Spectrumアプリケーションリーフレット2023_rev2

アプリケーションの紹介2023_rev2 製品の機能と形状 デスクトップに挿入しての使用 手始めにdigitizerNETBOX （装置への組み込み用途） デジタイザとPCを用いて、 信号を補足・表示・格納 イーサネット NETBOX ＰＣ＋SBench6ーPro SBench6-Proを用いてLAN経由で、それぞれの計測条件を デジタイザ コントロール、計測結果表示、データ格納＋演算/報告書 ボードをデスクトップPCに挿入,或いは16カードまで同期可能 ソフトウェア対応 SBench6 https://www.imt-elk.com/products/sbench6 主な機能 Standard：波形表示、データ保存、データ生成他 SBench6-Pro：種々の演算（FFT、SN比計測）、レポーティングをサポート デジタルデータの表示、収集データの内挿・補間機能 Sbench6-Multi： SBench6-Proと一緒に使用して、複数台を同期した場合の操作 Scriptツールにより、自動化と外部ソフトウェアからのコントロールが可能 各種ソフトウェア対応 Windows, Linux環境下で、様々なプログラム言語によりコントロールする事が可能。 C/C++, Visual basic, VB.NET, C#, Delphi, Pｙthon, JAVA, LabVIEW etc.

➢ 通信 ➢ ATE(Automatic Test Equipment) • 14、16ビット分解能 • LXI,PCIE,PXIEモジュール • 時間軸/周波数軸解析 • データの収集と出力 • 進化した表示機能 • LabVIEW, MATLAB, IVI ➢ 質量分析 ➢ Radar • 超高速データ転送 • 14、16ビット分解能 • 大収集データメモリ • セグメントメモリとFIFO読み込み • オンン・ボード アベレージ機能 • データ収集と信号発生 ➢ 天文学 ➢ LIDAR • 高速サンプリングレートと高分解能 • 進んだデータ収集機能 • 時間軸/周波数軸解析 • ブロックアベレージ機能 • 低ノイズ入力回路 • 低ノイズ、高SNR ➢ 自動車 ➢ Laser • アナログ/デジタル信号の収集と発生 • サンプリングレート 5 GS/sと広帯域 • 低速/高速チャネルの混在 • 高速トリガと高速データ読み込み • ポータブル（DC電源）システム • オンボードのピーク検出機能 ➢ 音響学、音響効果 ➢ 超音波 • 低ノイズ、高分解能 • 14、16ビット分解能 • 高SNR（＞90 dB）、高SFDR（＞105 dB） • セグメントメモリとFIFO読み込み • 数100チャネルの同期入力チャネル • トリガ間の小デッドタイム（＜80ns） ➢ 大規模物理実験 ➢ 高電圧 • 分散型ネットワーク計測 • 入力抵抗1MΩ以上 • 計測チャネルの高密度化ど同期計測 • シングルエンド/差動入力 • 低速/高速チャネルの混在 • オンボードのピーク検出機能 ➢ 半導体テスト ➢ OCT • LXI, PCIe, PXIeモジュール • 高速サンプリングレートと高分解能 • 高SNR（＞90 dB）、高SFDR（＞105 dB） • 高速トリガと高速データ読み取り • 低ノイズ入力回路 • 外部クロック ➢ 宇宙 ➢ 量子科学 • 高速サンプリングﾚｰﾄと高分解能 • 多様な信号発生機能 • データの連続収集と格納 • 高速データ連続収集機能 • 高速データ転送（＞3.4GB/s） • SCAPP GPU対応 ➢ ナノテクノロジー ➢ 材料 • 低ノイズ、高分解能 • フレキシブルな入力信号処理機能 • 正確な信号発生 • 高分解能 • 高ゲイン増幅器 • 多チャネルの同期信号収集

＜マルチチャネル計測＞ Spectrum製品の機能・特徴 概要 主な解析例 ・大規模物理実験装置、マトリックス状に配置した 測定データのEXCEL解析例 種々の素子の特性検査、大型装置などの多点の 信号を、効率よく且つ、同期測定できます。 ・チャネル数 カ－ド当たり 1,2,4,8ですが、 複数カード連携（最大で8台まで）可能。 また、NETBOXを使用する事により、サンプリングレー トによっては、1台のNETBOX当たり、最大48チャネル まで可能。 SBench6を用いて、 システム構成 それぞれの計測条件をコントロール、 計測結果表示＋演算/報告書へ イーサネット SBench6のデータ解析例 NETBOX ＰＣ＋SBench6 ＜任意波形発生器とデジタイザの連携_hybridNETBOXの適用イメージ＞ 概要 Spectrum製品の機能・特徴 PCからのプログラミング、付属のGUI "SBench6"からの設定により、AWGから任意のアナログ波形を生成し、 測定対象に印加することができます。また、デジタイザから取得した実際の波形を、AWGから再生したり、さら にパソコンで加工、処理した波形を出力することもできます。 “SBench6”：プログラムなしで、測定条件の設定、測定データの表示、格納他を行うことが出来る。・ AWG 制御 パソコン アナログ波形出力 波形データ転送 波形データ作成、 1 ～ 8 channel 16 bit 加工、制御。制御 デジタイザ PCのソフトウエア制御 DUT 応答 ハードウエア同期 解析、加工 実験、測定 制御 検査対象 アナログ波形入力 hybridNETBOX 取得データ転送 1 ～ 8 channel 16 bit

＜高速演算例の紹介 SCAPP＞ Spectrum製品の機能・特徴 SCAPP (Spectrum’s Cuda Access Parallel Processing) 測定波形と FFT演算 PCIe Gen2 x8 転送速度(3GB/s) 応用例 リアルタイム処理（高速処理）要求への対応 測定波形 デジタイザ （M5i, M4i, M4X, M2p) (Lidar、FFT、フィルタリング、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 ドライバ の環境下で直接GPUに送り、GPUでの オプション 演算結果をCPUに送る事により、 リアルタイム処理に対応可能。 Data （GPUの処理能力は、CPUの数百倍以上） Remote DMAにより データを直接GPUへ 演算結果をCPUへ FFT *CUDA：半導体メーカー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 GPU ログラム記述、コンパイラ、ライブラリ、デバッガな （Graphic Processing Unit) どから構成されており、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ています。 OS環境：LINUX、Windows ＜部品特性検査（ダイオードの例＞ 電子機器・基板検査 概要 システム構成 AWG デジタイザ 簡易部品計測の例としてツェナーダイオードの例を 同期 示します。 ・電流の増減に伴う電圧の値を測定するための条件 電流値のスイープ機能 電流出力に同期しての電圧測定 測定値のスケーリング機能 X-Y表示機能 主な仕様・特長 スプリッタ 高分解能デジタイジング機能 M4i.44xx、M2p.59xxシリーズ 16ビット、最大 500 MS/s 、帯域250 MHz 高分解能電圧出力機能 M4i.66xx、M2p.65xxシリーズ 16ビット 、最大 1.25 GS/s 、帯域400 MHz 高SNR、ローノイズ性能 SBench6の機能 ・Easy Generatorの波形作成機能：（sine, Square, triangle) ・出力波形のモニタ ・測定データのスケーリング機能/X-Y表示機能 SBench6 測定例

電子機器・基板検査 ＜アナログ/デジタル混在信号の同期計測＞ 概要 プロセッサを使用してコントロールをしている機器の場合、図１に示 すように、バス（例えばI2C）の動きと、それに同期したアナログ信 号（電源ライン、クロック、AD変換器の入力、DA変換器の出力）を測 定する必要がでてきます。 また、バスなどのデジタル信号も、その 立ち上がり/立ち下がり時間、ハイレベル/ローレベルの電圧値を 測定する必要が出てきます。 デジタイザ M2p.59xx-x4とそのオプション或いはM4i.44xx-x8のDIオプショ デジタル信号 ンにより、上記が可能になります。 M2p.xxxx-DigFX2 M4i.44xx-DigSMA M2p.xxxx-DigSMB 主な仕様・特長 アナログ信号 デジタイザM2p.59xx-x4（16ビット）と M4i.44xx-x8（16/14ビット）とそれぞれの DIオプション 図１ プロセッサー制御機器 ・物理層の信号計測（アナログ信号計測）とプロトコル層の信 号計測（ロジックアナライザのイメージ）を同期データ収集。 ・アナログ信号の分解能の最高ビットをデジタル信号に割り当 てる事により、同期計測を実現。 ・SBench6-Proを用いる事により、アナログ信号とデジタル信号 を同一画面上に、同期しての表示が可能 図2 SBench6による デジタル/アナログの同期信号計測例 ＜マルチチャネル多機能測定システム（同期計測）＞ 電子機器・基板検査 概要 最新の電子デバイスは、並列トポロジなどの使用により、複雑さを増し続けています。 そのため、電子デバイスの測定は、より高速でより多くの測定を行える必要があり、 マルチチャネルおよび多機能測定の方向に進んでいます。 電子制御ベースモータのインバータは、パルス幅変調（PWM）により制御、また、速 度と角度位置センサにより速度とトルクもフィードバック制御されています。補助装置 間の通信に使用されているシリアルインタフェースの動作確認も必要です。 図1 電子制御モータ 増幅器、フィルタ、受信機、およびデジタルインターフェースのテストには、信号源と 測定器を必要とします。 主な仕様・特長 M2Pシリーズは、アナログ信号発生用AWG、アナログ信号 測定用デジタイザ、高速デジタル信号収集・発生用の 図2 プロセッサー制御機器 デジタルI / Oカードでの使用しての同期計測が可能。 M2p.5968-x4 16ビット、125MS/s 、4CHデジタイザ M2p.6568-x4 16ビット、125MS/s 、8CH AWG M2P7515-X4 32CH、Digital I/O最大16個の異なるカード（デジタイザ、Star Hub によるAWGS、およびデジタルI/Oモジュール）を混合しての同期計測が可能 ・SBench6-Proを用いる事により、アナログ信号とデジタル信号 を同一画面上に、同期しての表示が可能 SBench6：プログラムなしで、測定条件の設定、測定データ 図3 SBench6による の表示、格納他を行うことが出来るツール。 デジタル/アナログの同期信号計測例

＜自動車用リモートキーレスエントリー信号の計測＞ 自動車 概要 システム構成 Characterization of Remote Keyless Entry device - SPECTRUM Instrumentation (spectrum-instrumentation.com) M4i.2230-x8 SBench6ｰPro PCIe Gen2 x8 I/F 測定条件の設定 ・リモートキーレスエントリーは、単純な機械式からドアの開閉だ 8ビット 収集データの表示 けではなく、リモートスターター、キーレスイグニッションなど 最大5 GS/s 収集データの格納 を含んだミニチュア電子機器になってきています。 ・信号は、セキュリティのためUHF帯を使用しており、変調方式は、 帯域1.5 GHz 演算（FFT、フィルタ等） ASK、FSKを使用しています。 データメモリ 4 GS Export機能（MATLAB等） キャリア周波数は下記です。 主な解析例 日本/アメリカ 315 MHz, 433.92 MHz ヨーロッパ 434.79 MHz, 869 MHz ・上記の信号を測定するためには、高サンプリングレート 広帯域、 ロングメモリを持つ測定器・デジタイザが必要 になります。 必要な仕様 帯域 1.5 GHz以上 サンプリングレート 4 GS/s以上 データメモリ 450 MB以上 ＜燃料電池特性の計測＞ 自動車 SPECTRUM Instrumentation (spectrum-instrumentation.com) システム構成 概要 ・水素燃料電池は、自動車/大型トラック/バスなどに使用 され、水蒸気しか排出しないため、脱炭素に多いに貢献 します。 ・燃料電池のコンピュータモデルとの違い、実際の パラメータがどのように性能に影響するかは、秒オーダ M2p.5913-x4 ではなく、高速でのデータ収集が必要です。 SBench6ｰPro PCIe Gen1 x4 I/F 測定条件の設定 ・特にカソード経路に沿った動的な挙動を正確に測定する 8チャネルx3台 収集データの表示 必要があります。 （複数枚の同期測定可能） 収集データの格納 ・上記の条件に最適な測定器（デジタイザ）として、 16ビット 演算（FFT、フィルタ等） M2p.5913-x4を選択、実際には、3台のカードを連携し 最大 5 ＭS/s Export機能（MATLAB等） 20チャネルの測定を行っている例があります。 帯域 2.5 MHz データメモリ 512 MS ＜参考＞ M2p.5913-x4を複数台内蔵した digitizerNETBOX 主な解析例 DN6.591-24 24チャネル 16ビット 最大 5 ＭS/s 帯域 2.5 MHz LXIインタフェース

＜車載計測用データレコーダ＞ 自動車 システム構成 概要 ポータブルPCに計測カード挿入の例 Automotive Data Recorder - SPECTRUM Instrumentation (spectrum-instrumentation.com) Vehicular Testing with Modular Digitizers - SPECTRUM Instrumentation (spectrum-instrumentation.com) ◇車載用測定用のデータレコーダに要求される機能 ・小型化（ポータブルPC、PXI、NETBOX等） ・トータルのテスト時間の短縮 計測カード *SBench6ｰPro ・アナログ/デジタル信号の収集ができる事 主にメカトロ計測用途 測定条件の設定 （センサ信号、制御信号など） M2p.5933-x4 収集データの表示 ・収集したデータの出力機能（アナログ/デジタル） M2p.7515-x4 収集データの格納 実験設備を使用したテストで、シミュレーション M2p.6536-x4 演算（FFT等） ・車載で使用した計測条件が、実験ベンチでも再現 Export機能（MATLAB等） 以上の条件を満足する測定器として最適なのは、Spectrum社のデ 主な解析例 ジタイザ、DIOモジュール、AWG（任意波形発生器） デジタイザ：8/12/14/16ビット、1～48チャネル サンプルレート5 MS/s～5 GS/s DIOオプション DIO：最高更新レート 125 MS/s、32チャネル AWG：16ビット、1～48チャネル 更新レート 40 MS/ s～1.25 GS/s DIOオプション *SBench6-Pro：プログラムレスで、測定条件の設定等可能 ＜航空機用電子システムのテスト＞ 航空機 使用しているデジタイザ Testing electronic aircraft systems using modular instruments - SPECTRUM Instrumentation (spectrum-instrumentation.com) M2p.5968-x4 4チャネル 概要 SBench6ｰProを使用 16ビット 最大 125 ＭS/s ◇装置とシステム間の通信（M2p.6968-x4を使用） 茶道測定可能 ・ARNIC 429 Buss（民間航空機用） データメモリ 512 MS 差動信号 M4i.2230-x8 Busスピード 100 kbit/s, 2秒間測定, 立ち上がり1.5 ±0.5 μsec 1チャネル ・MIL-STD 1553 buss（航空機、宇宙船用） 8ビット 差動信号 最大 5 GS/s Busスピード 1 Mbit/s 帯域 1.5 GHz ◇機内電源 データメモリ 4 GS ・交流電源（3Φ 400Hz)の相電圧、電流、電力、周波数 主な波形取得例 SBench6ｰProを使用 高調波成分等の測定 ・直流電源（28V）の電圧、リップル測定 ARNIC 429 Buss 機内交流電源（3Φ400Hz） ・インバータ波形（Dc⇒AC） ◇外部通信部のRF（M4i.2230-x8を使用） ・無線通信、高度計、航法補助装置、レーダー （VHF、UHF信号の直接測定、IF周波数測定） 要求される機能 MIL-STD 1553 Buss ・様々な測定対象、収集チャネル数などに対応できるよう RF信号（FFT解析他） な柔軟性のある測定が可能 ・波形測定だけではなく、AWG、DIOの測定が可能 ・測定データを物理層の信号に素早く変換 ⇒Spectrumのモジュール測定カード SBench6-Pro, PCIeバスによるPCへのの高速データ転送

＜超音波計測＞ インダストリー 概要 システム構成 判定分解能向上のためのセンサ信号の広帯域化 超音波映像装置 （周波数帯域の広帯域化が必要（500MHz以上））と、 対象の大型化に伴う、スキャン速度の高速化、 スキャンエリア拡大により、多量データ解析能力の 必然性がアップしてきており、高速・高分解能デジタイザ の要求がでてきています。 主な仕様・特長 超音波センサからの信号を確実に捕捉する 高速デジタイジング性能 最大5GS/s 高速デジタイジング、帯域1.5GHz 高データスループット性能 最大3.5GB/s データ転送スピード オンボードFPGAによるノイズ除去に必要なリアルタイ ムアベレージング機能 演算転送時間を削減するゲート指定によるデータ収 集機能 ゲート機能によるデータ収集 ＜LIDAR＞ インダストリー 概要 応用例 ・大気中の粒子、ガスなどを検出するために、 大気中の粒子の検出 レーザを照射して、その反射光を検出・分析する 事により、その成分を検出する事が可能。 球状粒子 ・ドップラーLidarでは、大気の流れの変化を読取り 非球状粒子 空港などのダウンバーストなどの観測に利用。 Lidar また、自動車の自動運転用のサンサとしての 開発 Lidar も、急速に進められている。 echo echo デジタイザへの要求として、検出対象の大きさ、変化のスピードのバリエー ションにより、検出速度の高速化、高分解能、高SNRが求められています。 ・ 主な仕様・特長 ドップラーLidarによる風速解析 高速デジタイジング機能 最大 5GS/s 高速デジタイジング、帯域1.5GHz 高分解能（12ビット以上）、高SNR ローノイズ性能→繰り返し測定回数の減少→トータル測定時間減少 高データスループット 最大3.5GB/s データ転送スピード ボード上のFPGAによるリアルタイムアベレージ及びピーク検出機能 省スペース&省消費電力: 装置全体のコンパクトパッケージ化

＜差分吸収LIDAR（DIAL）＞ インダストリー https://spectrum-instrumentation.com/applications/case_studies/CS_DIAL_Differential_Absorption_LIDAR.php 概要 実験装置の構成 波長の異なる2種類の中赤外レーザ （大気通過窓：多くのガスの吸収ピーク測定に最適） を使用して、二酸化硫黄（SO2）と窒素酸化物（NOx）など の大気汚染物質を検出 パルス：20 nsec幅、繰り返し周波数500 Hz センサの帯域：5 MHz 主な仕様・特長 3種の汚染ガスとバックグランドガスの強度 入力CH数：2 ｃｈ 分解能：16ビット サンプリングレート：80 MS/s メモリ：512 MSample インタフェース：PCIe Gen1 x4 M2p.5941-x4 ＜LIDAR乱気流モデル＞ インダストリー スペクトラム社の超高速デジタイザカードが、LIDARシステムによる実世界データを使用した革新的な3D乱流シミュレーションに 採用.pdf (imt-elk.com) 主な仕様・特長 概要 従来の縮尺モデル/風洞実験 ピーク負荷を過小評価 風が一方向からしか吹かない ↓ 新しい大気の乱流モデルを開発 ・10 nsパルス ・高分解能/高速測定/大量データ ・デジタイザ：M5i.3321-x16 ・空気中粒子のレーザ反射光のドッ ・12ビット, 2 ch, 3.2 GS/s, 転送速度12.8 GS/s プラー効果による微細な周波数シ ・CUDAベースGPUによる高速データ処理 フトを実際に高分解能で測定 乱気流３Ｄ」モデル 応用範囲 ・大気の乱流と都市開発 3種の汚染ガスと ・風力タービンのクラスター バックグランドガスの強度 ・空港などの複雑な風の相互作用

インダストリー ＜電磁鋼板の磁気特性計測＞ Ch0 PC 概要 Ch1 AWG モータの設計に必要な電磁鋼板の磁気特性は、従来エプ AWG スタイン法や単板磁気試験法で測定していましたが、より多 AWG くの条件下での磁気特性を測定する事が必要となり、特に 同期 モータは回転磁束下で使用されるため、2次元磁気特性測 デジタイザ 定が重要となります。 負帰還 Ch0 Ch1 Ch2 Ch3 モータの励磁周波数は50/60Hzですが、インバータ制御、サ Power H-Coil X AMP AMP イリスタ制御による、高周波、高調波成分の測定も必要と なってきています。 Power H-Coil Y AMP AMP B-Coil X AMP 主な仕様・特長 B-Coil Y AMP デジタイザ M2p.5966-x4 図1. 2次元磁気測定装置 ４チャネル、16ビット、125MS/s（1kS/s～125MS/s） サンプリングレートの設定分解能：1Hz AWG（任意波形発生器） M2p.6561-x4 ２チャネル、16ビット、125MS/s（1kS/s～125MS/s） 外部サンプルクロックによる動作可能 図2. 測定例 ＜タービンブレードの振動評価試験＞ digitizerNETBOX インダストPCリー 概要 SBench6 タービンブレードの振動計測では、画像による計測などが行わ れているが、ここでは、歪ゲージをセンサとして振動計測を行 う例を示します。高温対応の歪ゲージをブレードに貼付し、ス リップリング等で伝達する方法です。 シグナル コンディショナ 一方、制御部からの制御信号等のデジタル信号も同時に測定 振 振 振 F/V する必要があります。digitizerNETBOXを用いて、8チャネルの 動 動 … … 動 計 計 計 アナログ入力と、最大11チャネルのデジタル入力の同時多点 制御信号 測定が可能です。 回転パルス信号 ・振動：歪ゲージからスリップリングを介して シグナルコンディ 歪ゲージ等 ショナで電圧値に変換 ・回転パルス：デジタル信号 ・制御信号：デジタル信号 制御部 タービン 主な仕様・特長 図1. タービンの振動評価装置 digitizerNETBOX DN2.591-08 -Dig アナログ入力：8チャネル, 16ビット, 2.5 MHz, 5 MS/s, 1 x 512 Msamples デジタル入力：11チャネル SBench6 プログラムなしで、測定条件の設定、測定データの表示、格 図2. SBench6によるアナログ・デジタル信号 納他を行うことが出来るツール 同期測定例

＜設備診断＞ インダストリー digitizerNETBOX 概要 SBench6 半導体製造装置、或いは、ポンプ・モータなどの機器の定常状態の把 握とメンテナンス等を適切に行うために、振動、AE（表面弾性波）を測 定することが有効です。 AEの測定の応用例としては、リチュウムイオン電池の劣化の監視等が PC あります。 上記信号の他に、必要に応じて、制御部からの制御信号等のデジタ ル信号も同時に測定する必要も出てきます。digitizerNETBOXは、8～ シグナル 振動振動 A コンディショナ … … E ア 16チャネルのアナログ入力と、最大11チャネルのデジタル入力の同時 計 計 ン プ 制御信号 多点測定が可能です。 ・振動：歪ゲージを使用して測定 振動センサ ・表面弾性波をAEセンサを使用して測定 AEセンサ ・digitizerNETBOXを使用して、多チャネル・同時測定 ・回転パルス：必要に応じてデジタル信号を計測 半導体製造装置 制御部 主な仕様・特長 図1. 半導体製造装置の設備診断装置 digitizerNETBOX DN2.591-16 アナログ入力 ：16チャネル, 5 MS/s, 16ビット, 2.5 MHz , 512 Msamples デジタル入力：11チャネル SBench6-Pro プログラムを作成しなくても、測定条件の設定、測定データの表示、 格納他及び種々の演算（FFT解析など）を行うことが出来るツールで す。 図2. Sbench-Proによる測定信号とFFT解析波形の例

＜TOF-MS 質量分析計＞ インダストリー/物理・化学 概要 システム構成 従来のTDC(Time Digital Converter)タイ 組込用途として、デジタイザの高速アベレージング プの質量分析装置の欠点（複数分子構成の多 機能と画像拡大機能により、解析が容易 重イオンイベント未対応、飛行時間ダイナミック レンジが狭い）に代わるものとして、デジタイザ 測定波形 の積分機能を用いた装置が使用されています が、さらに、高速サンプリング、高分解能が求め られています。 主な仕様・特長 高速デジタイジング機能 最大 5GS/s 高速デジタイジング、帯域1.5GHz 高分解能（12ビット以上） 、高SNR ローノイズ性能 → 繰返し測定回数の減少 （積分）アベレージング波形 →トータル測定時間減少 高データスループット 最大3.5GB/s データ転送スピード（PCIe Gen2 x8) ボード上のFPGAによるリアルタイムアベレージ 機能 省スペース&低消費電力: 装置全体のコンパクトパッケージ化 ＜加速器への応用＞ 物理・化学 システム構成 概要（Cern, DESY) CERN: n_TOF 実験結果 150 Previous Data デジタイザが必要になる測定点と要求される性能 120 (POMMARD) 90 60 ・直線加速器のビームポジションモニタ 30 0 1150 1200 1250 1300 1350 1400 広帯域・高速サンプリング 900 n_TOF Data 600 チャネル間の同時測定性能 300 0 ・蓄積リングの加速性能モニタ 1150 1200 1250 1300 1350 1400 NEUTRON ENERGY, eV 広帯域・高速サンプリング、分散型測定 測定例 ・粒子線の測定 digitizerNETBOX デジタイザカード 高速・高分解能測定、リアルタイム積分機能 主な仕様・特長 高速デジタイジング機能 8ビット、最大 5GS/s 高速デジタイジング、帯域1.5GHz 高分解能（14、16ビット） 、高SNR ローノイズ性能 → 繰返し測定回数の減少 →トータル測定時間減少 マルチチャネル ～48チャネル CERN（欧州原子核研究機構 DESY（ドイツ電子シンクロトロン） 高データスループット スペクトラム社のデジタイザが ・15年以上の稼働実績 最大3.5GB/s データ転送スピード 140台以上使用 ・LINIAC（直線加速器） ボード上のFPGAによるリアルタイムアベレージ Over 140 Spectrum Instrumentation Digitizers at スペクトラム社の最新モデルに置き換え CERN - SPECTRUM Instrumentation (spectrum- 15 year old Spectrum digitizer cards still playing a vital SBench6による演算機能 instrumentation.com) role at DESY - SPECTRUM Instrumentation (spectrum- instrumentation.com) FISSION CROSS-SECTION, mb

＜高磁界計測への応用＞ 物理・化学 システム構成 概要（東京大学） 高磁界（100T）を最適制御するには、サブナノ秒毎に発射するプロセスの 精度を向上させる必要があり、大きなコンデンサのバンクを起動するトリガ イベントを互いに10ns以内に制御する必要がある。そのために、1GS/sを 超えるシングルショットサンプリングレート、完全同期の10チャネルデジタイ ザシステムが必要です。さらに、高い磁場から機器とオペレーターを保護 するためオペレーターがコントロール室で実験を調整および監視し、デジタ イザシステムを、リモートで操作できる必要があります。 https://spectrum- 東京大学国際メガガウス科学研究所 instrumentation.com/applications/case_studies/digitizerNETBOX_for_high_magnetic_fields.php パルス磁石は、非的方法で最大87T、 破壊的プロセスで100Tから最大760Tを発生 主な仕様・特長 DN6.221-12 digitizerNETBOX DN6.221-12 多チャネル、高速デジタイジング機能 8ビット、12チャネル、1.25 GS/s、 リモートコントロール機能 構内LAN 接続によるリモート制御 SBench6による、データ収集、表示機能 必要な分解能毎に、下記のdigitizerNETBOXも使用されている。 DN2.592-16 16ビット、20MS/s、16チャネル DN6.445-12 14ビット、500MS/s、12チャネル 測定例 ＜核融合炉 （多チャネル対応）＞ 物理・化学 概要（イギリスの例） 装置の外観 真空容器の周りに192台のキャパシタ 海水に（水素、トリチウム）が事実上無制限に供給できる事、 危険な廃棄物がない事から、核融合はエネルギー生成のため の究極の目標と見られている。 写真には、実験が行われる中央の真空容器の周りに放射状 に配置された6つのキャパシタバンクがあり、 キャパシタは1分 間で最大200,000ボルトまで充電され、蓄積された電気エネル ギーは2マイクロ秒未満で放電される。 リーズナブルな価格で、多チャネルの同期測定の要求がある Digitizers from Spectrum used in race to create fusion reactor for limitless clean energy - SPECTRUM Instrumentation (spectrum- instrumentation.com) 主な仕様・特長 digitizerNETBOX DN2.xxx.xx或いはDN6.xxxx.xx 多チャネル同期計測が可能（～48チャネル） M4i.22xx.xx 或いはM4i.44xx.xx＋ドッキンングステーション 256チャネルシステム 多チャネル同期計測が可能（～128チャネル/シャーシ） 2台の19インチシャーシに32台のデジタイザカード

＜AFM 針先で原子をスキャン＞ 物理・化学 システム構成 概要（ニューキャッスル大学） 原子間力顕微鏡（AFM）は、表面化学に関与する世界中の研究所で使用さ れる重要なツールです。その優れた解像度は、光ベースの顕微鏡よりも1000 倍以上に詳細を明らかにでき、また、電子顕微鏡とは異なり、サンプルをその 場で画像化できます。メカトロニクス、MEMS、および低ノイズ電子設計の専門 知識を結集して、AFMシステムのナノテクノロジーの複雑さとコストを削減でき る独自のソリューションの作成例を示します。 https://www.imt-elk.com/wp-content/uploads/2021/03/Scaning- atoms-with-the-tip-of-a-needle.pdf https://spectrum-instrumentation.com/news/202102_scanning_atoms.php 多周波原子間力顕微鏡実験の概略構成 カンチレバーは、ナノポジショナーにより、 主な仕様・特長 サンプル上でスキャンされている間、 複数の共振周波数で同時に振動 統合されたマイクロカンチレバーからのセンサ信号の取得と分析を可能 にするような、高精度で、完全に同期され た測定を行う必要がある。 digitizer NETBOX DN2.593-08 DN2.593-08 高分解能、高速デジタイジング、多チャネル 16ビット、40MS/s、８チャネル同期計測 リモートコンントロール機能 LAN（ギガビットイーサネット接続可能）による ホストコンピュータとの接続 ＜単一原子に関しての実験＞ 物理・化学 概要（シュツットガルト大学） 実験装置の外観 シュトゥットガルト大学は、ダイヤモンドの炭素原子を一度に1つずつ窒素原 子に置き換える実験のために、Spectrum社の任意波形発生器を使用。 この 素子は、原子レベルの磁場検出器や量子コンピュータのQbit《量子力学的な 状態を利用することで 0 と 1 のほか, それらの重ね合わせの状態もとりうる 情報素子》などのアプリケーションに応用できる。 また、NV欠陥中心は、原子サイズの磁場センサーとして使用できるナノス ケールの核磁気共鳴（NMR）デバイスであり、例えば、ハードディスクドライブ 上の小さな読み取り/書き込みヘッドの磁場強度を測定しての特性評価にも 応用可能。ナノスケールのNMRは、通常のサイズのNMRとは異なり、これら の小さなサンプルを測定するために数回のスピンしか必要としないため、単 一のタンパク質または薄膜の構造解析にも使用可能。 主な仕様・特長 AWG used for Quantum Research - SPECTRUM generatorNETBOX DN2.663-04 Instrumentation (spectrum-instrumentation.com) 1.25 GS / s、16ビット、4アナログ出力、6ヂジタル出力 ＜用途＞ DN2.663-04 レーザ、IQ変調を使用したマイクロ波信号、無線周波数パルスの生成、および スピン状態を決定するためのデータ収集デバイスのトリガ制御用。 これには、10〜20nsecまでの非常に短いパルスが必要 ・このAWGの使用により、800ピコ秒という非常に高い時間分解能でこれらを制御可能 ・多チャネル出力、効果的に実験全体を実行可能

＜単一原子を移動させるために使用されている Spectrum の AWG カード＞ 物理・化学 概要（サンディエゴ大学） 実験装置の外観 イオン格子内電子の量子的挙動を調査する際、カリフォルニア州のサン ディエゴ大学は、光格子内を移動する原子の観測可能な成分を使用し て、これを解決している。課題としては、原子を絶対零度近くまで冷却し てから、レーザ光のパルスを使用して三角形の格子構造に移動させるこ とである。個々の原子を操作するには、各レーザパルスから正確に適切 な量のエネルギーを供給するための並外れた精度が必要。 Spectrum 社AWGの並外れた精度と超低ノイズは、まさに私たちが必要 としている機能です。 AWG-card used to move around single atoms | News | Spectrum (spectrum-instrumentation.com) M4i.6622-x8 主な仕様・特長 AWG（任意波形発生器）カード レーザ光ネットワーク M4i.6622-x8 高分解能、高安定性、低ノイズ 16ビット、625MS/s、８チャネル同期出力 SBench6による波形作成機能 ＜光音響計測（レーザ・アコースティック）＞ 医療・バイオ システム構成 2軸 概要 レーザパルス ガルバノミラー 光源 組織或いは構造物にナノ秒パルス幅のレーザを照射すると、瞬間的に組 織が熱膨張を起こし超音波を発生（光音響効果）します。レーザを用いるこ M4i, M2P AWG とで、非常に小さなフォーカスが可能であり、超音波を用いる事で、光の約 ファイバ束 2倍の深達度、空間分解能が得られます。 センサ信号の広帯域化（周波数帯域の広帯域化100MHz以上）と、多チャ 測定対象 ネル化により、多量データ解析能力の必然性がアップしてきており、高速・ 同期 マルチチャネル 高分解能な高性能デジタイザの要求がでてきています。 超音波センサ 主な仕様・特長 超音波センサからの信号を確実に捕捉するデジタイザﾞ仕様 Digitizer M4i. M2P ・レーザ照射タイミグに正確に同期した計測（EXT トリガ） NETBOX digtizer ・サンプリングレート：500MS/s～最大5GS/s ・帯域：250MHz～1.5GHz ・分解能：8/12/14/16 ・チャネル数：1ch～16ch ・オンボードFPGAによる リアルタイムアベレージング機能、移動平均機能 ・演算転送時間削減用のゲート指定によるデータ収集機能 ゲート機能によるデータ収集

＜セルソーティング（細胞分類）＞ 医療・バイオ 概要（東京大学） セルソーティングは、分子生物学、病理学、免疫学、ウイルス学の研究にお いて基本的な役割を果たします。 東京大学は、Spectrum社のデジタイザを中 心とした、超高速（セル当たり32ms）のインテリジェントな画像活性化セルソー タ（IACS）を開発しました。この世界初の高スループット、画像ベースの細胞選 システム構成 別技術は非常に用途が広く、生物科学、製薬科学、医学、特に癌細胞と非癌 細胞のわずかな違いを分類できる機械ベースの科学的発見を可能にすること が期待されている。 光学、マイクロ流体、電子機器、力学、データ処理など、さまざまなテクノロ ジーを利用し、柔軟性と拡張性があり、データ収集、データ処理、意思決定、 ソート操作のためのリアルタイムの自動化された操作を提供します。 ＜ビデオ＞ https://www.cell.com/cms/10.1016/j.cell.2018.08.028/attachment/376fe425- fe7a-44f2-87d7-73ab3cd3af3d/mmc1 主な仕様・特長 デジタイザ M4i.2212-x8 1.25 GS / s 8ビット ４チャネル M4i.2212-x8 https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092- 8674(18)31044-4 アバランシェフォトダイオードからの信号を高速収集。 取得したデータ は、継続的に、カードの高速PCIeバスを介して、PCに高速伝送可能 ＜MRI（Magnetic Resonance Imaging）＞ 医療・バイオ システム構成 概要 駆動装置 ＊波形発生器 NMR（核磁気共鳴）現象を応用した診断装置 電力増幅器 ・駆動装置（トランスミッタ） 制御 装置 任意波形発生器：300MHz帯域のパルス、sin波 常電導/超電導磁石 データ処理装置 パワーアンプ：数ｋV、数百A ＊デジタイザ FFT演算 ・データ処理部（RFレシーバ） 低ノイズアンプ、ミキサ デジタイザ：1MHz～300MHz帯域、12～16ビット リアルタイムFFT処理など 主な仕様・特長 操作・表示 受信コイル hybridNETBOX DN2.825-xx（PCとLAN接続） 高周波コイル 傾斜磁場コイル ・波形出力 16ビット、低ノイズ出力 更新レート：625MS/s 1.25GS/s 赤ちゃん用の小型MRIスキャナ 出力チャネル数：２/4 ＊波形発生器＆デジタイザ ・波形収集 14ビット 入力CH数：2/4 サンプリングレート：500MS/s hybridNETBOX AWGカード AWGカード M4i.662x-x8 16ビット 更新レート：625MS/s 1.25GS/s 出力チャネルネル数：1./２/4 デジタイザカード デジタイザカード M4i.445x-x8 14ビット 入力CH数：2/4 サンプリングレート：500MS/s

＜道路上での動物検知（ドイツの例）＞ 通信・レーダ 概要（ドイツの例） システム構成 道路で野生動物が原因で発生した事故により、6億ユーロ以上の 保険費用がかかっている。 これに対処するために、レーダ、光学カ メラ、赤外線センサに加えてニューラルネットワークを組み合わせて、 歩行者、自動車、自転車、バイク、鹿、キツネ、イノシシなどを区別し て、これらの行動を予測できるようなシシテムが構築されている。 このシステムは、事故を防ぐために車の運転手や他の道路利用者 に警告を送る。 Intelligent Road-Radar to detect wild animals - SPECTRUM Instrumentation (spectrum-instrumentation.com) 主な仕様・特長 M2p.5926-x4 16ビット、4差動チャネル、10MHz帯域 低消費電力、小型、低コスト M2p.5926-x4 必要なすべてのデータをリアルタイムで同時に収集 非常に簡単で直感的に使用可能 自動車への警告表示の例 5年保証 ＜レーダパルスの測定＞ M5i.33xx超高速デジタイザ応用 概要 SBench6-Proでの解析例 SBench6-ProとM5i.33xx-x16を使用して測定 ・高速サンプリンレート（～10GS/s)測定 ・位相変調波形分析（レーダの距離分解能の向上） 取得したデータをMATLABに転送し、位相復調後 にSBnch6にインポート （SBench6-Proのexport、import機能を使用） ・収集した多量のデータをPCを使用して解析する ために高速のデータ転送機能が必要 左上 位相変調レーダパルス 右上 パルスの周波数スペクトル 主な仕様・特長 左下 復調された位相 右下 スペクトルの水平方向の拡大 Application examples for M5i.33xx ultrafast digitizers (spectrum- デジタイザ M5i.335xx-X16 instrumentation.com) 2チャネル, 12ビット, 最大10GS/S 最大メモリ 8Gsamples 転送速度 最大12.8GS/s SBench6 プログラムなしで、測定条件の設定、測定データの表示、格納、 演算（FFTなど）、データのexport。Importが出来るツール

＜直交変調された通信信号の解析＞ M5i.33xx超高速デジタイザ応用 Application examples for M5i.33xx ultrafast digitizers (spectrum-instrumentation.com) 概要 SBench6-Proの解析例 ・ 8PSK 信号の測定と、信号の周波数スペクトルを表示 （ スペクトルは、変調エンベロープを持つ 1 GHz の搬送波周波数にお けるピーク値を示す） ・カーソルによる、搬送波周波数に最も近い変調側波帯のオフセット の測定（ 左側の情報パネルの読み取り値は、160 MHz） ・ 2 つの隣接する狭いピーク間の間隔から、データ レート解析、フェーズ ブレーク間の信号の粒度解析（図では 160 MHz ） ・取得された RFキャリアは、別のベクトル信号解析ソフトウェアにより SBench 6 の外部で復調され、その後、同相成分と直交成分の分析と 表示のために SBench 6 に再インポート ・コンスタレーション ダイアグラムで、 状態遷移または軌跡図 で、データ 状態間の遷移パスを示す （状態遷移図は 、 8PSK 信号生成を評 左上取得された 8PSK信号 右側その水平方向のズーム 価する簡単な方法の提供） 左下信号のスペクトル 右側その拡大図 （基礎となるコンスタレーションの非対称性と歪みは、信号生成におけ るエラーを示す） 主な仕様・特長 デジタイザ M5i.335xx-X16 2チャネル, 12ビット, 最大10GS/S 最大メモリ 8Gsamples 転送速度 最大12.8GS/s SBench6 復調信号の同相 (I)成分と直角位相 (Q)成分 プログラムなしで、測定条件の設定、測定データの表示、 I信号と Q信号をクロスプロットすると、状態遷移図または 格納、演算（FFTなど）、データのexport。Importが出来るツール 軌跡図が得られます。 ＜DDR2メモリデータ解析＞ M5i.33xx超高速デジタイザ応用 Application examples for M5i.33xx ultrafast digitizers (spectrum-instrumentation.com) 概要 SBench6-Proの解析例 ・デジタル信号を測定する場合、測定器の帯域幅はデジタル システム のクロック周波数の 5 倍必要 ・ダブル データ レート (DDR 2) メモリ は 3 つのデジタル信号（クロック、 ストローブ、データ）の測定結果を図に示す ・データ信号の FFT スペクトル演算が可能 右図の例では、スペクトルは Sin(x)/x エンベロープを持ち、デバイス のクロックは 333 MHzであることが分かる。 DDR メモリ操作は 2 倍のクロック レートで発生し、 スペク トル内の ヌル値は 666 MHz およびその周波数の整数倍で発生している。 スペクトルは、約 3 GHz までのかなりのエネルギーを示しています。 DDR2 メモリのデータ信号 主な仕様・特長 FFT スペクトルは、約 3 GHz までのエネルギーをす デジタイザ M5i.335xx-X16 3種の汚染ガスと 2チャネル, 12ビット, 最大10GS/S バックグランドガスの強度 最大メモリ 8Gsamples 転送速度 最大12.8GS/s SBench6 プログラムなしで、測定条件の設定、測定データの表示、格納、演算 （）FFTなど、データのexport。Importが出来るツール

＜連続データ収集の例 ＞ 通信・レーダ 概要 システム構成 FIFOモードを使用しての連続データ収集の例 PC デジタイザ 目的：最大3.4GB/sで連続的な転送速度の実現 Work Station M4i.2210-x8 FIFOモードは、デジタイザとPCメモリ或いはハードディスク 間の連続的なデータ転送を行え、ボード上のメモリを実際 のFIFOバッファとし、非常に信頼性の高い転送を実現 主な仕様・特長 使用機材 ・Digitizer : SpectrumM4i.2210-x8 PCI Express x8 Gen 2 （3.2GB/sec） 1channel 8bit 1.25 GS/s 実測結果（C++の場合） 500MHz Bandwidth at 50 Ohm SBench6Pro デジタイザ設置PC環境での転送速度評価結果 ・SSD (1TB): Western Digital WDS100T3X0C-EC （C++プログラムを使用） M.2-2280 SN750, 1TB NVMe デジタイザのメモリ --> 1TB SSD ・PC：HP Z4G4 Work sation Plain HDD read and write speed CPU Intel Xeon W-2123 (3.6GHz,4C, 8.25MB Cache Used file size: 4096 MB Cache 32GB (4 x8GB) DDR4 2666MHz Write -Average 2220.97 MiB/s (2328.85 MB/s) 3.5インチ1TB 7200rpm SATA ハードドライブ Read -Average 2279.28 MiB/s (2390.00 MB/s) Windows 10 Professional Microsoft Office Home & Business ・HDD (8TB) データ用: Western Digital WD Gold8TB SBench6-Proの収集例 ①FIFOモードの設定 ③Streamingモードの設定 収集条件（サンプリングクロック等）の設定 表示Window、表示のリフレッシュ周期等 ②Streamingモードの設定 ④連続データ収集（streaming進行中の波形） 30MB/s以上のデータ転送時は波形表示をOFF）

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