計測器豆知識【オシロスコープ編】
オシロスコープの帯域幅はどう選ぶ？周波数帯域の基礎と注意点をやさしく解説！
オシロスコープの選定には、チャンネル数、周波数帯域、サンプリングレートなど、考慮すべき基本的な要素があります。
今回は、最も基本的な周波数帯域の選び方について、よくあるミスとその落とし穴を例にわかりやすく紹介します！
【トラブル事例で学ぶ】よくある帯域選定ミスとその落とし穴
「信号が50MHzだから、オシロは100MHzで十分だろう」——
実際、帯域選定を誤ったオシロスコープで測定すると、想定していた信号が本来の形にならないトラブルが起こります。
今回は、オシロスコープの帯域選定の考え方と、よくある勘違いを避けるための計算式について解説します。
【トラブル事例で学ぶ】よくある帯域選定ミスとその落とし穴
そんなふうに安易に考えてしまうと、思わぬトラブルにつながります。
出典：キーサイト・テクノロジー株式会社
50MHzの波形を100MHzのオシロスコープで測定したところ、次のように表示されました。
これはいずれも、波形が想定した形とは異なっている状態です。
トラブル内容：測定した信号が“本来の形”に見えない
現場でのチェックは以下のステップで実施しました。
プローブの接続が正しいか 減衰比設定・グランドリードの長さ・接点の緩みをチェック。 プローブの帯域が十分か オシロ本体より低い帯域のプローブを使うと、測定帯域が制限されます。 オシロスコープの設定が適切か 帯域制限（BW Limit）がオンになっていないか、レンジ設定が合っているか確認。 サンプリングレートが必要な値を満たしているか サンプリング不足は波形の再現性に影響します。 観測対象の立ち上がり時間（Tr）を把握しているか Trから必要な帯域を計算できるため、異常判断の材料になります。
原因究明のためのチェック手順
原因は 「オシロスコープの周波数帯域が不足していたから」 でした！
以下は50MHzの矩形波を、オシロスコープの周波数帯域を変えて測定した例です。
原因は「オシロスコープの周波数帯域が不足していたから」でした！
帯域不足のとき（例：100MHzのオシロスコープで測定）
立ち上がりが遅く、波形の角が丸まって表示される
出典：キーサイト・テクノロジー株式会社
適切な帯域のとき（例：500MHzのオシロスコープで測定）
立ち上がりが速く、エッジが明瞭で信号本来の形に近づく
出典：キーサイト・テクノロジー株式会社
基本的な周波数帯域の考え方
オシロスコープの周波数帯域を決定する方法は、
「測定したい信号（基本クロック）の5倍以上」とすることが一般的です。
しかし、矩形波の立ち上がり（急峻なエッジ）を出来る限り正確に測定したい場合は注意が必要です。
矩形波を含む様々な波形は、基本波＋高調波が組み合わさって構成されています。
「5倍以上」という考え方では、急峻なエッジに含まれている周波数成分を十分に考慮できず、
波形を正しく測定できない可能性があります。
そのため、信号の立ち上がり時間を元に、
オシロの周波数帯域を決定する必要があります。
ポイント基本的な周波数帯域の考え方
（矩形波の場合は、10倍の周波数が必要です）
信号の特性（立ち上がり時間）が分かっていれば、適切なオシロスコープの帯域幅を簡単な式で判断することができます。
※計算式はキーサイト・テクノロジーより出典
【計算式】
【計算例】※立ち上がり1nsの矩形波を測定したい場合
つまり、選ぶべきオシロスコープの帯域幅は
1GHz/
サンプルレートは
4GSa/s
となります。
立ち上がり時間から周波数帯域を求める
オシロスコープを選定する場合、むやみに性能が高いモデル（周波数帯域が高い）を購入するのは、余りお勧めできません。
測定したい信号よりも、周波数帯域が高すぎるオシロスコープを使用すると、ノイズを拾う原因にも繋がるからです。
また周波数帯域が高くなれば、それだけコストもかかりますし、結果的に無駄な投資にもつながります。
しかし、オシロスコープの周波数帯域不足は、正しい波形を表示できなかったり、不具合の誤判定を招きます。
そのため、測定したい回路の信号に対して適切な周波数帯域を持ったオシロスコープを選定することが大切です。
メーカーによっては、購入後に周波数帯域をアップできるオプションを用意しているところもあるので、将来を見据えて選定することもポイントです。
オシロスコープの周波数帯域選定のチェックリスト
まとめ：オシロスコープの周波数帯域は立ち上がり時間から逆算して選ぼう！
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