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デジタイザとは?<オシロスコープとの比較>

製品カタログ

アナログ量をデジタルデータに変換する装置、デジタイザをわかりやすく解説しています

掲載内容
・デジタイザの基本機能
・デジタイザの性能パラメータ
・デジタイザとオシロスコープの違い
・Pcleについて
・アベレージャについて
・大量データの超高速・並列処理
・SCAPP

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このカタログについて

ドキュメント名 デジタイザとは?<オシロスコープとの比較>
ドキュメント種別 製品カタログ
ファイルサイズ 962.9Kb
登録カテゴリ
取り扱い企業 株式会社エレクトロニカ IMT事業部 (この企業の取り扱いカタログ一覧)

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このカタログの内容

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Tel. 050-3498-9423 http://www.imt-elk.com/
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デジタイザの基本機能 デジタイザは、アナログ量をデジタルデータに変換する装置です。 ここでは、アナログ電圧信号をデジタルデータに変換する装置に関しての説明をします。 アナログ電圧信号をデジタルデータに変換する装置と言うと、一般的には、AD変換器 (Analog-to-digital converter)ですが、デジタイザは、AD変換器に、プリアンプ、メモリ、 パソコンからの制御、パソコンへのデータ転送を可能にする機構を組み込んだものです。 デジタイザ 電圧 パソコンから制御 データ処理、解析、制御 電圧信号 入力 パソコンに出力 AD変換 時間 電圧 電圧信号 デジタル・データ 01101100 01101101 01101111 時間 ・ ・ 01101001 ・ デジタルデータに変換する事により、パソコン上で種々の処理が容易に行えます。 Page 2
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デジタイザの性能パラメータ デジタイザの基本性能を表すものとしては、下記があります。 入力レンジ:入力の電圧レンジの事です。 1Vレンジの場合、通常-0.5V~+0.5Vまでの電圧を扱う事ができます。 入力レンジは、50mV~10V程度で、切り替え可能です。 入力インピーダンス:通常50Ωか1MΩです。 変換ビット数:入力の電圧信号を、何ビットのデジタル信号に変換するかのビット数の事で、多くの場合 8ビット~16ビットです。 ビット数が多い程、変換に時間がかかるため、変換速度が遅くなります。 サンプリングレート:1秒間に何回、入力電圧信号をデジタル信号に変換するかの頻度を周波(Hz) または、1秒当たりのサンプリング回数(Sa/s)で表します。 デジタイザの最高変換速度を言い、1KHz(1KSa/s)~10GHz(10GSa/s)程度の値になります。 プラットフォーム(インタフェース):パソコンのボード接続用スロットのインタフェースの事で、PCI、PCIe、 PXI、PXIe、LXIなどがあります。 ・入力レンジ デジタイザ ・入力インピーダンス ・変換ビット数 電圧 ・サンプリングレート ・プラットフォーム デジタル信号 アナログ電圧信号 01101100 パソコンに 入力 01101101出力 AD変換 01101111時間 電圧 電圧信号 ・ ・ 01101001 時間 ・ Page 3
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オシロスコープとの違いは? 近年、オシロスコープはデジタル化され、DSO(デジタル・ストレージ・オシロスコープ)と呼ばれ ており、オシロスコープの中には、デジタイザの機能が含まれています。 オシロスコープとデジタイザは、同じ様な機能の測定器なのですが、下記のような特徴があります。 オシロスコープ デジタイザ オシロスコープ デジタイザー 基本機能 主に波形観測(未知の信号) 主に波形解析(既知の信号) 形態 スタンドアロン(持ち運び可能) 組み込み用(PCとの連携) 主な用途 実験、故障解析、デバッグ 検査、測定、観測、大規模装置 PCへのデータ転送速度 遅い 速い 入力チャンネル数 2 ~ 8 程度 1 ~ 128 以上 単体価格 安い 高い トータル・コスト 高い 安い Page 4
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PCIeについて PCIe(PCI Express)とは、パソコン内にある周辺機器増設用のシリアル・インターフェースです。 パソコンのグラフィックカード等もPCIeスロットに挿入されています。 デジタイザもパソコンに組み込むために、PCIeスロットに挿入して使用します。 PCIe Gen 2 x8(Generation 2, 8レーン)では、~3GB/S程度の高速度でパソコンへのデータ 転送が可能です。。 電圧 アナログ電圧信号 デジタイザ 入力 パソコンに出力 時間 デジタル信号 AD変換 01101100 01101101 PCIe Gen 2, x8 01101111 ~ 3 GB/S ・ ・ 01101001 ・ 以上により、高速・リアルタイムでのデータ収集、転送、処理が可能となります。 デジタイザは、デジタルIOインタフェースも装備しており、パソコンからの制御以外に、他の機器 との連係動作、同期動作も可能です。 また、外部からリファレンス・クロックを入力できますので、計測システム内の他の機器との 同期運転も可能です。 Page 5
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アベレージャについて デジタイザには、FPGA(Field Programmable Gate Array)を搭載している製品があり、これにより デジタイザ自身で各種信号処理を行う事ができます。 代表的な信号処理機能としては、アベレージャ(通常はオプション機能)があり、周期的な信号を 何万回も積算しての積算値、或いは積算後の平均値をPCに出力することが可能です。 このアベレージャ機能により、ノイズに埋もれた繰り返し信号を検出することができます。これ は、積算処理により、ランダムなノイズ成分が減少するのに対して、周期信号はどんどん積算 されて行くためです。 パソコン上でも同様の処理が可能ですが、デジタイザに搭載されたFPGAでアベレージ処理を行 い、結果のみをパソコンに転送する事により、収集周期ごとのパソコンへのデータ転送が不要とな ります。これにより、パソコンへのデータ転送速度が全体の処理のネックとならず、繰り返し信号の 処理が高速に行えるようになります。 電圧 デジタイザのFPGA上で で積算、平均化処理を実施 繰り返し信号 結果のみパソコ 入力 ンに出力 … 時間 電圧 ランダム・ノイズ … 時間 積算後ランダム・ノイズが大きく低減 Page 6
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大量データの超高速・並列処理 デジタイザには、FPGA(Field Programmable Gate Array)を搭載している製品があり、積算・平均 化処理(アベレージャ)、ピーク値検出など各種信号処理を行う事が可能です。 しかし、FPGAで処理できるデータ長はFPGAの容量で制限されます(アベレージャーでは、通常 データ長128KSa ~ 640KSa程度まで処理可能)ので、非常に長い繰り返しデータの積算・平均化 処理を行いたい場合は、パソコンでの処理が必要になります。この場合、デジタイザからパソコン へのデータ転送速度がボトルネックとなったり、またパソコン自体の演算処理速度が不足する場合 があります。 この様な場合、OSが介入しないPCIe直接転送機能RDMAと、スーパーコンピュータ並みの高速 演算処理が可能なNVIDIAのGPUを使用したCUDAによるSCAPP(次ページ参照)がお勧めです。 電圧 長い繰り返し信号 デジタイザ RDMAでの高速 入力 データ転送 … GPU 時間 ランダム・ノイズ GPUによるスーパーコンピュータ 並みの高速並列演算処理 Page 7
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SCAPP(Spectrum CUDA Access for Parallel Processing) Spectrum社デジタイザ 応用例 (M4i, M4X, M2p) リアルタイム処理(高速処理)要求への対応 (FFT、フィルタリング、積算・平均化処理等の演算) CPU (通常の処理) 特長 デジタイザで測定したデータをCUDAの環境下 ドライバ・オプション RDMAによりデータ で直接GPUに送り、GPUでの演算結果をCPU を直接GPUに転送 に送る事により、高速リアルタイム処理に対応 可能。 PCIe Gen2 x8 (GPUの処理能力は、CPUの数百倍以上) 転送速度(~3GB/s) 演算結果をCPUへ CUDA:グラフィックカードメーカーNVIDIA社が提供する GPUコンピューティング向けの統合開発環境。プログラム記 述、コンパイラ、ライブラリ、デバッガなどから構成されており、 NVIDIA GPU C言語によるプログラミングの経験があれば扱いやすくなっ (Graphic Processing Unit) ています。 OS環境:LINUX Page 8