오실로스코프

오실로스코프는 입력 전압 신호를 캡처하여 스케일링된 그리드에 표시되는 올바르게 스케일링된 전압 대 시간 파형으로 변환하는 장치입니다. 오실로스코프에는 입력 신호를 캡처하고 표시할 시기를 정의하는 트리거링 회로와 (수직 전압) 신호 조정을 허용하는 가변 이득 프런트 엔드가 있어 광범위한 입력 신호 진폭을 수용합니다. 수평(타임베이스 또는 스윕) 조정은 신호를 수집하는 기간을 정의합니다.

많은 사람들이 아날로그 오실로스코프를 발명했다고 주장하지만, 텍트로닉스는 계측기의 유용성과 다용성을 크게 향상시킨 최초의 트리거 스윕(아날로그) 오실로스코프를 발명했다고 정당하게 주장할 수 있습니다.

Walter LeCroy와 LeCroy Corporation(현재 Teledyne LeCroy)의 설계팀은 1985년에 최초의 디지털 스토리지 오실로스코프(DSO, 또는 지금은 디지털 오실로스코프로만 불림)인 Model 9400을 출시했습니다. 이 제품은 당시 사용 중이던 아날로그 오실로스코프의 기능과 성능을 복제하고 개선한 것입니다. Model 9400은 당시 아날로그 오실로스코프에서 사용 가능했던 대역폭(125MHz)과 동일했으며 32,000개의 샘플 포인트(당시로서는 놀라울 정도로 긴 수집 레코드 길이)를 사용하여 장시간 동안 신호를 지속적으로 캡처할 수 있었습니다. LeCroy의 WD2000 Waveform Digitizer(1971년 출시)가 최초의 디지털 스토리지 오실로스코프였다고 주장할 수도 있지만, 레코드 길이는 20개의 샘플 포인트로 제한되었고 아키텍처는 더 긴 레코드 길이로 쉽게 확장할 수 없었습니다. 전체 스토리를 여기에서 읽어보세요 https://www.teledynelecroy.com/월터-르크로이.

Walter LeCroy와 LeCroy Corporation(현재 Teledyne LeCroy)의 설계팀은 1985년에 최초의 디지털 스토리지 오실로스코프(DSO, 또는 지금은 디지털 오실로스코프로만 불림)인 Model 9400을 출시했습니다. 이 제품은 당시 사용 중이던 아날로그 오실로스코프의 기능과 성능을 복제하고 개선한 것입니다. Model 9400은 당시 아날로그 오실로스코프에서 사용 가능했던 대역폭(125MHz)과 동일했으며 32,000개의 샘플 포인트(당시로서는 놀라울 정도로 긴 수집 레코드 길이)를 사용하여 장시간 동안 신호를 지속적으로 캡처할 수 있었습니다. LeCroy의 WD2000 Waveform Digitizer(1971년 출시)가 최초의 디지털 스토리지 오실로스코프였다고 주장할 수도 있지만, 레코드 길이는 20개의 샘플 포인트로 제한되었고 아키텍처는 더 긴 레코드 길이로 쉽게 확장할 수 없었습니다. 전체 스토리를 여기에서 읽어보세요https://www.teledynelecroy.com/walter-lecroy.

오실로스코프는 전압 신호를 입력으로 받습니다. 프로브나 센서를 사용하여 비전압 신호(예: 전류 신호, 자기장 신호)를 적절한 단위로 올바르게 스케일된 전압 신호로 변환해야 합니다. 전류를 측정하는 프로브나 센서는 일반적으로 오실로스코프 제조업체에서 구입할 수 있으며, 다른 단위를 측정하는 센서도 널리 구입할 수 있습니다. 대부분의 전문가용 오실로스코프는 일반적인 리스케일링(예: 볼트에서 암페어로) 및 기타 여러 단위를 지원하지만, 이것이 요구 사항에 중요한 기능인 경우, 특히 센서의 입력 대 출력 비율이 비선형인 경우 구매하기 전에 오실로스코프 내에서 리스케일링 지원을 확인하는 것이 가장 좋습니다.

참고 웨비나7부: 오실로스코프로 전류를 측정하려면 어떻게 해야 하나요?그리고8부: 션트 저항을 사용하여 오실로스코프의 전류를 측정하려면 어떻게 해야 합니까?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈를 참조하세요.

TheIEEE 1057 파형 기록기 디지털화 표준디지털 오실로스코프의 아날로그 대역폭을 진폭 응답이 -3dB(오실로스코프의 경우 DC)에서 응답의 70.7%에 해당되는 주파수로 지정합니다. 디지털 오실로스코프에 아날로그 대역폭 사양이 있는 것은 혼란스러울 수 있지만, 디지털 오실로스코프에는 신호를 디지털화하고 저장하는 부분 이전에 많은 아날로그 증폭기 구성 요소가 있습니다.

신호 캡처 및 측정에 필요한 대역폭은 측정할 신호, 수행할 측정 유형 및 원하는 측정 정확도에 따라 크게 달라집니다. 대부분 엔지니어가 사용하는 대략적인 경험 규칙은 측정하려는 가장 높은 주파수 신호의 대역폭의 3배인 오실로스코프를 갖는 것이지만, 이는 매우 높은 주파수 신호의 경우 비실용적입니다.

FAQ(위)에서 오실로스코프 대역폭에 대한 정의를 참조하세요. 대부분의 오실로스코프는 대역폭 정격 주파수에 천천히 접근하며, 대역폭 주파수 정격의 3%(또는 그 정도)에서 완만한 진폭 롤오프로 시작합니다. 즉, 오실로스코프 진폭 응답이 정격 대역폭의 50%에서 -1dB이고 정격 대역폭의 70%에서 -2dB인 경우 캡처된 순수 사인파의 진폭은 입력 사인파 주파수가 오실로스코프의 대역폭 정격에 접근할 때와 비교하여 약 85%(-90dB) 또는 1%(-80dB)와 2%(-70dB)가 됩니다. 그러나 대부분의 엔지니어는 오실로스코프로 순수 사인파를 측정하지 않습니다. 가장 높은 대역폭의 오실로스코프는 다양한 이유로 더 평평하거나(진폭 롤오프 감소) 조정 가능한 진폭 응답을 가질 수 있습니다.

엔지니어가 사각파와 유사한 신호를 측정하고 있을 가능성이 더 큽니다. 이 경우 사각파는 기본 주파수와 홀수 고조파의 합으로 구성된 푸리에 급수 확장으로 표현될 수 있으며, N번째 고조파는 해당 주파수에서 1/N 진폭을 기여합니다. 즉, 사각파를 정확하게 표현하려면 기본 주파수를 캡처할 수 있는 충분한 대역폭과 충분한 홀수 고조파가 필요합니다. 얼마나 많은 홀수 고조파가 "충분한"지(그리고 얼마나 많은 대역폭이 필요한지)는 엔지니어가 실제 신호보다 느린 오실로스코프의 상승 시간 측정에 대한 허용 범위와 측정된 신호에 존재하는 가산 오버슈트 및 링잉의 양에 따라 결정됩니다. 3번째 고조파만 캡처하는 경우 상승 시간이 상당히 느려지고 오버슈트와 링잉이 99번째 고조파를 캡처한 경우에 비해 눈에 띄게 나타납니다(이 경우 캡처된 신호는 원래 입력 신호와 구별할 수 없음).

이것은 "얼마나 많은 대역폭이 필요한가?"라는 질문에 대한 응답에서 가장 자주 주어지는 원래의 답변으로 돌아가게 합니다. 가장 높은 주파수 신호의 대역폭의 약 3배입니다. 하지만 "가장 높은 주파수"는 무엇을 의미할까요? 이 맥락에서 대부분의 엔지니어는 오실로스코프의 상승 시간 측정 기능(대역폭과 관련됨)에 대해 생각하고 있습니다. 엔지니어가 상승 시간이 1ns인 신호를 측정하려면 상승 시간이 1ns인 오실로스코프를 선택하지 않을 것입니다(이러한 오실로스코프는 일반적으로 대역폭이 350MHz임). 그들은 대역폭이 3배인 오실로스코프(또는 1GHz)를 선택할 것입니다.

참고 웨비나2부: 오실로스코프에 얼마나 많은 대역폭이 필요한가?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈를 참조하세요.

해상도는 아날로그-디지털 변환기(ADC) 양자화 레벨의 수이며 N비트 ADC는 2입니다.^N 양자화 수준. 예를 들어, 8비트 오실로스코프에는 2개가 있습니다.⁸ = 256 양자화 수준인 반면 12-bit 오실로스코프에는 2개가 있습니다¹² = 4096 양자화 수준. ADC의 비트 수(양자화 수준)가 오실로스코프의 나머지 신호 경로(특히 아날로그 구성 요소)가 고해상도 ADC에 걸맞은 노이즈 성능을 가질 것이라는 보장은 없다는 점에 유의하세요. 따라서 광고된 고해상도 오실로스코프는 기존 8비트 해상도 오실로스코프와 다르게 작동하지 않을 수 있습니다. 참조고해상도 오실로스코프 설계 접근 방식 비교많은 오실로스코프 제조업체가 고해상도 오실로스코프를 설계할 때 하는 이러한 상쇄에 대한 자세한 내용은 참조 웨비나를 참조하세요.1부: 오실로스코프 분해능이란?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈를 참조하세요.

고해상도 오실로스코프는 향상된 하드웨어, 소프트웨어 필터링(대역폭과 샘플 속도를 줄임) 또는 두 가지의 조합을 사용하여 기존 8비트 오실로스코프에 비해 향상된 해상도와 신호 대 잡음비를 제공하는 것으로 광고되는 모든 오실로스코프입니다. 고해상도에 대한 마케팅 주장은 실제 성능을 보장하지 않습니다. ADC에 대한 고해상도 주장이나 감소된 대역폭에서만 가능한 기준선 노이즈 또는 신호 대 잡음비의 개선은 소위 고해상도가 모든 일반 오실로스코프 작동 조건에서 현실적으로 달성되지 않을 것이라는 경고 신호입니다. 참조고해상도 오실로스코프 설계 접근 방식 비교자세한 내용은.

차이점은 없습니다. 이는 같은 것을 표현하는 두 가지 방법일 뿐이지만 Teledyne LeCroy는 High Definition Oscilloscope라는 이름과 HDO라는 약어에 대한 등록 상표를 가지고 있으며 이를 제공하는 최초의 오실로스코프 회사라는 점에 유의해야 합니다. 12-bit 샘플 속도나 대역폭을 감소시키지 않고 항상 12비트를 제공하는 고해상도 오실로스코프입니다.

혼합 신호 오실로스코프(MSO)는 일반적으로 아날로그와 디지털(논리) 입력 채널이 모두 있는 오실로스코프를 말합니다. 일반적인 구성은 4개의 아날로그 입력 채널과 16개의 디지털 논리 입력 채널입니다. 디지털 논리 입력 채널은 기능이 필요한 신호에 대해 희소하고(더 비싼) 아날로그 입력 채널을 보존할 수 있으며, 디지털 논리 입력 채널은 간단한 토글 또는 논리 신호 또는 저속 직렬 데이터(예: I2C, SPI, UART 등) 신호에 사용할 수 있습니다.

혼합 도메인 오실로스코프(MDO)는 시간 및 주파수 도메인 모두에서 신호를 캡처하기 위해 어떤 유형의 무선 주파수(RF) 입력 또는 변환을 제공하는 오실로스코프에 대한 마케팅 용어입니다. 전용 RF 입력이 제공되는 경우 기능은 스펙트럼 분석기와 유사할 수 있습니다. 소프트웨어 고속 푸리에 변환(FFT) 기술을 사용하면 전용(비용이 많이 드는) RF 입력 없이도 유사한 기능을 제공할 수 있습니다.

오실로스코프의 진폭 정확도는 다양한 구성 요소로 구성되며 오실로스코프 분해능, 입력 경로, 입력 주파수 콘텐츠, 프로브 사용 여부 등에 따라 달라집니다. 진폭 정확도는 1% 이상일 수 있습니다. 12-bit 케이블 신호 입력이 있는 고화질 오실로스코프(HDO®)는 5Ω 종단을 통해 오실로스코프에 결합된 액티브 프로브로 작동하는 8비트 오실로스코프의 경우 50%(또는 그 이상)까지 가능합니다. 이러한 정확도는 디지털 전압계(DVM)에 비해 낮아 보일 수 있지만 오실로스코프는 DVM보다 훨씬 더 많은 기능을 제공합니다.

참조1부: 오실로스코프 분해능, 정확도, 감도의 차이점은 무엇인가요?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

감도는 오실로스코프에서 볼 수 있는 가장 작은 신호 변화입니다. 감도가 높은 오실로스코프는 감도가 낮은 오실로스코프에 비해 더 작은 신호를 보는 데 사용할 수 있습니다. 오실로스코프의 감도 조정은 수직 게인 설정(볼트/구간)을 사용하여 이루어집니다. 높은 감도가 반드시 높은 정확도와 상관관계가 있는 것은 아니며, 높은 감도를 나타내는 아날로그 수직 게인 설정(예: 1 또는 2 mV/div)은 오실로스코프의 ADC 분해능이나 노이즈로 인해 유용성이 제한될 수 있습니다. 참조1부: 오실로스코프 분해능, 정확도, 감도의 차이점은 무엇인가요?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

역사적으로 엔지니어는 상승 시간이 TR(s) = 0.35/대역폭(Hz) 공식에 따라 대역폭과 관련이 있다고 생각했습니다. 여기서 TR은 10-90% 상승 시간(IEEE에서 정의)입니다. 이 공식은 오실로스코프 대역폭이 매우 낮고(1GHz 이하) 진폭 롤오프가 매우 점진적이었던 시대에 (대부분) 사실이었습니다. 이 공식은 낮은 대역폭 오실로스코프에도 여전히 사실일 수 있습니다.

오늘날의 더 높은 대역폭 오실로스코프(또는 더 복잡하고 더 낮은 노이즈 신호 경로를 갖춘 오실로스코프)는 제품군의 하위(대역폭) 끝에 있는 모델의 경우 TR(s) = 0.35/대역폭(Hz) 공식을 따르지만 최대 대역폭 모델의 경우 TR(s) = 0.4/대역폭(Hz) 또는 TR(s) = 0.45/대역폭(Hz)에 근접(또는 어떤 경우에는 더 높음)할 수 있습니다. 낮은 대역폭 모델에서 분자가 낮은 이유는 가장 높은 대역폭 모델에 비해 더 느린 진폭 롤오프를 위해 더 높은 주파수 헤드룸이 있는 아날로그 신호 경로를 사용할 가능성이 높기 때문입니다. 제품 시리즈 중 가장 대역폭이 높은 오실로스코프 모델에서는 아날로그 신호 경로가 진폭 응답에서 엄격한 상한에 도달했을 가능성이 높으며, 진폭 응답은 그 범위를 넘어서면 빠르게 감소합니다. 이로 인해 오실로스코프의 대역폭 정격을 지나는 고주파 응답이 크게 감쇠되어 상승 ​​시간이 느려지고 분자도 커집니다.

참고 웨비나3부: 오실로스코프에서 상승 시간은 대역폭과 어떤 관련이 있습니까?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈를 참조하세요.

디지털 오실로스코프는 전압 값을 샘플링하고 유지하여 이산적인 샘플 포인트를 생성하는 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 통해 신호를 디지털화합니다. 샘플 포인트는 주어진 주파수(시간 간격)에서 기록되며, 샘플 속도는 샘플/초라고 합니다.

참고 웨비나4부: 오실로스코프 샘플 속도는 무엇이고 얼마나 필요한가?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈를 참조하세요.

나이퀴스트 정리에 따르면 필요한 최소 샘플 속도는 측정하려는 주파수의 두 배입니다. 디지털 오실로스코프에서 이는 일반적으로 샘플 속도로 해석되며 오실로스코프의 대역폭 정격의 최소 두 배여야 합니다. 그러나 오실로스코프는 일반적으로 대역폭 정격을 초과하는 브릭월 진폭 응답이 없으며 대역폭 정격을 초과하는 일부 고주파 콘텐츠를 통과시킵니다. 따라서 대부분의 오실로스코프는 최소 샘플 속도 대 대역폭 비율 2.5를 제공합니다. 이는 디지털 샘플 포인트에서 사인파를 재구성하는 데 필요한 최소값으로 간주될 수 있습니다.

디지털 샘플 포인트에서 더 복잡한 신호 모양을 정확하게 재구성하기 위해 엔지니어는 일반적으로 상승 에지에서 5개 또는 최대 10개의 샘플 포인트를 원합니다. 엔지니어가 측정하려는 신호보다 XNUMX배 빠른 오실로스코프를 선택하는 일반적인 경험 규칙을 따르는 경우(참조 웨비나2부: 오실로스코프에 얼마나 많은 대역폭이 필요한가?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈를 참조하거나 비슷한 제목의 FAQ를 참조하세요. 그러면 상승 에지에서 5~10개의 샘플 포인트를 쉽게 수용할 수 있습니다.

참고 웨비나4부: 오실로스코프 샘플 속도는 무엇이고 얼마나 필요한가?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈를 참조하세요.

수집 메모리는 디지털 오실로스코프 샘플 포인트를 디스플레이로 불러오거나 추가 처리하여 측정, 수학 계산 등을 수행하기 위해 저장하는 데 사용됩니다.

오실로스코프 수집 메모리는 디지털화된 신호의 오실로스코프 샘플 포인트를 저장하는 반면, 오실로스코프 기능에 전원을 공급하는 중앙 처리 장치(CPU)는 CPU의 요구를 충족시키기 위해 자체 램(RAM)을 가지고 있습니다.

메모리 깊이는 포인트(예: 킬로포인트(kpts), 메가포인트(megapoints)) 단위로 수집 메모리의 총 길이를 설명하는 또 다른 방법입니다.Mpts), 기가포인트(Gpts) 또는 샘플(예: 메가샘플(MS)) 단위입니다.

더 많은 샘플(또는 포인트)은 샘플 속도를 줄여야 하기 전에 매우 긴 연속 시간 간격을 캡처할 수 있는 더 많은 기능을 제공합니다. 엔지니어에게 필요한 샘플 수는 엔지니어가 캡처하려는 신호의 대역폭, 엔지니어가 신호를 캡처하려는 시간 분해능, 엔지니어가 획득하려는 연속 시간의 양에 따라 달라집니다.

오실로스코프의 샘플 속도가 10GS/s이고 수집 메모리가 1GS(또는 Gpts)라면 100ms의 시간을 수집할 수 있습니다(1GS/10GS/s = 0.1s 또는 100ms). 수집 메모리가 200GS인 경우 1ms를 캡처하려면 샘플 속도를 5GS/s로 줄여야 하는데, 이는 허용될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있습니다.

오실로스코프 기준선 노이즈는 신호가 연결되지 않은 오실로스코프 입력 채널의 측정된 AC RMS 값입니다. 간단한 기준선 노이즈 테스트는 오실로스코프 입력에 신호가 없을 때 노이즈 성능에 대한 일반적인 지표를 제공합니다. 이 테스트는 간단하고 수행하기 쉽지만 오실로스코프 성능을 테스트하는 가장 현실적인 방법은 아닙니다. 대부분의 오실로스코프는 입력 신호가 연결된 상태로 사용되기 때문입니다. 그럼에도 불구하고 입력 신호가 추가되면 노이즈가 감소하지 않습니다. 추가된 신호 진폭은 나중에 측정에 노이즈만 추가하기 때문입니다. 따라서 기준선 노이즈는 전반적인 성능을 대략적으로 평가하는 데 유용한 테스트가 될 수 있습니다.

Teledyne LeCroy 오실로스코프에서 SDEV 측정값은 AC RMS와 동일합니다.

참조고해상도 오실로스코프 설계 접근 방식 비교오실로스코프의 다양한 유형의 노이즈에 대한 자세한 내용

신호 대 잡음비는 전체 범위와 기준 잡음의 비율을 계산한 것이며, 다음 공식에 따라 볼트로 표현됩니다.

신호대잡음비(dB) = 20*log10((V_본격적인/(2*√2))/V_AC-RMS))

뷔와 함께_본격적인오실로스코프의 전체 스케일 전압(수직 분할 수 * V/div 이득 설정과 동일) 및 V_AC-RMS주어진 V/div 이득 설정에서 기준 신호에 대한 AC RMS 값입니다.

일부 오실로스코프(예: Keysight, Teledyne LeCroy)는 전체 스케일에 대해 8개의 수직 구간을 갖고 있는 반면, 다른 오실로스코프(예: Tektronix)는 전체 스케일에 대해 10개의 수직 구간을 갖고 있습니다.

Teledyne LeCroy의 AC RMS 측정은 SDEV라고 명명된 반면, 다른 오실로스코프는 일반적으로 AC 또는 DC 판독으로 선택할 수 있는 RMS 측정을 갖습니다. AC RMS 값을 사용해야 하며 그렇지 않으면 SNR 계산에 오실로스코프 채널의 작은 DC 오프셋 오류 효과가 잘못 포함됩니다.

SNR(dB) = 20*log10((V/div*8/(2*sqrt(2)))/rms 단위의 잡음)

참조고해상도 오실로스코프 설계 접근 방식 비교오실로스코프의 다양한 유형의 노이즈에 대한 자세한 내용

IEEE Std. 1057 IEEE 파형 기록기 디지털화 표준에 따르면, SINAD는 제곱 평균 제곱근(rms) 신호 대 rms(기준선) 잡음 및 왜곡의 비율입니다. SINAD는 사인파 입력을 사용하여 특정 주파수 및 진폭에서 측정되며, 측정이 이루어지는 진폭은 왜곡에 영향을 미치므로 지정해야 합니다(전범위 진폭의 90%가 일반적). SINAD는 실제 작동 시 오실로스코프의 성능을 보다 완벽하게 측정한 것입니다.

참조고해상도 오실로스코프 설계 접근 방식 비교오실로스코프의 다양한 유형의 노이즈에 대한 자세한 내용

오실로스코프로 측정한 신호의 노이즈를 줄이는 가장 좋은 방법은 전체 대역폭에서 12비트 분해능을 제공하는 저잡음, 고해상도 오실로스코프를 사용하는 것입니다. 그러나 모든 오실로스코프는 잡음을 줄이기 위해 대역폭을 낮추는 트레이드오프가 허용 가능하다면 아날로그 하드웨어 또는 디지털 소프트웨어 필터를 사용하여 잡음을 줄일 수 있습니다.

하드웨어 필터는 일반적으로 채널 메뉴에서 20MHz 또는 200MHz(또는 이와 유사한) 대역폭 제한으로 표시됩니다. 이러한 필터는 롤오프가 매우 느린 경향이 있으므로 노이즈 감소 기능은 디지털 소프트웨어 필터보다 낮을 가능성이 높습니다.

디지털 소프트웨어 필터는 수학 함수일 수도 있고, 고해상도 모드일 수도 있고, 채널 메뉴의 소프트웨어 필터 선택일 수도 있습니다(예: Teledyne LeCroy의 Enhanced Resolution(ERes) 선택). 수학적으로, 샘플 속도(및 대역폭)를 반으로 줄일 때마다 노이즈가 3dB(~30% 또는 0.5 유효 비트)씩 줄어듭니다. 때때로 디지털 소프트웨어 필터는 수학적 필터 연산 후 샘플 포인트를 보간하지만, 하드웨어 샘플 속도는 여전히 감소합니다.

수학적으로 가능한 것보다 더 나은 성능을 약속하는 고해상도 모드나 8비트 분해능 오실로스코프에서 고해상도(및 더 낮은 노이즈)를 달성하는 유일한 수단인 고해상도 모드에는 주의하세요.

참조고해상도 오실로스코프 설계 접근 방식 비교오실로스코프에서 노이즈를 줄이기 위해 이루어진 트레이드오프에 대한 자세한 내용은 참조 웨비나를 참조하세요.6부: 오실로스코프로 측정한 신호의 노이즈를 어떻게 줄일 수 있나요?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈를 참조하세요.

오실로스코프 ENOB는 다음과 같이 오실로스코프 SINAD 측정에서 파생됩니다.

오실로스코프 ENOB= (SINAD-1.76)/6.02

프런트엔드 앰프가 오실로스코프 시스템에서 주요 노이즈 소스가 아니라면 시스템 ENOB는 ADC의 ENOB에 접근합니다. ADC ENOB가 시스템 성능의 상한값이라는 것을 이해하는 것이 중요하지만, 시스템 성능은 이해해야 할 중요한 성능입니다. 현실적으로 오실로스코프(시스템) ENOB는 항상 ADC ENOB보다 작습니다.

인가된 입력신호가 맞지 않는 경우 100% 전체 규모 진폭의 경우 ENOB는 다음과 같이 유도됩니다.

오실로스코프 ENOB = (SINAD-1.76+20 log((전체 진폭)/(입력 진폭)))/6.02

이 방정식에서 유효 비트당 6dB SINAD의 "경험칙"을 유추할 수 있습니다. 따라서 유효 비트의 절반을 개선하면 노이즈가 3dB(30%) 감소하고, 유효 비트 전체를 개선하면 노이즈가 6dB(50%) 감소합니다. ENOB의 작은 차이는 수직(전압 진폭) 노이즈 측면에서 큰 의미가 있습니다.

참조고해상도 오실로스코프 설계 접근 방식 비교다양한 유형의 노이즈에 대한 자세한 내용과 ADC 정격 비트 수가 디지타이저 또는 오실로스코프에 적용되었을 때 완전히 달성되지 않는 이유를 알아보세요.

참조2부: 오실로스코프 ADC 유효 비트와 ENOB는 무엇입니까?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

ADC ENOB는 오실로스코프 ENOB의 상한이지만, 오실로스코프 ENOB는 이해해야 할 중요한 성능입니다. 현실적으로 오실로스코프 ENOB는 항상 ADC ENOB보다 낮습니다. 오실로스코프가 ADC의 ENOB 성능에 대해 구체적으로 주장하는 경우, 전체 오실로스코프 ENOB 성능이 훨씬 낮다는 경고 신호일 가능성이 큽니다.

참조고해상도 오실로스코프 설계 접근 방식 비교다양한 유형의 노이즈에 대한 자세한 내용과 ADC 정격 비트 수가 디지타이저 또는 오실로스코프에 적용되었을 때 완전히 달성되지 않는 이유를 알아보세요.

참조2부: 오실로스코프 ADC 유효 비트와 ENOB는 무엇입니까?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

나이퀴스트 정리는 사인파가 사인파 주파수의 두 배(또는 그 이상)로 디지털 샘플링되는 경우 정보 손실 없이 재구성될 수 있다고 말합니다. 일반적으로 이는 디지털 오실로스코프의 최소 샘플 속도가 모든 채널의 대역폭의 2.5배임을 의미합니다. 2.5:1 샘플 속도 대 대역폭(SR/BW)은 오실로스코프가 정격 대역폭에서 완벽한 브릭월 필터를 갖지 않을 것이라는 점을 고려하기 위해 사용되는 비율(최소 2 대신)입니다. 2:1 SR/BW 비율보다 낮으면 디지털 샘플링된 입력 신호의 앨리어싱 위험이 발생합니다.

나이퀴스트 샘플링 속도 요구 사항이 충족되지 않으면 신호는 언더샘플링된 것으로 간주되어 정보 손실 없이 재구성할 수 없습니다. 대신 신호 재구성은 여전히 ​​발생하지만 잘못된 재구성이 되며 이를 앨리어싱이라고 합니다.

참조3부: 오실로스코프 앨리어싱이란?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

스퓨리어스 프리 다이내믹 레인지(SFDR)는 기본 오실로스코프 입력 신호의 RMS(root-mean-square) 진폭과 오실로스코프 출력에서 ​​두 번째로 큰 스퓨리어스 신호의 RMS 진폭의 비율(일반적으로 dB로 표현)입니다. SFDR은 일반적으로 FFT 또는 스펙트럼 분석기와 같은 진폭 대 주파수 오실로스코프 디스플레이를 사용하여 오실로스코프에서 측정합니다. 스퓨리어스 신호는 왜곡 또는 기타 노이즈 구성 요소로 인해 발생할 수도 있고, 코어 아날로그-디지털 변환기(ADC) 샘플링 주파수와 일치하는 주파수일 수도 있습니다.

SFDR은 엔지니어가 오실로스코프에서 수행하는 품질 검사 중 가장 오해받는 것 중 하나입니다. 모든 ADC는 샘플링 주파수에서 스퍼를 나타내며, 이러한 스퍼는 일반적으로 진폭이 매우 낮고(입력 기본 주파수와 비교) 주파수 대역이 매우 좁아서 SFDR 비율이 주어진 입력 주파수에 대한 기준 잡음 신호 대 잡음 비율 또는 신호 대 잡음 및 왜곡(SINAD) 비율보다 훨씬 높습니다(그만큼 나쁘지는 않음). 가끔 오실로스코프는 특정 주파수에서 심각한 왜곡 구성 요소를 나타낼 수 있으며, 이는 SFDR 테스트에서 쉽게 드러납니다. 하지만 이는 흔하지 않습니다.

참조고해상도 오실로스코프 설계 접근 방식 비교오실로스코프의 SFDR에 대한 자세한 내용

참조4부: 오실로스코프 스퓨리어스 없는 동적 범위(SFDR)란 무엇입니까?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

샘플링 오실로스코프는 등가 시간 샘플링 오실로스코프라고 적절하게 불리며, 트리거당 하나의 샘플을 제공하고, 각 트리거 후에 작은 시간 지연을 추가하여 여러 트리거 이벤트에서 반복적인 파형을 재구성합니다. 측정 대역폭은 샘플러의 주파수 응답에 의해서만 제한되며, 매우 낮은 비용으로 매우 높을 수 있습니다. 제한 사항은 샘플링 오실로스코프가 연속적인 파형을 캡처할 수 없다는 것입니다.

샘플링 오실로스코프는 반복적인 신호만 수집할 수 있는 반면, 실시간 오실로스코프는 하나의 연속적인 샘플 기록에서 연속적인 시간 파형을 수집할 수 있습니다.

참조6부: 실시간 오실로스코프와 샘플링 오실로스코프의 차이점은 무엇입니까?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

디지털 인광 오실로스코프(DPO)는 텍트로닉스에서 자사의 오실로스코프를 설명하는 데 사용하는 마케팅 용어로, 아날로그 오실로스코프에 사용되는 인광 빔 CRT 디스플레이의 디스플레이 모양을 모방하기 위해 빠른 파형 디스플레이 아키텍처(최근에는 DPX 기술로 마케팅됨)를 활용합니다.

다른 오실로스코프 제조업체도 비슷한 기능을 제공합니다. 모두 데이터 저장을 희생하고 디스플레이 업데이트(새로 고침)를 최적화하므로 빠른 업데이트 디스플레이 중에 이상이 보이면 추가 검사를 위해 저장하거나 검색할 수 없습니다. 게다가 여전히 디지털 캡처 기술을 기반으로 하기 때문에 파형(또는 이상)을 캡처(또는 표시)하지 않는 데드 타임이 많습니다. 빠른 업데이트 기능이 있는 오실로스코프는 일반적으로 반복적인 신호의 매우 짧은 수집에만 사용할 수 있으며, 더 길고(더 유용한) 시간 주기에서는 업데이트 속도가 저하되고 한 번에 여러 신호를 보는 데는 그다지 유용하지 않습니다. 본질적으로 이 기능은 아날로그 오실로스코프가 디지털 오실로스코프로 전환되는 시기에 고안되었으며, 대부분의 고객에게는 더 이상 이 기능을 실용적으로 사용할 수 없습니다.

참조9부: 디지털 인광체 오실로스코프란 무엇인가?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

빠른 업데이트 속도 디스플레이는 아날로그 오실로스코프에 익숙한 사람에게 유용성과 편안함을 제공할 수 있습니다(대부분의 엔지니어는 오래 전에 은퇴했지만). 또한 많은 명백한 이상이 있는 매우 짧은 지속 시간의 반복 신호를 보고 있는 엔지니어에게도 유용할 수 있습니다. 더 길고 반복되지 않는 시간 간격을 캡처하는 엔지니어는 빠른 업데이트 속도가 실제 디버깅에서는 거의 사용되지 않는 흥미로운 기능이라고 생각할 것입니다.

아이 다이어그램과 아이 패턴은 디지털 신호의 신호 품질을 평가하는 데 사용되는 디스플레이 도구로, 모든 비트의 디지털 레벨을 중첩하여(각 비트 전후의 모든 전환과 함께) 디지털 신호의 품질을 빠르게 시각적으로 평가합니다. 이상적으로 아이 다이어그램/패턴은 가운데가 매우 열려 있고 상단(디지털 1 레벨), 하단(디지털 0 레벨) 및 전환(디지털 레벨 전환의 상승 및 하강 에지)이 명확합니다. PAM-3 또는 PAM-4와 같은 다중 레벨 신호도 아이 다이어그램으로 표시할 수 있습니다.

눈 다이어그램과 눈 패턴은 같은 것을 설명하는 두 가지 방법입니다.

참조11부: ​​오실로스코프 아이 다이어그램이란?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

디지털 오실로스코프를 사용하여 아이 다이어그램을 표시하는 데는 두 가지 기본 방법이 있습니다.

첫 번째 방법은 가장 기본적이지만 가장 많은 제한이 있습니다. 에지 트리거는 오실로스코프의 타임베이스가 단일 비트 주기보다 약간 더 길게 설정되고 오실로스코프 트리거 포인트가 오실로스코프 그리드의 왼쪽 에지에서 약 50/XNUMX 떨어진 지점으로 설정된 상승 또는 하강 디지털 신호 에지의 XNUMX% 레벨에서 트리거하는 데 사용됩니다. 디스플레이 지속성은 단일 비트 주기의 여러 짧은 수집을 캡처하는 데 사용되고 트리거된 신호는 시각적 관찰을 위해 오버레이됩니다. 이 방법은 직관적이지만 연속 신호의 아이 다이어그램을 제공하지 않으며 아이 다이어그램 이상의 원인을 확인하기 위한 모든 유형의 후처리를 허용하지 않으며 오실로스코프의 추가 트리거 지터의 영향을 받습니다. 디지털 신호의 품질이 좋은지 여부를 빠르게 확인하는 좋은 방법입니다.

두 번째 방법은 더 견고하고 더 널리 사용되며, 특히 고속 직렬 데이터 신호에서 그렇습니다. 디지털 신호에 대한 길고 연속적인 수집이 이루어지고 클록이 수학적으로 추출되며, 클록의 추출된 시간 주기는 수학적으로 연속적인 수집을 "슬라이스"하여 아이 다이어그램을 형성하기 위해 중첩되는 비트 주기로 "슬라이스"하는 데 사용됩니다. 데이터가 연속적이므로 클록 회로에서 위상 잠금 루프(PLL) 사용을 시뮬레이션하고, 지터를 계산하고, 아이 오프닝의 다양한 측면(진폭, 폭 등)을 측정하고, 존재하는 모든 이상을 디버깅하기 위해 추가적인 수학적 처리를 수행할 수도 있습니다.

샘플링 오실로스코프(이전 FAQ에서 설명)는 샘플링 모듈과 함께 작동하여 아이 다이어그램을 만드는 하드웨어 클록 복구 회로를 사용하여 아이 다이어그램을 만듭니다. 이는 오늘날 일반적으로 구식 방법으로 간주되며 고속 직렬 데이터 신호를 비연속(실시간이 아님) 데이터 수집으로 완전히 분석하고 평가할 수 없는 한 널리 사용되지 않습니다. 이 경우 이 방법은 완벽하게 만족스럽고 제공된 오실로스코프 대역폭에 비해 비용이 매우 낮습니다. 그러나 신호에 다른 비트 전송률이나 PLL 요구 사항이 있을 때마다 다른 하드웨어가 필요합니다.