計測機器とツール

マルチメータ (Multimeter)

基本的な機能

電圧測定 (V):
  直流 (DCV): 測定点の両端に並列接続
  交流 (ACV): 並列接続、実効値を表示（真実効値計は高価）

電流測定 (A):
  直列接続必須！テスターを A/mA 端子に差し替える
  測定後は必ず V 端子に戻すこと（そうしないと、次の電圧測定で短絡する！）

抵抗測定 (Ω):
  電源を切って測定！回路基板のまま（オンサーキット）では測定不可

導通テスト（ビープ音モード）:
  R < ~50Ω でビープ音 → 接続や短絡の迅速チェック

使用上の注意

1. 電流測定後は、必ずテスターを V/Ω 端子に戻すこと！
   戻し忘れると → 次の電圧測定で直接短絡 → ヒューズ切れやテータの破損

2. 高電圧 (>30V) 測定時は片手で操作（もう片方の手はポケットに入れる）
   心臓を通過する電流を防ぐため

3. 高電圧の大容量コンデンサは、接触前に放電すること

4. 高インピーダンスのデジタルマルチメータは「虚電圧」を検出することがある
   浮遊した導線が周囲の電界を誘導 → 数値が表示されるが、実際に電圧があるわけではない

オシロスコープ (Oscilloscope)

主要パラメータ

帯域幅 (Bandwidth):
  観測可能な最高周波数を決定
  経験則: 帯域幅 ≥ 被測定信号周波数の 5 倍（方形波の場合）
       帯域幅 ≥ 被測定信号周波数の 3 倍（正弦波の場合）

  例: 20MHz の方形波を観測する場合 → 最低でも 100MHz の帯域幅が必要
      （3次/5次高調波を正しく表示するため）

サンプリングレート (Sample Rate):
  時間分解能を決定
  経験則: サンプリングレート ≥ 帯域幅の 2.5 倍（ナイキスト周波数だけでは不十分）
  例: 100MHz の帯域幅 → 最低 250MSa/s、推奨 1GSa/s

メモリ深度:
  一度に記録できる時間を決定
  記録時間 = メモリ深度 / サンプリングレート
  1Mpts @ 1GSa/s = 1ms

プロブ

1x プロブ: シグナルをそのまま通過（1:1）
  帯域幅が制限される（~20MHz程度）、入力容量が大きい

10x プロブ: シグナルを 10 分の 1 に減衰
  帯域幅が広く、入力容量が小さい → **デフォルトでこれを使用！**
  キャリブレーション必須（プロブ上の補償コンデンサを調整）

高電圧測定 (>40V) → 差動プロブまたは絶縁型プロブを使用
電流測定 → クランプオンプロブ（電流プローブ）を使用

基本的な操作

トリガ (Trigger):
  波形の表示開始タイミングを決定
  一般的: 立ち上がりエッジトリガ、レベルトリガ
  トリガが不安定 → 波形が画面内で暴れる

結合 (Coupling):
  DC: シグナルの全体（AC+DC）を表示
  AC: DC成分を除去し、AC成分のみを表示
  電源のリプル測定には AC 結合必須！

シングルキャプチャ (Single):
  1回キャプチャ後に停止。偶発イベントやパワーオンシーケンスの取得に使用

プロブのグランドリングは小さいほど良い！
  大きなグランドリング → アンテナ効果 → 高周波ノイズの混入

一般的な測定シナリオ

1. 電源リプル:
   AC結合、20MHz帯域幅制限、短いグランドスプリングを使用

2. クロック/クリスタル:
   10x プロブ、クリスタルのピンに接続（負荷コンデンサ上には接続しないこと）

3. シリアル信号:
   デコード機能: UART/I2C/SPI の自動デコード

4. MOSFET スイッチング:
   差動プローブで Vgs と Vds を同時に測定 → スイッチング損失の確認

ロジックアナライザ (Logic Analyzer)

オシロスコープとの違い:
  オシロスコープ: アナログ波形（時間に対する電圧）を見る
  ロジックアナライザ: デジタルタイミング（時間に対する 0/1）を見る

利点: チャンネル数が多い（8/16/32ch）、プロトコルデコード、長時間記録
欠点: 0/1 のみ表示され、信号品質は確認できない

廉価版: Saleae クローン（24MHz/8ch）$10
推奨: DSLogic Plus / Saleae Logic

典型的な使用例

SPI（4線）+ I2C（2線）+ UART（2線）を同時にキャプチャ
→ 各バス間のタイミング関係を確認

トリガ条件: 特定のプロトコルデータパケット / 特定の入力レベルシーケンス

DC電源 (Bench Power Supply)

定電圧 (CV): 電圧は固定、電流は自動調整
定電流 (CC): 電流は固定、電圧は自動調整

初回通電時:
  1. 電圧を設定 → 電流制限を設定 → 出力を OFF
  2. 配線 → 短絡がないことを確認
  3. 出力を ON → 電流が正常か確認

電流制限は「貧者の保護神」！
  最初は低い電流制限に設定し、正常を確認してから高く調整する

信号発生器 (Function Generator)

一般的な波形: 正弦波、方形波、三角波、鋸歯状波、任意波形
用途:
  - テスト信号の注入
  - センサ出力の模擬
  - 周波数応答テスト

注意: 出力インピーダンスは通常 50Ω
  高インピーダンス負荷に接続すると → 出力電圧は表示値の 2 倍になる！

半田付けツール

はんだごて

温度: 鉛入りはんだ 300~330°C、鉛フリーはんだ 350~380°C
定温はんだごて台（T12/C245）>> 一般的なはんだごて

はんだごて先のメンテナンス: はんだを付けた状態（挂锡）を保ち、銅スポンジで清掃
          紙やすりでの研磨は禁止！

はんだ

鉛入り（63/37 SnPb）: 融点 183°C、半田付けしやすいが有毒
鉛フリー（SAC305）: 融点 217°C、環境に優しいが半田付けが難しい

フラックス: ロジンまたはフラックスレス用（追加のフラックスは非常に有効）

半田付けのコツ

1. はんだを塗る → パッドを予熱 → はんだを追加 → はんだを移動 → はんだごてを離す
   一連の動作は 1〜3 秒以内

2. はんだごてで「はんだ」を加熱するのではなく、「パッドとピン」を加熱する

3. QFP/QFP パッケージ:
   ドラッグはんだ: フラックスを多めに使用し、ナイフ型チップでドラッグ
   熱風ガン: BGA/QFP に必須

4. 半田付け後の点検: 拡大鏡で各ピンを確認、マルチメータで短絡を測定

ESD 対策

リストバンド: 必ず接地すること！（1MΩ 抵抗を介して）
作業机: 静電気防止マット
保管: IC は静電気防止バッグまたは導電性スポンジに入れる

MOSFET/CMOS IC は静電気に極めて弱い！
（人間が感じない程度の静電気でも、ゲート酸化膜を破壊する可能性がある）

黄金律:
- 半田付けする前に、接地された物体に触れる
- IC を持つときは端のみを持ち、ピンには触れない
- 乾燥した季節は特に注意

キーワード: マルチメータ, オシロスコープ, プロブ, トリガ, ロジックアナライザ, 半田付け, ESD, DC電源