오실로스코프

오실로스코프는 입력 전압 신호를 캡처하여 이를 스케일링된 그리드에 표시되는 올바르게 스케일링된 전압 대 시간 파형으로 변환하는 장치입니다. 오실로스코프에는 입력 신호를 캡처하고 표시해야 하는 시기를 정의하는 트리거링 회로와 광범위한 입력 신호 진폭을 수용하기 위해 (수직 전압) 신호 조정을 허용하는 가변 게인 프런트 엔드가 있습니다. 수평(타임베이스 또는 스윕) 조정은 신호를 획득하는 기간을 정의합니다.

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

Walter LeCroy와 LeCroy Corporation(현 Teledyne LeCroy)의 설계 팀은 1985년에 기능을 복제하고 개선한 모델 9400이라는 최초의 디지털 스토리지 오실로스코프(DSO 또는 현재는 디지털 오실로스코프라고 함)를 출시했습니다. 현재까지 사용된 아날로그 오실로스코프의 모습입니다. 모델 9400은 당시 아날로그 오실로스코프에서 사용할 수 있었던 것과 동일한 대역폭(125MHz)을 가졌으며 32,000개의 샘플 포인트를 사용하여 장기간 연속적으로 신호를 캡처할 수 있었습니다(당시 놀라울 정도로 긴 획득 레코드 길이). ). LeCroy의 WD2000 Waveform Digitizer(1971년 출시)가 최초의 디지털 저장 오실로스코프였다는 미약한 주장이 있을 수 있지만 레코드 길이는 20개 샘플 포인트로 제한되었고 아키텍처는 더 긴 레코드 길이로 쉽게 확장할 수 없었습니다. 여기에서 전체 내용을 읽어보세요.ttps://www.teledynelecroy.com/월터-르크로이.

Walter LeCroy와 LeCroy Corporation(현 Teledyne LeCroy)의 설계 팀은 1985년에 기능을 복제하고 개선한 모델 9400이라는 최초의 디지털 스토리지 오실로스코프(DSO 또는 현재는 디지털 오실로스코프라고 함)를 출시했습니다. 현재까지 사용된 아날로그 오실로스코프의 모습입니다. 모델 9400은 당시 아날로그 오실로스코프에서 사용할 수 있었던 것과 동일한 대역폭(125MHz)을 가졌으며 32,000개의 샘플 포인트를 사용하여 장기간 연속적으로 신호를 캡처할 수 있었습니다(당시 놀라울 정도로 긴 획득 레코드 길이). ). LeCroy의 WD2000 Waveform Digitizer(1971년 출시)가 최초의 디지털 저장 오실로스코프였다는 미약한 주장이 있을 수 있지만 레코드 길이는 20개 샘플 포인트로 제한되었고 아키텍처는 더 긴 레코드 길이로 쉽게 확장할 수 없었습니다. 여기에서 전체 내용을 읽어보세요.https://www.teledynelecroy.com/walter-lecroy.

오실로스코프는 전압 신호를 입력으로 받아들입니다. 비전압 신호(예: 전류 신호, 자기장 신호)를 적절한 단위로 올바르게 조정된 전압 신호로 변환하려면 프로브나 센서를 사용해야 합니다. 전류를 측정하는 프로브나 센서는 일반적으로 오실로스코프 제조업체에서 구입할 수 있으며, 다른 장치를 측정하는 센서도 널리 사용할 수 있습니다. 대부분의 전문가급 오실로스코프는 일반적인 재조정(예: 볼트에서 암페어로) 및 기타 여러 단위에 대한 지원을 제공하지만 이것이 요구 사항에 중요한 기능인 경우 구매하기 전에 오실로스코프 내에서 재조정 지원을 확인하는 것이 가장 좋습니다. 센서의 입력 대 출력 비율이 비선형인 경우.

참고 웨비나7부: 오실로스코프를 사용하여 전류를 어떻게 측정합니까?및8부: 션트 저항기를 사용하여 오실로스코프의 전류를 어떻게 측정합니까?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웹 세미나 시리즈를 참조하세요.

이 어플리케이션에는 µm 및 µm 파장에서 최대 W의 평균 출력을 제공하는파형 레코더 디지털화를 위한 IEEE 1057 표준진폭 응답이 기준 주파수(오실로스코프의 경우 DC임)에서의 응답의 -3dB(70.7%에 해당)인 주파수로 디지털 오실로스코프의 아날로그 대역폭을 지정합니다. 디지털 오실로스코프에 아날로그 대역폭 사양이 있다는 것이 혼란스러워 보일 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. 대부분의 엔지니어가 사용하는 대략적인 경험 법칙은 측정하려는 최고 주파수 신호의 대역폭이 3배인 오실로스코프를 사용하는 것입니다. 하지만 이는 매우 높은 주파수 신호의 경우 실용적이지 않습니다.

FAQ(위)에서 오실로스코프 대역폭에 대한 정의를 참조하세요. 대부분의 오실로스코프는 대역폭 주파수 정격의 3% 정도에서 완만한 진폭 롤오프로 시작하여 -50dB 대역폭 정격 주파수에 천천히 접근합니다. 이는 오실로스코프 진폭 응답이 정격 대역폭의 1%에서 -70dB이고 정격 대역폭의 2%에서 -85dB인 경우 캡처된 순수 정현파의 진폭은 약 90%(-1dB) 또는 80%가 됨을 의미합니다. (-2dB) 및 70%(-3dB)는 입력 정현파 주파수가 오실로스코프의 대역폭 정격에 접근할 때와 비교됩니다. 그러나 대부분의 엔지니어는 오실로스코프를 사용하여 순수 정현파를 측정하지 않습니다. 대역폭이 가장 높은 오실로스코프는 여러 가지 이유로 더 평탄하거나(진폭 롤오프가 적음) 조정 가능한 진폭 응답을 가질 수 있습니다.

아마도 엔지니어는 구형파와 유사한 신호를 측정하고 있을 것입니다. 이 경우 구형파는 기본 주파수와 홀수 고조파의 합으로 구성된 푸리에 급수 전개로 표현될 수 있으며, N차 고조파는 해당 주파수에서 1/N 진폭에 기여하는 것으로 알려져 있습니다. 이것이 의미하는 바는 구형파를 정확하게 표현하려면 기본 주파수와 홀수 고조파를 캡처할 수 있는 충분한 대역폭이 필요하다는 것입니다. "충분한" 홀수 고조파의 수(및 필요한 대역폭의 양)는 실제 신호보다 느린 오실로스코프의 상승 시간 측정에 대한 엔지니어의 허용 오차와 측정된 신호에 존재하는 추가 오버슈트 및 링잉의 양에 따라 결정됩니다. 신호. 3차 고조파만 캡처하는 경우 상승 시간은 상당히 느려지고 99차 고조파가 캡처되는 경우에 비해 오버슈트와 링잉이 눈에 띄게 됩니다(이 경우 캡처된 신호는 원래 입력 신호와 구별할 수 없습니다).

이는 "얼마나 많은 대역폭이 필요합니까?"라는 질문에 가장 자주 제공되는 원래 답변으로 돌아갑니다. – 최고 주파수 신호 대역폭의 약 3배. 그런데 "최고 주파수"란 무엇을 의미합니까? 이러한 맥락에서 대부분의 엔지니어는 오실로스코프의 상승 시간 측정 기능(대역폭과 관련됨)을 생각하고 있습니다. 엔지니어가 상승 시간이 1ns인 신호를 측정하려는 경우 상승 시간이 1ns인 오실로스코프를 선택하지 않을 것입니다(이러한 오실로스코프의 대역폭은 일반적으로 350MHz임). 대역폭이 3x인 오실로스코프를 선택합니다. 저것(또는 1GHz).

참고 웨비나2부: 내 오실로스코프에는 어느 정도의 대역폭이 필요합니까?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웹 세미나 시리즈를 참조하세요.

분해능은 ADC(아날로그-디지털 변환기) 양자화 수준의 수이며, N비트 ADC의 양자화 수준은 2N입니다. 예를 들어, 8비트 오실로스코프는 28 = 256개의 양자화 레벨을 갖는 반면 12-bit 오실로스코프의 양자화 레벨은 212 = 4096입니다. ADC의 비트 수(양자화 수준)가 오실로스코프의 나머지 신호 경로(특히 아날로그 구성 요소)가 고해상도 ADC에 적합한 노이즈 성능을 갖는다는 것을 보장하지는 않습니다. 따라서 광고된 고해상도 오실로스코프는 기존의 8비트 해상도 오실로스코프와 아무런 차이 없이 작동할 수 있습니다. 참조고해상도 오실로스코프 설계 접근 방식 비교많은 오실로스코프 제조업체가 고해상도 오실로스코프를 설계할 때 고려하는 장단점에 대해 자세히 알아보십시오. 참고 웨비나1부: 오실로스코프 분해능이란 무엇입니까?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웹 세미나 시리즈를 참조하세요.

고분해능 오실로스코프는 향상된 하드웨어, 소프트웨어 필터링(대역폭과 샘플링 속도 감소) 또는 두 가지의 조합을 사용하여 기존 오실로스코프에 비해 향상된 분해능과 신호 대 잡음비를 제공하는 것으로 광고되는 모든 오실로스코프입니다. 8비트 오실로스코프. 고해상도에 대한 마케팅 주장은 실제 성능을 보장하지 않습니다. ADC에 특정한 고해상도에 대한 주장이나 감소된 대역폭에서만 가능한 기준 잡음 또는 신호 대 잡음비의 개선은 소위 고해상도가 모든 일반적인 오실로스코프 작동 조건에서 현실적으로 달성되지 않는다는 위험 신호입니다. . 참조고해상도 오실로스코프 설계 접근 방식 비교자세한 내용은.

차이점은 없습니다. 이는 동일한 것을 표현하는 두 가지 방법일 뿐입니다. 하지만 Teledyne LeCroy는 High Definition Oscillscope라는 이름과 약어 HDO에 대한 등록 상표를 보유하고 있으며, 이는 최초의 오실로스코프 회사였습니다. 12-bit 샘플링 속도나 대역폭의 감소 없이 항상 12비트를 제공하는 고해상도 오실로스코프입니다.

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

MDO(혼합 영역 오실로스코프)는 시간 영역과 주파수 영역 모두에서 신호를 캡처하기 위해 일종의 무선 주파수(RF) 입력 또는 변환을 제공하는 오실로스코프에 대한 마케팅 용어입니다. 전용 RF 입력이 제공되면 기능은 스펙트럼 분석기와 유사할 수 있습니다. 소프트웨어 고속 푸리에 변환(FFT) 기술을 사용하면 전용(그리고 비용이 많이 드는) RF 입력 없이 유사한 기능을 제공할 수 있습니다.

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

참조1부: 오실로스코프 분해능, 정확도 및 감도의 차이점은 무엇입니까?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웹 세미나 시리즈를 참조하세요.

감도는 오실로스코프에서 볼 수 있는 가장 작은 신호 변화입니다. 감도가 높은 오실로스코프를 사용하면 감도가 낮은 오실로스코프에 비해 더 작은 신호를 볼 수 있습니다. 오실로스코프의 감도 조정은 수직 이득 설정(V/Division)을 사용하여 이루어집니다. 높은 감도가 반드시 높은 정확도와 연관되는 것은 아니며, 높은 감도를 나타내는 아날로그 수직 이득 설정(예: 1 또는 2mV/div)은 ADC 분해능이나 오실로스코프의 노이즈로 인해 유용성이 제한될 수 있습니다. 참조1부: 오실로스코프 분해능, 정확도 및 감도의 차이점은 무엇입니까?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웹 세미나 시리즈를 참조하세요.

역사적으로 엔지니어는 TR(s) = 0.35/대역폭(Hz) 공식에 따라 상승 시간이 대역폭과 관련 있다고 간주합니다. 여기서 TR은 10~90% 상승 시간(IEEE에서 정의)입니다. 이 공식은 오실로스코프 대역폭이 매우 낮고(1GHz 이하) 진폭 롤오프가 매우 점진적이었던 시대에는 (대부분) 사실이었습니다. 이 공식은 대역폭이 낮은 오실로스코프에도 적용됩니다.

오늘날의 더 높은 대역폭 오실로스코프 또는 더 복잡하고 낮은 노이즈 신호 경로를 갖춘 오실로스코프는 제품 라인의 더 낮은(대역폭) 끝에 있는 모델에 대해 TR(s) = 0.35/대역폭(Hz) 공식을 준수할 수 있지만 TR을 준수합니다. (s) = 0.4/대역폭(Hz) 또는 최대 대역폭 모델의 경우 TR(s) = 0.45/대역폭(Hz)(또는 경우에 따라 그 이상)에 근접할 수 있습니다. 낮은 대역폭 모델에서 분자가 더 낮은 이유는 가장 높은 대역폭 모델에 비해 더 느린 진폭 롤오프를 위해 더 높은 주파수 헤드룸을 갖는 아날로그 신호 경로를 사용하기 때문입니다. 제품 시리즈 중 대역폭이 가장 높은 오실로스코프 모델에서 아날로그 신호 경로는 진폭 응답의 엄격한 상한에 도달했을 가능성이 높으며 진폭 응답은 그 이상으로 빠르게 롤오프됩니다. 이로 인해 상승 시간이 느려지고 분자가 높아집니다. 오실로스코프의 대역폭 정격을 넘어서는 매우 감쇠된 고주파수 응답.

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

디지털 오실로스코프는 전압 값을 샘플링하고 유지하여 개별 샘플 포인트를 생성하는 ADC(아날로그-디지털 변환기)를 통해 신호를 디지털화합니다. 샘플 포인트는 지정된 빈도(시간 간격)로 기록되며 샘플 속도는 샘플/초라고 합니다.

참고 웨비나4부: 오실로스코프 샘플링 속도란 무엇이며 얼마나 필요한가요?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웹 세미나 시리즈를 참조하세요.

Nyquist 정리에 따르면 필요한 최소 샘플링 속도는 측정하려는 주파수의 두 배입니다. 디지털 오실로스코프에서 이는 일반적으로 샘플링 속도로 해석되며 최소 오실로스코프 대역폭 등급의 두 배 이상이어야 합니다. 그러나 오실로스코프는 일반적으로 대역폭 등급을 초과하는 벽돌벽 진폭 응답을 갖지 않으며 대역폭 등급을 초과하는 일부 고주파 콘텐츠를 전달합니다. 따라서 대부분의 오실로스코프는 2.5의 최소 샘플링 속도 대 대역폭 비율을 제공합니다. 이는 디지털 샘플 지점에서 사인파를 재구성하기 위한 최소값으로 간주될 수 있습니다.

디지털 샘플 포인트에서 보다 복잡한 신호 형태를 정확하게 재구성하기 위해 엔지니어는 일반적으로 상승 에지에서 5개 또는 최대 10개의 샘플 포인트를 원합니다. 엔지니어가 측정하려는 신호보다 배 빠른 오실로스코프를 선택하는 일반적인 경험 법칙을 따르는 경우(참조 웨비나2부: 내 오실로스코프에는 어느 정도의 대역폭이 필요합니까?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웹 세미나 시리즈 또는 비슷한 제목의 FAQ를 참조하세요. 상승 에지의 5~10개 샘플 포인트를 쉽게 수용할 수 있습니다.

참고 웨비나4부: 오실로스코프 샘플링 속도란 무엇이며 얼마나 필요한가요?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웹 세미나 시리즈를 참조하세요.

획득 메모리는 디스플레이로 불러오거나 측정, 수학 계산 수행 등을 위한 추가 처리를 위해 디지털 오실로스코프 샘플 포인트를 저장하는 데 사용됩니다.

오실로스코프 획득 메모리는 디지털화된 신호의 오실로스코프 샘플 포인트를 저장하는 반면, 오실로스코프 기능에 전원을 공급하는 중앙 처리 장치(CPU)에는 CPU의 요구 사항을 충족하는 자체 RAM(Random Access Memory)이 있습니다.

메모리 깊이는 포인트(예: 킬로포인트(kpts), 메가포인트(Mpts), 기가포인트(Gpts)) 또는 샘플(예: 메가샘플(MS)).

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

오실로스코프의 샘플링 속도가 10 GS/s이고 획득 메모리가 1 GS(또는 Gpts)인 경우 100 ms의 시간을 획득할 수 있습니다(1 GS / 10 GS/s = 0.1 s 또는 100 ms). 200GS의 획득 메모리로 1ms를 캡처하려면 샘플링 속도를 5GS/s로 줄여야 하는데 이는 허용될 수도 있고 허용되지 않을 수도 있습니다.

오실로스코프 기준 노이즈는 연결된 신호가 없는 오실로스코프 입력 채널의 측정된 AC RMS 값입니다. 간단한 기준 노이즈 테스트는 오실로스코프 입력에 신호가 없을 때 노이즈 성능에 대한 일반적인 표시를 제공합니다. 이 테스트는 간단하고 수행하기 쉽지만 대부분의 오실로스코프는 입력 신호가 연결된 상태로 사용되기 때문에 오실로스코프 성능에 대한 가장 현실적인 테스트는 아닙니다. 그럼에도 불구하고, 추가된 신호 진폭은 나중에 측정에 노이즈만 추가하므로 입력 신호를 추가해도 노이즈는 감소하지 않습니다. 따라서 기준 잡음은 전체 성능을 대략적으로 평가하는 데 유용한 테스트가 될 수 있습니다.

Teledyne LeCroy 오실로스코프에서 SDEV 측정은 AC RMS와 동일합니다.

참조고해상도 오실로스코프 설계 접근 방식 비교오실로스코프의 다양한 노이즈 유형에 대한 자세한 내용은

신호 대 잡음비는 전체 범위의 비율을 기준 잡음으로 나눈 값으로, 다음 공식에 따라 볼트로 표시됩니다.

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

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

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

Teledyne LeCroy의 AC RMS 측정은 SDEV로 명명되는 반면, 다른 오실로스코프에는 일반적으로 AC 또는 DC 판독으로 선택할 수 있는 RMS 측정이 있습니다. AC RMS 값을 사용해야 합니다. 그렇지 않으면 SNR 계산에 오실로스코프 채널의 작은 DC 오프셋 오류의 영향이 잘못 포함됩니다.

SNR(dB) = 20*log10( (V/div*8/(2*sqrt(2)))/noise_in_rms)

참조고해상도 오실로스코프 설계 접근 방식 비교오실로스코프의 다양한 노이즈 유형에 대한 자세한 내용은

IEEE 표준에 따라 디지털화 파형 레코더를 위한 1057 IEEE 표준인 SINAD는 rms(평균 제곱근) 신호 대 rms(기준선) 노이즈 및 왜곡의 비율입니다. SINAD는 사인파 입력을 사용하여 특정 주파수와 진폭에서 측정되며 측정이 수행되는 진폭은 왜곡에 영향을 미치므로 지정해야 합니다(일반적으로 전체 크기 진폭의 90%). SINAD는 실제 작동 시 오실로스코프의 성능을 보다 완벽하게 측정합니다.

참조고해상도 오실로스코프 설계 접근 방식 비교오실로스코프의 다양한 노이즈 유형에 대한 자세한 내용은

오실로스코프로 측정된 신호의 노이즈를 줄이는 가장 좋은 방법은 전체 대역폭에서 12비트 분해능을 제공하는 저노이즈, 고해상도 오실로스코프를 사용하는 것입니다. 그러나 모든 오실로스코프는 노이즈 감소 대신 더 낮은 대역폭을 절충하는 것이 허용된다면 아날로그 하드웨어나 디지털 소프트웨어 필터를 사용하여 노이즈를 줄일 수 있습니다.

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

디지털 소프트웨어 필터는 수학 기능일 수도 있고, 고해상도 모드일 수도 있고, 채널 메뉴의 소프트웨어 필터 선택일 수도 있습니다(예: Teledyne LeCroy의 향상된 해상도(ERes) 선택). 수학적으로 샘플링 속도(및 대역폭)가 절반으로 줄어들 때마다 노이즈가 3dB(~30% 또는 0.5 유효 비트)만큼 감소합니다. 때로는 디지털 소프트웨어 필터가 수학적 필터 작업 후에 샘플 포인트를 보간하지만 하드웨어 샘플 속도는 여전히 감소합니다.

수학적으로 가능한 것보다 더 나은 성능을 약속하거나 8비트 분해능 오실로스코프에서 높은 분해능(및 낮은 노이즈)을 달성할 수 있는 유일한 수단인 고해상도 모드에 주의하십시오.

참조고해상도 오실로스코프 설계 접근 방식 비교오실로스코프의 노이즈를 줄이기 위한 장단점에 대한 자세한 내용은 참고 웨비나6부: 오실로스코프로 측정한 신호의 노이즈를 어떻게 줄일 수 있습니까?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웹 세미나 시리즈를 참조하세요.

오실로스코프 ENOB는 다음과 같이 오실로스코프 SINAD의 측정에서 파생됩니다.

오실로스코프 ENOB= (SINAD-1.76)/6.02

프런트 엔드 증폭기가 오실로스코프 시스템에서 주요 잡음 소스가 아닌 경우 시스템 ENOB는 ADC의 ENOB에 접근합니다. ADC ENOB는 시스템 성능의 상한선이지만 이해해야 할 중요한 성능은 시스템 성능이라는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 현실적으로 오실로스코프(시스템) ENOB는 항상 ADC ENOB보다 작습니다.

인가된 입력신호가 맞지 않는 경우 100% 전체 크기 진폭의 경우 ENOB는 다음과 같이 파생됩니다.

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

이 방정식에서 유효 비트당 6dB SINAD라는 "경험 법칙"을 추론할 수 있습니다. 따라서 유효 비트를 절반으로 개선하면 잡음이 3dB(30%) 감소하고, 전체 유효 비트를 개선하면 잡음이 6dB(50%) 감소합니다. ENOB의 작은 차이는 수직(전압 진폭) 노이즈 측면에서 많은 것을 의미합니다.

참조고해상도 오실로스코프 설계 접근 방식 비교다양한 유형의 잡음에 대한 자세한 내용과 디지타이저나 오실로스코프에 배포할 때 ADC 정격 비트 수가 완전히 달성되지 않는 이유를 알아보세요.

참조2부: 오실로스코프 ADC 유효 비트 및 ENOB란 무엇입니까?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웹 세미나 시리즈를 참조하세요.

ADC ENOB는 오실로스코프 ENOB의 상한이지만 오실로스코프 ENOB는 이해해야 할 중요한 성능입니다. 현실적으로 오실로스코프 ENOB는 항상 ADC ENOB보다 작습니다. 오실로스코프가 ADC의 ENOB 성능에 대해 구체적으로 주장하는 경우 전체 오실로스코프 ENOB 성능이 훨씬 낮다는 것은 아마도 위험 신호일 것입니다.

참조고해상도 오실로스코프 설계 접근 방식 비교다양한 유형의 잡음에 대한 자세한 내용과 디지타이저나 오실로스코프에 배포할 때 ADC 정격 비트 수가 완전히 달성되지 않는 이유를 알아보세요.

참조2부: 오실로스코프 ADC 유효 비트 및 ENOB란 무엇입니까?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웹 세미나 시리즈를 참조하세요.

나이퀴스트 정리에 따르면 정현파 주파수의 두 배(또는 그 이상)로 디지털 방식으로 샘플링되는 정현파는 정보 손실 없이 재구성될 수 있습니다. 일반적으로 이는 디지털 오실로스코프의 최소 샘플링 속도가 모든 채널 대역폭의 2.5배임을 의미합니다. 2.5:1 샘플링 속도 대 대역폭(SR/BW)은 오실로스코프가 정격 대역폭에서 완벽한 브릭월 필터를 갖지 않는다는 점을 고려하기 위해 사용되는 비율(최소 2 대신)입니다. 2:1 SR/BW 비율보다 작으면 디지털 샘플링된 입력 신호의 앨리어싱 위험이 발생합니다.

Nyquist 샘플링 속도 요구 사항이 충족되지 않으면 신호가 과소 샘플링된 것으로 간주되어 정보 손실 없이 재구성될 수 없습니다. 대신 신호 재구성이 계속 발생하지만 이는 앨리어싱이라고 하는 잘못된 재구성이 됩니다.

참조3부: 오실로스코프 앨리어싱이란 무엇입니까?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웹 세미나 시리즈를 참조하세요.

SFDR(스퓨리어스 자유 동적 범위)은 오실로스코프 출력에서 ​​다음으로 가장 큰 스퓨리어스 신호의 RMS 진폭에 대한 기본 오실로스코프 입력 신호의 RMS(평균 제곱근) 진폭의 비율(일반적으로 dB로 표시됨)입니다. SFDR은 일반적으로 FFT 또는 스펙트럼 분석기와 같은 진폭 대 주파수 오실로스코프 디스플레이를 사용하여 오실로스코프에서 측정됩니다. 스퓨리어스 신호는 왜곡이나 기타 잡음 구성요소로 인해 발생하거나 핵심 ADC(아날로그-디지털 변환기) 샘플링 주파수와 일치하는 주파수에 있을 수 있습니다.

SFDR은 엔지니어가 오실로스코프에서 수행하는 품질 검사 중 가장 오해를 받는 것 중 하나입니다. 모든 ADC는 샘플링 주파수에서 스퍼를 나타내며 이러한 스퍼는 일반적으로 진폭이 낮고(입력 기본에 비해) 주파수 대역이 좁아서 SFDR 비율이 기준 노이즈보다 훨씬 높습니다(그만큼 나쁘지는 않음). 주어진 입력 주파수에 대한 신호 대 잡음 비율 또는 신호 대 잡음 및 왜곡(SINAD) 비율입니다. 때때로 오실로스코프는 특정 주파수에서 심각한 왜곡 구성 요소를 나타낼 수 있으며 이는 SFDR 테스트를 통해 쉽게 노출되지만 이는 흔한 일이 아닙니다.

참조고해상도 오실로스코프 설계 접근 방식 비교오실로스코프의 SFDR에 대한 자세한 내용은

참조4부: 오실로스코프 SFDR(Spurious Free Dynamic Range)이란 무엇입니까?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웹 세미나 시리즈를 참조하세요.

등가 시간 샘플링 오실로스코프라고 부르는 샘플링 오실로스코프는 트리거당 하나의 샘플을 제공하며, 각 트리거 뒤에 작은 시간 지연을 추가하여 여러 트리거된 이벤트에서 반복적인 파형을 재구성합니다. 측정 대역폭은 샘플러의 주파수 응답에 의해서만 제한되며, 이는 매우 저렴한 비용으로 매우 높을 수 있습니다. 한계는 샘플링 오실로스코프가 연속 파형을 캡처할 수 없다는 것입니다.

샘플링 오실로스코프는 반복적인 신호만 획득할 수 있는 반면, 실시간 오실로스코프는 하나의 연속 샘플 레코드에서 연속 시간 파형을 획득할 수 있습니다.

참조6부: 실시간 오실로스코프와 샘플링 오실로스코프의 차이점은 무엇입니까?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웹 세미나 시리즈를 참조하세요.

DPO(디지털 포스퍼 오실로스코프)는 아날로그 오실로스코프에 사용되는 포스퍼 빔 CRT 디스플레이의 디스플레이 모양을 모방하기 위해 빠른 파형 디스플레이 아키텍처(최근에는 DPX 기술로 판매됨)를 활용하는 오실로스코프를 설명하기 위해 Tektronix에서 사용하는 마케팅 용어입니다.

일부 다른 오실로스코프 제조업체에도 비슷한 기능이 있습니다. 모두 데이터 저장을 희생하여 디스플레이 업데이트(새로 고침)를 위해 최적화되어 있으므로 빠른 업데이트 표시 중에 이상이 보이면 추가 검사를 위해 저장하거나 검색할 수 없습니다. 게다가 여전히 디지털 캡처 기술을 기반으로 하기 때문에 파형(또는 이상 현상)을 캡처(또는 표시)하지 않는 데드 타임이 많이 걸립니다. 빠른 업데이트 기능을 갖춘 오실로스코프는 일반적으로 매우 짧은 반복 신호 획득에만 사용할 수 있으며 업데이트 속도는 더 길고 더 유용한 기간에 저하되며 한 번에 두 개 이상의 신호를 보는 데는 그다지 유용하지 않습니다. 본질적으로 이 기능은 아날로그 오실로스코프가 디지털 오실로스코프로 전환하던 시기에 고안되었으며 대부분의 고객은 더 이상 이 기능을 실제로 사용하지 않습니다.

참조9부: 디지털 포스퍼 오실로스코프란 무엇입니까?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웹 세미나 시리즈를 참조하세요.

빠른 업데이트 속도 디스플레이는 아날로그 오실로스코프에 익숙한 사람에게 유용성과 편안함을 제공할 수 있습니다(비록 이들 엔지니어 중 대부분은 은퇴한 지 오래됨). 또한 명백한 이상이 많이 있는 매우 짧은 기간의 반복 신호를 보는 엔지니어에게도 유용할 수 있습니다. 더 길고 비반복적인 시간 간격을 캡처하는 엔지니어는 빠른 업데이트 속도가 실제 디버깅에서는 거의 사용되지 않는 흥미로운 기능이라는 것을 알게 될 것입니다.

아이 다이어그램과 아이 패턴은 모든 비트의 디지털 레벨을 오버레이하여(각 비트 전후의 모든 전환과 함께) 디지털 신호의 신호 품질을 평가하는 데 사용되는 디스플레이 도구로, 품질에 대한 빠른 시각적 평가를 제공합니다. 디지털 신호. 이상적으로 아이 다이어그램/패턴은 명확한 상단(디지털 1 레벨), 하단(디지털 0 레벨) 및 전환(디지털 레벨 전환의 상승 및 하강 에지)이 있는 중앙에서 매우 개방적입니다. PAM-3 또는 PAM-4와 같은 다중 레벨 신호도 아이 다이어그램으로 표시할 수 있습니다.

아이 다이어그램과 아이 패턴은 동일한 것을 설명하는 두 가지 방법입니다.

참조11부: ​​오실로스코프 아이 다이어그램이란 무엇입니까?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웹 세미나 시리즈를 참조하세요.

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

첫 번째 방법은 가장 기본적이지만 제한 사항이 가장 많습니다. 에지 트리거는 상승 또는 하강 디지털 신호 에지의 50% 레벨에서 트리거하는 데 사용되며, 오실로스코프의 타임베이스는 단일 비트 기간보다 약간 길게 설정되고 오실로스코프 트리거 포인트는 약 /로 설정됩니다. 오실로스코프 그리드의 왼쪽 가장자리에서. 디스플레이 지속성은 단일 비트 기간의 많은 짧은 획득을 캡처하는 데 사용되며 트리거된 신호는 시각적 관찰을 위해 오버레이됩니다. 이 방법은 직관적이지만 연속 신호의 아이 다이어그램을 제공하지 않으며, 아이 다이어그램 이상 현상의 원인을 파악하기 위한 후처리 유형을 허용하지 않으며, 오실로스코프에 추가된 트리거 지터의 영향을 받습니다. 디지털 신호의 품질이 좋은지 빠르게 확인하는 것이 좋습니다.

두 번째 방법은 특히 고속 직렬 데이터 신호의 경우 더 강력하고 더 널리 사용됩니다. 길고 연속적인 수집은 디지털 신호로 이루어지며 클럭은 수학적으로 추출됩니다. 추출된 클럭의 기간은 연속 수집을 중첩된 비트 기간으로 수학적으로 "분할"하는 데 사용되어 아이 다이어그램을 형성합니다. 데이터는 연속적이므로 클록 회로에서 PLL(위상 고정 루프) 사용을 시뮬레이션하고, 지터를 계산하고, 아이 오프닝의 다양한 측면(진폭, 폭 등)을 측정하기 위해 추가 수학적 처리를 수행할 수도 있습니다. 존재하는 모든 이상 현상을 디버깅합니다.

샘플링 오실로스코프(이전 FAQ에서 설명)는 샘플링 모듈과 함께 작동하여 아이 다이어그램을 생성하는 하드웨어 클럭 복구 회로를 사용하여 아이 다이어그램을 생성합니다. 이는 오늘날 일반적으로 구식 방법으로 간주되며 고속 직렬 데이터 신호를 비연속(실시간 아님) 데이터 수집으로 완전히 분석하고 평가할 수 없으면 널리 사용되지 않습니다. 이 경우 이 방법은 완벽하게 만족스러우며 제공되는 오실로스코프 대역폭에 비해 비용이 매우 저렴합니다. 그러나 신호의 비트 전송률이나 PLL 요구 사항이 다를 때마다 다른 하드웨어가 필요합니다.