오실로스코프

오실로스코프는 입력 전압 신호를 포착하여 정확한 스케일의 전압-시간 파형으로 변환한 후, 스케일이 적용된 격자판에 표시하는 장치입니다. 오실로스코프는 입력 신호의 포착 및 표시 시점을 정의하는 트리거 회로와, 다양한 입력 신호 진폭을 수용할 수 있도록 (수직 전압) 신호 조정을 가능하게 하는 가변 이득 프런트 엔드를 갖추고 있습니다. 수평(시간축 또는 스윕) 조정은 신호 획득 시간 간격을 설정합니다.

많은 회사들이 아날로그 오실로스코프를 발명했다고 주장하겠지만, 텍트로닉스는 최초의 트리거 스윕(아날로그) 오실로스코프를 발명하여 이 기기의 유용성과 활용도를 크게 향상시켰다고 정당하게 주장할 수 있습니다.

월터 르크로이와 그의 르크로이 코퍼레이션(현재 텔레다인 르크로이) 설계팀은 1985년에 최초의 디지털 저장 오실로스코프(DSO, 또는 현재는 단순히 디지털 오실로스코프라고 함)인 모델 9400을 출시했습니다. 이 제품은 당시까지 사용되던 아날로그 오실로스코프의 기능과 성능을 재현하고 개선한 것이었습니다. 모델 9400은 당시 아날로그 오실로스코프에서 사용 가능한 것과 동등한 대역폭(125MHz)을 가지고 있었으며, 32,000개의 샘플 포인트를 사용하여 장시간 동안 신호를 연속적으로 캡처할 수 있었습니다(당시로서는 놀라울 정도로 긴 데이터 수집 기록 길이였습니다). 1971년에 출시된 르크로이의 WD2000 파형 디지털 변환기가 최초의 디지털 저장 오실로스코프였다는 다소 억지스러운 주장이 있을 수 있지만, 기록 길이가 20개의 샘플 포인트로 제한되었고, 구조적으로 더 긴 기록 길이에 맞게 확장하기가 쉽지 않았다. 전체 기사는 여기에서 읽어보세요.ttps://www.teledynelecroy.com/월터-르크로이.

월터 르크로이와 그의 르크로이 코퍼레이션(현재 텔레다인 르크로이) 설계팀은 1985년에 최초의 디지털 저장 오실로스코프(DSO, 또는 현재는 단순히 디지털 오실로스코프라고 함)인 모델 9400을 출시했습니다. 이 제품은 당시까지 사용되던 아날로그 오실로스코프의 기능과 성능을 재현하고 개선한 것이었습니다. 모델 9400은 당시 아날로그 오실로스코프에서 사용 가능한 것과 동등한 대역폭(125MHz)을 가지고 있었으며, 32,000개의 샘플 포인트를 사용하여 장시간 동안 신호를 연속적으로 캡처할 수 있었습니다(당시로서는 놀라울 정도로 긴 데이터 수집 기록 길이였습니다). 1971년에 출시된 르크로이의 WD2000 파형 디지털 변환기가 최초의 디지털 저장 오실로스코프였다는 다소 억지스러운 주장이 있을 수 있지만, 기록 길이가 20개의 샘플 포인트로 제한되었고, 구조적으로 더 긴 기록 길이에 맞게 확장하기가 쉽지 않았다. 전체 기사를 읽으십시오https://www.teledynelecroy.com/walter-lecroy.

오실로스코프는 전압 신호를 입력으로 받습니다. 전류 신호나 자기장 신호와 같은 비전압 신호를 전압 신호로 변환하고 적절한 단위로 정확하게 스케일링하려면 프로브나 센서를 사용해야 합니다. 전류를 측정하는 프로브나 센서는 오실로스코프 제조사에서 일반적으로 구할 수 있으며, 다른 단위를 측정하는 센서도 널리 판매되고 있습니다. 대부분의 전문가용 오실로스코프는 일반적인 스케일링(예: 전압을 전류로 변환) 및 다양한 단위 변환을 지원하지만, 이러한 기능이 중요한 경우, 특히 센서의 입력-출력 비율이 비선형적인 경우에는 구매 전에 오실로스코프의 스케일링 지원 여부를 확인하는 것이 좋습니다.

참고 웨비나파트 7: 오실로스코프로 전류를 측정하는 방법은 무엇인가요? 파트 8: 션트 저항을 사용하여 오실로스코프로 전류를 측정하는 방법은 무엇입니까?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

The파형 기록기의 디지털화를 위한 IEEE 1057 표준디지털 오실로스코프의 아날로그 대역폭은 기준 주파수(오실로스코프의 경우 DC)에서의 응답 대비 진폭 응답이 -3dB(70.7%)가 되는 주파수로 정의됩니다. 디지털 오실로스코프에 아날로그 대역폭 사양이 있는 것이 다소 혼란스러워 보일 수 있지만, 디지털 오실로스코프는 신호를 디지털화하고 저장하는 부분 이전에 여러 아날로그 증폭기 구성 요소를 포함하고 있기 때문입니다.

신호 포착 및 측정에 필요한 대역폭은 측정 대상 신호, 측정 유형, 그리고 측정 정확도에 따라 크게 달라집니다. 대부분의 엔지니어들이 사용하는 대략적인 경험 법칙은 측정하려는 최고 주파수 신호의 3배 대역폭을 가진 오실로스코프를 사용하는 것이지만, 매우 높은 주파수 신호의 경우에는 이 방법이 비현실적입니다.

FAQ(위 참조)에서 오실로스코프 대역폭에 대한 정의를 참조하십시오. 대부분의 오실로스코프는 -3dB 대역폭 정격 주파수에 천천히 접근하며, 대역폭 주파수 정격의 50% 지점(또는 그 정도)에서 완만한 진폭 감소가 시작됩니다. 즉, 오실로스코프의 진폭 응답이 정격 대역폭의 70%에서 -1dB이고 85%에서 -2dB라면, 캡처된 순수 정현파의 진폭은 입력 정현파 주파수가 오실로스코프의 대역폭 정격에 접근할 때와 비교하여 대략 90%(-1dB) 또는 80%(-2dB) 및 70%(-3dB)가 됩니다. 그러나 대부분의 엔지니어는 오실로스코프로 순수 정현파를 측정하지 않습니다. 대역폭이 가장 높은 오실로스코프는 여러 가지 이유로 진폭 응답이 더 평탄하거나(진폭 감소가 적음) 조정 가능할 수 있습니다.

엔지니어가 사각파와 유사한 신호를 측정하고 있을 가능성이 더 높습니다. 이 경우, 구형파는 기본 주파수와 홀수 고조파의 합으로 이루어진 푸리에 급수 전개로 표현될 수 있으며, N번째 고조파는 해당 주파수에서 1/N의 진폭을 갖는다는 것이 알려져 있습니다. 즉, 사각파를 정확하게 표현하려면 기본 주파수와 충분한 홀수 고조파를 포착할 수 있는 충분한 대역폭이 필요하다는 뜻입니다. "충분한" 홀수 고조파의 개수(그리고 필요한 대역폭)는 오실로스코프에서 측정된 상승 시간이 실제 신호보다 느린 것에 대한 엔지니어의 허용 오차와 측정된 신호에 존재하는 추가적인 오버슈트 및 링잉의 양에 따라 결정됩니다. 3차 고조파만 포착될 경우, 상승 시간이 현저히 느려지고 오버슈트와 링잉 현상이 99차 고조파를 포착했을 때보다 두드러지게 나타납니다 (99차 고조파를 포착한 경우에는 포착된 신호가 원래 입력 신호와 구별되지 않습니다).

이로써 우리는 "얼마나 많은 대역폭이 필요한가?"라는 질문에 가장 흔히 나오는 답변, 즉 최고 주파수 신호 대역폭의 약 3배라는 답으로 돌아가게 됩니다. 하지만 "최고 주파수"란 무엇을 의미할까요? 이 맥락에서 대부분의 엔지니어는 오실로스코프의 상승 시간 측정 기능(대역폭과 관련됨)을 떠올립니다. 엔지니어가 1나노초의 상승 시간을 가진 신호를 측정하고 싶다면, 1나노초 상승 시간을 가진 오실로스코프(일반적으로 350MHz의 대역폭을 가짐)를 선택하지 않고, 그 3배(즉, 1GHz)의 대역폭을 가진 오실로스코프를 선택할 것입니다.

참고 웨비나파트 2: 오실로스코프에 필요한 대역폭은 얼마일까요?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

해상도는 아날로그-디지털 변환기(ADC)의 양자화 레벨 수를 나타내며, N비트 ADC는 2ⁿ⁻¹⁰의 양자화 레벨을 가집니다.^N 양자화 레벨. 예를 들어, 8비트 오실로스코프는 2개의 양자화 레벨을 가지고 있습니다.⁸ = 256개의 양자화 레벨인 반면 a 12-bit 오실로스코프에는 2개가 있습니다¹² = 4096개의 양자화 레벨. ADC의 비트 수(양자화 레벨)가 높다고 해서 오실로스코프의 나머지 신호 경로(특히 아날로그 구성 요소)가 고해상도 ADC에 걸맞은 잡음 성능을 보장하는 것은 아닙니다. 따라서 고해상도 오실로스코프라고 광고하는 제품이라도 일반적인 8비트 해상도 오실로스코프와 성능이 다를 수 있습니다. 참고 자료고해상도 오실로스코프 설계 방식 비교고해상도 오실로스코프를 설계할 때 많은 오실로스코프 제조업체들이 고려하는 절충안에 대한 자세한 내용은 웨비나를 참조하십시오.파트 1: 오실로스코프 해상도란 무엇인가?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

고해상도 오실로스코프는 기존의 8비트 오실로스코프에 비해 향상된 해상도와 신호 대 잡음비를 제공하기 위해 개선된 하드웨어, 소프트웨어 필터링(대역폭 및 샘플링 속도 감소), 또는 이 둘의 조합을 사용하는 오실로스코프를 말하며, 이러한 오실로스코프는 해당 명칭으로 광고됩니다. 하지만 고해상도라는 마케팅 문구가 실제 성능을 보장하는 것은 아닙니다. ADC에 특화된 고해상도 또는 대역폭 감소에서만 가능한 기준선 잡음이나 신호 대 잡음비 개선에 대한 주장은 소위 고해상도가 모든 일반적인 오실로스코프 작동 조건에서 현실적으로 달성되지 않을 수 있음을 시사하는 위험 신호입니다. 참고고해상도 오실로스코프 설계 방식 비교자세한 내용은 다음을 참조하세요.

둘 사이에는 차이가 없습니다. 단지 같은 것을 표현하는 두 가지 방식일 뿐입니다. 다만, 텔레다인 르크로이(Teledyne LeCroy)는 고화질 오실로스코프(High Definition Oscilloscope)라는 명칭과 약어 HDO에 대한 등록 상표를 보유하고 있으며, 이 회사가 최초로 이러한 기능을 제공하는 오실로스코프를 출시했다는 점에 유의해야 합니다. 12-bit 샘플링 속도나 대역폭 저하 없이 항상 12비트를 제공하는 고해상도 오실로스코프.

혼합 신호 오실로스코프(MSO)는 일반적으로 아날로그 입력 채널과 디지털(논리) 입력 채널을 모두 갖춘 오실로스코프를 지칭합니다. 일반적인 구성은 4개의 아날로그 입력 채널과 16개의 디지털 논리 입력 채널입니다. 디지털 논리 입력 채널을 사용하면 상대적으로 부족하고 비용이 많이 드는 아날로그 입력 채널을 해당 기능이 필요한 신호에 사용할 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 영역 오실로스코프(MDO)는 시간 영역과 주파수 영역 모두에서 신호를 캡처하기 위해 무선 주파수(RF) 입력 또는 변환 기능을 제공하는 오실로스코프를 지칭하는 마케팅 용어입니다. 전용 RF 입력이 제공되는 경우 스펙트럼 분석기와 유사한 기능을 수행할 수 있습니다. 소프트웨어 고속 푸리에 변환(FFT) 기술을 사용하면 전용(그리고 고가의) RF 입력 없이도 유사한 기능을 구현할 수 있습니다.

오실로스코프의 진폭 정확도는 여러 요소에 의해 결정되며, 오실로스코프 해상도, 입력 경로, 입력 주파수 성분, 프로브 사용 여부 등에 따라 달라집니다. 진폭 정확도는 1% 미만에서 그 이상까지 다양할 수 있습니다. 12-bit 케이블 신호 입력이 있는 고해상도 오실로스코프(HDO®)의 경우, 50Ω 종단 저항을 통해 오실로스코프에 연결된 액티브 프로브를 사용하는 8비트 오실로스코프에서 5%(또는 그 이상)의 정확도를 제공합니다. 이러한 정확도는 디지털 전압계(DVM)에 비해 낮아 보일 수 있지만, 오실로스코프는 DVM보다 훨씬 더 많은 기능을 제공합니다.

참조파트 1: 오실로스코프의 해상도, 정확도, 감도의 차이점은 무엇인가?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

감도는 오실로스코프에서 관찰할 수 있는 가장 작은 신호 변화를 나타냅니다. 감도가 높은 오실로스코프는 감도가 낮은 오실로스코프에 비해 더 작은 신호를 관찰할 수 있습니다. 오실로스코프의 감도 조정은 수직 게인 설정(볼트/분할)을 사용하여 수행합니다. 높은 감도가 반드시 높은 정확도를 의미하는 것은 아니며, 높은 감도를 나타내는 아날로그 수직 게인 설정(예: 1 또는 2mV/분할)이라도 ADC 해상도나 오실로스코프의 노이즈로 인해 유용성이 제한될 수 있다는 점에 유의해야 합니다.파트 1: 오실로스코프의 해상도, 정확도, 감도의 차이점은 무엇인가?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

역사적으로 엔지니어들은 상승 시간(rise time, TR)을 대역폭(Bandwidth, Hz)의 공식인 TR(s) = 0.35/Bandwidth(Hz)로 간주했습니다. 여기서 TR은 IEEE에서 정의한 10~90% 상승 시간입니다. 이 공식은 오실로스코프 대역폭이 매우 낮고(1GHz 이하) 진폭 감소가 매우 완만했던 시대에 (대부분) 유효했습니다. 대역폭이 낮은 오실로스코프의 경우 이 공식이 여전히 유효할 수 있습니다.

오늘날의 고대역폭 오실로스코프, 또는 더 복잡하고 잡음이 적은 신호 경로를 가진 오실로스코프는 제품 라인의 낮은 대역폭 모델의 경우 TR(s) = 0.35/대역폭(Hz) 공식을 따르지만, 최대 대역폭 모델의 경우 TR(s) = 0.4/대역폭(Hz) 또는 경우에 따라 TR(s) = 0.45/대역폭(Hz) (혹은 그 이상) 공식을 따릅니다. 낮은 대역폭 모델에서 분자 값이 더 작은 이유는 가장 높은 대역폭 모델에 비해 더 느린 진폭 감소를 위해 고주파수 헤드룸이 더 큰 아날로그 신호 경로를 사용하기 때문일 가능성이 높습니다. 제품 시리즈에서 가장 높은 대역폭을 가진 오실로스코프 모델의 경우, 아날로그 신호 경로는 진폭 응답에 있어 상한선에 도달했을 가능성이 높으며, 그 한계를 넘어서면 진폭 응답이 급격히 감소합니다. 이는 오실로스코프의 대역폭 정격을 초과하는 고주파 응답이 크게 감쇠되어 상승 ​​시간이 느려지고 분자 값이 커지는 결과를 초래합니다.

참고 웨비나파트 3: 오실로스코프에서 상승 시간은 대역폭과 어떤 관계가 있을까요?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

디지털 오실로스코프는 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 통해 신호를 디지털화합니다. ADC는 전압 값을 샘플링하고 저장하여 개별 샘플 포인트를 생성합니다. 샘플 포인트는 특정 주파수(시간 간격)로 기록되며, 샘플링 속도는 초당 샘플 수로 표시됩니다.

참고 웨비나파트 4: 오실로스코프 샘플링 속도란 무엇이며, 어느 정도가 필요할까요?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

나이퀴스트 정리에 따르면 필요한 최소 샘플링 속도는 측정하려는 주파수의 두 배입니다. 디지털 오실로스코프에서 이는 일반적으로 샘플링 속도로 해석되며, 오실로스코프의 대역폭 정격의 최소 두 배 이상이어야 합니다. 그러나 오실로스코프는 일반적으로 대역폭 정격을 초과하는 주파수 대역에서 진폭 응답이 일정하게 유지되지 않으며, 대역폭 정격을 넘어서는 고주파 성분도 일부 통과시킵니다. 따라서 대부분의 오실로스코프는 최소 샘플링 속도 대 대역폭 비율을 2.5로 제공합니다. 이는 디지털 샘플링 포인트에서 사인파를 재구성하는 데 필요한 최소 값으로 간주할 수 있습니다.

디지털 샘플 포인트에서 더 복잡한 신호 파형을 정확하게 재구성하기 위해 엔지니어는 일반적으로 상승 에지에서 5개 또는 최대 10개의 샘플 포인트를 원합니다. 엔지니어가 측정하려는 신호보다 3배 빠른 오실로스코프를 선택하는 일반적인 규칙을 따르는 경우(참고 웨비나)파트 2: 오실로스코프에 필요한 대역폭은 얼마일까요?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈 또는 유사한 제목의 FAQ를 참조하십시오. 그러면 상승 에지에서 5~10개의 샘플 포인트를 쉽게 처리할 수 있습니다.

참고 웨비나파트 4: 오실로스코프 샘플링 속도란 무엇이며, 어느 정도가 필요할까요?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

데이터 획득 메모리는 디지털 오실로스코프의 샘플 포인트를 저장하여 디스플레이에 표시하거나 측정, 수학 계산 등을 위한 추가 처리에 사용하는 것입니다.

오실로스코프의 데이터 수집 메모리는 디지털화된 신호의 샘플 포인트를 저장하는 반면, 오실로스코프 기능을 구동하는 중앙 처리 장치(CPU)는 CPU의 요구 사항을 충족하기 위한 자체 RAM을 가지고 있습니다.

메모리 깊이는 획득 메모리의 총 길이를 나타내는 또 다른 방법이며, 단위는 포인트(예: 킬로포인트(kpts), 메가포인트(mP)) 등입니다.Mpts), 기가포인트(Gpts) 또는 샘플(예: 메가샘플(MS)) 단위로 제공됩니다.

샘플(또는 포인트) 수가 많을수록 샘플링 속도를 낮추기 전에 매우 긴 연속 시간 간격을 캡처할 수 있는 능력이 향상됩니다. 엔지니어에게 필요한 샘플 수는 캡처하려는 신호의 대역폭, 신호 캡처에 필요한 시간 해상도, 그리고 수집하려는 연속 시간의 양에 따라 달라집니다.

오실로스코프의 샘플링 속도가 10 GS/s이고 획득 메모리가 1 GS(또는 Gpts)라면 100ms의 시간을 획득할 수 있습니다(1 GS / 10 GS/s = 0.1초, 즉 100ms). 만약 1 GS의 획득 메모리로 200ms를 획득해야 한다면 샘플링 속도를 5 GS/s로 낮춰야 하는데, 이는 상황에 따라 허용될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있습니다.

오실로스코프 기준선 잡음은 입력 신호가 연결되지 않은 상태에서 오실로스코프 입력 채널의 AC 실효값(RMS)을 측정한 값입니다. 간단한 기준선 잡음 테스트를 통해 오실로스코프 입력에 신호가 없을 때의 잡음 성능을 대략적으로 파악할 수 있습니다. 이 테스트는 간단하고 수행하기 쉽지만, 대부분의 오실로스코프는 입력 신호가 연결된 상태로 사용되므로 오실로스코프 성능을 가장 현실적으로 평가하는 방법은 아닙니다. 그럼에도 불구하고 입력 신호가 추가되더라도 잡음은 감소하지 않습니다. 신호 진폭이 증가함에 따라 측정값에 잡음이 더해지기 때문입니다. 따라서 기준선 잡음 테스트는 전반적인 성능을 대략적으로 평가하는 데 유용한 방법입니다.

참고로, 텔레다인 르크로이 오실로스코프에서 SDEV 측정값은 AC RMS 값과 같습니다.

참조고해상도 오실로스코프 설계 방식 비교오실로스코프에서 발생하는 다양한 유형의 노이즈에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하십시오.

신호 대 잡음비는 전체 스케일 범위를 기준선 잡음으로 나눈 값으로, 다음 공식에 따라 볼트 단위로 표시됩니다.

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

뷔와 함께_본격적인오실로스코프의 최대 전압(수직 분할 수 * V/div 게인 설정과 같음) 및 V_AC-RMS이는 주어진 V/div 게인 설정에서 기준 신호의 AC RMS 값입니다.

참고로, 일부 오실로스코프(예: Keysight, Teledyne LeCroy)는 전체 스케일에 대해 수직 분할이 8개인 반면, 다른 오실로스코프(예: Tektronix)는 수직 분할이 10개인 경우도 있습니다.

텔레다인 르크로이의 AC RMS 측정값은 SDEV로 표기되는 반면, 다른 오실로스코프는 일반적으로 AC 또는 DC RMS 측정값을 선택할 수 있습니다. 반드시 AC RMS 값을 사용해야 하며, 그렇지 않으면 SNR 계산 시 오실로스코프 채널의 미세한 DC 오프셋 오차가 잘못 반영될 수 있습니다.

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

참조고해상도 오실로스코프 설계 방식 비교오실로스코프에서 발생하는 다양한 유형의 노이즈에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하십시오.

IEEE 표준 1057(파형 기록기 디지털화에 관한 IEEE 표준)에 따르면, SINAD는 실효값(rms) 신호와 실효값(기준선) 잡음 및 왜곡의 비율입니다. SINAD는 사인파 입력을 사용하여 특정 주파수와 진폭에서 측정되며, 측정 시 진폭은 왜곡에 영향을 미치므로 명시해야 합니다(일반적으로 전체 스케일 진폭의 90%를 사용). SINAD는 실제 작동 시 오실로스코프 성능을 보다 완벽하게 측정하는 지표입니다.

참조고해상도 오실로스코프 설계 방식 비교오실로스코프에서 발생하는 다양한 유형의 노이즈에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하십시오.

오실로스코프로 측정하는 신호의 잡음을 줄이는 가장 좋은 방법은 12비트 해상도와 최대 대역폭을 제공하는 저잡음 고해상도 오실로스코프를 사용하는 것입니다. 하지만 아날로그 하드웨어 또는 디지털 소프트웨어 필터를 사용하면 어떤 오실로스코프든 잡음을 줄일 수 있습니다. 단, 잡음 감소를 위해 대역폭이 다소 낮아지는 것을 감수할 수 있어야 합니다.

하드웨어 필터는 일반적으로 채널 메뉴에서 20MHz 또는 200MHz(또는 이와 유사한) 대역폭 제한으로 표시됩니다. 이러한 필터는 롤오프가 매우 느리기 때문에 노이즈 감소 기능은 디지털 소프트웨어 필터보다 떨어질 수 있습니다.

디지털 소프트웨어 필터는 수학 함수일 수도 있고, 고해상도 모드일 수도 있으며, 채널 메뉴에서 소프트웨어 필터를 선택하는 기능일 수도 있습니다(예: Teledyne LeCroy의 Enhanced Resolution(ERes) 선택). 수학적으로 샘플링 속도(및 대역폭)가 절반으로 줄어들 때마다 노이즈는 3dB(약 30%, 또는 0.5 유효 비트) 감소합니다. 때때로 디지털 소프트웨어 필터는 수학적 필터 연산 후 샘플 포인트를 보간하지만, 이 경우에도 하드웨어 샘플링 속도는 감소합니다.

수학적으로 가능한 것보다 더 나은 성능을 약속하거나, 8비트 해상도 오실로스코프에서 고해상도(및 낮은 노이즈)를 달성하는 유일한 수단으로 제시되는 고해상도 모드는 경계해야 합니다.

참조고해상도 오실로스코프 설계 방식 비교오실로스코프의 노이즈 감소를 위해 이루어진 절충안에 대한 자세한 내용은 다음 웨비나를 참조하십시오.파트 6: 오실로스코프로 측정한 신호의 노이즈를 줄이는 방법은 무엇일까요?자세한 내용은 2023년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

오실로스코프 ENOB는 오실로스코프 SINAD 측정값으로부터 다음과 같이 도출됩니다.

오실로스코프 ENOB= (SINAD-1.76)/6.02

프런트엔드 증폭기가 오실로스코프 시스템에서 주요 잡음 발생원이 아니라면, 시스템 ENOB는 ADC의 ENOB에 근접하게 됩니다. ADC ENOB는 시스템 성능의 상한값일 뿐이며, 시스템 성능 자체가 핵심적인 성능 지표라는 점을 이해하는 것이 중요합니다. 현실적으로 오실로스코프(시스템) ENOB는 항상 ADC ENOB보다 작을 것입니다.

인가된 입력신호가 맞지 않는 경우 100% 최대 진폭을 사용하면 ENOB는 다음과 같이 도출됩니다.

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

이 방정식으로부터 유효 비트당 6dB의 SINAD라는 "경험 법칙"을 유추할 수 있습니다. 따라서 유효 비트의 절반 개선은 잡음을 3dB(30%) 감소시키고, 유효 비트 1개 전체 개선은 잡음을 6dB(50%) 감소시킵니다. ENOB의 작은 차이는 수직(전압 진폭) 잡음 측면에서 상당한 영향을 미칩니다.

참조고해상도 오실로스코프 설계 방식 비교다양한 유형의 노이즈와 디지털 변환기 또는 오실로스코프에 적용될 때 ADC 정격 비트 수가 완전히 달성되지 않는 이유에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하십시오.

참조파트 2: 오실로스코프 ADC 유효 비트(ENOB)란 무엇인가?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

ADC ENOB는 오실로스코프 ENOB의 상한값이지만, 실제로 이해해야 할 핵심 성능 지표는 오실로스코프 ENOB입니다. 현실적으로 오실로스코프 ENOB는 항상 ADC ENOB보다 낮습니다. 만약 오실로스코프가 ADC의 ENOB 성능에 대해 구체적인 수치를 제시한다면, 이는 오실로스코프 전체의 ENOB 성능이 그보다 훨씬 낮을 가능성이 높다는 신호입니다.

참조고해상도 오실로스코프 설계 방식 비교다양한 유형의 노이즈와 디지털 변환기 또는 오실로스코프에 적용될 때 ADC 정격 비트 수가 완전히 달성되지 않는 이유에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하십시오.

참조파트 2: 오실로스코프 ADC 유효 비트(ENOB)란 무엇인가?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

나이퀴스트 정리는 정현파를 원래 주파수의 두 배(또는 그 이상)의 샘플링 속도로 디지털 샘플링하면 정보 손실 없이 복원할 수 있다는 것을 나타냅니다. 일반적으로 이는 디지털 오실로스코프에서 최소 샘플링 속도가 모든 채널 대역폭의 2.5배임을 의미합니다. 2.5:1의 샘플링 속도 대 대역폭(SR/BW) 비율은 오실로스코프가 정격 대역폭에서 완벽한 브릭월 필터를 갖지 못한다는 점을 고려하기 위해 (최소값인 2 대신) 사용됩니다. SR/BW 비율이 2:1보다 작으면 디지털 샘플링된 입력 신호에서 에일리어싱이 발생할 위험이 있습니다.

나이퀴스트 샘플링 속도 요구 사항이 충족되지 않으면 신호는 언더샘플링된 것으로 간주되어 정보 손실 없이 복원할 수 없습니다. 대신 신호 복원은 여전히 ​​수행되지만, 에일리어싱이라고 하는 잘못된 복원이 됩니다.

참조파트 3: 오실로스코프 에일리어싱이란 무엇인가?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

SFDR(Spurious Free Dynamic Range)은 오실로스코프 입력 기본 신호의 실효값(RMS) 진폭과 오실로스코프 출력에서 ​​두 번째로 큰 스퓨리어스 신호의 실효값 진폭의 비율(일반적으로 dB로 표시)입니다. SFDR은 일반적으로 오실로스코프에서 FFT 또는 스펙트럼 분석기와 유사한 진폭 대 주파수 표시 기능을 사용하여 측정합니다. 스퓨리어스 신호는 왜곡이나 기타 잡음 성분으로 인해 발생할 수 있으며, 아날로그-디지털 변환기(ADC)의 핵심 샘플링 주파수와 일치하는 주파수 대역에 존재할 수도 있습니다.

SFDR(스퓨리어스 신호 대 잡음비)은 엔지니어들이 오실로스코프에서 수행하는 품질 검사 중 가장 오해받는 항목 중 하나입니다. 모든 ADC는 샘플링 주파수에서 스퓨리어스 신호를 나타내는데, 이러한 스퓨리어스 신호는 일반적으로 입력 기본 주파수에 비해 진폭이 매우 작고 주파수 대역이 좁기 때문에 SFDR 값은 기준 잡음 신호 대 잡음비 또는 신호 대 잡음 및 왜곡비(SINAD)보다 훨씬 높습니다(더 나쁘지는 않습니다). 간혹 오실로스코프에서 특정 주파수에서 심각한 왜곡 성분이 나타날 수 있는데, 이는 SFDR 테스트를 통해 쉽게 확인할 수 있지만 흔한 경우는 아닙니다.

참조고해상도 오실로스코프 설계 방식 비교오실로스코프의 SFDR에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하십시오.

참조파트 4: 오실로스코프 스퓨리어스 프리 동적 범위(SFDR)란 무엇인가?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

샘플링 오실로스코프는 정확히는 등가 시간 샘플링 오실로스코프라고 하며, 트리거당 하나의 샘플을 제공합니다. 여러 번의 트리거 이벤트로부터 반복적인 파형을 재구성하기 위해 각 트리거 후에 짧은 시간 지연이 추가됩니다. 측정 대역폭은 샘플러의 주파수 응답에 의해서만 제한되는데, 매우 저렴한 가격으로 매우 높은 주파수 응답을 구현할 수 있습니다. 샘플링 오실로스코프의 한계는 연속적인 파형을 캡처할 수 없다는 것입니다.

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

참조파트 6: 실시간 오실로스코프와 샘플링 오실로스코프의 차이점은 무엇인가?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

디지털 인광 오실로스코프(DPO)는 텍트로닉스가 아날로그 오실로스코프에 사용되는 인광 빔 CRT 디스플레이의 표시 방식을 모방하기 위해 고속 파형 표시 아키텍처(최근에는 DPX 기술로 마케팅됨)를 사용하는 자사 오실로스코프를 설명하는 데 사용하는 마케팅 용어입니다.

다른 오실로스코프 제조업체들도 유사한 기능을 제공합니다. 이 모든 기능은 데이터 저장을 희생하면서 화면 업데이트(새로 고침)를 최적화하므로, 빠른 업데이트 화면 표시 중에 이상 징후가 발견되면 추가 검사를 위해 해당 정보를 저장하거나 불러올 수 없습니다. 게다가 이러한 장비들은 여전히 ​​디지털 캡처 기술에 기반하고 있기 때문에 파형(또는 이상 현상)을 캡처(또는 표시)하지 않는 상당한 유휴 시간이 존재합니다. 빠른 업데이트 속도를 가진 오실로스코프는 일반적으로 반복적인 신호를 매우 짧은 시간 동안 수집할 때만 사용할 수 있으며, 더 긴 시간(더 유용한 시간) 동안에는 업데이트 속도가 저하되고, 한 번에 여러 신호를 보는 데는 그다지 유용하지 않습니다. 본질적으로 이 기능은 아날로그 오실로스코프가 디지털 오실로스코프로 전환되던 시기에 고안되었으며, 현재 대부분의 고객에게는 실질적인 용도가 거의 없습니다.

참조파트 9: 디지털 인광 오실로스코프란 무엇인가?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

빠른 업데이트 속도의 디스플레이는 아날로그 오실로스코프에 익숙한 사람들에게 사용 편의성과 안정감을 제공할 수 있습니다(물론 대부분의 엔지니어는 이미 오래전에 은퇴했지만요). 또한, 명확한 이상 현상이 많은 매우 짧은 시간 동안 반복되는 신호를 분석하는 엔지니어에게도 유용할 수 있습니다. 하지만 더 길고 반복되지 않는 시간 간격의 신호를 분석하는 엔지니어는 빠른 업데이트 속도가 실제 디버깅에서는 거의 사용되지 않는 흥미로운 기능이라는 것을 알게 될 것입니다.

아이 다이어그램과 아이 패턴은 디지털 신호의 품질을 평가하는 데 사용되는 표시 도구입니다. 각 비트의 디지털 레벨(각 비트 전후의 전환 포함)을 중첩하여 디지털 신호 품질을 시각적으로 빠르게 평가할 수 있도록 합니다. 이상적으로 아이 다이어그램/패턴은 중앙 부분이 매우 넓고 상단(디지털 1 레벨), 하단(디지털 0 레벨) 및 전환(디지털 레벨 전환의 상승 및 하강 에지)이 명확하게 나타납니다. PAM-3 또는 PAM-4와 같은 다단계 신호도 아이 다이어그램으로 표시할 수 있습니다.

눈 구조도와 눈 패턴은 같은 것을 설명하는 두 가지 방법입니다.

참조파트 11: 오실로스코프 아이 다이어그램이란 무엇인가?자세한 내용은 2024년 오실로스코프 커피 브레이크 웨비나 시리즈에서 확인하세요.

디지털 오실로스코프를 사용하여 아이 다이어그램을 표시하는 기본적인 방법에는 두 가지가 있습니다.

첫 번째 방법은 가장 기본적인 방법이지만 가장 많은 한계를 가지고 있습니다. 에지 트리거를 사용하여 디지털 신호의 상승 또는 하강 에지의 50% 지점에서 신호를 트리거합니다. 이때 오실로스코프의 시간축은 단일 비트 주기보다 약간 길게 설정하고, 트리거 지점은 오실로스코프 그리드의 왼쪽 가장자리에서 약 1/4 지점으로 설정합니다. 디스플레이 지속 기능을 사용하여 단일 비트 주기의 짧은 구간을 여러 번 캡처하고, 트리거된 신호들을 겹쳐서 시각적으로 관찰합니다. 이 방법은 직관적이지만 연속적인 신호의 아이 다이어그램을 제공하지 않고, 아이 다이어그램 이상 현상의 원인을 파악하기 위한 후처리 작업이 불가능하며, 오실로스코프의 트리거 지터의 영향을 받습니다. 디지털 신호의 품질을 빠르고 쉽게 확인하는 데에는 유용한 방법입니다.

두 번째 방법은 특히 고속 직렬 데이터 신호에 대해 더 견고하고 널리 사용됩니다. 디지털 신호를 장시간 연속적으로 수집하고 클록을 수학적으로 추출합니다. 추출된 클록의 시간 주기를 사용하여 연속적인 수집 데이터를 비트 주기로 "분할"하고, 이 비트 주기들을 중첩하여 아이 다이어그램을 생성합니다. 데이터가 연속적이므로, 클록 회로에 위상 고정 루프(PLL)를 사용하는 것을 시뮬레이션하고, 지터를 계산하고, 아이 다이어그램의 다양한 측면(진폭, 폭 등)을 측정하고, 존재하는 모든 이상 현상을 디버깅하기 위해 추가적인 수학적 처리를 수행할 수도 있습니다.

샘플링 오실로스코프(이전 FAQ에서 설명)는 샘플링 모듈과 연동하여 아이 다이어그램을 생성하는 하드웨어 클록 복구 회로를 사용합니다. 이는 오늘날 구식으로 여겨지며, 고속 직렬 데이터 신호를 비연속(실시간 아님) 데이터 수집으로 완벽하게 분석하고 평가할 수 있는 경우가 아니면 널리 사용되지 않습니다. 이러한 경우에는 오실로스코프 대역폭 대비 비용이 매우 저렴하고 만족스러운 결과를 얻을 수 있습니다. 그러나 신호의 비트 전송률이나 PLL 요구 사항이 다를 경우에는 다른 하드웨어가 필요합니다.