Analog Devices（アナログデバイセズ）のアクティブラーニングモジュール、ADALM2000を秋月電子で買ってみました。
動作確認がてら内容をまとめてみたので、ご紹介します。
ADALM2000とは
ADALM2000はアクティブラーニングモジュールと呼ばれるもので、これ一台で電子工作に必要なさまざまな測定器として利用できます。
具体的な機能としては、下記があります。
- USBオシロスコープ
- スペクトラムアナライザ
- ネットワークアナライザ
- ファンクションジェネレータ
- ロジックアナライザ
- パターンジェネレータ
- デジタルIO
- 電圧計
- DC電源
これ一台で様々な測定や実験ができますね。
オシロやファンクションジェネレータなど、既に持っている装置もありますが、スペクトラムアナライザやネットワークアナライザは持っていないのでそこに期待しています。
また、PCから制御できるので、電源や周波数を可変させて測定するような実験がこれ一台で出来るのがうれしいですね。
似たような機能のものは、デジレントのAnalog Discovery 2や、入力4ChのAnalog Discovery Pro 3450などがあります。
今回購入したADALM2000が一番安いです。（発売当初よりは値上がりしたようですが…）
Analog Discovery 2はオシロの電圧分解能が14bitになります。（ADALM2000は12bit）
Analog Discovery Pro 3450になると、入力4Chになるだけでなく、OSが入っていて単体で動作させることが出来るみたいです。（予算が許せばこれを買ってみたかった）
動作確認
ファンクションジェネレータ
・ファンクションジェネレータの主な機能
チャンネル数：2（シングルエンド）
周波数：最大30MHz
出力インピーダンスは50Ω
電圧範囲は最大±5V
スルーレート：400V/µs
実際の出力波形を単体のオシロと比較してみる。
ADALM2000は、PC側から「Scopy」というソフトウェアで操作します。
1VppのSin波、三角波を出力させてみました。
ADALM2000自身のオシロスコープ機能と、実際のオシロスコープ(RIGOL DS1054Z)での波形を比較
・Sin波1kHz、2Vpp
パソコン側で操作できるので、便利ですね。
また、波形をスクリーンショットするのも超楽です。
・Sin波20MHz、2Vpp
20MHz時の出力はさすがに歪んでいます。
インピーダンスマッチングなどを考慮すれば、もう少しきれいになるのか？
出力波形は、下記のようにSin波以外も選べます。また、数式から波形を生成する機能や、音声ファイル（.wav等）を入力することも出来るみたいです。
オシロスコープ
・オシロスコープの機能
チャンネル数：2（差動が2つ）
入力電圧範囲：±25V（差動で±50V）
これを超えるような場合は、オシロの10:1プローブなどを使用する必要がありそうです。
電圧分解能：12bit
サンプルレート：100MS/s
・電圧の分解能確認のため、小信号を入力してみる。
10mVpp、1kHzのSin波を測定してみました。
ADALM2000自身のファンクションジェネレータから出力してみました。
小信号の場合、階段状に電圧が変動していることが確認できます。
実際のオシロスコープ(RIGOL DS1054Z)でも階段状になっているので、ファンクションジェネレータ機能の分解能によるもののようです。
別のファンクションジェネレータから信号を入力してみました。
比較的マシになったので、ADALM2000のファンクションジェネレータ機能の電圧分解能が荒いみたいです。
※ファンクションジェネレータ機能で小信号を使いたい場合は、大き目に出力しておいて、外付けのボリューム等で分圧したほうが良さそうです。
DC電源と電圧計
DC電源は、電圧±5Vまで出力できます。
電流値は50mAまでのようなので、あまり大電流は出せませんが、オペアンプ回路の実験などはこれ一つで出来そうですね。
電源出力の設定画面と、ScopyのVoltmeter機能、外部テスターとの電圧値を比較してみました。
・テスター（三和PC7000）での測定値
5V出力時：4.9991V
-5V出力時：-4.9996V
それぞれ結構差がありますが、テスターの実測値ではほぼ±5Vが出てます。
ネットワークアナライザ
回路の周波数特性を測定出来る機能です。
ADALM2000は、ファンクションジェネレータとオシロの機能が一台でこなせるので、
例えば、ファンクションジェネレータからAC1V・100Hzを出力して、その時の入力と出力の電圧増幅率（利得：dB）と位相差（°）を測定。次に200Hz、300Hz、1kHz～といったように、自動で周波数を変更しながら（掃引、スイープ）グラフにプロットするようなイメージでしょうか。
手動で確認しようとすると、かなり大変なので便利ですね。
個人的にはこの機能が一番欲しくてADALM2000を購入しました。
RCローパスフィルタの周波数特性を確認してみる
下記の様な単純なRCによるローパスフィルタです。
計算によると、カットオフ周波数（-3dB落ちる点）は約33kHzです。
※このソフトはDesignSpark Toolboxというスマホ用ソフトです。
ADALM2000の接続は下記のようにしました。
周波数特性の確認結果。
10Hz～1MHzまでを500ポイントの数で測定しています。
ちゃんと実測でも33kHz付近で-3dBになっていますね。
オシロスコープ機能で50kHzでの波形を見てみる。
この時の入力電圧（Ch1）と出力電圧（Ch2）の振幅差を測定してdBを計算、ピークの時間差から位相を計算…といった作業を、周波数をスイープしながら自動でやってくれています。（上の測定では、500ポイントで2回平均）
手動でやることを考えるとかなりの苦行なので、ありがたいですね。
スペクトラムアナライザ
略してスペアナです。入力信号を周波数成分で分解して表示させることが出来ます。
個人的には憧れの装置ですね。
アマゾンで買ったLM2577Sの昇圧DCDCコンバータのノイズを確認してみる。
入力電圧5V、出力電圧12Vに昇圧し、100Ωの負荷を接続
オシロスコープ機能で波形を見たところ、スイッチング周波数の55kHz付近でリプル電圧が確認できます。
スペクトラムアナライザの結果でも、55kHzとその高調波成分がかなり出ていることを確認できます。
秋月電子で買ったLMR62421の昇圧DCDCコンバータモジュールを確認してみる
こちらはスイッチング周波数1.6MHzです。
動作条件は同じで、入力電圧5V、出力電圧12Vに昇圧し、100Ωの負荷を接続。
ADALM2000のオシロスコープ機能では、リプル電圧らしきものは確認出来ませんでした。
スペクトラムアナライザの結果をみると、スイッチング周波数の1.6MHz付近にピークが見えますが、LM2577のモジュールと比較するとかなりノイズが少なそうです。
※ピーク値もマーカーを置いて確認することができます。便利ですね。
実際のオペアンプ回路を組んで評価してみる
実際にオペアンプの増幅回路を組んで、ADALM2000で評価してみたいと思います。
以前製作したダイヤモンドバッファ回路モジュールの回路を流用してみます。
使う機能は下記。
・ファンクションジェネレータ：入力信号
・オシロスコープ：入力と出力の信号確認
・DC電源：オペアンプの電源電圧供給（±5V）
・ネットワークアナライザ：入出力の周波数特性
これ一台で全てこなせたら凄いことですよね。
回路図とADALM2000の接続
回路図と接続は下記になります。
入力電圧は、ボリュームで分圧したあと、カップリングコンデンサC3でDCカットし、非反転増幅回路で10倍に増幅しています。
オシロスコープ機能で波形を見てみる
DC電源で±5Vを供給し、ファンクションジェネレータで1kHz､1VppのSin波を入力した時の波形を見てみました。
CH1：入力電圧（ボリュームで1/5に分圧後）
CH2：出力電圧
非反転増幅回路で10倍に増幅できていることが確認出来ました。
ネットワークアナライザ機能で周波数特性を測定してみる
この回路の周波数特性を、10Hz～1MHzの範囲で測定してみました。
低周波領域は、入力のカップリングコンデンサC3（1μF）と、R1（20kΩ）によるハイパスフィルターの特性が出ています。（約8Hz ）
電圧増幅率は10倍なので、Magnitude（振幅）は20dBであっています。
高周波域はオペアンプの特性で落ちてきているものと思います。
フィードバック抵抗R3（20kΩ）にコンデンサC6をパラレルで接続して、高周波をカットできるか確認してみました。
C6に150pFを接続することで、カットオフ周波数は約53kHzになるはずです。
周波数特性の測定結果は下記になります。
狙い通り、50kHz付近で-3dBとなっています。
まとめ
Analog Devices（アナログデバイセズ）のアクティブラーニングモジュール、ADALM2000を購入したので、ご紹介してみました。
これ一台で様々な機能があるので、実験の幅が広がりますね。
私はネットワークアナライザによる周波数特性の測定がやりたかったので、個人的には満足しています。
参考リンク
トランジスタ技術：2020年3月号と、2020年8月号に特集されています。
