メモリハイロガー 8430 1 メモリハイロガー 8430 酒井 健 *1 要 旨 メ モ リ ハ イ ロ ガー 8430 は， 10 チ ャ ネルの電圧， 温度等のアナ ロ グ入力お よ び 4 チ ャ ネ ルのパル ス入力がで き る USB 対応のデー タ ロ ガーであ る ． 2008 年 5 月発売の メ モ リ ハ イ コ ーダ 8870 と 機構部，電源部，デ ィ ジ タ ル部を共通化す る こ と で小型の レ コ ーダ と ロ ガー を ラ イ ンナ ッ プで き ， 開発期間短縮化に も つながっ た． こ こ に製品の概要， 特長な ど につ いて解説す る ． 1. は じ めに メ モ リ ハ イ ロ ガーは 2000 年に 8 チ ャ ネル， 16 チ ャ ネルの 8420， 8421 そ し て 2002 年に 32 チ ャ ネ ルの 8422 を製品化 し ， 多 く のユーザにご愛用いた だいて き た． さ ら に耐 ノ イ ズ性を ア ッ プ し た 842050， 8421-50， 8422-50 を 2004 年に製品化 し た． こ う し た中で，小型・低価格化の要求が多 く な り 8430 を開発す る に至っ た． 2. 概要 8430 の外観 8430 は メ モ リ ハ イ ロ ガーの廉価版 と い う 位置に はあ る が， 耐 ノ イ ズ性は 8420-50 シ リ ーズ と 同程 度 と し ， ま た最高 10 ms サン プ リ ン グ を実現す る ロ グ入力端子か ら 静電気等の ノ イ ズが印加 さ れ る こ と で高性能化を実現 し た． ま た小型で あ り なが と 本体が誤動作す る と い う 課題が あ っ た． こ れに ら 許す限 り 大 き なサ イ ズの TFT 液晶デ ィ ス プ レ イ 関 し ては基板上のパ タ ーン， 部品配置を見直 し で (4.3 イ ンチ ) を採用す る こ と で見やす さ を図っ た． き る 限 り 距離を と る よ う に し た り ， 板金の結合状 態を工夫 し て ノ イ ズがデ ィ ジ タ ル部に回 り 込 ま な い よ う に し た． 3. 特長 (2) 10 ms サン プ リ ン グ実現 (1) 小型化 小型化に向けた開発に当た っ ては後述す る 3 つ の課題があ っ たが こ れを克服 し ， 10 チ ャ ネル入力 であ り なが ら 8420 に比べ体積比約 1/3 を実現 し 機 動性に優れた大 き さ に仕上がっ てい る ． • 使用部品の削減 と 小型化 アナ ロ グ部ゲ イ ン構成を最適化 し 増幅器やゲ イ ン抵抗の削減を実施 し た． • 温度計測誤差につながる端子部均熱設計 発熱源 ( 主に電源部 ) か ら の熱が伝わ ら ない よ う に端子部を アル ミ 板で遮へい し た． ま た入力端子 基板に ヒ ー ト シ ン ク 板金を密着 さ せ る こ と で均熱 化を実現 し た． 10 ms サン プ リ ン グは メ モ リ ハ イ ロ ガー 8423 の アナ ロ グ技術を継承 し 実現 し た． し か し 8423 では 画面がな く 測定デー タ の記録お よ び測定値の補正 やデー タ 変換を内蔵マ イ コ ン ですべて行 う こ と が で き たが， 8430 では計測動作 と 画面描画を同時に 行 う 必要があ り 10 ms のサン プ リ ン グ速度を達成 す る こ と が難 し か っ た． 8430 では測定デー タ の記録は も ち ろ ん測定値の 補正お よ びデー タ 変換を FPGA (Field Programable Gate Array) にて行わせ， マ イ コ ン の処理負荷を軽 減 し 描画 と 測定 を同時に行 う よ う に し た． デー タ 変換の際に電圧 ・ 温度テーブル を 検索す る 必要が あ る が， 検索時間短縮のために間引 き し た テーブ • 耐 ノ イ ズ性 8430 はアナ ロ グ入力部が絶縁 さ れてい る が， 小 型化のた め本体部 と の距離が近い． こ のため アナ ルデー タ を用い てい る ． 間引 き さ れたデー タ を最 *1 PMI 部 技術 1 課 日 置 技 報 VOL.30 2009 NO.1 メモリハイロガー 8430 2 図 1 ブ ロ ッ ク図 ( アナ ロ グ部 ) 小分解能に展開す る た め に は除算が必要 と な る たが， 8430 では波形表示画面で演算の設定を可能 が， 従来は内蔵マ イ コ ン で処理を行っ ていたため， と し た． 浮動小数点に よ る 除算が可能で あ っ た． し か し 今 回採用 し た FPGA は低 コ ス ト 化のために演算器が 搭載 さ れていない も の を採用 し た ため除算を実行 す る こ と がで き ず， 除算に代わ る 工夫 と し て テー ブルデー タ を 1.6 ℃ス テ ッ プで用意 し ，ビ ッ ト シ フ ト で 0.1 ℃分解能に展開で き る よ う に し た． (3) CSV (Comma Separated Values) 形式での自動 保存 最近ではデー タ を Excel等の表計算 ソ フ ト を使っ て処理す る と い う 要求が多 く な っ てお り ， こ のた め従来製品にはない CSV 形式での リ アル タ イ ム自 動保存機能を ソ フ ト ウ ェ アバージ ョ ン 1.10 よ り 搭 載 し た． 従来機種同様に CSV 形式での手動保存 も 可能であ る ． 4. 構成 電源部については メ モ リ ハ イ コ ーダ 8870 と 共通 であ る ため割愛 さ せていただ く ． 4.1 アナ ロ グ部 8430 では， 8420-50 シ リ ーズ同様に Δ ∑型 A/D コ ンバー タ を採用 し てい る ． Δ ∑型 A/D コ ンバー タ は一定の ク ロ ッ ク を送 る こ と でオーバサ ン プ リ ン グ を 行い， その結果 を出力す る が， 出力の タ イ ミ ン グはA/D コ ンバー タ に支配 さ れてお り ，ス キ ャ ン コ ン ト ロ ー ラ 側の タ イ ミ ン グ で自由に制御す る こ と はで き ない． こ れに対 し ， 8430 は各チ ャ ネル の入力部の ス イ ッ チ （フ ォ ト モ ス リ レ ー） を順次 (4) USB イ ン タ フ ェ ース 切 り 替 え て 入力 を 取 り 込む も の で あ る か ら ， ス 付属 USB ケーブルで PC と つな ぐ こ と に よ り ， キ ャ ン コ ン ト ロ ール側で ス キ ャ ン の タ イ ミ ン グ を PC での リ アル タ イ ム測定や 8430 に装着 さ れた CF コ ン ト ロ ールす る 必要があ る ． 図 1 にアナ ロ グ回 (CompactFlash) カー ド 内の フ ァ イ ルを PC に移動で 路， FPGA 周辺のブ ロ ッ ク 図を示す． ス キ ャ ン コ ン ト ロ ールには FPGA を使用 し てい き る． る ．こ の FPGA は Δ ∑型 A/D コ ンバー タ の変換終 (5) 操作性 すべ て の チ ャ ネ ル の設定 を １ 画面 で 確認 で き る． 従来機種では， 波形表示画面で数値演算の設 定がで き ず別画面に移動 し て設定す る 必要が あ っ 了信号を割 り 込み と し て検出 し ， 割 り 込みの回数 に よ り 入力部ス イ ッ チの ON 時間， OFF 時間を カ ウ ン ト し て所要の制御パル ス 幅を出力制御 し てい る ． ま た， Δ ∑型 A/D コ ンバー タ は供給す る ク 日 置 技 報 VOL.30 2009 NO.1 メモリハイロガー 8430 3 図 2 ブ ロ ッ ク 図 ( デ ィ ジ タ ル部 ) ロ ッ ク 周波数に よ り カ ッ ト オ フ周波数を変更す る デー タ を カ ウ ン ト す る パ ル ス カ ウ ン ト 部， ス ト こ と がで き る ． 記録間隔お よ び使用す る 電源周波 レージ メ モ リ へのア ク セ ス を調整す る SDRAM制御 数に応 じ て ク ロ ッ ク 周波数を制御す る こ と で， 記 部で構成 さ れてい る ． テーブルサーチ制御部では， 録間隔内にすべ て の チ ャ ネ ル の入力 を 取 り 込め 測定チ ャ ネル と 同時に取 り 込んだ基準接点温度を て， か つ ノ イ ズ 除去効果 の 最 も 高 く な る 最適 な 同 じ サ ン プ リ ン グ内で反映 さ せ る こ と が可能で あ カ ッ ト オ フ周波数を自動設定 し てい る ( 表 1)． る． ま た， シ ス テ ム を 制御す る 32 ビ ッ ト RISC 表 1 記録間隔 と カ ッ ト オ フ 周波数対応表 イ ン タ フ ェース調停 も ， 本 FPGA で制御 し てい る デ ィ ジ タ ルフ ィ ル タ 記録 間隔 （Reduced Instruction Set Computer） マ イ コ ン と の OFF こ と を付け加え てお く ． 60 Hz 50 Hz 10 ms 11.56 kHz 11.56 kHz 20 ms 5.78 kHz 5.78 kHz 50 ms 2.216 kHz 2.216 kHz 8430 の発売に よ り ユーザのニーズ ( チ ャ ネル数， 100 ms 1.096 kHz 1.096 kHz サン プ リ ン グ速度，価格 ) に応 じ た製品を当社製品 200 ms 542.5 Hz 542.5 Hz 500 ms 216.6 Hz 216.6 Hz 1s 108.2 Hz 108.2 Hz が，サン プ リ ン グ速度 10 倍や PC リ ン ク 向上 も 図っ 2s 60 Hz 54.03 Hz てい る ので時代に即 し た製品 と な っ てい る と 考え 5s 60 Hz 50 Hz る． 10 s 60 Hz 50 Hz 20 s 以上 10 Hz 10 Hz 5. おわ り に の中か ら 選択 し ていた だけ る よ う にな っ た． 8430 11.56 kHz は メ モ リ ハ イ ロ ガーの廉価版 と い う 位置には あ る 和田 竜也 *2， 浜 崇 *2， 飯島 匡史 *3 4.2 FPGA 部 (注) 図2 に 8430 のデ ィ ジ タ ル部のブ ロ ッ ク 図を示す． デ ィ ジ タ ル部に関 し て は FPGA 内部 を 除い て は 8870 と 同等であ る ． よ っ て こ こ では FPGA 部のみ 説明す る ． • CompactFlash は米国サンデ ィ ス ク 社の登録商標 です． • Excel は米国 Microsoft Corporation の米国お よ び その他の国におけ る 登録商標です． FPGA 部は，アナ ロ グ部か ら 入力 さ れ る 複数チ ャ ネルを順次切 り 替え て， A/D コ ンバー タ か ら 転送 さ れて く る シ リ アルデー タ の タ イ ミ ン グ を調整 し パ ラ レ ル変換す る ス キ ャ ン制御部， パ ラ レ ル変換 さ れた アナ ロ グデー タ を電圧 ・ 温度変換す る テー ブ ル サ ーチ制御部， パル ス 入力部 に 入力 さ れ た *2 PMI 部 技術 1 課 *3 技術本部 技術 9 課 日 置 技 報 VOL.30 2009 NO.1 4 メモリハイロガー 8430 日 置 技 報 VOL.30 2009 NO.1
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