MISH TECH JOURNAL（ミッシュ・テックジャーナル）は、最新の情報をいち早くお届けする技術情報誌です。

2022
SummerVol.

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CONTENTS

質量分析のテクノロジとデータ取得

P.2-8
Mass Spectrometry
MS システムの構成要素
MS システムの要求性能
MS デジタイザ関連機能
パルス検出を実現する
FWPD を使用したパルス検索パラメータの定義
データ抽出
FWATD を使用する
ファントムパルスの回避
高分解能 A/D コンバータの利点
カスタムデータ処理

デジタイザを使用した航空機電子システムのテスト

P.9-13デジタイザとAWGを使用したソースレスポンステスト

P.14-17

SOSAテクノロジはレガシー戦闘機に新たな命を与える

P.18-19

はじめに
航空機データ通信バス
ARINC 429
MIL-STD-1553C
電力解析
RF 測定
ポータブル又は固定システム
まとめ

ソースレスポンステストとは︖
Spectrum 社の hybridNETBOX
ソースレスポンス測定例
記録・再生アプリケーション
エコーレンジングとロケーション
まとめ

はじめに
請負業者との協業
SOSA 規格に準拠する最先端の設計
セキュリティを備えたパフォーマンス
将来のオプション

超高速デジタイザによるP2Pストリーミング‘22夏号特集MASS SPECTROMETRY
質量分析のテクノロジとデータ取得

P.20-25
はじめに
高速デジタイザシステムにおける考慮事項
汎用デジタイザアーキテクチャ
外部信号処理PCIe データ転送のバックボーン、理論と実践
PCIe バックプレーンソリューションの設計
データ信号処理の選択肢
PCIe データパイプを最大限に活用する
PCIe トランザクションとデータスループットの最適化
データレイテンシについて
データ削減へのアプローチ
オープン FPGA によるデジタイザの柔軟性
その他のヒント
まとめ

新製品ピックアップ

企画・編集・発行/株式会社ミッシュインターナショナル〒190−0004 東京都立川市柏町4−56−1 グローバルビル
TEL：042−538−7650 Email：sales@mish.co.jp

P.26-27
Spectrum 社製 M5i シリーズ 高速 A/D ボード
Spectrum 社製 M2p.7515-x4 デジタル IO ボード
RedRock 社製 VPX ストレージボードシリーズ
Abaco 社製 VPX370 VPX 開発シャーシ
Pentek 社製 Model 8257A RFSoC 開発用シャーシ

MISH Tech Journal 2022 SUMMERSPECIAL FEATURE
正確な質量は、 化合物組成の理論計算

MS システムの要求性能

質量分析のテクノロジとデータ取得によって得られます。 正確な質量検出は、

MS デジタイザ関連機能● Step 1：DC オフセット制御

MS （Mass Spectrometry） によって可キャリブレーションされた MS システムを前質量分析（Mass Spectrometry）とは、能になった化学分析は、 3 つのシステム設

物質をイオンにしてその原子や分子の計目標によって導かれる複雑なエンジニア

提としています。
➢ デジタイザの貢献 ： MS MMA は、 デジ型として特徴付けられます （図 3 参照）。

質量を分析する方法です。イオンの検リングを活用します。 これらの目標がデジタイザからの直接の影響を受けずにただし、 デジタイザの入力はほとんどがバ

出には高性能な A/D ボード（デジタイ

タイザの仕様にどのように影響するかは明キャリブレーションによって決定されま

イポーラであり、 システムグランド （= 0V）

ザ）が利用されます。ここではその手法らかです。

す。 ただし、 正確な科学グレードのクを中心に対称的になっています。 DC オフ

ロックによるジッターのないサンプリン

セット制御により、 取得した信号をデジタイ

グにより、 信頼性の高いサンプルタイ

ザの全入力範囲内に調整することで入力ノイズから識別できる最小のトレースシ

ム ス タ ン プ が 保 証 さ れ、 一 時 的 な エ

信号の飽和を回避できます。

グナルを定量化します （図 2）。

ラーが最小限に抑えられます。

を解説します。

● 質量感度 ： システムのバックグラウンド➢ 感度は、 MS の文献では信号対雑音比

MS イオンパルス信号は、 常に負の単極

図 3 は、 典型的な負方向のユニポーラ
MS パルスを示しています。 最初の 「グラ（SNR） として表されることがよくありま

または質量解像能力 ：● 質量分解能（MR）す。 また、機器検出限界 （IDL）は、バッ

最新の定義では、 MR は質量 m の単を超えると飽和します。（b） に示すように、

クグラウンドノイズと区別できない信号

一イオンピークに対して次のように定義

DC オフセットを適用して信号をシステムのされます。

入力上限に垂直にシフトすると、 パルスを

Mass Spectrometry

MS システムの構成要素

り、 デジタイザに要求される性能は超高速
サンプリング （GSPS）が必要なため、 非常を生成する分析物濃度を指定します

質量分析では、 データキャプチャは干しMS システムは通常、 次の 4 つの機能ブに困難な作業となります。 更に、 パルスエ

（図 2 右側の緑色のポイント）。

m

デジタイザの入力電圧範囲内に収めるこW1/2とができます。

草の山から針を探すことと同じくらい困難

ロックで構成されます。

ネルギーはバックグラウンドノイズと区別す➢ デジタイザの貢献 ： 入力フロントエンドなものです。 ただし、 適切に設計されたデ● 分析物のイオン化源

るのが難しい場合があります。 その結果、の変換分解能と結果の SNR が重要でここで、 W1/2 は、 定義されたフラクショナ

ジタイザを使用することで、 その課題を大● 加速質量分析計 / 分離器

過去 10 年間で A/D コンバータの性能がす。 8 ビットから 12 ビットまたは 14 ビッ

ルピークレベルでのピークの幅です。 通常

幅に軽減し最小のイオンシグネチャでも再● 検出器アレイ （通常はイオンマルチプライヤ）

大幅に改善されたにもかかわらず、 MS シ

トの A/D コンバータに移行することで、は、 高さの半分の 50％です （つまり、 半値

現性のある結果を得ることができます。

● データ取得システム （デジタイザ）

ステムのデジタイザは実際のデータ取得

ダイナミックレンジが大幅に改善し、 最MS （Mass Spectrometry） システムは、

荷電イオンの流れは分析物に由来し、の物理的限界を要求され、 その有効性を小のイオントレースでも識別できるよう

全幅、 FWHM）。
➢ 実用的な高分解能 MS は、 10,000 を

物質サンプルの化学組成の基本的な分析

分析物は加速され電場または磁場を使用さらに高めるために高度なエンジニアリンになります。 SNR の向上は、 より高速

超える質量分解能を提供することがでを可能にします。 これは、 その高い特異性

して質量分類されます。 結果として生じるグが必要になります。

なサンプリングレートによって促進されきます。

と定性的および定量的能力において高く

イオンストリームは、 検出器に入射する少今日、質量分析は12ビットおよび14ビッ

評価されています。 そのため MS は、 特に量のエネルギーを生成します。 これらのイ

トの A/D コンバータセグメントにおける最分析生化学、 薬品デザイン、 環境研究、

オンシグネチャは、 検出電子機器によって先端の超高速コンバータの出現により恩食品安全、 メタボロミクス 1 などの科学研

キャプチャされるためにかなりの増幅を必恵を受けています。 このような製品の市場

質量誤差 ： 測定された質量と正確な究のための主力製品です。 さまざまな MS

要とする場合があり、 デジタイザの性能には、 周波数領域のアプリケーションによっ

質量からの偏差を定量化します。

技術が存在しそれぞれ物理的な実装は異

よっては検出することが困難です。

て大きく左右されます。 たとえば、 5G など➢ 高分解能機器によって生成された質量る波形平均化によっても実現できます。
● 測定された質量精度（MMA）または

ウンド参照」パルス （a）は、 最小範囲制限

Max
5 – 15%

0V

Min
(a)

(b)

(c)

図 3. ユニポーラ MS パルスへの DC オフセットの適用

スペクトルは、 シャープで狭いシグネ

ただし、 パルスの立ち上がりエッジの信チャを生成し、 近接する等圧質量の特号にわずかなリンギングがあることに注意

定を可能にします。

してください。 これは、 DC オフセット制御➢ デジタイザの貢献 ： 高い帯域幅とサンが通常、 無制限のレールツーレールの範

プリングレートは、 分解能の向上につ囲であってはならないことを意味します。

のより優れたモバイルワイヤレスアプリケー

質量誤差 =ながる重要な要素です。 イオンあたり

オーバーシュートを考慮して、 通常わずか

え る コ ア 原 則 は、 一 般 的 な 飛 行 時 間

イオンパルスシグネチャの検出と識別は、ションのデバイスは、 MS と同様により優れ

正確な質量 – 厳密な質量のパルスサンプルが多いほど、 パルス

なマージン （5 ～ 15％程度） が必要です（Time Of Flight）システムを検討すること

デジタイザの主な役割です。 サンプリング

た周波数領域特性を必要とします。 これは、ppm 質量誤差 =の特異性は高くなります。 また、 飛行（c）。 また、 低帯域幅のデジタイザを使用

で理解できます （図 1 参照）。

されたイオンパルスは 500 ～ 700 ピコ秒

重要なパルス取得アプリケーションに重点

質量誤差 × 106/ 正確な質量管を長くし飛行時間が長くなることですると、 リンギングがより発生しやすくなりの範囲にある非常に短い低振幅信号であを置いた科学研究にも役立ちます。

MR も向上します。

ます。

なりますが、 デジタイザの仕様が影響を与Maximum Peak Amplitude

Time-of-flightW1/2 (= 0.2 Da)++ ++ +
+ +

+

+
+

+
+
+
+
+

+

MMA

+

Example calcula�on

W1/2

MR = m / W1/2
MR = 150.99 / 0.2 = ~755

Ionization &Acceleration

Field free drift zone
(flight tube)

図１．Time Of Flight MS システムの基本的な機能要素

2

MISH International Co., Ltd.

Detector

Digitizer

上に建てられています。 同様に、 パルス取得には安定した測定ベースラインが必要
IDL

Peak indis�nguishable
from background noise

50 %です。 ベースラインは、 それ以降のすべての測定の DC 基準となり、 安定性はサンプル間、 スペクトル間で保証される必要があります。

mSamplesubstance

すべての建造物はしっかりした土台のExact mass

50 %

+
+ +
+

化（DBS）

Measuredmass

Mass Spectrum● Step 2：デジタルベースライン安定

Sensi�vity

シグネチャは、電子機器の検出によって取得されるためにかなりの増幅を必要とする場合があり、デジタイザの設計によっては見落とされる要因となります。

m/z =150.99 Daltons
Manganese Sulphate (MnSO4)

図 2. MS システム性能基準の定義同様に重要なのは、 Step 1 で説明した
ようにダイナミックレンジを最大化するように機器のベースラインを設定する必要があることです。 正しい設定には、 振幅の観点

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3

MISH Tech Journal 2022 SUMMERMISH Tech Journal 2022 SUMMER

からパルス母集団の事前知識 （または初では、 ベースラインのドリフトにより誤った期分析）が必要ですが、 バックグラウンドノ

パルス積算が発生します。

2.5

DBS を使用することで、 ユーザはベース
ラインをシステムのシステム解像度 （22

1.0

1.5

ADC

0.5

ビット精度）よりも 1 桁低く調整でき、 時間

基準の安定性を確保することは、 重要なと温度に対して安定した精度を提供するこエンジニアリング要素です。 ベースラインとができます。 DBS は永続的にアクティブ-1.5

ドリフトの主な原因には、 部品の経年劣化であり、 ユーザの回路を含めた信号パス

や温度変化などの遅い影響が含まれます。

内の任意の場所で発生する時変動作に対図 5. ４つの不揃いのインターリーブコ
アによるパターンノイズ

最も早い影響は、 パターンノイズ （タイムイ

応することもできます。

の不一致による信号誤差によるもので、 こ

0

ADC

-0.5

(a)

(b)

X

(d)

(e)

t2

t3 t4

図 8. 検出ウィンドウは、データレコー
ドの開始を定義します

データ抽出
LEW = Leading-edge window, TEW = Trailing-edge windowのイオンパルスを同時にサンプリングし４
LEW

データ依存のトリガー （FWPD 内） は、

Peak

れを訂正しないとベースライン制御にも悪高サンプリングレートの A/D コンバータ

つの時間的に整列したトレースを生成しま

影響を及ぼします。 これらの問題の解決策

は、 常に複数のコアを使用し有効サンプリ

す （図 6）。 各トレースには DC オフセットのReset level

は、 Teledyne SP Devices 社独自のDBS、ングレートを上げるためにタイムインター

変動がはっきりと見えるのがわかります。

つまりデジタルベースライン安定化システ

リーブされています。 0.5GSPS でサンプリ

このデータセットは 1 つのパルスのみを表

ムです。 DBS は、 非常に正確で長期的にングする 2 つのコンバータコアは、 タイムイ

すため、 ４つのトレースすべての間に既知安定したベースラインを提供します。

ンターリーブして 2 倍のサンプリングレートの特定の関係があることに注意してくださ（1GSPS） にすることができます。 同様に、い。 DBS アルゴリズムは、 サンプルごとに4 つ の 0.5GSPS コ ア を 使 用 す る こ と で

リアルタイムでトレースを垂直方向に整列

管理は基本的な性能指標です。 ローカル

2.0GSPS でサンプリングできます。

しパターンノイズを除去します （図 6 （e）参メモリの主な役割は、 パルスデータの損失照）。

部品の経年劣化は、 温度と同様にバッ

P3

t1

(c)

P4

P1

図 6. DBS の高速応答によりパターンノイズが除去されます

Trigger level

低速応答システムX-1.0

タイムインターリーブされたコアは、 単一

高速応答システム

P2

DigitalBaseline
Stabilizer
(DBS)

ADC

高分解能、 高速システムで確実な DC

ンターリーブコア）から発生しますが、 コア

Detec�on Window

ADC

3.0
2.0

イズとともに信号のオーバーシュートプロ
ファイルも理解する必要があります。

3.5

処理する必要のあるデータのみを検出す

TEW
LEW

Width

Region of interest

TEW

Time of peak

ることでデータの量を大幅に削減するのに役立ちます。 これは、 拡張された幅のパルススペクトルで示され、 100 µs の飛行
時間中に合計 12 個のパルスが発生しま

図 7. パルス識別のマーカーを表示

す （図 9）。 生の飛行時間データは完全に取得され、 1M サンプルを消費します。 た

FWPDを使用したパルス検索パラメータの定義

だし、 この図は有効なパルスに関連付けらがないことを保証しながら、 ホスト PC へのパルス検出 （PD） は、 ランダムインタイが大幅に削減されることを示しています。

れたデータのみを取得した場合に、 データ

クグラウンドで自律的に動作するデジタル

ただし、 これを正しく機能させるには各

エラー訂正を使用して訂正できる低速のコアを厳密に一致させる必要があります。

安定したデータ転送を保証することです。

ムイベントからのデータ収集を自動化しま

各ピークにはタイムスタンプが付けられる変化です。 エラー訂正されていない場合、

これは、 高分解能の A/D コンバータにな

ただし、 高分解能デジタイザは、 USB やす。 FWPD の主な機能は次のとおりです。

ため、 パルス情報が失われることはありま

図 4(a) に示されている数秒間の 5℃の温るほど実現が困難になります。 不揃いな● パルス取得

せん。 したがって、 イオンスペクトル内の場合、 DC リファレンスをサンプリングする

パルス検出を実現する

PCIe などの標準インターフェイスで可能な度上昇により、 ベースラインで約 20 の出

連続スループットレートをはるかに超える● パルスメタおよび生データのキャプチャ

個々のパルス時間情報が保持されます。

力レベルが低下していることを示していま

コアによって生成されたデータは、 +3/-1

実用的なデータ取得を実現するため、膨大な量のデータ （例えば、 ADQ7DC でデジタイザは、 トリガーとリセットの 2 つす。 未訂正のままにしておくと、 （b）のようの最下位ビットの体系的な （パターンノイ

高速のローカルメモリは高分解能デジタイ

最大 20 ギガバイト / 秒）を生成します。 この独立したしきい値レベルを使用して、 パシステムのタイミングと制御にパルスピーク情報が不正確になります。

ズ）変動を示します （図 5）。 コア間のこのザからのパルスデータの信頼性の高いのため、 データの前処理は最新の高速デルスまたは一連のパルスの開始を識別し（c）では、 パルスレベルがトリガーレベルをような違い （ゲインとオフセット）は、 デジタ

キャプチャを保証する唯一の方法であり、ジタイザの基本的な機能です。 データ前

ます （図7左側）。 これらのしきい値は、デー

デジタイザによって提供されるさまざま

下回り、 最後のパルスが取得されないこと

ルサンプルレート技術 （DBS） で補正でき

ローカルメモリはパルス検出の成功の鍵

処理はホスト PC の処理負荷を軽減するた

タ検出ウィンドウを定義します。 ウィンドウな汎用入出力 （GPIO）を使用して、 ホストを意味しています。 さらに悪いことに、 （d）ます。

です。 さらに、 メモリへのデータフローのめ、 MS 実験を大幅に高速化します。

を拡張して、 パルスの立上がりまたは立下から生成されたキー信号によって補完され

(a)

(b)

りの前または後の信号をキャプチャするこ

た MS システム全体のクロックと制御トリ

現在、 MS ワークフローをサポートする 2ともできます （図 7 右側）。 トリガーとリセッガーを提供できます。 精密サンプリングク

つのパルス前処理モジュールコア（FWPD,

トに適用されるアーミングヒステリシスも、ロックをマスタークロックとして使用して、

FWATD） が Teledyne SP Devices 社 か

誤ったトリガーを防ぐのに役立ちます。

すべての MS 操作がイオン生成および取得プロセスに正しく同期されるようにすること

ら入手可能であり、 それぞれに特定の役

Baseline

割があります。

0V

FWPD は、データ取得を MS の操作シーができます。 さらに、 GPIO 機能により追● FWPD は、 まばらで非周期的なパルス

ケンスに合わせるために、 検出ウィンドウ

加の制御ボードが不要になりハードウェア（図 8）を確立します。 通常、TOF MS では、コストを最小限に抑えることができます。

を検出するためのツールを含む基本的検出ウィンドウは飛行管の長さつまり飛行なパルス検出機能を提供します。 パル

時間特性によって定義されます。

特定のカスタムパルス測定のニーズを満たすために、 FPGA 開発キットを使用しスメタデータ、 検出ウィンドウ内でキャ
Missed trigger = lost pulse

Pulse integra�on errors

プチャされた生のパルスデータ、 またData reduc�on using data
dependent triggering

はその両方を出力します。

● FWATD は、周期的なパルスシグネチャ

TriggerLevel

Thresholdの取得を対象とし、 ノイズリダクション> 4x Data
Reduc�onを通してパルス識別を強化するように(c)
図 4. 遅いベースラインドリフトの影響

4

MISH International Co., Ltd.

(d)

設計された高度な時間領域分析ツー
ルキットを提供します。

Full ﬂight �me (e.g., 100 µs)

Re-arm dwell �me

図 9. 実際のデータ削減

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5MISH Tech Journal 2022 SUMMERMISH Tech Journal 2022 SUMMERてリアルタイムパルス分析エンジンをユーションと呼ばれるプロセスを通して情報をザーロジックに使用することができます。

失うことなくサンプルデータのスキップ （間この短いレコードのサンプルから、 WFA

Teledyne SP Devices 社 は、 MS パ ル ス引き） を容易にすることです。 サンプルス

処理がどれほど集約的であるかを理解すをリアルタイムで分析し、 その結果をホスト

キップをフィルターと独立して使用することるのは難しくありません。 10GSPS でサン

アプリケーションに転送するための完全なで、 データ取得レコード長を延長できます。

プリングすると、 100µs 毎に 1 メガサンプ

フレームワークを提供します。

1 つおきにサンプルデータをドロップするこル （または 2M バイト）のデータ量に相当し

FWATD を使用する

類似点に注意してください。

とで、 データメモリ内のデータ取得容量はます。 よって 1 秒あたり 1 万件のレコード

2 倍になります。

がキャプチャされます。 これは、 WFA が 1● 波形アベレージング

Data inファントムパルスの回避

1

Delay

Data out
Data inBaseline

0検出器、 デジタイザ、 および接続ケーブ
below threshold

Filter output
Threshold

信号が反射しデジタイザへの入力に遅延した 「ゴースト」信号が現れます （図 15）。

Data out

Comparator

Thresholdル間の電気インピーダンスの違いにより、Baseline

図 13. Advanced Threshold のコンセプト

これをファントムパルスと言います。

秒あたり 20 ギガバイトのデータを処理してインピーダンス整合が適切であっても、いることを意味します。 WFA は大容量のリターンロスの減衰は反射を完全に抑制

Advanced Time Domain （ATD） は、

ランダムノイズを減らし、 弱い信号感度

データセットで動作するようリアルタイムでするのに十分ではありません。 デジタイザ

TOF MSの飛行時間イオン特性全体をキャを高める一般的な方法は結果を平均化す

実行できますが、 デジタイザのオンボード

入力に戻る反射および遅延エネルギーは

プチャし繰り返しのパルス取得のためのノることです。 波形アベレージング （WFA）は、

FPGA に実装する必要があります。 多くのバックグラウンドノイズを大幅に上回り、

イズ抑制機能を提供します。

ノイズを抑制することによって信号のダイナ

場合、平均化は20レコードから数千レコー

ゴーストと実際のパルスを区別する方法

ミックレンジを改善します （図 11）。 信号パドの範囲になります。 最大レコード長は、がありません。 信号ファントムの時間的位

ワーは、 ランダムノイズパワーよりも速く成最大 1 メガサンプルの深さのローカルメモ

置は、 ケーブルの長さに依存します。

入力信号帯域幅制限用のデジタル長します。 結果として生じるノイズ抑制は、リによって決定されます。

ノイズ （FIR）フィルター

累積数の平方根に比例します。

FWATD は、 次の 3 つのノイズ低減メカ
ニズムを提供します。
1.
2.

波形アベレージング

3.

稀なパルスの識別のために最適化● Advanced Threshold で稀なパルス

理想的には、 信号反射はデジタイザを(a)

検出器回路と同じ場所に配置し、 適切に(b)

接続ケーブルの配線を行うことによって回をキャプチャします

された Advanced Threshold 機能● デジタルノイズ（FIR）フィルター
ユーザがプログラム可能なフィルターに避されます。 これは、 物理的サイズが検出

稀なパルスを追跡するには、 新たな実器への近接取り付けに適した USB3.0 小

験で MS を設定する場合に適切な手順が型 BOX デジタイザを使用して最も簡単に必要です。 最初に、 飛行経路のどこでイオ

実現できます。

ンパルスの集団が生成されるかを確立すUSB3.0 の 200MByte/s デ ー タ レ ー ト

図 11. WFA で処理された結果（赤波形）は、
ノイズ抑制の効果を示しています

るために、 完全な飛行経路の調査が必要

は、 MS システム分析に要求されるスルーです。 これには、 小さな稀なイオンイベン

プットレートをサポートしていないと考える方は、 信号帯域幅を制限することです。 こ

累積が 2 倍になるごとに、 SNR が 3 dBトを解析するために高い感度が必要となり人もいるかもしれません。 しかし、 すでにの制限により、 取得データにノイズが現れ向上します。これは、次の数式で表されます。

ます。 この場合、 WFA を単独で使用するより、 サンプリングされたノイズを低減できます。 サンプリング理論の基本的な考えることなく正確な取得が保証されます。 サ

ことはできませんが、 FIR フィルターが役立

ンプリングされたスペクトルには、 信号とSNR = 10 log10 (NA)混合された広く平坦なノイズフロアが存在※ NA は平均化された波形の数です

しています。 幸いなことに、 高周波ノイズ

追加のフィルターの利点は、 デシメー

技術 （前処理） により、 パルスが失われることはなく稀なイオンシグネチャでさえも失ユーザが （統計モデルを使用して）一般の波形平均化を適用すると一次ピークがラウンドノイズから小さなイオン質量情報をわれることはありません。

的なパルス形状を決定できる場合、 そのはっきりと目立ちます。 しかしながら、 稀抽出するための強力で MS に適した機能

20G バイトの生データが、 USB 経由で情報を使用して高度なしきい値システムになパルスは 「平均化」されて消えてしまいを提供します。 しかしながら、 MS システム

簡単に転送できる 50M ～ 100M バイトのつの連続したレコードを示します。 レコー

バイアスをかけ、 求められている低レベルます。 (b）では高度なしきい値によりノイズのデータキャプチャパスに潜在的なエラー

貴重な前処理済みデータのみを生成する

ドと観察可能な潜在的なノイズスパイクののパルスを探すことができます （図 13、 右が抑制され、 反復パルスと稀なパルスのをもたらすもう 1 つの要因が残っています。

ことは珍しいことではありません。 さらに、上のトレース）。 既知の基準を満たすサン

両方がはっきりと表示されます。 最後に、

これがファントムパルスの発生の可能性でこれは CPU の後処理負荷を軽減すること

プルは、 コンパレータによってゲートされま(d）では、 反復パルスが平均化されていてす。

でホストアプリケーションに大きなメリット

す （右中央のトレース）。 他のすべてのサ

も、 高度なしきい値が稀なパルスの痕跡

ン プ ル は ベ ー ス ラ イ ン レ ベ ル （右 下 の トを保持していることを示しています。

Low pass
FIR ﬁlter

Broadbandnoise ﬂoor

Noise a�enuatedby ﬁlterff

図 10. ノイズ帯域幅を下げるためのデジタルフィルタの使用

R3R2100 µsShort re-arm �me, 20 ns

図 12. 3 つの連続した 100µs レコード（再アーム時間を含む）

6

イオン質量データを抽出するための多くの図 14. Advance Thresholding により稀なパルス抽出が可能になります

図 12 に短いトリガーのリアームセグメン

Pulse energy

R1

説明したようにバックグラウンドノイズから(d)トで区切られた、 100 µs の飛行経路の 3は信号周波数領域をフィルターすることで抽出することができます （図 10）。

ちます （図 13）。

(c)

MISH International Co., Ltd.

レース） に設定されます – これはゼロサプ
レスとして知られています。

をもたらし MS 実験を高速化します。
Delay depends on cable length

これは、 バックグラウンドノイズによってOriginal pulse

マスクされなくなったことを意味します。 この低レベルのトレース信号検出は、 MS の

図 14 は、 動作中の高度なデータ依存しパフォーマンスを決定する重要な要素です。

きい値処理を示しています。 (a） では、 ７

質量分解能は、 データ取得システムが検つの連続したレコードは、 同じ時間位置で出ウィンドウをトリガーする能力に直接起

弱い繰り返しパルスを示しています。 さら因します。 トリガーがイオン信号をトレースに、 ４番目のトレースには目に見える稀なするために、 低く近くなるほど重要な質量

パルス （赤丸）があります。

シグネチャをより適切にキャプチャできます。

各レコードは明らかにランダムノイズをこのように、 FWATD 内で提供される 3特徴とした波形であり、 (c） のように従来つのノイズリダクションツールは、 バックグ

Ampliﬁer

Long cable

Digi�zer
Pulse

Undesirable
reﬂected pulse

Return loss

Return lossA�enuated reﬂec�on

図 15. インピーダンスの不一致は反射をもたらします

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7

MISH Tech Journal 2022 SUMMERTEST&MEASUREMENT
高分解能 A/D コンバータの利点● アナログ帯域幅の増加は、 イオンパル

タイザは、 強力なオンボード FPGA リソー

スが信号経路を通過するときの A/D コ

スへのアクセスを提供します。 データ処理

長年 MS で使用されていた高速の A/D

ンバータの忠実度が大幅に向上したこをホストソフトウェアのみに依存したデジタコンバータは、 8 ビットのインターリーブフとを意味します。 さらに、 信号のリンギ

イザから、 カスタムファームウェアを組み込

航空機内の電子システムは高信頼性のラッシュ設計でした。 今日、 多くの高速 12ングが減少しトリガーの精度が向上しんだデジタイザに移行することでパフォー

アビオニクスデータバスや通信システ

ビットおよび 14 ビット A/D コンバータがます。

マンスが大幅に向上し、 データインターフェ

ムが搭載されており、そのシステムが故MS の精度を大幅に向上させており、 ます● サンプリングレートの向上は、 各反復イ

イスのボトルネックを減らすことでシステムます詳細なイオンスペクトルが明らかにオンパルスがより高い倍数でサンプリ

コストが大幅に低減する可能性があります。

なっています （図 16）。

ングされる可能性が高く、 パルスの識

さらに、 経済的な USB インターフェイスを別が向上することを意味します。 これに使用すると、 専用のマルチレーン PCIe ス

より、 特定の質量分解能が向上するとロットが不要になります。

これらの性能向上は MS の結果の改善にどのように反映されるのでしょうか？
● ダイナミックレンジの増加は、 小さな信号振幅を増幅して測定できることを意いう利点があります。 サンプリングレー

オープン FPGA リソースは、 ハードウェア

トを 2 倍にすると、 フライトチューブの長

記述言語 （HDL） または高位合成 （HLS）

さを半分にできる可能性があります。

のいずれかを使用してプログラムできます。

味します。 8 ビット ADC は、 入力信号

障したり不具合を起こしたりすると飛行に影響するだけでなく人命に影響することになります。ここではその高信
頼性の電子システムをデジタイザ（A/Dボード）を使用してテストする手法についてご説明します。

デザイン環境は、 ザイリンクスのツールを使用します。 オープン FPGA をプログラミ

きますが、 14 ビットの場合、 振幅ビン

MS コンテキストにおける最新のデジ
タイザの主な利点 ：は 8 ビットの 64 分の 1 になります。 こ✓ より速いサンプリングレート

ライセンスと、 Teledyne SP Devices 社か

ARINC 429 は、 バランスの取れた差動ら入手可能なデジタイザ用のライセンスが信号を備えた 78 本のツイストペア配線を

図 17 は、 16bit, 8ch の Spectrum Inst

必要になります。

使用した、 シンプルで低コストのデータバ

rumentation 製 M2p.5968-x4 デ ジ タ イ

を 256 （= 28）ビンに分解 （量子化）で= 加速された TOFMS ワークフロー

れは、 デジタイザのベースラインをシス
テムのノイズフロアに近づける効果があ✓ より高い分解能

ARINC 429

ングしたいユーザは、 適切なザイリンクス

0V の 信 号 は Null 状 態、 -10V の 信 号 はLow 状態です。

り質量感度が向上します。

= より良いイオントレース識別スです。 信号レベルは、 トランスミッタ出ザを使用して受信機で取得され、SBench6

分解能が向上しているにもかかわらず、

オンボード処理は、 データ転送のボトル力でピークツーピークで 10V です。 単一GUIソフトウェアを使用して表示したARINC

有効ビット数 （ENOB） によって定量化

ネックを軽減し、 自律的で高度なデータ依の送信機から、 1 ～ 20 個の受信機または429 信号を示しています。 M2p.5968-x4

されたノイズがパフォーマンスを制約す

存の取得を実現します。

シンクに接続できます。 通信は送信機からは、 ほとんどの PC または拡張シャーシにイ

受信機までシンプレックスであり、 双方向

ンストールできるモジュラー PCIe拡張カー

通信には 2 つのバスチャネルが必要です。

ド （ハーフサイズ） です。 カードの入力は、ることにも注意してください （表 1）。 そ

はじめにれでも、 A/D コンバータのダイナミック
レンジ （分解能）が高いほど、 検出器のカスタムデータ処理

ゲインは低くなります。

Teledyne SP Devices 社の全てのデジ

Uncovering ahidden peak

8-bit resolu�on

Typical noise(ENOB)
7

Realistic
benefitNA

12-bit

4096

9

4x

14-bit

16384

10

8x

バス構成は、 スターまたはバストポロジ

2 つのチャネルが内部で結合され、 システのいずれかを使用します。 スタートポロジ

ムグランドに関係なく 2 つのライン間の差

データ通信だけでなく、 発電と配電用のシ

では、 ネットワーク内の個々のユニットが中を測定し単一の波形として表示される差

ステム、 および外部通信用の RF デバイス

央のハブまたはスイッチに接続され、 送信

動信号モード用に構成されています。

Teledyne SP Devices 社 は、 15 年 以が含まれます。 その他すべてのアビオニク

機から各受信機へ放射状に接続されます。

ARINC 429 信号は一般的に非常に長ス要素は、 電力通信またはデータ通信のバストポロジでは、 すべてのデバイスがドい信号です。 例えば、 図 17 上のトレース支援してきました。

いずれかのためにこれらの重要なバスにロップラインを介して 1 本のケーブルに接は 2 秒間の収集を示しています。

依 存 し て い ま す。 こ の 記 事 で は、 PCIe、続されます。 したがって、 各受信機は送信

M2p.5968-x4 カードには 512 メガサン

次のとおりです。

PXIe、 LXI などのデジタイザ機器が、 これ機で終端する共通バスに接続されます。

プ ル （MSamples） の 内 部 メ モ リ が あ り、● MS イオンパルス分析用に最適化されらのシステムのテストとトラブルシューティ

ソース （送信元） から回線交換可能ユ

1kS/s ～ 125MS/s のサンプリングレート

たリアルタイムデータ処理により、 ホス

ングに必要なマルチチャネルデータ取得おニット （LRU） への送信は、 実際の情報をで信号をサンプリングできます。 このため、トの負荷を軽減します。

よび信号生成機能をどのように提供する含む 24 ビットのデータフィールドとデータ

512MS のメモリすべてを使用して 1MS/s

かその手法を説明します。

自体を説明する 8 ビットのラベルを含む

でサンプリングした単一チャネルの取得で発用のファームウェア開発キットを提供。

32 ビットのワードで構成されます。 LRU は、は、 最大 512 秒の連続取得が可能です。

● アプリケーションノートやユーザーガイド

機器をシステムにグループ化できる機器

図 17 下のトレースの水平方向に拡大しを含む包括的な技術文書を提供。

識別番号を使用します。 これにより、 シス

た波形は、 3 レベルのゼロに戻るデータ構

テム管理が簡素化されます。

造を示しています。 画面の下部にある色

サルティングを提供。

Quantizationlevels256

航空機の電子システムには、 航空機内のすべてのデバイスとシステム間の内部

上にわたり、 MS システム開発者の革新を● 高速デジタイザ専門家との個別のコン

VerticalResolution
8-bit

MISH International Co., Ltd.

TSPD 社の取り組み● オープン FPGA 内でのカスタムコード開図 16. 高分解能 A/D コンバータにより、埋もれたピークを明らかにします表 1. 分解能が高いほど、ダイナミックレンジ（または感度）が向上します

ADQ14 USB ボックスタイプ

MS クライアントサポートの 4 つの柱は14-bit resolu�on

8

デジタイザを使用した
航空機電子システムのテスト

航空機データ通信バス
航空機では、 2 つの標準化されたデー

連続するワードは、 Null またはゼロ電圧付きの線は、 関連付けられたデータフィー

タバスが使用されています。 ARINC 429の少なくとも 4 ビット単位で区切られます。

ルドをマークするために追加されています。

Teledyne SP Devices 社は今後も新たは主に民間航空機で使用される標準バス

この Null 間隔を使用することで個別のク

これは左から赤色のラベル （Label）、 黄色

な MS システムの開発に貢献していきます。

で、 MIL-STD-1553 は軍用機や宇宙船でロ ッ ク 信 号 が 不 要 に な り ま す。 ARINCの送信元 / 宛先識別子 （SDI）が続きます。

一般的に使用されています。 どちらのバス

429 に は、 12.5kHz と 100kHz の 2 つ のSDI フィールドは、 データ用の受信機を識

リファレンスドキュメント ：も差動信号を使用してノイズ耐性と信号のクロックレートがあります。 データは、 3 レ

別するために使用されます。 SDI フィール

Teledyne SP Devices: Smart Digitizers

信頼性を向上させます。

ベルのバイポーラ、 ゼロに戻る形式で送信ドの右側には、 青色でマークされたデータされます。 10V の送信信号は High 状態、フィールド （DATA） があります。 その後にfor Mass Spectrometry (MS)https://www.mish.co.jp

9

MISH Tech Journal 2022 SUMMER

図 17．1MHz のクロックを使用して取得された ARINC429 差動信号の 2 秒の記録（上）水平方向に拡大されたビュー：バイポーラのゼロに戻る形式を示し、特定のデータを示すために注釈が付けられている（下）MISH Tech Journal 2022 SUMMER

使用する双方向のデュアル冗長バスです。

画面左で取得した波形は、 30V フルス

接続できるデバイスには、 バスコントロー

ケール表示の DC 電圧を示しています。 情

ラ （BC）、 リモートターミナル （RT）、 バスモ

報パネルに表示されている波形の平均値

ニター （BM）の 3 種類があります。 バス上

は 27.969V です。

の単一のバスコントローラがリモート端末

画面右上は、 それを垂直方向に拡大しへのコマンドと応答を開始します。 バスのたものです。 カーソルはリップルの周波数

挙動はバスモニターで監視および記録でを 4807Hz として測定しています。 ピーク

きます。 通常の動作では、 すべてのデバイ

ツーピークリップルが測定され、 情報パネ

スが 2 つの別々のバスを介して相互接続さルに 140.991mV として表示されています。

れます。 プライマリバスのみが使用されま

画面右下には、 リップル電圧の高速フーリ

すが、 プライマリバスに障害が発生した場
合はセカンダリバスを使用できます。 バス
配線は、 70-80 本のシールド付きツイスト

図 19. MIL-STD-1553 信号の 50ms 取得（上）と、マンチェスターエンコーディングを示す個々のバストランザクションの拡大図（下）ペアで構成されています。 各デバイスは、

エ変換 （FFT） 波形が表示されています。
これは、 4800Hz の基本周波数と、 複数の高調波およびいくつかのスプリアス周波数があることを示しています。

直接接続または最も一般的に使用される

AC 電源は主に三相 400Hz であり、 モ

変圧器結合を介してバスに接続できます。

ジュラーデジタイザを使用すると、 相電圧と電流、 線間電圧と電流、 電力、 周波数、

MIL-STD-1553 は、 マンチェスターコー

高調波成分を測定できます。 図 23 は、 電ディングを使用してデータをエンコードしま

圧、 電流、 および電力の 3 相測定の例です。

す。 MIL-STD-1553 取得の例を図 19 に示します。 マンチェスターエンコーディング

120 V バスの三相電圧 （A、 B、 C） は、は、 各ビットセルの中央でゼロを介した遷

それらの間の 120°の位相差を示し共通の移が発生するバイポーラ信号を使用します。

画面上に重ねて表示されています。 各相

負の電圧から正の電圧への遷移はゼロを
図 18. SBench 6 ソフトウェアを使用して、全体のピークツーピーク振幅と最大値および最小値を測定します。カーソル間のパルスの立ち上がり時間と立ち下がり時間も測定され、ディスプレイの左側にある Info パネルに表示されます。

サイン / ステータスフィールド （SSM） が緑意味し、 正から負への遷移は論理的なものを意味します。

図 20. データを受信するためにリモート端末にアドレス指定するコマンドワード、データ、
およびリモート端末からの応答ステータスで構成される一般的なバスイベント。色付きのバーは、通信の各部分を示しています

ワードには、 コマンド、 データ、 ステータの実効電圧とピークツーピーク電圧の測定値は、 左側の情報パネルに記録されます。 実 効 電 圧 ま た は RMS 電 圧 は 公 称
120V で、 ピークツーピーク電圧は 340V

うなモジュラーデジタイザは、 高速なデータ

スの 3 種類があります。 各ワードの長さは色でマークされています。 SSM フィールド

転送速度を提供するため長い波形データ

20 ビットです。 図 20 は、 典型的なバスイ

情報は、 ハードウェアステータス、 動作モーをコンピュータに迅速に転送して解釈する

ベントの内訳です。

ド、 またはデータコンテンツの有効性を示ことができます。 たとえば、 M2p.5968-x4

します。 最後のフィールドは紫色のパリティ

は、 PCIe バ ス を 介 し た 転 送 速 度 が 700

ビットです。 ARINC 送信は奇数パリティを

MByte/s であり、 FIFO モード （連続転送）（3µs） です。 これは、 前半は正のパルス

コンポーネントに電力を供給するためにモジュラーデジタイザは、 複数の電圧と使用します。

でデータをCPUおよびGPUに直接ストリー

として始まり、 同期期間の後半は負のレベ

AC バスと DC バスの組み合わせを使用す

電流を監視できるため AC と DC の両方のる複数電圧のシステムです。

電力解析

バーターがシステムに含まれているため、航空機のバッテリーから重要な AC バスに相電流も、 互いに同一の相関係を持つ

航空機の電力システムは、 航空機のサ電力を供給することができます。 一般的な共通のウインドウに表示されます。 負荷の各送信は同期パルスで始まります。 同

イズと複雑さによって大きく異なります。 航

航空機の電力システムを図 21 に示します。

力率により、 電圧波形と電流波形の間に期パルスの持続時間は3ビット時間

空電源システムは通常、 さまざまな航空機です。

位相差が生じます。 この実験では、 純粋な抵抗負荷が使用され 0°の位相差となります。

ミングして処理することができます。 デジタルに移行します。 コマンドワードは、 リモー

電 力 整 合 性 測 定 を 行 う の に 最 適 で す。

相あたりの電力は、 各相の電圧と電流

図 18 に示すように、 物理層の測定は、イザファミリは、 一般的なコンピュータプロ

ト端末とその 31 のサブアドレスのいずれ

一次発電は通常、 オルタネーターを使M2p.5968-x4 のように差動測定を行う機の積を使用して計算されます。 総電力は、

Sbench 6 ソフトウェアを使用して取得した

グラミング言語のドライバとサンプルプロ

かをアドレス指定し、 受信するためのアド用する AC であり、 DC 電力を必要とする能により、 電流を測定するときに役立つ機

個々の位相電力の合計です。

波形に対して実行できます。 波形全体のグラムでサポートされているため、 カスタ

レス指定されたリモート端末を示します。

機器に DC 電圧を供給するために、 整流と能である接地絶縁が可能になります。 一

ピークツーピーク振幅、 最大値、 最小値、マイズしてテストプログラムを作成すること

コマンドワードはパリティビットで終わり、フィルタリングを備えた 1 つ以上の変圧器

般的な測定には、 電圧、 電流、 電力、 効率、および赤と青のカーソル間のパルスの立が可能です。 これには、 C/C++、 VB.NET、

MIL-STD-1553 も奇数パリティを使用しま

整流器ユニット （TRU）を備えています。 補

リップル電圧、 負荷レ

ち上がり時間と立ち下がり時間が測定さ

C ＃、 J ＃、 Java、 Julia、 Python、 お よ び

す。 データワードはコマンドの後に続きま助動力装置 （APU）からの二次 AC 生成は、ギュレーション、 入力レれます。 ARINC 429 規格では、 100kHz

IVI、 LabVIEW、 MATLAB が含まれます。

す。 これは同期信号で始まり、 リモート端

通常エンジンがアイドル状態の場合に地ギュレーションの高調のクロックレートで立ち上がり時間と立ち末に転送されるデータとパリティビットが含上で使用します。 また、 コンポーネントに波成分、 電源オン / オ

下がり時間が 1.5 ± 0.5µs であることがまれます。 最後のワードは、 転送のステー障害が発生した場合に飛行中に使用する

フのシーケンスが含まタスを示すリモート端末からのステータスために提供されます。

れます。

求められており、 測定値はこれらの範囲内

MIL-STD-1553Cとなっていることがわかります。

ワードです。 データワードとステータスワー

信頼性は重要な要件であり、 重要な AC

一般的な電力整合

デジタイザは、 電圧レベルやタイミング

MIL-STD-1553C は、 航空機、 宇宙船、ドのギャップはリモート端末の応答時間です。

および DC コンポーネントは特定のバスに性 測 定 の 例 と し て、などの物理層の属性を測定するために理戦闘機で使用されている軍用データバス

ARINC 429 バスの場合と同様に、 物理配線され、 ほとんどすべての障害状況でこ28VDC バ ス で の リ ッ

想的な機器です。 ただし、 データコンテンの現在のバージョンです。 これは、 最大層の信号特性を測定したり、 データをコン

れらのバスに電力を供給するために特別

プル電圧測定を図 22

ツのデコードと解釈には、 通常追加の計算

31 個のリモート端末デバイスをサポートすピュータに転送してデコードおよび詳細なな対策が講じられています。 すべての ACに示します。

能力が必要です。 ここで使用されているよる 1Mbit/s のクロックレートで差動信号を分析を行うことができます。

発電が失われた場合に備えて、 静的イン

10 MISH International Co., Ltd.

これらは、 航空機の電源バスで実行できる多くの測定値のほんの一例です。

図 21. 一般的な航空機の電源システムは AC 電源と DC 電源の両方を提供します。スイッチ / 回路ブレーカー（S/B）は、電力の流れを制御およびルーティングします。

https://www.mish.co.jp 11

MISH Tech Journal 2022 SUMMERMISH Tech Journal 2022 SUMMER

RF 測定

図 22. 28V 電源バスの測定。画面左側は、30V のフルスケールレンジの基本的な取得を示しています。画面右上は、垂直方向に拡大したものです。画面右下は、リップル
電圧の FFT 結果です。

ポータブルまたは固定システム

構成できます。 モジュラーデジタイザは、
アナログ信号の取得に最適ですが、 アナロ

さらに航空機は、 無線通信、 高度計、 航

航空機システムのテストには、 テストシ

グ信号生成用の任意波形発生器 （AWG）

法援助施設、 レーダなど、 RF ベースの幅広

ステムアーキテクチャにある程度の柔軟性

や、 高速デジタル信号の取得または生成いデバイスを使用しています。 RF 測定には、が必要です。 モジュラー機器は、 筐体のの両方が可能なデジタル I/O カードなど

より広い帯域幅のモジュラー機器が必要で柔軟性を大幅に向上させます。

の他のモジュラー機器と連携します。 これ

す。 例として、 Spectrum 製 M4i.2230-x8

図26は、複数チャネルの固定アプリケー

により、 さまざまな航空機電子システム用があります。 これは、 PCIe ベースのシング

ションを対象とした大容量のモジュラーテにカスタマイズされたテストシステムやシルチャネル、 1.5GHz 帯域幅、 最大 5GS/

ストシステム （写真上）と、 ポータブルシス

ミュレーションプラットフォームを作成する

s の 8 ビットデジタイザです。 この帯域幅とテム （写真下）の両方を示しています。

ことができます。

サンプルレートは、 VHF および低 UHF デ
バイスのダイレクト取得、 および多くの高周波デバイスの中間周波数と互換性があ

まとめ

ります。
デジタイザには、 4 ギガサンプル （GS）

モジュラー機器は、 データ通信、 配電、の収集メモリが搭載されています。 4GS メ

RF 処理など、 航空機の測定と非常に互換

モリは、 5GS/s の最大サンプリングレート

性があります。 それらの主な利点は、 複で 800ms のデータを取得できます。 これ

数の測定チャネル （最大数百チャネル）、

により、 長時間の収集で優れた時間分解

長い取得レコード、 単一又は差動入力、 お能が得られ、 位相または周波数変調信号

よび互換性のあるサンプリングレートと帯の解釈に役立ちます。

域幅です。 モジュラー機器のコンパクトなサイズにより、 オンサイトまたはモバイル測定用にポータブルコンピュータにインス

簡 単 な 例 と し て、 図 24 に 示 す よ う な

トールして利用が可能になります。

1GHz レ ー ダ の パ ル ス 繰 り 返 し 周 波 数
図 23. 120V 三相バスの包括的な測定。Info ウインドウの測定値には、実効（RMS）とピー
クツーピークの電圧と電流、および相ごとの電力と総電力が表示されています（PRF）の測定について考えてみます。
レーダ信号は、 2.5MS の収集メモリを

図 26. 大容量のテストシステム（上）とポータブルシステム（下）リファレンスドキュメント ：Spectrum Instrumentation 社 ：使用して、 500µs の持続時間で 5GS/sのサンプリングレートで収集されます。 取

これら 2 つのシステム例以外にも多くの得された信号は 2 乗しローパスフィルタリ

選択肢があります。 ユーザは、 測定のニー

ングすることによって振幅復調されます。

ズと使用場所に合わせてテストシステムを

Testing Electronic Aircraft Systems
using Modular Instruments

検出された振幅エンベロープは簡単に測定できます。 左側の情報パネルには、 10
kHz のパルス繰り返し周波数、 9.955µsのパルス幅、 および 9.955％のデューティ
サイクルが表示されます。
FFT を使用して、 図 25 に示すように周
図 24. 1GHz レーダの取得、復調、および PRF 測定

波数変調されたチャープレーダーパルスの周波数領域波形を表示できます。
レーダの RF キャリアは、 線形ランプで周波数変調されます。 FFT は、 周波数エク
スカーションの範囲を示します。 キャリアは、9.95µs のパルスの持続時間にわたって
998MHz から 1002MHz にシフトされます。
これらは、 モジュラーデジタイザで実行できる一般的な RF 測定です。 取得した波形をコンピュータに転送してさらに分析することにより、 より高度な処理と測定を行う
ことができます。

図 25. チャープレーダーパルスの FFT は、1GHz の搬送波の周波数エクスカーションを示しています12 MISH International Co., Ltd.

図 27. Spectrum のデジタイザと AWG の統合ソリューション

https://www.mish.co.jp 13

MISH Tech Journal 2022 SUMMERTEST&MEASUREMENT
数や数式を使用して波形を作成しこの結果は図 30 の様になります。

たり、 デジタイザやオシロスコープ

デジタイザとAWGを使用した
ソースレスポンステスト

からインポートしたりできます。 こ

左上のグリッドは、 1 秒間の掃引正弦波

電子機器のテストを行う場合、一般的にの 場 合、 100Hz か ら 100kHz ま

入力信号を示しており、 時間の経過に伴うは Tektronix 社 又 は Keysight 社、での正弦波掃引は、 方程式を使

振幅の平坦性を確認しています。 SBench

Lecroy 社などが販売しているオシロ

用して 1 秒の掃引時間で作成さ6 の信号処理機能には、 高速フーリエ変れます。 掃引正弦は、 インパルス

換 （FFT） の計算が含まれています。 FFT関数よりも広いダイナミックレンジ

は、 スペクトラムアナライザのように、 信号を提供するために選択されていまの電力と周波数を表示します。 右上の波す。 スイープ信号がテスト回路に形には、 100Hz から 100kHz までのフラッ適用され、 デジタイザがスイープの期間にトな周波数応答を検証する入力信号のわたって回路出力を測定します。

FFT が含まれています。 減衰した入力信スコープやファンクションジェネレー
タなどの測定器を使用してテストを行
いますが、ここではデジタイザと AWG

図 29. 信号源として AWG を使用し、応答測定用のデジタイザを使用して、オペアンプの AC 開ループゲインを測定するためのテスト回路を利用してテストを行う手法について解説します。

ソースレスポンス測定例
最大8チャンネルの信号生成と取得を利用できるため、 hybridNETBOX は刺激応

ソースレスポンステストとは？

形発生器 （AWG） を組み合わせたもので

8ch バージョンの場合は最大± 3V で 50答タイプの測定システム用に理想的な構成

す。 これは写真のようなボックスタイプのΩまたは± 6V でハイインピーダンスとなりとなっています。 1台のhybridNETBOX で

電子機器テストの世界では 2 つのクラシステムです。

ます。

複数の送信信号と受信信号を生成できる

スのテストがあります。 電源、 発振器、 送信機、 信号発生器などの自励式電子機器

図 28 に標準的な hybridNETBOX の外観を示します。

は、 デジタイザ、 オシロスコープ、 スペクト
ラムアナライザなどのデータ取得タイプの測定器を使用してテストされます。

AWG 機能は、 ユーザがプログラム可能ため、 アレイベースの MIMO またはバス

なマーカーパルス用の 4 つのデジタル入

ベースのシステムのテストと評価に最適で

出力 （I/O）ライン、 および外部クロックとトす。 hybridNETBOX は、 テスト対象のデ信号の生成と取得の両方で、 2ch、 4ch、

リ ガ ー 入 力 に よ っ て 強 化 さ れ て い ま す。

バイスの機能とキャリブレーションを確認すまたは 8ch で毎秒 40M、 80M、 125MS/

2ch ～ 8ch のデジタイザチャネルは、 ±る自動化された方法でコンポーネントとサ

もう一つは、 信号取得機器を使用する

s のサンプリングレートおよび出力クロック

200 mV ～± 10V の幅広い入力信号を処

ブアセンブリをテストするための ATE アプ

前に信号源によって外部から励起する必レートを備えた 6 種類の異なる構成で利用

理し、 DC オフセット調整可能で 50 Ωまた

リケーションに適合します。

要がある増幅器、 フィルター、 受信機、 デ可能です。 各チャネルの分解能は 16 ビッ

は 1M Ωの入力インピーダンスを選択でき

オペアンプのAC開ループゲインがAWG

ジタルインターフェイスなどのデバイスのテトで、 帯域幅は最大 60 MHz、 サンプリンます。 入力信号はシングルエンド入力と差とデジタイザを使用して測定されているストです。 このクラスのテストは、 ソースレ

グレートに比例しデジタイザと AWG チャネ

動入力の両方が使用できます。 デジタイ

ソースレスポンス測定の簡単な例を考えてスポンステストと呼ばれます。

ルが並外れた正確さと精度を提供するこ

ザには、 外部クロックとトリガー入力、 およ

みましょう。

とを保証するテクノロジを提供します。

びユーザ定義の 2 つの汎用デジタル I/O

AWG は、 共通のクロックを使用して完テスト回路を図 29 に示します。

ラインもあります。

Spectrum社のhybridNETBOX

全に同期され、 内部または外部生成トリ

hybridNETBOX は 完 全 に LXI 規 格 に

このテストでは、 AWG からの微小な AC

ガーを利用可能な、 2 ～ 8ch 出力を備え準拠しています。 リアパネルのギガビット

波形を、 テスト対象のオペアンプの入力にSpectrum 社の hybridNETBOX は、 刺ています。 AWG 出力レベルは、 2ch およイーサネットポートを介して、 1 つまたは複適用します。 アンプのゲインは非常に高い

激と応答の測定が可能な LXI 規格準拠のび 4ch バージョンの場合は最大± 6V で数のユニットをコンピュータまたはネット

ため、 入力信号を減衰させる必要がありま

機器にマルチチャネルデジタイザと任意波

50 Ωまたは± 12V でハイインピーダンス、

ワ ー ク に 接 続 す る だ け で 利 用 で き ま す。

す。 10,000 対 1 の抵抗性減衰器 （R1 おhybridNETBOX は完全にプログラマブル

よび R2） は、 入力を 80dB 減少させます。

で あ り、 Windows お よ び Linux オ ペ レ ー

増幅器 U1 は、 テスト対象デバイス （DUT）

ティングシステム用のドライバーが付属しです。 U2 は、 DUT の出力で平均 DC レています。

ベルを安定させる補助アンプです。 AC 開図 28．DN2.806-08：LXI 準拠のボックスに 16 ビット AWG とデジタイザが各 8 チャ
ネル含まれています

14 MISH International Co., Ltd.

図 30. AC 開ループゲイン測定の 4 つの主要なステップ。 信号生成（左上）、入力信号周
波数範囲検証（右上）、出力信号取得（左下）、および AC 開ループゲインである

Spectrum 社は、 製品ライン全体の制

ループゲインは、 周波数の関数として指定

御、 表示、 測定、 および信号処理のためされます。 入力波形は、 テスト周波数のの Sbench 6 GUI ソフトウェアツールを提望ましい範囲にわたってフラットな周波数

供しています。 このソフトウェアにはレポー応答を持っている必要があります。 その要ト生成機能も組み込まれています。 さらに、件を満たす波形は、 線形に掃引される周ユニットをカスタムアプリケーション用にプ

波数を持つ波形、 または代替として、 イン

ログラミングできるように、 C++、 LabVIEW、

パ ル ス 関 数 で あ る 可 能 性 が あ り ま す。

MATLAB、 Visual Basic、 .NET、 Python、AWG は、 Spectrum の SBench 6 GUI ソ

およびその他の一般的なプログラミング言

フトウェアを使用して、 これらの信号のいず

語のサンプルコードが提供されています。

れかを生成するように簡単にプログラムできます。 SBench 6 を使用すると、 標準関図 31. 3 線式ホルター ECG レコーダを使用した記録・再生テストの例。上の 3 つのトレースは、リード 1 ～ 3 から取得された波形です。この信号はコピーされ、3ch の
AWG チャネルで再生されます

図 32. リード 1 ホルター信号への 50Hz 干渉信号の追加

https://www.mish.co.jp 15

MISH Tech Journal 2022 SUMMERMISH Tech Journal 2022 SUMMER号に対するオペアンプの応答は、 左下の生成し複数のチャネルを受信できるため、デューサに同時に到達する場合、 図 34 の波形に示されています。 出力信号のスペ

これらのアレイベースのシステムのテストと右側の挿入図に示すように、 均一またはブ

クトル表示は、 80dB 減衰器の振幅補正評価に最適です。 複数の信号が生成され、ロードサイドの波面が伝搬されます。 超音を含む右下の波形に表示されています。

トランスデューサアレイに供給される超音波音響変換器アレイからの送信信号は、

このスペクトルビューが AC 開ループゲイ

波イメージングシステムについて考えてみ

個々の駆動信号を順次遅延させるように

ン で す。 こ れ は、 100Hz か ら 100kHz まます。 個々の信号の遅延と減衰を調整す

配置することによって操作することができまでの AC ゲインを示しており、 最大 AC ゲイ

ることで、 トランスデューサアレイの出力をす。 トランスデューサによって送出されるンは 112dB です。 振幅は、 オペアンプに制御できます。 フェーズドアレイシステムは、

球面波面は空間的に遅延され、 この例で期待されるオクターブあたり -6dB、 またはRF 信号用のアンテナであれ、 超音波トラは送信信号が下向きになります。

ディケードあたり -20dB の周波数でロール

ン ス デ ュ ー サ で あ れ、 Multiple-Input

同様に、 右図の下に示されているように、

Multiple-Output （MIMO） システムの一駆動信号がアレイの外側から内側に遅れ

般的な形式です。 マルチチャネル AWG は、る場合、 ビームは中心に向かって集束させ

このテストが容易になります。 最大 8 チャ

これらのシステムを駆動するために必要なることができます。 これらのフェーズドアレ

ネルの AWG とデジタイザを使用すると、信号を提供し、 送出された信号のステアリ

イは、 非機械的手段による放射ビームの最大 8 つの並列テストを同時に実行するこングを可能にします。 同様に、 マルチチャ

操縦と移動を可能にします。 この例の波とが可能になります。

ネル デ ジタイザ は 送信信号の 受信をサ

形は、 ステアリング機能を実装しています。

ポートします。 8 素子の超音波フェーズド

遅延に加えて駆動信号の振幅を調整する

アレイ伝送システムの基本的な信号コンと、 他の効果を得ることができます。 AWG

ポーネントを図 34 に示します。

ユーザは、 波形の特性とタイミングを完全オフします。 信号源と信号取得ハードウェ
アの両方を含む hybridNETBOX により、

図 33. 送信された超音波パルスと複数の反射エコー

記録・再生アプリケーションに制御でき、 放出される波面を完全に柔

hybridNETBOX のもう 1 つの便利な機

多数の送信波形の作成は、 図 34 の左能は、 1 つ以上の信号を取得し、 不足して下の挿入図に示すように、 SBench 6 プロいるサブアセンブリの代替としてその信号

グラムの数式エディタを使用して簡単に実を再生 ・ シミュレーションする機能です。
例として、 3 線式ホルターレコーダから心図 34. 前の信号から 25µs の遅延を持つ 8 つの超音波波形は、8 つの方程式を使用して作成され、そのうちの 1 つが左下の枠内に示されています。画面右図は、各波形のプログラムされた遅延に基づいて、ステアリングまたはフォーカシング機能の可能性を示しています

電図信号を取得して再生することを検討し行できます。 個々の波形は、 振幅変調された 40kHz の正弦波です。 8 つの波形それ軟に制御できます。

まとめ

ぞれは前の波形から 25µs 遅れています。

ここで紹介した例は、 スタンドアロンまた

モジュレーションエンベロープは、 アタッ

は完全に統合されたテストシステム内でプしていなくても回路の試験を行うことがで右上の波形は、 約 50Hz の FFT の水平方

スはこれらの複雑な信号を生成でき、 16

クタイムを制御する合計ランプと、 ディケイ

ログラムされた機器として使用でき、 単一

きます。 事前に記録された信号のライブラ向に拡大されたビューを示しています。 元

ビットデジタイザは図 33 に示すようにエタイムを決定する指数要素で構成されます。

の機器で信号源と測定機器の両方を提供

リは、 このシミュレーション機能を拡張しまの信号には小さな 50Hz 成分が含まれてコー信号を表示するために必要なダイナ

これらはすべて 10MHz のレートでクロックする hybridNETBOX の能力を提供します。

す。 図 31 に例を示します。

いることに注意してください。 左下の波形

ミックレンジを提供します。

され、 各波形は AWG の 512 MS メモリのます。 これにより、 患者がデバイスを装着

は、 0.1V、 50Hz の異常が追加された同

16K サンプル （kS）を使用します。 長い波

リファレンスドキュメント ：上の 3 つのトレースは、 レコーダのリーじリード 1 信号を示しています。 50 Hz の

これは、 距離計から取得された 40kHz

形メモリは、 与えられたサンプルレートにSPECTRUM 社

ド 1 ～ 3 から取得された信号を示していま異常を伴う信号の FFT は、 中央の波形にの超音波パルスとそれに続くエコーです。

対して出力アナログ波形の持続時間を決Source-Response-Testing withす。 こ れ ら の ト レ ー ス は、 Function、

表示されます。 オレンジ色の枠は 50Hz を

エコーパルスの振幅は、 送信されたパル定するために重要です。

AWGs and Digitizers combined in

Function_01、 Function_02 と し て 指 定示し、 異常が追加されたために振幅が増

スよりも約 36dB 低いため、 波形で視覚的された AWG チャネルにコピーされます。

加したことを示しています。 右下の波形は、に識別できます。 但し、 実際の信号は一取得したチャネルは、 AWG を介して出力

FFT を 水 平 方 向 に 約 50Hz 拡 大 し ま す。

般的にはるかに低い信号です。

される前に、 SBench 6 のフィルタリングお50Hz 干渉の振幅の増加がマークされ注hybridNETBOX の 16 ビット振幅分解

よび信号処理機能を使用して改善すること記されています。 再生前に取得した信号

能は、 エコー信号が送信信号よりもはるかもできます。

を変更する機能により、 ユーザはオンデマに低く、 低振幅エコーを生成または検出す

ンドでフィルタリングおよびエラー訂正回路の有効性を評価できます。

同様に、 異常をこれらの信号に導入してAWG チャネルに転送し、 オンデマンドで出8 つの信号が位相調整されてトランス

Application Note ：one instrument

hybridNETBOX ラインナップ
モデル名

A/D サンプル

D/A サンプル

チャンネル数

分解能

DN2.813-04

40MHz

40MHz

4+4 ch16bit

るためにダイナミックレンジが必要なこのよ

DN2.803-08

40MHz

40MHz

8+8 ch16bit

うなアプリケーションで重要です。

DN2.816-04

125MHz125MHz4+4 ch16bit

DN2.806-08

125MHz125MHz8+8 ch16bit

DN2.827-04

180MHz625MHz4+4 ch16bit

力することができます。 図 32 は、 リード 1

複数のエコーは、 超音波トランスデュー

信号への 50Hz の異常の追加を示していサの指向性が低いためです。 すべてのエ

エコーレンジングとロケーション

コーロケーションおよびレンジングアプリ
ケーションはこの問題を経験し、 トランス

DN2.822-04

250MHz625MHz4+4 ch16bit

元のリード 1 信号は、 個々の心周期を確

レーダ、 ソナー、 LIDAR、 超音波などのレ

デューサまたはアンテナのフェーズドアレイ

DN2.828-04

400MHz625MHz4+4 ch14bit

認するために水平方向に拡大された左上

ンジングとロケーションに 「エコー」信号を利を使用して指向性とゲインを改善しようとの波形に表示されています。 信号全体の用するアプリケーションは、hybridNETBOXします。

DN2.825-04

500MHz625MHz4+4 ch14bit

FFT が上部中央の波形に表示されます。

の機能に適合しています。 AWG 信号ソーます。

16 MISH International Co., Ltd.

hybridNETBOX は複数の送信信号を

表 2．Spectrum 製 hybridNETBOX の製品ラインナップ

https://www.mish.co.jp 17

MISH Tech Journal 2022 SUMMERTECHNOLOGY
SBC3511 には、 高度なセキュリティ戦

視と生成に完全な柔軟性を提供します。

略を支援するために設計された一連のセ同時スケジュールおよびバーストモード

キュリティ機能も含まれています。 「ザイリ（FIFO）メッセージングは、 すべての ARINCSOSAは米国国防総省の主導による米国ンクスの UltraScale+ フィールドプログラ

429 送信チャネルでサポートされています。

海軍・陸軍・空軍で利用するための VPX

マブルゲートアレイ （FPGA）と、 カード上の各 ARINC 429 受信チャネルは、 ラベル /COTS ボードの共通化規格であり、近年CPU、 およびトラステッドプラットフォーム

SDI フィルタリングとともに、 専用モードとその運用に向けた動きが活発化してきてモジュールとさまざまなセンサーを組み合

バッファモードの同時ストレージを提供しまいます。COTS ボードメーカー各社はわせているため、セキュリティと信頼のルー

す。 さらに、 Abaco 社は開発を簡素化おSOSA に準拠した VPX ボードをリリー

トを他の多くのプラットフォームをはるかによび加速するための直感的な Windows

スしており、シャーシメーカーやバック

超えて強化することができます。」と Abaco

GUI ツールを提供します。

セキュリティを備えたパフォーマンスSOSAテクノロジはレガシー戦闘機に新たな命を与える

プレーンメーカーと共同で SOSA に向SBC3511社 の 製 品 管 理 担 当 副 社 長 で あ る PeteThompson 氏は述べています。

けたソリューションを紹介しています。
SBC3511 シングルボードコンピュータ

将来のオプションは、 請負業者の 12 スロット 3U VPX シス

RAR15X

テム用のバックエンドプロセッサおよびサ

今日、請負業者は概念実証 MFP（Multi-

ために、 技術的に最も高度なコンポーネン

ブシステムミッションコンピュータです。 シFunction Processor） システム開発の準トを探しています。」

ステムデータ処理のメインプロセスとして備をしています。 新しい MFP により、 固定機 能 す る SBC3511 3U OpenVPX の 堅翼プラットフォームと回転翼プラットフォー

牢なシングルボードコンピュータは、 高性

ムが通信し、 将来のネットワーク化された

SOSA 規格に準拠する最先端の設計

能、 高度なセキュリティ、 および最先端の戦場でミッションクリティカルな機能をより

熱管理の独自の組み合わせを提供します。

効果的に実行できるようになります。

請負業者が Abaco 社の営業担当者とこの性能は、 動作周波数 2.8 GHz、 最大

Muller 氏は、 MFP システムの開放性に

主要なシステムコンセプトの目標を確認し、4.5 GHz （ターボブースト）、 最大 64GB のRAR15X は、 単 一 カ ー ド で 高 密 度 のより、 F/A-18 やその他の戦闘機の機能がその後いくつかの打ち合わせを行った後、DDR4 RAM と最大 256GB の nVME SSD

MIL-STD-1553 お よ び ARINC 429 チ ャ

向上し、 プラットフォームに移植できる一般

Abaco 社は顧客のために埋めることがでで動作する新しい Intel Xeon E-2176M

ネルを提供し、 SWaP の削減に役立ちます。

的なアーキテクチャスタンダード、 ミッショ

きる技術的なギャップをすばやく特定しまし6コア/12スレッドプロセッサ （旧称Coffee

最大 4 チャンネルのデュアル冗長多機能

ンキット、 ミッションアップグレード、 テクノ

た。

Lake Refresh）に由来します。

MIL-STD-1553 と 最 大 18 チ ャ ン ネ ル のロジーインサートキットに簡単に対応できる

ARINC 429 に加えて、 オプションのフロンようになると期待しています。

「高レベルのモジュール性とカスタマイ
ズオプションを備えたシステムコンセプトをこのカードには 40Gb イーサネットデー

トまたはリア I/O 接続を備えた XMC カー「DOD は、 プラットフォームレベルの影

はじめにンス、 監視および偵察 （ISR）の次世代アプ

実 現 で き る こ と は わ か っ て い ま し た」 とタプレーンも含まれており、 マルチベンダー

ドで汎用アビオニクス機能を提供します。

響を最小限に抑えながら、 何十年にもわ

リケーションに対する F/A-18 のニーズを

Muller 氏は言います。 最初の話し合いかの相互運用性を最大化するために、 高速

I/O のオンボードファームウェア、 大容量

たって新しいテクノロジをアップグレードす陸軍、 空軍、 宇宙防衛技術で知られる満たします。 また、 DOD の厳しいサイバーら間もなく、 Abaco 社は、 請負業者の高相互接続を提供し SOSA スタンダードに準データバッファ、 および高レベル API が統るための優れた機能を獲得しています。」

主要な防衛航空宇宙の元請業者は、 防衛

セキュリティ要件を満たしながら、 より高速

度な組み込みシステムのビジョンを実現す

拠しています。

合されており、 ARINC バストラフィックの監と Muller 氏は言います。 「この機能により、航空宇宙市場の需要を予測することによな処理性能、 拡張されたランダムアクセス

るための推奨事項を提示しました。 SOSA

り最先端の技術を提供し続けています。

メモリ （RAM） 機能、 および優れたデータ

スタンダードに準拠するように設計された 2請負業者のエンジニアは、 ビジョンを具体

ストレージを提供します。

台の堅牢な SBC3511 3U VPX シングル

RAM

RAM

16 GB DDR4 with ECC

16 GB DDR4 with ECC

72 bitEOL や特定の OEM ベースのソリューショ

実際には、 これはほとんどの航空宇宙

ボードコンピュータが、 Abaco の RAR15X

信頼できるテクノロジーパートナーと協業

防衛サプライヤーにとって難しい要求です。

高密度MIL-STD-1553およびARINC 429

x8 Gen3 (to XMC site)

することが重要であることを認識していましかし、 請負業者の長年の技術パートナー

XMC フロント I/O モジュールのホストとしてす。 たとえば、 最近、 請負業者は国防総省である Abaco Systems 社は、 このアップ機能します。

（DOD）に、 F/A-18 およびその他老朽化しグレード要求を依頼されたとき最高成長責「請負業者に評価用のハードウェアとた戦闘機の寿命を延ばす Sensor Open

任者の John Muller 氏は驚きませんでしファームウェアを提供した後、 そのシステム

Systems Architecture （SOSA）スタンダー

た。 アラバマ州ハンツビルに本社を置く同エンジニアリングチームは、 他社のソリュードに準拠した多機能プロセッサ （MFP） を

社 は、 高 機 動 砲 兵 ロ ケ ッ ト シ ス テ ムションよりも調整可能なオールインワンの提案したいと考えていました。

（HIMARS） プラットフォームの膨大な量のソリューションである私達の提案を受け入技術的作業をサポートするなど、 請負業者れました。」と Muller 氏は言います。 「これとの協業の信頼関係を構築していたから

は、 請負業者が必要とする処理能力、 メモ

請負業者との協業です。

リ、 侵入防止サイバーセキュリティ、 および「請負業者は常に次のシステムに必要

チップテクノロジーを提供します。 さらに、

MFP は、 最先端のシグナルインテリジェ

なものを推進しています。」 と Muller 氏はソフトウェア開発キットも提供しました。」

ンス （SIGINT）、電子戦 （EW）、インテリジェ

言います。 「技術的なビジョンに到達する

18 MISH International Co., Ltd.

NVMe SSDSPI Flashx4 Gen3 (to P1)(BOOT)SPI Flash(RECOVERY)

NVRAM

SPI

SPI

SPI

SPI

x1
Gen1

SPI

NVRAM

(1 MB (HM)

I2C

Dual NIC

1G/10G/40G
Ethernet

PHY

x4
Gen2

Accel

MAG

x8
Gen3

XMC
Site
XMC
(12d)

FPGA
(Ultrascale+)

40 bitIPMC
IMPB x2

IPMI x2減少が緩和されます。」
P0

x4 PCIe Gen 3
40G-KR4
10G-KR
10G-KRXMC (12d)
COM1

P1

PCH
(CM246)

I2C(1 MB (BIT/User)

HM Sensors

x2
Gen3

x8
Gen3

DMI

TPM 2.0

SPI Flash
(FSP)

x4
Gen3

CPU
Xeon E

SPI
LPC

的なソリューションとして実現するために

72 bitンに固定されていた過去の製造メーカのRAM
2 GB DDR4 with ECC

COM 1
10G-KR Ethernet

図 35. SBC3511 シングルボードコンピュータ

1000BASE-T
USB3 x1
USB2 x1
SATA x1
XMC (8d +16s)
COM2 / COM3
DisplayPort

P2

リファレンスドキュメント ：Abaco Systems 社 ：Legacy Fighter Gets New Life From

ブロック図Technology Aligned with SOSA
Standard

https://www.mish.co.jp 19

MISH Tech Journal 2022 SUMMERTECHNOLOGY
PCIeデータ転送のバックボーン、理論と実践
Peripheral Component Interface

超高速デジタイザによる
P2Pストリーミング

近年のデジタイザのサンプリングレート
は飛躍的に加速し、現在では 10GSPS を超える A/D コンバータがリリースされています。仮に、8bit, 5GHz でサンプリン
グした場合は 5GB/sec のデータレートとなり、12bit でサンプリングした場合には１サンプルが 2 バイトとなるため 10GB/
sec の超高速データを取得する必要があります。ここでは、高サンプリングレートのデジタイザを使用したストリーミング
手法を解説します。

Express （PCIe） は、 ポイントツーポイントの高速シリアル差動インターフェイスです。
これは、 ソリッドステートメモリモジュール、
グラフィックス、 および周辺機器カードを
ルートコンプレックス （またはプロセッサホ
スト）に接続するために使用される最新のPC の標準拡張バスです。 バージョン 3.0
は、 現在、 8 GT/s （1 秒あたり 80 億回の図 36. ADQ32 のデジタイザ概略ブロック図

転送） をサポートする主要なオプションであり、 レーンあたり 985 MB/s の総スルー

汎用デジタイザアーキテクチャ

外部信号処理プットレートに相当します。 PCIe v3.0 ス

また、 x8 レーンのデータリンクが使用され最新のデジタイザ （図 36）は複数のタス

過去 10 年間で、 人工知能 （AI） や自律

ンをサポートし、 15.75 GB/s の最大 P2Pていることを前提としています。 より高速

クを高速で実行します。 常にそれらは多数的な未来のモビリティなどの業界のメガト

転送速度を提供します。 ただし、 この理論

でコストのかかるリンクオプション （x16 なのプログラム可能な入力チャンネルを提供

レンドに牽引されて、 並列処理が大きく前上の速度は組み込みプロトコルレイヤー、ど）は存在しますが、 現時点では、 このようします。 それぞれが外部センサーと検出進しました。 これにより、 コストが急速に

エンコード、 およびパケット化を考慮するこなサポートを提供している PC マザーボー器に接続されています。 入力信号は、 個

低 下 し グ ラ フ ィ ッ ク プ ロ セ ッ サ （ま た はとで減少します。

ドはほとんど無い為ここでは検討しません。

ロットは、 x1、 x4、 x8、 および最大 x16 レー

別のサンプルポイントで、 サンプルクロック

GPU） のパフォーマンスは向上しました。

データスループットの課題に直面していはじめにかし同時に、 これはエンジニアとデータサによって決定される周波数で同期的にサ当然のことながら、 デジタイザのユーザは、るエンジニアなら、 PCIe インターフェイスとイエンティストが同様に直面する問題の大ンプリングされます。 複数のデジタイザを

GPU を活用して彼らのプロジェクトで生成ベンチマークシステムの厳しい制限を理解

科学研究施設で実験をしている人や、きさを浮き彫りにします。 このような高いされた膨大な量のデジタルデータをふるいすることは容易です。 リンク設計の詳細は最新の超高速デジタイザの限界にあるハ

データレートは、 信号処理の困難さの問題

ここで学ぶこと

単一のクロックに同期させることができる
ため、 ラック間で重要な信号の位相関係に か け る こ と に 精 通 し て い ま す。 さ ら に特定のハードウェアの奥深くに埋め込まれ、イエンドのサンプリングアプリケーションをを引き起こします。 急速に変化する信号で● PCIe データ転送の落とし穴 ： 最を維持できます。 アナログフロントエンド

PCIe インターフェイスにより、 拡張外部デハードウェアの相互依存性の影響を受け使用している人は、 ピアツーピア （P2P）ス

運ばれる小さな信号を識別するのは困難

大スループットがホストアーキテ（AFE） に加えて、 主な機能ブロックには数

ジタル信号処理 （DSP）の提供が容易になることが多いためこれは依然として困難でトリーミングから得られるパフォーマンス上です。デジタイザは、標準のPCバックプレー

クチャ、 プロトコルコーディング、

ギガバイトのローカル高速メモリ、 FPGA、ります。 ただし、 GPU のリソースを最適にす。 このため、 ベンチマークは依然としての利点をすぐに理解することができるはずンの範囲内で簡単に処理できる量よりも大およびペイロードサイズによっておよび出力データインターフェイスが含ま使用するには、 PCIe バックプレ ーンイン

学者の領域です。 ここでは、 実際の PCIeです。 P2P ストリーミングは、 ホストとその量のデータを定期的に出力します。 では、どのように影響を受けるかれます。 ADC によって生成された生デー

ターフェイスシステムの動作の基本原則をの技術的要点に関するすばらしい洞察がローカルメモリ間でデータが調停されるのそのようなデータをリアルタイムで操作ま● リンク遅延とデータスループット

タはリアルタイム処理に利用でき、 デジタ

理解している必要があります。

Neugebauer1 Et al.(2018) に よ っ て 提ではなく、 PC バックプレーンの拡張カード

たは保存するにはどうすればよいでしょうのトレードオフ ： データ構造がど

イザ自体のローカル処理ブロックによって間で直接データを転送できるようにします。

か。 その疑問に答えるために、 デジタイザのようにシステムパフォーマンス

最適に処理されます。 FPGA は、 クロック

P2P ストリーミングはデータスループットをシステムの基本を検討します。

に影響するか生成、 メモリ管理、 データフレーミング、 タ

高速サンプリングデータの転送

イムスタンプなどを含む多数のプログラム● 最新のデジタイザは、 PC バックプ

要因を示しています。 エンジニアにとってレーンの限界に近いデータレート

最 重 要 事 項 は、 2 つ の 主 要 な リ ン ク パ

および限界を超えるデータレート

フォーマンスメトリックです。

できることは非常に魅力的な機能です。 し供されています。 これは、 特にリンクがホ
ストプロセッサによって調停されている場
合に、 リンク帯域幅に影響を与える複数の最大化し、 ターゲットインターフェイスのデータキャプチャとデータ処理は、 デー● P2P ストリーミングの利点 ： 可能

ピークスループットレートを達成します。 こ

タ取得システムを構築する際に考慮すべきな限り最高のスループット、 DMAの 場 合、 ス ル ー プ ッ ト は PCIe 仕 様 の 約

デジタルキャプチャの 2 つの側面です。 設同様のデータ転送オプション

さらに、 JESD204B やライセンスフリー

7.5GB/sec となります。

計者は、 デジタイザ内でデータを処理する● オープン FPGA の利点 ： 設計目の ESIstream システムなどの ADC への高ことを望む場合があります。 アプリケーショ

標に関係なく、 オープン FPGA デ

速 「短距離」データリンクを介して、 最新の● 例えば ADQ32、 デュアル 12 ビッ● スループットは転送されるデータの上ンの処理要求が重い場合があり、 その時ジタイザは P2P の成功に不可欠

A/D コンバータ （ADC） の生のサンプル

ト x 2.5GHz サ ン プ リ ン グ = 7.5限を設定します。 制限を超えると、 何

高速デジタイザシステムにおける考慮事項

点でデータ転送が必要になります。 アーです

レートをサポートします。 ただし、アプリケー

GB/s

らかのローカル前処理とデータ削減がキテクチャの選択は、 システムに適用され可能なサポート機能を提供します。

でサンプリングします

ション固有の信号処理要件と市場のさま● PCIe ver.3.0 は 理 論 的 にざまな経済的要求とのバランスを考慮す<7.87GB/s （x8 レーン）をサポー

ると、 オンボード FPGA のパワーが十分でトします

要求されます （圧縮、 平均化、 デシメー

最新のデジタイザは、 大量のセンサー

るデータリンクテクノロジーに大きな要求を

データをオンデマンドで配信します。12ビッ

課す可能性があります。 この記事では、

P2P アプリケーションの例

ト分解能のデュアルチャネルデジタイザでデータリンクの落とし穴についての洞察を● 質量分析

ない場合があります。 このような場合、ユー● 最適化された PCIe v.3.0 x8 シス

ロックが転送される最小時間を決定しある ADQ32 は 2.5GHz でサンプリングし、提供し解決策を明示します。

● ソフトウェア無線

ザは追加の外部信号処理を利用して開発

テ ムのベンチマークは、 スルー

ます。 レイテンシはフィードバック制御シ

最大 60 Gbps （または 7.5 GB/s）の速度● LIDAR 深度検知システム

することができます。 これは、 P2P ストリー

プット（> ～ 6.25 GB/s）がほとん

ステムで重要であり、 多くの科学実験

でデータを生成します。 言い換えれば、 毎● 分散型光ファイバーセンシング

ミングに対する現在の市場の関心を高め

ど得られないことを示しています

が直面している大きな問題の 1 つです。

● 掃引光源光コヒーレンストモグラています。

秒 2 本の長編 HD 映画に相当するデータ

特記事項 ：

を生成できることを意味します。 この様にこ の 記 事 で は、 PCIe Gen 3.0 を 備 え た

見ると、 それほどの膨大なデータ量を処理

ADQ32 デジタイザに焦点を当てています。

20 MISH International Co., Ltd.

フィー （SS-OCT）ションなど）。
● レイテンシは、 ディスクリートデータブ● バックプレーンはデータ転送のボトルネックとなります

PCIe を使用すると、 複数のホストを 1 つの PC シャーシに常駐させることができ、 各

https://www.mish.co.jp 21

MISH Tech Journal 2022 SUMMERMISH Tech Journal 2022 SUMMER

る の に 役 立 ち ま す。 こ れ に よ り、 ホ ス ト

ホストがルートコンプレックス内のリソース

CPU リソースの負荷も軽減されます。 多くを呼び出そうとする場合があります。 原則
として、 図 37 に示すように、 適切なデータ

ここで何が起きてるのか？

のアプリケーションでは、 結果データのみ

ペ イ ロ ー ド サ イ ズ で は、 PCIe を 介 し た 7

PCIe v3.0 (x8 レーン ) リンクの特性 ：をホストに転送して表示する必要がありま

GB/s を超えるピアツーピア通信が可能で● 信号の歪みは、 データのパケット化された性質す。 実際、 7.5 GB/s も達成されています。

● 8 バイトの整数倍で発生します● 範囲全体で複数の 「スパイク」 が発生するから発生しますプロットは、 データレコードの長さがス● フレームヘッダは短いレコードの場合にオーバー

ループットに影響を与えることを示していま● ただし、 レコードが短いとレイテンシは最小になりヘッドが発生しますますす。
ADQ32 デジタイザの FPGA は、 データ処理に不可欠です。 ただし、 その固定数の並列処理要素が信号処理の複雑さにす。 レコード長が256サンプル未満の場合、上限を課す状況が存在します。 例えば、データレートは急速に低下すると結論付け

広く使用されている高速フーリエ変換

ることができます。 したがって、 アプリケー

図 37. レコード長に依存する PCIe の最大スループット

256 サンプルのペイロードは有用な最小

単に組み込むことを可能にし、 重要な短期

レコード長であり、 有用な経験則です。 次間のデータバッファを提供します。 また複のセクションでは、 ここに示されているス

雑なタイミングおよびデータフレーミングタ

ループット特性の背後にあるものについて

スクを管理します。
さらに、 FPGA を使用すると広範なロー説明します。

データ信号処理の選択肢● Peripheral Component
Interconnect Express の略です

ルゴリズム）を適用できます。 フィールドプ
ログラマビリティは、 長期的かつ継続的な製品メンテナンスのための 「オンデマンド」

する場合、 データ信号処理の方法には 2つの選択肢があります。

討する必要があります。
● ホストへのデータ転送
デジタイザと GPU 間のデータ転送の最1. コンパクトで効率的なローカルオンボー
ド信号処理
2. 柔軟な P2P リモート信号処理

由で PC メモリ （PC RAM）に直接データをコピーすることです。 そのバッファリングされたデータは、 PCIe を介して GPU に転送する前にホスト CPU によって処理すること

FPGA のパフォーマンスが特定のアプリ

それ以外の方法としてホスト CPU を使ができます （図 38）。 このアプローチは、ケーション信号処理のニーズを満たさない用した信号処理がありますが、 データス

独自のデフォルトバッファを使用して動作● シリアル化されたマルチレーン、場合でも、 システムに大きな利点がありま

ループットを大幅に制限し超高速信号処

するすべての標準ドライバと互換性があり

P2Pデジタルデータリンクがパラレす。 FPGA は、 Teledyne SP Devices 社

理に適していないため選択肢からは外れます。

ルPCIバスに取って代わりましたによって開発されましたの P2P テクノロジーの開発を容易にし、 リます。 ちなみに、 アプリケーションに最適● PCIe v3.0 が現在の主流です

モート GPU へのデジタイザの接続を簡素な ア プ ロ ー チ を 迅 速 に 特 定 す る こ と は、

但し、 この方法は面倒で時間がかかる● レーンあたり 985MB/s のリンク化します。 多くの業界は、 費用効果の高Teledyne SP Devices 社のエンジニアがプロセスであり、 ホスト CPU リソースに最い並列処理を提供する GPU の利用に関し専門とする分野です。 特定のアプリケー

大の負荷がかかります。 事実上、 リンクスてかなりの専門知識を持っています。 彼ら

ションに最適なアプローチをお客様にアド

ループットが与えられると、 PC はデータフ

は、 CUDA と 組 み 合 わ せ た C、 C++ な ど

バイスさせていただきます。

ロー管理専用になります。 より効率的なア

レートのプログラミング言語に精通しています。

PCIeバックプレーンソリューションの設計

一方、 FPGA 開発は VHDL や Verilog など

Teledyne SP Devices 社の最新のデジ

言語 （HDL） を理解する必要があります。

タイザである ADQ32 は、 60 Gb/s （またはの高度に抽象化されたハードウェア記述
これは専門エンジニアの領域です。

= 7.5GB/s）のピークサンプルレートでデータを生成します。 ただし、ボードの出力デー
タレートは最大 7GB/s までしか評価されて

ADQ32 デジタイザの特徴：いません。これは、リアルタイムのデータレー● デュアルチャネル 12 ビットサンプ

トとデータリンク速度の不一致を強調してリング

これらの方法について説明します。

ここでは、 単一の共有された転送バッ● ローカルオンボード信号処理
最もシンプルで経済的なデジタイザアプ
ローチは、 図 36 で示したものです。

ファが使用されています。 固定されたバッ
ファは各ドライバによってアクセスされ、 ホストが行うデータコピープロセスを排除しTeledyne SP Devices 社のデジタイザます。 システムリソースの需要は低下しま

は、 常に包括的な組み込み機能のセットをすが、 このアプローチは完全にサードパー

提供し業界標準のバックプレーンへの統ティの協力に依存しています。

合を容易にします。 すぐに使用できるこのしかし、 ホストリソースには依然として大ソリューションは費用効果の高い完全なソきな負荷がかかります。 つまり、 データ転● 1GHz アナログ信号帯域幅

リューションです。 これは、 オンボードの送への究極のアプローチはホストの相互な制限であり、 データ削減を実行するため● サンプリング周波数 2.5GHz

データ変換、 （ローカルメモリへの）データ作用を完全に排除することです。 これが、にデジタイザのローカル前処理が必要です。

次に説明する P2P ストリーミングです。

● 8GB オンボードデータメモリ

取得、 および （FPGA の） 信号処理を提供

Teledyne SP Devices 社 は、 FPGA の● 内部および外部トリガーサポート

します。 さらに、 デジタイザリソースには、

空きリソースを提供することでデータレート● 統合された P2P ストリーミング @ユーザが定義したアルゴリズムを実装する

マブルゲートアレイ （FPGA）は、 デジタイザにかなりの柔軟性とプログラムの可能性を提供します。 これは、 データメモリを簡22 MISH International Co., Ltd.

7GB/s
● ユーザーコード用のプログラマブ
ル FPGA

図 39. 共有バッファを使用したホスト経由のデータ転送

プローチの詳細を図 39 に示します。

います。 克服する必要があるのは基本的の削減を実現します。 フィールドプログラ

図 38. ホスト経由のデータ転送も簡単な方法は、 デジタイザから PCIe 経フィールドアップデートの利点も提供します。

● 2003 年に Intel、 Dell、 HP、 IBM

PCIe GPU 拡張カードを追加することを検PCIe ベースの超高速デジタイザを導入

カル信号処理とカスタムコーディング （アPCIe とは何か？

（FFT） で、 長い FFT の実装で問題が発生する可能性があります。 この場合は、 外部

ションに最小のレイテンシ要件がない限り、● P2P （ピアツーピア） ストリーミング

図 40. P2P ストリーミング

テクチャは、 シリアル化されたポイントツー

物理リンクがどのように確立されるかを示ためのプログラマブル FPGA が含まれていホストリソースの負荷を排除するには、

ポイントのデータリンクを生成するアクティ

したP2Pストリーミングです。 ホストはデーます。 ユーザ FPGA リソースは、 データ削PCIe 固有のピアツーピアの性質を使用しブなデータインターフェイスによりパフォー

タフローパスから完全に切り離されていま減をターゲットにして出力データレートをて PCIe ファブリックのスイッチ機能を活用

マンスを向上させます。

す。 ただし、 このリンクを可能にするには、

PCIe リンクの限られた帯域幅に適合させします。 最新のモジュラーシステムアーキ

図 40 は、 デジタイザと GPU カード間のいくつかのシステム上の考慮事項に対処

https://www.mish.co.jp 23

MISH Tech Journal 2022 SUMMER

0

MISH Tech Journal 2022 SUMMER

3 or 4 DW

0 .. 1023 DW

HEADERPAYLOAD1

2

3*

Max 8 bytes*Not used

ファが新しいレコードの準備ができていリズムによる方法は他にもたくさんあります

ることを ADQ32 に報告するための時が、 詳細は Teledyne SP Devices 社のド間を提供する （より実質的な遅延）

キュメントを参照してください。

Max 4,096 bytes (PCIe standard)
Up to 384 DW for P2P solution

ADQ32 の複数のローカルバッファを使用することで、 継続的な GPU P2P ストリー

Word 1

Word 0TYPE

OTHER ATTRIBUTESREQUESTER ID

LENGTHTAG

WRITE/READ ADDRESS 31:2

PH

(OPTIONAL FOR 64-BIT ADDRESS)

Word 6

Byte 3
Byte 7
Byte 11
Byte 15

Word 7

図 41. PCIe トランスポート層パケット（または TLP）の基本構造する必要があります。 例えば PCIe カード

PCIeトランザクションとデータスループットの最適化の物理的な位置のような単純なものは、

PCIe トランスポート層パケット （またはP2P 相互接続のパフォーマンスに影響を与える可能性があります。 したがって、 デTLP）の基本構造を図 41 に示します。

これらは、 データスループットを最大化

あ り ま せ ん。 Teledyne SP Device 社 のオープンFPGAによるデジタイザの柔軟性

デジタイザは、 サンプリングとオンボード信FPGA の有用性、特にそのオープンFPGAています。 ただし、 オンボード FPGA に十パーティションは、 Teledyne SP Devices

分な DSP パワーがない場合、P2P ストリー

データレイテンシについて

社のデジタイザのユーザにとって大きな利

ミングは、 追加の GPU PCIe カードを活用点です。 これで、 多くの理由が明らかになして信号処理を強化するための迅速なレイテンシに対する主なシステムレベル

るはずです。

ルートを提供します。

Header Expanded

FMT

すべてのデジタイザアプリケーションがP2P ストリーミングを必要とするわけでは

ミングを保証できることは明らかです。

Byte 0
Byte 4
Byte 8Byte 12

まとめ号処理を提供するために適切に構成されの影響は、 データバッファのサイズに起因データ削減、 TLP の最適化、 およびピー

デ ー タ 転 送 を 最 大 化 す る に は、 PCIe

します。 各レコードは、 ADQ32 バッファでクスループットまたは最小遅延のいずれか

TLP の詳細を慎重に検討することが有益

利用可能になるとすぐに P2P ストリームとに向けたパフォーマンスのスキューイング

です。 ここで説明したように、 PCIe P2P

して転送されます。 ただし、 アプリケーショのいずれの場合でも。 または、 単に独自実装は、 理論的には最大 7.5 GB/s のスン （GPU） は、 バッファが書き込まれ、 バッのデータ前処理を適用したり、 シグネチャ

ループットをサポートできます。 最新のファフルマーカーにフラグが立てられるま

分析を実行したりするだけで、 オープン

ADQ32 デ ジタイザ に P2P 対応の API がで、 新しいレコードを認識しません。

FPGA リソースは、 究極の設計の柔軟性と組み込まれ、 業界初の Windows 互換のシステム経済性を提供します。

P2P ド ラ イ バ ー と 組 み 合 わ せ る こ と で、するための最適な TLP （パケット長） です。

レコードの一部にできるだけ早くアクセ

これらの特定のレコード長は、 PCIe パケッ

スすることが重要な場合は、 レコード長よTeledyne SP Devices 社は P2P データス

ト化の性質上、 その他のデータペイロード

りも小さいバッファを使用します。 さらに、

トリーミングを容易にしました。 この成果ジタイザと GPU カードは隣接するスロット

いくつかの主要な TLP ヘッダーフィール

TLP を使用するよりも優れていることに注

不規則なトリガーイベントの場合、 内部のを使用する必要があります。 さらに、 選択

ドが示されていますが、 3 つまたは 4 つの意してください。 最適なシステム応答時間

定期的な時間間隔を設定して、 バッファかしたスロットは、同じPCIeスイッチファブリッ

ダブルワード （DW） で構成されていること

は、 一部のパケットデータの無効性を示す

らデータを強制的にフラッシュすることがで

ク内でスター接続されている必要がありまを示す以外は細かな部分にとらわれること

ヘッダー LENGTH フィールド （Byte 3） をきます。 これにより、 マーカーにフラグを立の 3 つのヒント ：行い、 データフレーミング / データ削減をす。

はありません。 このうち、 最初の （バイト 0）

含む最大のペイロードパケット （フルレコー

てるのに十分なデータがトリガーされてい1. 一部の民生用マザーボードに注意して処理してスループットを最大化します。 こは、 TLP とそのデータペイロードの効果的ド用）を使用することで得られます。 これは、ない場合でも、 埋めるためのクリーンなください。 8 レーンまたは 16 レーンのれで、 ホストの介入なしに PCIe リンクを最な 動 作 を 定 義 す る フ ォ ー マ ッ ト （FMT）

明らかに長い TLP が使用されているにもバッファが残ります。

PCIe スロットのように見えるものもそう

大限に活用します。 オープン FPGA を使

PCIeデータパイプを最大限に活用する

フィールドと TYPE フィールドの両方を提供

かかわらず、 遅延の影響を制限するのに

ちなみに、 マーカーには、 バッファのどでは無い場合があります。 フルレート

用すると、 固定フォーマットのデータ変換です る た め 最 も 重 要 で す。 Teledyne SP

役立ちます。 より長いレコードは常に複数

れだけが新しいデータであるかをアプリ動作の場合、 ADQ32 には電気的に 8はなく、 ユーザの用途は最大スループット

高速 P2P 転送の鍵は、 次の手順を実行

Devices 社は、 最適な P2P データストリーの TLP に分散する可能性があり、 特定のケーションに示すバイト書き込みフィールド

レーンスロットが必要です。

または最小レイテンシのいずれかで利用すすることで達成されるデータリンクの最適

ミングに重点を置いて、 TLP ペイロードパ

レコードの最終的な TLP のサイズはペイを含むメタデータが含まれています。 した

2. ADQ32 カードと GPU カードが隣接す

る こ と が で き ま す。 本 質 的 に、 オ ー プ ン

化にあります。

ケットの長さを 256B または 512B に制限

ロードに一致するように変化します。 レコー

がって、 定期的なフラッシングは、 強力なるスロットに配置され、 信号ルーティン

FPGA は完全に柔軟なアルゴリズムの選しています。 これは、 それぞれ Intel およびドセットには適切な TLP （最後の TLP）が 1

トリガーの下で高スループットを目的としグが最短になることを確認し、 両方の択を可能にしユーザの柔軟性を高めます。

AMD ベースのハードウェアで最適に機能つしかないため、 レコード長が長くなると、て大きなバッファが使用されている場合でスロットが同じスイッチファブリックを介オープン FPGA がない場合、 残された選します。

スループットへの影響は小さくなります。

も、 レイテンシを低下させます。

1. 適切なデータレコード長を選択して、PCIe トランザクション （TLP フレーム）を

ク帯域幅が不十分な場合に、 データ削の秘訣は、 ローカルのオープン FPGA リ

ADQ32 デジタイザをセットアップする際

タパケットを可能にするリソース最適化をソースです。 ローカルバッファ管理とデーして接続されていることを確認します。

択肢は１つです。 つまり、 ホストシステムのさらに、 適切な TLP パケット長を選択す

最大スループットを得るためのデジタイザ

3. これまでの経験から、 Teledyne SP

利用可能なデータ転送帯域幅に一致する

ると、 バッファサイズを最小限に抑えることで予想される最小のデータバッファサイズ

Devices のユーザは、 AMD 製 Thread

ようにデジタイザのサンプルクロックを抑制ができます。

は、 通常 1 ～ 2MB の間で変化します。 た

データ削減へのアプローチ

ripper マザーボードが最高の持続ス

することです。

確認しました。

最適化します。
2. ターゲットアプリケーションに対してリン

その他のヒント

減アルゴリズムを実装します。

ループットレートを提供していることを

ここでもう一度図 37 を参照すると、 7.5

だし、 P2P ハードウェアの相互作用の遅延

3. リンクの両端がホストアービトレーショ

GB/s をわずかに下回るピークスループッを考慮した実用的なバッファサイズは、 常ADQ32 ファームウェアは、 ユーザ定義

ンなしで相互に通信することを確認しま

トが 512 または 768 サンプルの 2 つのレにレコード長の倍数に設定する必要がありの skip_factor によってデータを削減する

Teledyne SP Devices 社 WHITE PAPER：す。 この場合、 適切な API とシステムド

コード長で発生しています。 デジタイザはます。 このオーバーヘッドは、 2 つのシスために、 単純なサンプルスキップアルゴリ

New Ultra-fast Digitizers get a boost

ライバーを開発する必要があります。

ワード （2 バイトペア） サンプルを生成する

テムレベルの影響があります。

ズムを実装しています。 skip_factor を 10with peer-to-peer streamingに設定すると、 10 個のサンプルごとに 1 つことを思い出してください。 ピークスルー
この実装を実現するために重要なのは、

プットは、 次のいずれかで発生します。

オープン FPGA の存在です。 これは自律的なデータフローコントローラとして独自

512 サンプル （2 x 512Byte TLP）に機能します。

768 サンプル （3 x 512Byte TLP）

24 MISH International Co., Ltd.

リファレンスドキュメント ：● ADQ32 がバッファーフルマーカーを書だけが保持され、 サンプルクロックが 10き込むための時間が発生する （短い遅倍に効果的に分周されます。 したがって、

延）

2.5 GHz のサンプルクロックは、 250MHz● アプリケーションがバッファーマーカーの出力データレートを生成します。 持続的を検出し、 処理をトリガーし GPU バッ

な出力データレートを減らすためのアルゴ

ADQ32 5GHz A/D ボード

https://www.mish.co.jp 25

2022 年夏の新製品

新製品 ピックアップ

Abaco 社製 VPX370
VPX ボード開発シャーシ

利用することができます。 スロット 1 は、Intel Core i7 プロセッサ、 16GB の DDR3
SDRAM、 1Gb イーサネットインターフェイ

ここでは今年の新製品をピックアップして紹介します。
■ Spectrum 社製 M5i シリーズ 高速 A/D ボード■ Spectrum 社製 M2p.7515-x4 デジタル IO ボード■ RedRock 社製 VPX ストレージボードシリーズ■ Abaco 社製 VPX370 VPX 開発シャーシ■ Pentek 社製 Model 8257A RFSoC 開発用シャーシ

ス、 および miniHDMI ポートを介した単一の DVI/HDMI インタフェースを活用するシングルボードコンピューター （SBC）専用です。 ス ロ ット 2~6 は、 Abaco 製 の FPGA、GPGPU、 RFSoC ボ ー ド な ど の VITA 65
M5i シリーズモデルラインナップ

Spectrum 社製 M5i. シリーズ
高速 A/D ボード

Model

分解能

1ch

2ch

帯域幅

M5i.3337-x16

12bit

6.4GS/s

3.2GS/s2GHz

M5i.3321-x16

12bit

3.2GS/s

3.2GS/s

1GHz

適 し て い ま す。 入 力 レ ン ジ は ± 200mV録が可能です。 ホストインタフェースは～± 2.5V でプログラマブルとなっており、

PCI Express x16 レーンを採用し、 最大

オフセット機能を備えています。 標準で12.8GB/s のデータ転送をサポートします。

4GB （2Gsample） のオンボードメモリを

ま た、 SCAPP オ プ シ ョ ン を 利 用 す れ ば

M5i シ リ ー ズ は、 最 大 6.4GHz 12bit

搭 載 し て お り、 オ プ シ ョ ン で 最 大 16GB

GPGPU へのダイレクト転送が可能となり2ch でサンプリング可能な高速 A/D ボー（8Gsample） に拡張することができます。

ます。 レーダ、 LIDAR、 高エネルギー物理

ド で す。 入 力 帯 域 幅 は 最 大 2GHz を サ

シングルショット又は連続ストリーミング

科学等のアプリケーションに最適です。

ポートしており、 超広帯域の信号取得にモードにも対応していますので長時間の記M2p.7515-x4 は、 125MHz 32ch のOpenVPX 準拠の 3U VPX カードを使用することができます。 スロット 7 は、 システム

搭載しており、 Abaco 社の FPGA ボードや

PCIe スイッチ専用で、 システム内の任意のI/O ボードの開発用プラットフォームとしてカード間のスロット間通信を可能にします。

VPX370 仕様
対応ボード

3U VPX

スロット数

7 スロットモジュールピッチ0.8/0.85/1.0 インチサポート

バックプレーンプロファイル

BKP-CEN07-15.2.3-3

冷却方法

エアクール

温度

0 ～ +55℃

電源

90 – 264VAC

Pentek 社製 Model 8257A
RFSoC 開発用シャーシ

デジタル I/O

32ch TTL 入出力

サンプリングレート

1kS/s ～ 125MS/s

入出力レベル

3.3V 又は 5.0V TTL 互換

オンボードメモリ

1GB SDRAM

ストリーミング

FIFO モード（最大 700MB/s）

オプション

Star-Hub により最大 16 枚のボードを同期可能

ドライバ

Windows, Linux

フォームファクタ

PCI Express x4

動作温度

0 ～ +40℃

合する電力と冷却を提供し、 必要なすべてのインタフェースにアクセスできます。 多くの SOSA 準拠システムは、 アプリケーショ

条約第 26 回締約国会議で岸田総理は「脱炭素化」に向けたアジア各国への支援を約束しました。一方で日本国
内の電力は約 3 割を石炭火力発電に頼っている状況であり、先進諸国からの批判は避けられない状況です。
3 月に福島県沖を震源とする地震が発生し、多くの家庭が電力を失いました。
また、その地震による影響で発電所の復旧が遅れ、電力の使用を制限される意見であり、それを実現するためにどおよびソフトウェア開発者はシンプルな 1

うすべきかを考えなければいけない

れ に よ り、 開 発 時 間 を 短 縮 で き ま す。
Model 8257A に組み込まれている強制PENTEK社のRFSoCベースの「Quartz

空冷は、 シャーシ内のコンダクションクー

速デジタル信号を取得及び再生する事が的にストリーミングすることができます。 数

ドと同期することができます。 GUI ソフト

シリーズ」FPGA ボードを使用したアプリ

ルボードをサポートするように設計されてできます。 入出力の方向はソフトウェアに

時間単位の長時間記録にはオプションレ『SBench 6』によりデータ解析が容易に行

ケーション開発に最適です。 このシャーシいます。 これにより、 デスクトップまたは実

よって切り替えることができます。 オンボー

コーダ 『SKY-DAQ』が用意されています。

えます。 ASIC や FPGA などの各種 LSI のは省スペースのデスクトップフットプリント

験室環境で、 コンダクションクールボード

ドメモリは 1GB を搭載しており、 FIFO モー

また、 M2p-Star-Hub オプションを使用す

テストや評価に最適です。

で Model 5550 および Model 5553 に適を使用した開発が容易になります。

Model 8257A 仕様
モデル名

ストレージタイプ

容量

インタフェース

タイプ

RRT-3UVPX-NVME-QUAD-M2-A

NVMe M.2 SSD

15.36TB

PCIe x4

3U VPX

RRT-3UVPX-NVME-QUAD-M2-C

NVMe M.2 SSD

15.36TB

PCIe x4

3U VPX

RRT-6UVPX-NVMe-R-A

NVMe SSD

32TB

PCIe x4

6U VPX

RRT-6UVPX-NVMe-R-C

NVMe SSD

32TB

PCIe x4

6U VPX

TLC, MLC 又は pSLC を選択することがでOpenVPX の Fat Pipe (FP) PCIe x4 を使

き ま す。 VPX バ ッ ク プ レ ー ン 経 由 で PCI用した高速転送が可能です。 オプションでれば良いのか？地球の温暖化を考えするべきでは無いというのは当然のるとM2pシリーズのA/DボードやD/Aボー

VPX ストレージボードシリーズ

す事がわかっています。ではどうす

Model 8257A を使用することで、 FPGA

アにすぐにアクセスすることができます。 こ
3U VPX ボード開発用シャーシです。

電気が無いと日常生活に支障をきた

ク プ レ ー ン を 使 用 し て 開 発 さ れ ま す。

スロットバックプレーンでRFSoCハードウェ
Model 8257A は、 SOSA に 準 拠 し た

常に必要不可欠なものとなっており、ると CO2 の排出量が多い石炭を使用

ドで使用することでデジタルデータを継続

対応ボード

3U VPX

スロット数

1 スロットRFSoC 対応ボード

Model 5550, Model 5553

リアパネル I/O

RF：2x SMA
Gigabit Serial：2x Optical MPO
GigE：1x RJ45

動作温度

0 ～ +50℃

電源

100 – 240VAC, 300W

Red Rock 製 VPX ストレージボードは、Express インタフェースに対応しており、 最FIPS140-2, FIPS197, TCG Opal に対応

展示会出展中止のお知らせ

NVMe SSD を搭載した VPX タイプのスト

大 3.94GB/s のパフォーマンスでデータ転します。 航空機搭載など過酷な環境で使

レージボードです。 容量は最大 32TB で、送 が 可 能 で す。 SOSA に 準 拠 し て お り、用することができます。

新型コロナウイルス感染拡大防止の観点から、展示会への出展は当面の間中止することにいたしました。

26 MISH International Co., Ltd.

された「COP26」国連気候変動枠組み

ンの相互接続要件に固有のカスタムバッ

ボードです。 最大 125MS/s のレートで高Red Rock 社製
VPX ストレージボードシリーズ

昨年の 11 月の英国グラスゴーで開催と思います。
現代社会は便利な社会になっている
ようですが、そのほとんどは電力によって機能するものであり、電力が無い事でその全てが失われることも認識しておく必要があるようです。電力に代わる新たなエネルギーを作り出すことができれば良いですね。

受託開発
弊社ではソフトウェア・ハードウェア
及び FPGA の受託開発も承っております。お困りの事がございましたらお気軽にご相談ください。
✉ sales@mish.co.jp

おわりにテックジャーナルでは、これからも出来る限りお客様に有効となる情報を提供していきたいと思います。今後ともどうぞよろしくお願
いいたします。

https://www.mish.co.jp 27『ミッシュ・テックジャーナル』次回発行をお楽しみに！

PCI Express タイプ高速デジタル入出力

VPX370 は、 Abaco Systems 社製 VPX
ボード開発用シャーシです。 CPU ボードを状況になっています。現在、電気は日M2p.7515-x4 仕様

Spectrum社製 M2p.7515-x4
デジタル IO ボード

地球温暖化を考える７

RFSoCRUGGED SOLUTION

Pentek社は、1986年にアメリカのニュージャージー州で設立された
組込みシステムのボードサプライヤです。リアルタイム信号処理の為のFPGAボードや高速A/D・D/Aボード、耐環境データレコーダ等、特にソフトウェア無線やレーダの無線信号処理用途に特化した技術力と設計能力はミリタリ産業で認知されています。

東京都立川市柏町 4-56-1 TEL：042-538-7650
e-mail：sales@mish.co.jp URL：https://www.mish.co.jp
株式会社ミッシュインターナショナル 〒190-0004