合は、完全に一致するプローブを使用して波形を測定することで、両プローブの伝播遅延が同じになるようにします。
また、電圧プローブと電流プローブを組合せて電力測定を行う場合も、伝播遅延が問題になります。この2つのプローブ
は構造が大きく異なるため、伝播遅延にも差があります。この遅延が電力測定に影響を及ぼすかどうかは、測定する波形の周波数によって決まります。Hzの信号やkHzの信号では、遅延の差はほとんど問題になりません。しかし、MHzの信号になると、顕著な影響が出ます。
立上り時間（共通）
ステップ波形を使ったプローブの10〜90%の周波数応答
は、プローブ・パルス応答特性を表します。入力されたパル
ス信号の立上り／立下りを正確に測定するため、測定システ
ム（オシロスコープとプローブの組合せ）は、測定対象のパルス信号よりも3〜5倍速い立上り時間が必要です。
タンジェンシャル・ノイズ（アクティブ・プローブ）
タンジェンシャル・ノイズは、アクティブ・プローブにおいて、プローブから発生したノイズを規定するのに使われていた手法です。タンジェンシャル・ノイズの数値は、RMSノイズの約2倍になります。
温度範囲（共通）
電流プローブの最高動作温度は、コイルの磁気シールドに誘起されたエネルギーによる加熱効果の結果です。温度が高くなるにつれて、磁気ロスが大きくなります。そのため、電流プローブには、周波数に対する最大電流のディレーティング
曲線が決められています。
受動電圧プローブ（10:1、100:1など）は、温度の変化によって精度が変わることがあります。

www.tektronix.co.jp/accessories

31

プローブ入門
第5章 プローブ選択の指針

信号の種類

電流

電圧

ロジック

その他

電流プローブ

電圧プローブロジック・プローブ

トランスデューサ

能動（アクティブ）

受動（パッシブ）

能動（アクティブ）

受動（パッシブ）

能動（アクティブ）

能動（アクティブ）

受動（パッシブ）

光

温度
振動
音響
その他

ロジック・トリガ
ワード・レコグナイザ
ロジック・アナライザ
差動
高感度
高インピーダンス

電圧ディバイダ
高インピーダンス
高電圧
差動

図5-1. 測定する信号の種類に基づいたプローブの分類

プローブ選択の指針●信号の種類

第1章〜第4章では、プローブの役目、プローブの種類、測定

プローブ選択の第1のステップは、プロービングする信号のへのプローブの影響など、プローブに関するさまざまなテー

種類を明らかにすることです。この目的のため、信号を以下

マを扱ってきました。その中でも、プローブをテスト・ポイのように分類します。

ントにつなぐことによる影響という面に重点を置いて、話を¡電圧信号

進めてきました。
本章では信号源に重点を移し、その特徴から、適切なプロー¡電流信号¡ロジック信号

ブを選択する基準について考えます。目標はもちろん、信号を最もよい状態でオシロスコープに表示できるプローブを選¡その他の信号

択することです。しかし、それだけではありません。プロー

電圧信号は、電子機器の測定で最も多い種類の信号です。そブを選択する際には、オシロスコープとの関連でも検討しなのため、プローブで最も多く使用されているのは電圧プロー

ければならない要件があります。本章では、信号源に関連すブです。また、オシロスコープは入力端子から電圧信号を取る要件をはじめとして、プローブを選択する際の要件につい入れる必要があるため、それ以外の種類のプローブは、検出て説明します。

した現象を相当する信号に変換するトランスデューサの働きをします。その一般的なものとして、例えば電流プローブは、信号源について電流信号を電圧信号に変換してオシロスコープで表示できるプローブ選択では、信号源について考えるべき点が基本的にようにします。

4つあります。信号の種類、信号周波数成分、ソース・イン
ピーダンス、そしてテスト・ポイントの物理特性です。それ
ぞれの問題について以下で説明します。

ロジック信号は、特殊なカテゴリの電圧信号です。標準的な
電圧プローブを使って表示することもできますが、多くの場
合は、特定の論理イベントを表示する必要があります。そこ
で、ロジック・プローブを使用して、指定した論理的組合せが発生したら、オシロスコープにトリガ信号が運ばれるように設定します。
これによって、特定の論理イベントをオシロスコープに表示できるようになります。

32

www.tektronix.co.jp/accessories

プローブ入門
第5章 プローブ選択の指針

電圧信号、電流信号、ロジック信号の他にも、興味深い信号

測定システムの周波数帯域が数多くあります。それらは光、機械、熱、音響、あるいは

3dB帯域

その他の信号源から得られる信号です。さまざまなトランス
デューサを使用することで、それらの信号を電圧信号に変換

信号周波数成分

し、オシロスコープで表示・測定することができます。トランスデューサ信号をオシロスコープに伝える信号源として、
適切なプローブを選ぶようにします。
図5-1は、測定する信号の種類に基づいてプローブを分類し、

周波数

a.

図式化したものです。分類ごとに、信号の特性やオシロスコープの要件などによってさらに細分化されています。

帯域制限を受けた方形波

理想的な方形波●信号周波数成分
どんな信号であれ、すべての信号は周波数成分を持っています。DC信号の周波数は0Hzであり、純粋な正弦波の信号周
波数は、その正弦波周期の逆数です。それ以外のすべての信号には、複数の周波数成分が含まれており、その値は信号の形によって決まります。例えば、対称方形波には、その方形波周期の逆数である基本周波数（fo）と、その他に、基本波b.

の奇数倍（3fo、5fo、7fo...）の高調波が含まれています。基本波は波形のいわば基礎部分であり、高調波が組合さること
で、波形の遷移や角のような細部の構造が加わります。
十分な信号忠実度を維持しながら、信号をオシロスコープへ

図5-2. 信号の主要な周波数成分が測定システムの周波数帯域より高いと（a）、減
衰の度合いが大きくなります。その結果、角が丸くなったり、遷移が緩やかになるなどして、波形の細部情報が失われます（b）。

導くには、その信号の主要な周波数成分を極力乱さずに通過させるだけの十分な周波数帯域がプローブに必要です。方形波やその他のくり返し信号では、信号基本波の周波数よりも3〜5倍高い周波数帯域が必要ということになります。この周波数帯域があれば、基本波と2次、3次ぐらいまでの高調波は、必要以上に減衰することなく通過できます。さらに上の高調波も通過しますが、プローブの3dB周波数帯域ポイントを超えているため、高くなるほど減衰も大きくなります。しかし、そうした高周波もある程度までは残っているため、少しは波形の形に影響します。

周波数帯域の制限による影響で最も重要なのは、信号振幅が低下することです。信号の基本周波数がプローブの3dB周波数帯域に近くなるほど、プローブを通過する信号振幅は低下します。3dBポイントでは、振幅の低下は30%になります。
また、プローブの周波数帯域を上回る高周波やその他の信号
周波数成分では、減衰の程度がさらに大きくなります。こうした高周波成分の減衰が大きくなると、とがった角が丸みを帯びたり、急峻な立上り部が緩やかになったりします（図52参照）。
また、プローブ入力容量によっても、信号の立上り時間が制限されることがあります。これは信号源インピーダンスや信号源負荷に関係しており、次のページで説明します。

www.tektronix.co.jp/accessories

33

プローブ入門
第5章 プローブ選択の指針●信号源インピーダンス●周波数帯域と立上り時間

ソース・インピーダンスに関する要点は以下の通りです。プ

オシロスコープとプローブは、1つの測定システムとして連ローブ・インピーダンスとの相互作用による影響を含め、ソ携して働きます。したがって、オシロスコープの周波数帯域

ース・インピーダンスの詳しい説明については、第2章「多と立上り時間の仕様が、プローブと同じかそれ以上であり、様なニーズに合せた多様なプローブ」を参照してください。

検査する信号に対しても十分なものである必要があります。

1. プローブ・インピーダンスは、ソース・インピーダンスとプローブ−オシロスコープ間における、周波数帯域や立上り一緒になり新たな信号負荷インピーダンスを作ります。そ

時間の関係は複雑です。そのため、オシロスコープ・メーカの新たなインピーダンスにより信号の振幅や立上り時間はの多くでは、特定のオシロスコープに合せて設計された標準影響を受けます。

プローブを定め、周波数帯域や立上り時間を規定しています。

2. プローブ・インピーダンスがソース・インピーダンスより検査しようとする信号に対して、システムとしての十分な周もはるかに大きい場合、信号振幅に対するプローブの影響

波数帯域と立上り時間を確保するのに最も有効なのは、メーは問題になりません。

カが推奨するプローブを選ぶことです。

3. プローブ先端の容量は入力容量とも呼ばれ、信号の立上り●入力抵抗と入力容量時間を長くする作用があります。原因は、プローブの入力

すべてのオシロスコープに入力抵抗と入力容量があります。

容量が10%から90%まで充電されるのに要する時間によ

信号伝送を最大限に高めるには、オシロスコープの入力R・Cるもので、次のような関係があります。

と、プローブの出力によるR・Cが、次のように一致する必要

tr = 2.2 x Rsource x Cprobeがあります。

以上の点からも、信号源へのプローブの負荷を最低限に抑え

RscopeCscope = RprobeCprobe

るには、高インピーダンスで低容量のプローブが最適である= 最適の信号伝送

ことが明らかです。また、できるだけ低インピーダンスの信

具体的には、50Ωのオシロスコープ入力には50Ωのプロー

号テスト・ポイントを選ぶことで、プローブ負荷の影響をさブが必要であり、1MΩのオシロスコープ入力には、1MΩのらに低く抑えることができます。

プローブが必要だということです。適切な50Ωアダプタがあ●物理的接続に関する検討事項

れば、1MΩのオシロスコープと50Ωのプローブを組合せる

テスト・ポイントの位置や形状も、プローブを選ぶ際の重要こともできます。

な検討項目になります。プローブをテスト・ポイントに当て

プローブとオシロスコープの容量も一致しなければなりませ

るだけで、オシロスコープで信号を観察できる場合もあれば、ん。そのためには、オシロスコープの特定の機種に合せて設プローブをテスト・ポイントにつないだまま、回路の調整を計されたプローブを選ぶようにします。また、多くのプローしながら、信号をモニタリングする場合もあります。前者に

ブは、容量のわずかなばらつきを補正して厳密に一致させるは、ニードル型のプローブ・チップが適しており、後者には、ための調整機能を備えています。プローブをオシロスコープ

フック状のチップが必要になります。

に取付ける際、最初にすべきことはプローブ補正です。（第1テスト・ポイントのサイズも、プローブの選択に影響を与え章の「プロービングの基礎知識／プローブの補正」を参照。）

ます。コネクタ・ピン、抵抗器リード、バック・プレーンな

適切なプローブの選択と補正によって、プローブとオシロス

どのプロービングには、標準サイズのプローブやアクセサリ

コープを正しく一致させないと、重大な測定誤差につながるがよいでしょう。しかし、表面実装回路のプロービングには、おそれがあります。

表面実装アプリケーション向けのアクセサリを備えた小型のプローブをお奨めします。
目標は、それぞれのアプリケーションに最適のプローブ・サ
イズ、形状、アクセサリを選ぶことです。そうすることにより、テスト・ポイントにプローブを迅速かつ容易にしっかりと取付けることができ、信頼性の高い測定値が得られます。
オシロスコープに関連する要件
オシロスコープに関連する要件は、プローブの選択において信号源に関連する要件と同じく重要です。オシロスコープに適合しないプローブを使用すれば、オシロスコープとプロー
ブの接続部で信号忠実度が損なわれます。

34

www.tektronix.co.jp/accessories

プローブ入門
第5章 プローブ選択の指針●感度

電流プローブを使用する場合は、垂直軸リードアウトをV/div

オシロスコープの垂直軸感度範囲によって、信号振幅測定にからA/divに変更することで、適切な測定単位が反映されます。

おける全体のダイナミック・レンジが決まります。例えば、

こうしたリードアウト機能を活用するためには、オシロスコ

垂直表示範囲が10目盛で、感度範囲が1mV/div〜10V/div

ープのリードアウト・システムに適合したプローブを使用しのオシロスコープでは、実際のダイナミック・レンジはおよ

なければなりません。そして、特定のオシロスコープと組合

そ0.1mV〜100Vになります。測定しようとするさまざまなせた場合のプローブの取扱いに関するメーカの指示に従う必

信号の振幅が0.05mV〜150Vの範囲だとすると、このオシ

要もあります。特に、最新のオシロスコープであるほど、高ロスコープでは、上限・下限ともカバーできません。しかし、度なリードアウト機能を備えており、完全に対応できない汎扱う信号に合せて適切なプローブを選択することで、これを用プローブが多いので注意してください。

補うことができます。
大振幅信号に対しては、減衰プローブを使用することで、オシロスコープのダイナミック・レンジを高い方へ拡大することができます。例えば10:1プローブでは、オシロスコープの感度範囲の高い方を実質的に10倍シフトさせるため、上記の例であれば1mV/div〜100V/divになります。これは150Vの信号を測定するのに十分な感度範囲であり、その上、最大で1 000Vの表示範囲を得られることになります。ただ適切なプローブの選択
これまで述べてきた信号源やオシロスコープについてのさま
ざまな問題から考えても、何らかの手助けがなければ、適切なプローブの選択が面倒な作業になってしまうのは明らかです。実際、プローブの立上り時間やオシロスコープの入力容量などの重要な選択基準が必ずしも規定されているとは限らないため、どれにすべきか迷ってしまうこともあります。

し、プローブを信号に接続する際は、信号がプローブの最大

これを避けるには、推奨アクセサリ・リストにプローブの選入力電圧を超えていないことを確認してください。

択肢が豊富にあるオシロスコープを選ぶのが最も有効です。
また、新たな測定要件が生じた場合は、ご使用のオシロスコ

注意ープの機能を拡張できるプローブが新たに発売されていない

プローブの最大入力電圧の仕様を必ず守ってください。こか、オシロスコープのメーカに確認するようにしてください。

の限度を超える電圧をプローブを印加すると、人体に危害最後に、あらゆるアプリケーションに使用できるような「適が及んだり、機器が損傷したりするおそれがあります。

切な」プローブは存在しないということも覚えておいてくだ

小振幅信号に対しては、プローブ増幅器システムを使用する

さい。存在するのは、オシロスコープとプローブの「適切な」ことで、オシロスコープのダイナミック・レンジを低い方へ組合せのみであり、信号測定の要件を以下の面から明確にす

拡大することができます。一般に使用されるのは差動増幅器

ることが、適切な選択の第一歩です。

で、例えば10μV/divの感度を得ることも可能です。

¡信号の種類（電圧、電流、光、その他）

こうしたプローブ増幅器システムは、オシロスコープの特¡信号周波数（周波数帯域）定の機種専用に設計されています。そのため、オシロスコ
ープを選択する際には、メーカの推奨アクセサリ・リスト¡信号の立上り時間

で、小信号アプリケーションの要件を満たす差動増幅器が¡ソース・インピーダンス（R、C）

あるか確認する必要があります。

¡信号振幅（最大、最小）

注意
差動プローブには、デリケートなコンポーネントが含まれていることが多く、静電放電などの過電圧の影響で損傷することがあります。プローブ・システムの損傷を防ぐため、
必ずメーカの指示に従い、安全予防措置を遵守してくださ¡テスト・ポイントの構造（足付の部品、表面実装、その他）
以上について検討し、それぞれのアプリケーション固有の情報を加えていけば、さまざまなニーズを満たす上で、必要なオシロスコープと、それに適合する各種プローブを選択することができます。

い。
●リードアウト機能
最新のオシロスコープは、垂直軸／水平軸感度のリードアウト（V/div、S/div）を画面上に表示できるようになっている
ものがほとんどです。また、プローブ認識やリードアウト処理によって、使用するプローブがリードアウトに正しく反映
されるようになっています。例えば、10:1プローブを使用する場合は、垂直軸リードアウトを10:1の減衰比に変更することによって、それがオシロスコープに正しく反映されます。

www.tektronix.co.jp/accessories

35

プローブ入門
第6章 高度なプロービング技術

a.

b.

図6-1. 152mmのグランド・リードを使用したことで、高速ステップ波形（1ns Tr）にアベレーションが付加されます（a）。
プローブ・ケーブルを動かしたり、ケーブルの上に手を置いたりすると、このアベレーションは変化します（b）。

高度なプロービング技術

原因で発生する場合があります。以下のセクションでは、ア

これまでの章では、プローブを取扱う時に知っておかなけれ

ベレーションが測定結果の一部かどうかを判断するための情ばならない基本的な情報について述べてきました。ほとんど

報やガイドラインと、そうであった場合の対処の仕方についの測定では、以下の基本事項に留意すれば、オシロスコープて説明します。

に標準添付されているプローブで十分です。

●グランド・リードの長さ¡周波数帯域／立上り時間の制限

プローブのグランド・リードにはインダクタンスがあり、長¡信号源への負荷としての重みくなるほどインダクタンスは大きくなります。グランド・リ¡プローブ補正ードのインダクタンスは、プローブ入力容量および信号源の容量が組合さる事により、共振回路を形成し、ある一定の周¡適切なグランド・リード

波数でリンギングを発生させます。

しかし、これらの基本だけでは対処できない状況もいずれ経

次の2つの条件があると、不適切な接地によってリンギング

験することになります。第6章では、プロービングの高度なやその他のアベレーションが発生します。

問題の中で最も多いものについて詳しく述べます。最初は、これまでたびたび触れてきたグランド・リードについてです。
グランド・リードに関する問題

1. オシロスコープ・システムに、プローブ先端における信号の高周波成分を十分伝送できるだけの周波数帯域があること。
2. 不適切な接地によってリンギングやアベレーションを起こ

オシロスコープ測定において正確な接地基準ポイントを定す高周波成分（高速の立上り時間）が、プローブ先端に加めるのは難しいため、グランド・リードに関する問題にはわる入力信号に含まれていること。

何度も遭遇します。基準ポイントを決めるのが難しいのは、

図6-1には、これら2つの条件が満たされた場合に見られる、

グランド・リードが、プローブ上や回路内にインダクタン

リンギングとアベレーションの例が示されています。図6-1

スを生じさせ、信号周波数の上昇にともなって、独自の回の波形は、152mmのグランド・リードを使用し、路を形成してしまうためです。第1章で述べた通り、こうし

350MHzのオシロスコープで取込まれたものです。プロー

た影響の一つとして、長いグランド・リードがパルスにリ

ブ先端における実際の波形は、立上り時間1nsのステップ波

ンギングを発生させます。グランド・リードは、リンギン

形です。この立上り時間1nsは、オシロスコープの周波数帯

グやその他の波形アベレーションの原因になる他、ノイズ域と等しく（BW ≒ 0.35/Tr）、プローブの接地回路内でリに対し、アンテナの働きをすることもあります。

ンギングを発生させるのに十分な高周波成分を有しています。

グランド・リードの問題に対する第一の防衛策は疑うことで

図6-1aおよび6-1bのように、このリンギング信号はステッ

す。オシロスコープ上の信号に、わずかでもノイズやアベレ

プ波形に注入され、ステップの上端に印加されたアベレーーションがないか、疑ってみることです。ノイズやアベレーションとして現れます。

ションは、信号の一部として現れる場合と、測定プロセスが36

www.tektronix.co.jp/accessories

プローブ入門
第6章 高度なプロービング技術

図6-3. 回路ボード・コネクタによって取込まれた、立上り時間1nsのステップ波形

図6-2. 一般的な回路ボード・コネクタの取付けa.

b.

図6-4. 受動プローブとアクティブ・プローブに対するグランド・リードの影響の比較対照例。左側の3本のトレース
は、受動プローブでそれぞれ13mm、152mm、304mmの接地リードを使用した場合の波形への影響を示しています。右側の3本のトレースはグランド・リードの長さは同じですが、アクティブFETプローブを使って得た同じ波形を示しています。

図6-1の表示波形はいずれも、同じオシロスコープとプロー

プローブのグランド・リードによって、急峻に立ち上る波形

ブを使って、同じステップ波形を取込んだ際に得られたものにアベレーションを起こす可能性があるという点は重要です。

です。ただし、図6-1bのアベレーションは、図6-1aと比べまた、波形で見られるアベレーションが、プローブの接地方てわずかに異なります。図6-1bの相違点は、プローブ・ケー法が原因ではなく、波形本来の姿である場合があるという点

ブルの位置を少し動かしたり、ケーブル上に手を置いたりすも重要です。プローブ・ケーブルを動かすことで、2つの状ることによって得られたものです。ケーブル位置の移動や手況を区別します。プローブの上に手を置いたり、ケーブルをの存在によって、プローブ接地回路の容量や高周波終端の性

動かしたりしてアベレーションに変化が起これば、そのアベ質がわずかに変化するため、アベレーションにも変化が起こ

レーションはプローブの接地に原因があります。正しく接地

ります。

（終端）されたプローブは、ケーブルの位置や接触の影響を一切受けません。
上記の点をさらに詳しく説明するため、同じオシロスコープとプローブでもう一度同じ波形を取込みました。
www.tektronix.co.jp/accessories

37

プローブ入門
第6章 高度なプロービング技術

ただし今回は、152mmのグランド・リードを外し、回路ボ

被テスト回路DeviceUnder Test

ード・コネクタ（図6-2参照）でステップ信号を取込んでいます。その結果得られた、アベレーションのないステップ波
形が図6-3です。グランド・リードを取外して、回路ボー

Power
電源
Supply回路

ド・コネクタでプローブを直接終端することで、表示される波形からほぼ完全にアベレーションが除去されています。この表示は、テスト・ポイントにおけるステップ波形が正確に表されています。
上記の例から2つの結論が得られます。1つ目は、高速信号をプロービングする場合は、グランド・リードをできるだけ短くすること、2つ目は、製品テストを容易にするため、テスト・ポイントをあらかじめ設計に組込むことで、製品の保守やトラブル・シューティングの効果を高められると言うことです。これには、より効果的なテスト環境の実現や、取付

図6-5. 2つの電源コンセントにつながれたオシロスコープ、プローブ、被テスト
回路により構成された全接地回路、つまりグランド・ループ

けや保守時における製品回路の調整ミス防止のため、必要に応じて回路ボード・コネクタを使用することも含まれます。

のポイントはすべて電圧が0Vになっているはずで、電流は流回路ボード・コネクタを取付けていない状態で、高速波形をれないはずです。しかし、オシロスコープと被テスト回路が、測定する場合は、グランド・リードをできる限り短くするこ

建物内の異なる接地システムにつながれている場合、一方のとを心がけてください。多くの場合は、グランド・チップがシステムにわずかな電圧の差、または、ノイズが生じる可能一体になった特殊なプローブ・チップ・アダプタを使用すれ性があります（図6-5参照）。これにより電流が発生し、プロば問題ありません。さらに別の選択肢として、アクティブーブ・ケーブルの外部シールド越しに電圧低下を起こします。

FETプローブを使用することもできます。FETプローブは入

このノイズ電圧は、プローブ・チップからの信号に加わって、

力インピーダンスが高く、入力容量が極めて低いため（通常オシロスコープに注入されます。その結果、信号とノイズが1pF未満）、受動プローブで経験しやすいグランド・リードの互いに重畳して表示されます。

問題の多くを解消することができます。これについて図6-4

グランド・ループによるノイズ注入では、ノイズの多くは電でさらに詳しく説明しています。

力線の周波数（50Hz／60Hz）のノイズです。空調機のよ●グランド・リード・ノイズの問題

うな建物設備の電源オン／オフによるスパイクやバーストのノイズも、オシロスコープの表示波形に現れる信号歪みの一形で発生することもよくあります。

種です。リンギングやアベレーションと同様、ノイズもプロ

グランド・ループ・ノイズの問題は、さまざまな方法で防止ーブ先端で検出した信号の一部である場合と、不適切な接地あるいは低減することができます。その1つは、オシロスコが原因で信号に現れる場合があります。リンギングやアベレ

ープと被テスト回路の接地システムを同じにすることで、グーションと異なるところは、通常ノイズは発生源が外部であランド・ループを最小限に抑えるという方法です。また、プり、観察している信号の速度とは無関係に出現するものだとローブ本体とケーブルは、干渉のおそれがあるソースには近いうことです。言い換えれば、グランドが不適切であれば、づけないようにします。特に、プローブ・ケーブルを他の電どのような信号にも発生し得るということです。

源ケーブルの近くに置いたり、交差させたりしてはいけませプロービングによる信号へのノイズの印加には、主として2ん。

通りのメカニズムがあります。1つは長いグランド・ループ

グランド・ループ・ノイズの問題が解消しない場合は、以下にノイズが飛込む場合、もう1つは、プローブ・ケーブルまの方法のいずれかでグランド・ループを切ることができます。

たはグランド・リードにノイズが誘導されてしまう場合です。

1. アイソレータなどを使用する。

それぞれのメカニズムについて、以下のセクションで説明し

2. 被テスト回路またはオシロスコープに、電源絶縁トランス

ます。
●グランド・ループによるノイズ注入
接地システムへのノイズ注入は、オシロスコープ・コモンと被テスト回路の電源接地、およびプローブのグランド・リー
ドとケーブルのシールドで構成されたグランド・ループに、不要な電流が流れることによって発生します。通常、これら

38

www.tektronix.co.jp/accessories

を使用する。
3. 絶縁増幅器を使用してオシロスコープとプローブを絶縁する。
4. 差動プローブを使用して測定を行う。（同相ノイズを除去する。）

プローブ入門
第6章 高度なプロービング技術

+
+

差動
モード

–

AV

VO

VDM
+
コモン・
モード

図6-6. プローブのグランド・ループによって回路基板に誘起されたノイズの例（グランド・クリップによりプローブ先端をショート）

VCM

VO = AV×VDM

図6-7. 差動増幅器は2本の信号線の差から1本の対地信号を得ます。

いずれの場合も、オシロスコープや被テスト回路を絶縁する

プローブを回路から外して、グランド・リードをプローブ先ために、3線式電源システムのグランドを取り去ってはいけ

端にクリップするのも、ノイズ源を突き止める非常に有効なません。フローティングで測定する必要がある場合は、やむ方法です。このプローブ先端／グランド・リードのループ・を得ず絶縁トランスを使用するか、できればオシロスコープ

アンテナを持って、回路上を往復させます。このループ・アに合せて設計されたアイソレータなどを使用してください。

ンテナによって、ノイズが強く出ている箇所がわかります。

注意
感電を防ぐため、プローブは必ずオシロスコープやアイソ
レータにつないでから、被テスト回路に接続してください。

図6-6は、ロジック回路基板上で、プローブ先端につないだ
グランド・リードによる探索を行い、判明した結果の例です。
プローブ・グランドへ誘導されるノイズを最小限に抑えるには、被テスト基板のノイズ源に、グランド・リードを近づけ●誘導ノイズないようにすることです。また、グランド・リードが短いほノイズは、プローブ・ケーブルに誘導されて共通の接地シス

ど、取込まれるノイズの量は少なくなります。

テムに流れ込むことがあり、特にケーブルが長い場合は起こりやすくなります。プローブ・ケーブルが電力線やその他の差動測定

通電導体の近くにあると、外部シールドに電流が誘導されま

広義には、すべての測定が差動測定であると言えます。標準

す。システム共通の接地ができることで、その電流の流れる的なオシロスコープ測定で、プローブを信号ポイントにつな回路が完成します。このノイズ源を抑えるため、できるだけぎ、グランド・リードを回路接地につなぐことで、確かにテ短いケーブルを使用するようにするとともに、プローブ・ケ

スト・ポイントと対地間の信号差が測定されます。この意味

ーブルを干渉源に近づけないようにします。

では、グランド信号線とテスト信号線という2本の信号線がノイズは、グランド・リードに直接誘導されることもありまあります。

す。これは、グランド・リードをテスト回路につないだ際に、

しかし実際には、差動測定とは接地されていない2本の信号

1巻のループ・アンテナとして作用した結果です。このグラ線の測定を言います。この測定では差動増幅器を使用して、ンド・リード・アンテナは、ロジック回路やその他の急峻に

図6-7のように2本の信号線（ダブル・エンド信号源）の代変化する信号による電磁干渉の影響を強く受けます。グラン

数和を求め、対地間の1本の信号線（シングル・エンド信号）

ド・リードが、被テスト回路基板上のクロック回線などの場としてオシロスコープに入力します。この差動増幅器は、プ所に近づきすぎると、信号がノイズとしてグランド・リード

ロービング・システムの一部として機能する差動プローブでに取込まれ、プローブ・チップの信号と混ざってしまいます。

実現できますし、波形演算が可能なオシロスコープであれば、オシロスコープに表示された信号にノイズがある場合、問題は、その信号が実際にプローブ先端で検出されたものか、あるいは、
グランド・リードに誘導されたものかということです。

各信号線を別々のオシロスコープ・チャンネルで取込み、この2つのチャンネルの代数和を求めることでもできます。いずれの場合も、どの程度同相信号を除去できるかが差動測定にとって極めて重要です。

グランド・リードを動かしてみると、その答えがわかります。
ノイズ信号のレベルが変化したら、そのノイズはグランド・
リードに誘導されたものです。

www.tektronix.co.jp/accessories

39

プローブ入門
第6章 高度なプロービング技術+45+ 45 V
V

++
–TP1
TP1

0.1Ω
0.1Ω

+175
+175 VV

VVOUT
OUT
80VVp-p
80
p-p
35mV
35
mV p-p
p-p

_++

TP2
TP2 (V(Vs8))

測定電圧はMeasured voltage
42mVになります。
could be as high
（誤差22%）
as 42 mV

(22% error)

–-45
45VV

図6-9. CMRRが10 000:1の差動増幅器による同相誤差ます。ゲート信号はトランスによって絶縁されていますので、-175–175 VV
VTP2
TP2+175 V+175
V-175 VV
–175

+7
+7 VV
V
VGS (TP1-TP2)(TP1-TP2)
-7 V
V
–7

いつもソースを基準にした信号になります。差動増幅器を使用すると、オシロスコープ上で、正確なV GS（数Vのスイング）を2V/divほどの十分な分解能で測定しながら、ソースと接地間の数百Vの遷移を除去することができます。

図6-8. インバータ・ブリッジ回路内の上側のトランジスタのソース電圧に対するゲート電圧を測定するための差動増幅器。測定中にソース電位が350V変化している点に注意してください。

現実には、差動増幅器によって同相信号をすべて除去できる
わけではありません。少量の同相電圧が、誤差信号として出力されます。この同相誤差信号は、差分信号と見分けがつきません。

●差動信号と同相信号について望ましくない同相信号を最低限に抑える差動増幅器の機能は、理想の差動増幅器は、2つの入力端子間の「差動」信号V DM

同相除去比、略してCMRR（common-mode rejectionを増幅し、両方の入力端子に共通の電圧VCMがあれば完全に

ratio）と呼ばれています。CMRRは、正式には「入力を基除去します。その結果、出力電圧は次のようになります。

準にした、同相利得と差動利得の比率」と定義されています。

Vo = Av (V+in - V-in)
ここで、AvおよびVoは以下のものを指します。
Av = 増幅器の利得
Vo = 対地間の出力信号
この電圧つまり差動信号は、差動電圧または差動モード信号と呼ばれ、次のように表されます。
VDM
このVDMは以下のものを指します
VDM = 上記式のV+in - V-inの項

CMRR = ADM/ACM
評価目的では、CMRR性能は入力信号なしで評価できます。
したがって、同相入力で得られる出力において、CMRRがVDMになるのは明らかです。この性能は、10 000:1のような比率、または次のようにdBで表します。
dB = 20 log (ADM/ACM)
例えば、10 000のCMRRは80dBに相当します。この重要性を、図6-9のようなオーディオ・パワー・アンプのダンピ
ング抵抗器の電圧を測定する場合において考えてみます。全負荷時、この減衰器を横切る電圧（V DM）は35mVに達し、なお、同相電圧VCMは上記式の一部ではありません。なぜな

出力スイング（VCM）は80Vp-pになります。使用している差ら、理想の差動増幅器は、振幅や周波数に関係なく、同相成

動増幅器のCMRRの仕様は、1kHzで10 000:1です。1kHz

分をすべて除去するからです。

の正弦波によって増幅器をフル出力にすると、同相信号の1

図6-8は、インバータ回路における上側のMOSFET素子のゲ
ート・ドライブを、差動増幅器で測定する際の例を示しています。MOSFETをオン／オフすると、ソース電圧は、プラスの供給電圧からマイナスの供給電圧までの範囲をスイングし

40

www.tektronix.co.jp/accessories

万分の1が誤差として差動増幅器の出力にV DMとして現れますが、この値は80V/10 000、つまり8mVです。8mVの残留同相信号は、実際の35mVの信号では最高22%の誤差になります。

プローブ入門
第6章 高度なプロービング技術

CMRR仕様は絶対値であることに注意してください。極性や+175 VV+175

位相シフトの度合いについては指定していません。したがって、単に表示波形から誤差として、CMRRより計画された値++-–を引くことはできません。また、一般にCMRR性能はDCで最高値になり、VCMの周波数が上昇するにともなってCMRR
性能は低下します。差動増幅器によって、CMRR仕様を周波数の関数としてグラフ化しているものもあれば、いくつかの主要な周波数についてのみCMRR仕様を定めているものもあります。いずれの場合も、差動増幅器やプローブを比較検討する際には、同一の周波数におけるCMRRを比較することが重要です。
また、CMRR仕様は、同相成分を正弦波と想定している点にも注意が必要です。ただし、現実にはそうでない場合が多くあります。例えば、図6-8のインバータの同相信号は、-175 VV–175

30kHzの方形波です。方形波には、30kHzよりはるかに高い周波数のエネルギーが含まれているため、CMRRは30kHzで指定されている値よりも低くなるはずです。

図6-10. 同相除去が十分かどうかを確認するための実験的なテスト。両方の入力端子が同一ポイントにより駆動されています。残った同相誤差が出力に現れます。
このテストでは、2入力間の差動ソース・インピーダンスの影響を捕えることはできません。

同相成分が正弦波でない場合は、実験的なテストによって
CMRR誤差の程度を判断するのが最も迅速な方法です（図610参照）。両方の入力リードをソースへ接続します。オシロ
スコープには、同相誤差のみ表示されます。これで、誤差信号のおよその大きさを判断することができます。ただし、+VCMとVDMの位相差は示されません。したがって、表示され–た同相誤差を差動測定値から引いても、正確に誤差が相殺されるわけではありません。
図6-10に示したテストは、実際の測定環境で同相除去誤差の程度を判断するのに便利です。しかし、このテストでは捕えることができない影響が1つあります。それは、入力端子が両方とも同じポイントに接続されていると、増幅器から見て駆動インピーダンスの差がないことです。このテスト環境
は最高のCMRR性能が得られる状況です。しかし、同じ差動

図6-11. 入力リードをより合せると、ループ・エリアが非常に小さくなるため、通過する磁場も小さくなります。誘導電圧はV CM経路に入りやすくなりますが、差動増幅器によって除去されます。

増幅器の2つの入力端子が、大きく異なるソース・インピー
ダンスによって駆動される環境では、CMRRは低下します。

特殊な受動プローブ・ペアを使用します。このプローブは、●差動測定誤差の最小化

DCの減衰とACの補正を正確に微調整できるようになってい差動増幅器やプローブを信号源につなぐ時に、最も大きな誤差を生む可能性があります。両方の入力端子において整合性を維持するには、両方の経路を可能な限り同一にする必要がます。最高の性能を得るには、2つの増幅器入力ごとにプローブを固定、添付されている手順で各増幅器に合せて校正を行う必要があります。

あります。ケーブルなども、両方の入力端子に対して同じ長広げられた入力ケーブルはトランスの巻線のように作用しまさになるようにします。

す。そのループをAC磁場が通過すると、電圧が増幅器入力端

信号線ごとに複数のプローブを使用する場合は、すべて同じ機種で、ケーブル長も同じになるようにします。大きな同相
電圧で低周波信号を測定する際は、減衰プローブの使用は避けてください。正確に減衰のバランスを取れなくなるため、使用できません。高電圧や高周波数のアプリケーションで減衰が必要な場合は、差動アプリケーション専用に設計された子に差動電圧として誘導され、忠実に出力に加算されてしまいます。一般には、＋と−の入力ケーブルのペアをより合せることで、この問題を最小限に抑えています。こうすることで、電源周波数やその他のノイズの取込みも低減できます。
図6-11のように入力リードがより合せてあると、誘導電圧がVCMの経路に入りやすくなり、最終的に差動増幅器によって除去されます。

www.tektronix.co.jp/accessories

41

プローブ入門
第6章 高度なプロービング技術a.

b.

図6-12. ノイズの多い信号（a）は、信号アベレージングによりクリーンにすることができます（b）。

過度の同相電圧にさらされる高周波信号測定は、フェライ

周波数において、同相ソースの対地インピーダンスが非常にト・トロイダルのコアに両方の入力リードを巻くことで改善低い場合、つまりコンデンサによってバイパスされている場されます。この方法で両方の入力端子に生じた共通の高周波合はリンギングを低減できます。これに当てはまらない場合

信号を減衰させることができます。差動信号は両方向からコにグランド・リードを取付けると、かえって状況を悪化させ

アを通過するため、影響を受けることはありません。

てしまいます。このような場合は、プローブの入力側でグラ差動増幅器の入力コネクタの多くは、外側が接地されたBNC

ンド・リード同志を一緒にしてみてください。こうすると、コネクタです。プローブや同軸入力コネクタを使用する際にシールドによって実質的なインダクタンスが低下します。

は、接地をどうするかという問題が必ずあります。測定アプ

プローブ接地を被測定回路に接続すれば、グランド・ループ

リケーションによってさまざまな相違があるため、一定のルが形成される可能性は当然ありますが、通常、高周波信号をールは確立されていません。

測定する場合には問題にはなりません。高い周波数の測定で低周波数で低レベルの信号を測定する場合、接地はオシロス

は、グランド・リードがある場合とない場合で測定を行い、コープ側のみ接続し、入力のプローブ側は両方とも未接続の最良の結果が得られたセットアップを採用するのが最も有効ままにしておくのが最もよいとされています。こうすることな方法です。

で、シールドに誘導された電流の帰線ができ、しかも、測定

グランド・リードを回路につなぐ際は、必ず接地につないでや被テスト機器に支障をきたすグランド・ループも形成されください。差動増幅器を使用していますと、どこが接地点だません。

ったのかを忘れがちになります。

周波数が高くなると、プローブの入力容量は、リードのインダクタンスと連動して直列共振「タンク」回路を形成し、リンギングを起こすことがあります。シングル・エンド測定では、グランド・リードをできるだけ短くすることで影響を最小信号の測定低振幅信号の測定には独特の課題があります。その中で最も重要なのは、ノイズと十分な測定感度に関するものです。

小限に抑えることができます。このようにしてインダクタン●ノイズの低減

スが下ることで、実質的に共振周波数が上り、増幅器の周波数百mV以上の信号を測定する際には無視できるレベルの周数より高くすることもできます。差動測定は2つのプローブ・

囲ノイズも、数十mV以下の信号を測定する際には無視できチップ間で行い、測定に接地の概念は該当しません。しかし、なくなります。そのため、グランド･ループを最小限に抑える

同相成分の高速立上りによってリンギングが発生する場合は、とともに、グランド・リードをできるだけ短くすることが、短いグランド・リードを使うと、共振回路のインダクタンス

測定システムに取込まれるノイズを減らすために不可欠です。

が低減されるため、リンギングを起こす成分が減少します。

極端な例になると、超低振幅信号をノイズなしで測定するた

この場合、高速の差動信号によって発生したリンギングを、めに、電源ライン・フィルタやシールド・ルームが必要な場

グランド・リードを取付けて低減できることがあります。高

合もあります。

42

www.tektronix.co.jp/accessories

プローブ入門
第6章 高度なプロービング技術

しかし、極端な手段に頼る前に、ノイズ問題にとってシンプ

しかし、これまでの章で述べたように、1:1プローブは、周ルかつ安価な解決策として信号アベレージングを検討すべき

波数帯域や入力インピーダンスが低く、チップ・キャパシタです。測定しようとしているのが反復性の信号で、除去しよ

ンスは高くなります。つまり、測定する小信号の周波数帯域

うとしているのがランダム・ノイズであれば、信号アベレーの範囲や、プローブによる信号源負荷の可能性について、特ジングにより、捕えた信号のSNR（信号対ノイズ比）を大幅に注意を払う必要があります。こうしたことが問題になるよに向上させます。図6-12では、その一例を示しています。

うであれば、はるかに周波数帯域が高くて負荷が小さい、

信号アベレージングは、デジタル・ストレージ・オシロスコ

1:1アクティブ・プローブの特徴を生かすようなアプローチープ（DSO）の多くに標準装備されています。複数の反復波のほうがよいでしょう。

形を捕えて、そこから平均波形を算出する機能です。ランダ

小信号の振幅がオシロスコープの感度範囲を下回っている

ム・ノイズの長期平均値はゼロになるため、信号アベレージ

場合は、プリアンプが必要になります。極小信号はノイズ

ングのプロセスは、反復信号のランダム・ノイズを低減させの影響を受けやすいため、一般には差動プリアンプが使用ます。向上した度合いはSNRで表します。理想的には、2波されています。差動プリアンプは、同相除去によってノイ形平均ごとに3dBずつSNRが向上します。したがって、2波ズ耐性を高めるとともに、小信号を増幅することで、振幅形のみの平均（21）では最大3dB、4波形（22）では6dB、がオシロスコープの感度範囲内におさまるようにします。

3

8波形（2 ）では9dB、というように向上していきます。

オシロスコープで使用するように設計された差動プリアンプ●測定感度の向上

では、10μV/divレベルの感度が得られます。このような特オシロスコープの測定感度は入力回路の機能です。入力回路

殊設計のプリアンプ機能を使用すれば、高ノイズ環境で5μV

は、入力信号を増幅または減衰して、振幅を補正した信号を程度しかない信号を測定しても有効な結果が得られます。

オシロスコープ画面に表示します。信号表示に必要な増幅や

ただし、差動プリアンプをフルに活用するには、それに適減衰の量は、オシロスコープの垂直感度設定によって、表示合する高品質の受動プローブを使用する必要があります。

目盛あたりの電圧値（V/div）で調整します。

適合したプローブを使用しないと、差動プリアンプの同相

小信号を表示・測定するには、オシロスコープは、少なくとノイズ除去機能が働かなくなってしまいます。

も数目盛の信号表示をするのに十分な利得、つまり感度を

また、差動測定ではなく、シングルエンド測定を行う必要が持っていなければなりません。例えば、20mVのピーク・ツ

ある場合は、差動プローブのマイナス側をテスト回路の接地

ー・ピーク信号を2目盛表示する場合、オシロスコープには、点に取付けることができます。これは本質的には、信号線と10mV/divの垂直感度設定が必要です。10mVの信号を同じ

信号接地間の差動測定です。

く2目盛表示するには、さらに高い5mV/divの垂直感度設定

最後になりますが、プローブやプローブ増幅器の取付けや使が必要です。目盛あたりの電圧値が小さいと高い感度設定に用に関するメーカの推奨手順を必ず遵守してください。とりなり、逆に、電圧値が大きくなると感度設定は低くなります。

わけアクティブ・プローブでは、電圧による損傷を受けやすい

小信号を測定するには、オシロスコープの十分な感度だけでコンポーネントがあるため、過電圧には特に注意が必要です。

なく、適切なプローブも必要です。ここで言う適切なプロー
ブとは、多くのオシロスコープで標準アクセサリとして添付されている通常のプローブではありません。標準アクセサリ
は一般に10:1プローブであり、オシロスコープの感度を10分の1に低下させます。つまり10:1プローブを使うと、オシロスコープ画面の5mV/divの設定が50mV/divになります。
したがって、オシロスコープの信号測定感度を最も高い状態で維持するには、1:1の非減衰プローブを使用する必要があります。

www.tektronix.co.jp/accessories

43

プローブ入門第7章 安全予防措置についての説明

安全予防措置についての説明
人体への危害や、テスト機器や接続される製品の損傷を防ぐため、以下の安全予防措置を確認してください。想定される危険を防ぐため、テスト機材は必ずメーカが指定したとおりに使用してください。電圧や電流を扱う際には、人体および機材に対して常に危険をはらんでいることに留意してください。
すべての端子の定格を遵守する¡火災や感電の危険を避けるため、製品の定格および表示をすべて遵守してください。定格についてさらに詳しい情報がないか、製品マニュアルで確認してから接続を行うようにしてください。

図A-1. ディレーティング曲線の例。実際の値や範囲は、製品によって異なります。

¡端子に最大定格を超える電位をかけないでください。
¡プローブのグランド・リードは、必ず接地アースにつないでください。
注意
フローティング測定のアプリケーションで使用できるように設計・指定されているオシロスコープ（例えば、テクト
ロニクス社製THS700シリーズ、バッテリを搭載したデジタル・ストレージ・オシロスコープ）については、一方のリードをグランド・リードではなくコモン・リードにし注意
これはほとんどのオシロスコープに当てはまることですが、フローティング・アプリケーションで操作するように
設計・指定されているオシロスコープもあります。一例として、テクトロニクス社製THS700シリーズ（バッテリを搭載したデジタル・ストレージ・オシロスコープ）があります。

ます。この場合、接続可能な最大電圧レベルについては、プローブの着脱を正しく行う

メーカの仕様に従ってください。

¡まず、先にプローブをオシロスコープに接続します。次に、¡ディレーティングについての情報がないか、プローブおよびテスト機材のマニュアルで確認し、それらの情報を遵守してください。例えば、最大定格入力電圧は、高い周波数では減少する場合があります。
正しく接地するプローブを正しく接地してからテスト・ポイントに接続します。
¡プローブのグランド・リードは、必ず接地アースにつないでください。
¡被テスト回路からプローブを取外す場合は、まずプローブ¡プローブはオシロスコープ電源コードの接地導体によって先端を回路から外し、次にグランド・リードを外します。

間接的に接地されます。感電を防ぐため、オシロスコープ¡プローブ先端とプローブ・コネクタの中心導体を除き、プの接地導体をアース接地につなぐ必要があります。入力／

ローブ上にある接触可能な金属部（グランド・クリップを出力端子に接続を行う前に、製品が正しく接地されている含む）はすべてコネクタ外側の金属部に接続されます。

ことを確認してください。
¡テスト機材の電源コードの接地端子は必ず接地してください。
¡プローブのグランド・リードは、必ず接地アースにつないでください。
¡オシロスコープを接地からフローティングしたり（そうした目的に設計・指定されていない場合）、グランド・リード
を接地以外の場所につなぐと、コネクタやコントロール、あるいはオシロスコープやプローブの表面に電圧を生じる
ことがあり危険です。

44

www.tektronix.co.jp/accessories

プローブ入門第7章 安全予防措置についての説明

露出した回路に触れない

爆発、引火のおそれのある場所で操作しない¡露出した回路やコンポーネントに手や体の一部が触れない¡電気／電子機器を爆発、引火のおそれのある場所で操作すようにしてください。

ると、爆発を起こすおそれがあります。ガソリン、溶剤、¡プローブ先端とグランド・リード・クリップが互いに、被エーテル、プロパン、その他の揮発性物質を使用している、テスト回路の他の部分と不注意で擦れ合うことのないよう使用した、または保管されている場所、また、空気中に微に取付けてください。

細な塵や粉末が浮遊している場合も、爆発、引火性のある場所であると考えられます。

プローブ取扱い時の高周波火傷を防止する¡高周波（RF）火傷を防ぐため、高周波火傷の危険に関する

故障の疑いがある場合は操作しない

電圧と周波数の限界（図A-1の「ディレーティング曲線の¡電気的あるいは物理的にかかわらず、オシロスコープやプ

例」を参照）を超えたソースにつながれている最中は、プ

ローブの損傷が疑われる場合は、使用を中止して有資格のローブのリードに触れないでください。

サービス担当による点検を受けてください。

¡一般に電圧300V、周波数1MHz以上の信号を測定するためのフローティング測定用プローブおよびそのリード・セットを使用する際は、常に高周波火傷の危険があります。
¡高周波火傷の危険範囲内にあるプローブを使用する必要がある場合は、プローブ・リードを着脱する前に被測定回路の電源を切るようにします。回路に電源が入った状態で入力リードを扱わないでください。
ケースを外した状態で操作しない¡オシロスコープおよびプローブは、ケースや保護外被を外した状態で操作してはいけません。ケース、シールド、プ
ローブ・ボディ、コネクタ外被などを外すと、導体やコンプローブ表面は清浄かつ乾燥した状態に保つ¡プローブ表面に水分、塵、その他の汚れが付着すると、導電経路ができてしまう可能性があります。安全かつ正確な測定を行うため、プローブ表面は清浄かつ乾燥した状態に保ってください。
¡プローブは、必ずプローブのマニュアルで指定されている
手順で清掃してください。
プローブを液体に浸けない¡プローブを液体に浸けると、内部コンポーネントの間に導電経路ができたり、内部コンポーネントや外側のボディ、シールドの損傷や腐食の原因になることがあります。

ポーネントが危険なレベルの電圧にさらされます。
著しく湿度が高い状態で操作しない¡感電や機材の損傷を防ぐため、湿気の高い状態では測定機器を操作しないでください。

www.tektronix.co.jp/accessories

45

プローブ入門
用語解説

用語解説

差動プローブ−差動増幅器によって2つの信号の差を求めて1

アベレーション−理想や基準からずれていること。通常は、つのシングル・エンド信号とし、オシロスコープの1つのチャ

波形やパルスの上部、下部に関して使われます。信号のアベンネルで測定するためのプローブ。

レーションには、信号源の回路状態に起因するものと、測定

差動信号−対地間ではなく、相互の信号を基準にした信号。

システムによって信号に印加されるものがあります。アベレ

分布素子（L、R、C）−導体全体にわたって分散している抵ーションをともなう測定では、そのアベレーションが本当に抗およびリアクタンス。分布素子の値は集中素子の値より小信号の一部なのか、あるいは測定プロセスによるものなのかさいのが普通です。

を判別することが重要です。アベレーションは一般に、平坦な応答からずれている割合（%）で示されます。

電界効果トランジスタ（FET）−ゲート端子の電圧によって、通過する電流量が制御されている素子。
フローティング測定−接地電位のかかっていない2点間で行う測定。
接地−測定を行うには、信号源から電流を引出す必要があるた
め、その電流の帰線が必要です。回路接地またはコモンにつながれたプローブ・グランド・リードがこの帰線になります。

アクティブ・プローブ−信号調整回路網の構成要素として、ホール効果−導電性材料を流れる電流と外部磁場に対して垂トランジスタやその他の能動素子が含まれているプローブ。

直に磁場をかけると、両方に対して垂直な電位が発生するこ

減衰−信号の振幅が減少するプロセス。

と。

減衰プローブ−信号を減衰することによって、実質的にオシ

高調波−方形波、鋸歯状波形、その他の周期的な非正弦波形

ロスコープの倍率範囲を増大させるプローブ。例えば、減衰には、波形の基本周波数（1/周期）と、高調波と呼ばれる基比10:1のプローブでは、オシロスコープの表示を実質的に

本波の整数倍（1x、2x、3x...）の周波数からなる周波数成10倍に拡大します。このようなプローブでは、プローブ・チッ

分が含まれています。第2次高調波の周波数は基本波の2倍、プに印加される信号を減衰させることで拡大を行うため、第3次高調波は基本波の3倍...というようになります。

10:1プローブでは、プローブによる信号減衰を1／10にしインピーダンス−AC信号の流れを阻害、制限するプロセス。

て、100Vのピーク・ツー・ピーク信号を、10Vのピーク・インピーダンスはΩで表される抵抗成分（R）と、リアクタ

ツー・ピーク信号に減衰し、オシロスコープの倍率を10倍にンス成分（容量リアクタンス（XC）または誘導（XL）リアク

して、100Vのピーク・ツー・ピーク信号として表示します。

タンス）で構成されます。インピーダンス（Z）は次のよう周波数帯域−連続的な周波数帯のことで、ネットワークや回な複合式で表されます。

路を、その中間帯の電力値から3dB以上低下させることなく

Z = R + jX

通過できる範囲（図1-5参照）。
キャパシタンス−電荷が蓄積される電気現象。
同相除去比（CMRR）−差動測定において、両方のテスト・

振幅と位相に着目すると、振幅（M）は次のようになります。
M = √R2 + X2
位相φは次のようになります。
o = arctan(X/R)

ポイントに共通に印加された信号を除去する差動プローブのインダクタンス−回路内または隣接する回路で起きた電流の能力。差動プローブおよび増幅器の主要な性能指数で、次の変動によって、起電力が回路内に誘導されるという電気回路

ように定義されます。

の特性。

CMRR = lAd/Acl
ここで、AdおよびAcは以下のものを指します。
Ad = 差動信号の電圧利得
Ac = 同相信号の電圧利得

ジッタ−デジタル信号が、時間的に理想の位置から短期間ずれること。
線形位相−印加された正弦波の位相が、周波数の上昇にとも

電流プローブ−電線を流れる電流を検出し、相当する電圧信なって直線的にシフトする回路網の特性。線形位相シフトの号に変換してオシロスコープで測定するための機器。

回路網では、非正弦波に含まれる高周波の相対的位相関係がディレーティング−1つまたは複数の要素に基づいて、部品やシステムの定格を下ること。例えば、振幅測定の精度は、測定する信号の周波数に基づいて下ることができます。

46

www.tektronix.co.jp/accessories

維持されているため、位相との関連で波形が歪むことはありません。

プローブ入門
用語解説

負荷−信号源にかかるインピーダンス。信号源に負荷をかけインダクタ（L）によってAC信号にかかる誘導リアクタンスて電流を抽出するもの。開回路であれば「無負荷」の状態に（単位：Ω）は、次のような関係で表されます。
XL = 2πfLなります。
低容量プローブ−入力容量が非常に低い受動プローブ。
MOSFET−金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ。2種類の主要なFETのうちの1つ。

ここで、XL、π、f、およびLは以下のものを指します。
XL = 誘導リアクタンス（単位：Ω）
π = 3.14159....
f = 周波数（単位：Hz）

ノイズ−オシロスコープに表示された波形に現れることがあ

L = インダクタンス（単位：H）

る信号の歪みの一種。

リードアウト−オシロスコープ画面に表示され、波形の倍率

光プローブ−光信号を検出し、相当する電圧信号に変換してや測定結果などを提供する英数字の情報。

オシロスコープで測定するための機器。

リンギング−回路が共振した際に発生する変動。一般には、

受動プローブ−回路網に相当する部分が抵抗素子（R）、誘導

パルスに現れる減衰正弦波の変動がリンギングと呼ばれます。

素子（L）、または容量素子（C）のみで構成され、能動素子が含まれていないプローブ。
位相−基準点や基準波形に対する、波形や波形成分の時間的位置を表わす手段。例えば、余弦波は定義上ゼロ位相であり、正弦波は余弦波を90度位相シフトさせたものです。
立上り時間−パルスの上昇遷移において、振幅レベルが10%

基準時刻から90%まで上昇するのに要する時間。

周期T
ゼロ位相でのコサイン波形

T＝360°

シールディング−回路と外部ノイズ源の間に、接地したシー
ト状の導電物質を置くことで、回路にノイズ信号が入らないよう遮断すること。

t＝90°
コサイン波形を90°シフトするとサイン波形になる。

位相シフトはt／T×360°
で90°となる。

信号アベレージング−複数の反復性波形を捕えて、そこから平均波形を算出すること。

プローブ−テスト・ポイント（信号源）とオシロスコープを物理的かつ電気的に接続する機器。
プローブ電力−オシロスコープ、プローブ増幅器、被テスト

信号忠実度−信号が、プローブ先端で検出された状態のまま、オシロスコープ入力端子で複製できること。
シングルエンド信号−対地間の信号。

回路などの電源からプローブへ供給される電力。一般に、電SNR（信号対ノイズ比）−信号振幅とノイズ振幅の比率。単力が必要なプローブは何らかの能動素子を有しているため、位はdBで、通常は次のように表されます。

アクティブ・プローブと呼ばれます。

SNR = 20 log (Vsignal/Vnoise)

リアクタンス−AC信号に反応し、信号周波数に基づいてAC

ソース−信号電圧や電流の発生点／要素。FET（電界効果ト

信号電流の流れを制限するインピーダンス要素。コンデンサ

ランジスタ）の要素の一つ。

（C）によってAC信号にかかる容量リアクタンス（単位：Ω）

ソース・インピーダンス−ソースの反対側から見たインピー

は、次のような関係で表されます。

ダンス。

XC = 1/2πfC
ここで、XC、π、f、およびCは以下のものを指します。
XC = 容量リアクタンス（単位：Ω）
π = 3.14159...

時間領域反射率測定（TDR）−伝送経路に高速パルスを印加してパルスの反射を解析することで、伝送経路における不連続の位置や種類（障害、不整合など）を判断する測定技術。

f = 周波数（単位：Hz）

トレースID−オシロスコープに複数の波形トレース（パターC = キャパシタンス（単位：F）

ン）が表示されている場合、トレースID機能によって、どのプローブまたはオシロスコープ・チャンネルからの、どの波形トレースかを識別することができます。プローブにあるト
レースIDボタンを押すと、オシロスコープ画面上の対応する
波形トレースが、ボタンが押された瞬間だけ、見分けがつく
ように変化します。

www.tektronix.co.jp/accessories

47

Tektronix お問い合わせ先：
日本
本社

03-6714-3111

大宮営業所

048-646-0711

仙台オフィス

022-792-2011

神奈川営業所

045-473-9871

東京営業所

042-573-2111

名古屋営業所

052-581-3547

大阪営業所

06-6397-6531

京都オフィス075-323-9048

福岡営業所

092-472-2626

湘南カストマ・サービス・センタ 0120-7-41046

地域拠点
米国

1-800-426-2200

中南米

52-55-542-4700

東南アジア諸国／豪州

65-6356-3900

中国

86-10-6235-1230

インド

91-80-2227-5577

欧州

44-0-1344-392-400

中近東／北アフリカ

41-52-675-3777
他30カ国

詳細について当社は、最先端テクノロジに携わるエンジニアのために、資料を用意しています。当社ホームページ（www.tektronix.co.jp
またはwww.tektronix.com）
をご参照ください。

TEKTRONIXおよびTEKは、Tektronix, Inc.の登録商標です。記載された商品名はすべて各社の商標あるいは登録商標です。

東京都港区港南2-15-2 品川インターシティB棟6階 〒108-6106
製品についてのご質問・ご相談は、お客様コールセンターまでお問い合わせください。

TEL 03-6714-3010 E-mail ccc.jp@tektronix.com
電話受付時間／9：00〜12：00・13：00〜18：00■

月曜〜金曜（休祝日は除く）

記載内容は予告なく変更することがありますので、あらかじめご了承ください。

© Tektronix

2008年6月発行

60Z-6053-8