안녕하세요, 모모공장에서 알려 드립니다.
현장을 뛰어다니며 많이 받는 질문중 어떤 오실로스코프를 구매해야 하는지에 대한 문의를 받는 경우가 많습니다.
그래서 이렇게 오실로스코프 구매시 고려해보아야 할 몇가지 사항을 정리해 보는 시간을 마련해 보았습니다.
그 첫번째로 대역폭에 대하여 말씀 드리겠습니다.
먼저 아래의 내용을 보도록 하겠습니다.
오실로스코프의 대역폭을 정하는 기준은 -3dB 포인트를 기준으로 정하게 됩니다.
예를 들면 임의의 스코프 입력단에 신호의 주파수를 증가시키며 일정한 전압을 인가합니다. 그렇면 위의 그래프와 마찬가지로 주파수가 높아질수록 신호의 레벨이 점점 떨어지는 것을 볼수 있습니다. 이는 신호 경로의 특성에 따른 것으로 일반적으로 위와 같은 그래프의 특성을 보여주게 됩니다. 이렇게 기준 신호의 레벨이 약 30% 떨어지는 지점이 장비의 대역폭으로 정의됩니다.
디지털 신호의 경우에는 기준 사인파와 고조파의 합으로 구성되며 고속퓨리에변환이라는 과정을 통하여 스코프에 표현됩니다. 고속퓨리에 변환이라는 복잡한 수식은 모르더라도 단번에 이해할 수 있도록 아래의 그림을 준비하였습니다.
위 그림은 1kHz의 사인파를 타임도메인과 주파수도메인에서 분석한 화면 입니다. 각각의 도메인 특성에 맞추어 파형이 아주 잘 표현되어 있습니다. 훌륭하네요. 박수!
여기에 3차 고조파를 합성해 보겠습니다. 주파수 도메인에서는 기준 주파수인 1kHz 와 3kHz의 고조파 성분이 각각 분리되어 표현 됩니다. 고조파의 특성상 기준파 대비 레벨이 많이 떨어져 보입니다. 반면에 타임도메인에서는 각각의 주파수 성분이 따로 보이는 것이 아니고, 2가지 성분의 합으로 표현 됩니다. 그리하여 최종적으로 스코프 화면에 보이는 모습은 요상한 모양의 1kHz + 3kHz 사인파형이 나타나게 됩니다. 개별적인 성분은 표현되지 않습니다. 신기하죠? 요게바로 퓨리에변환 입니다. 이와 같이 고조파 성분을 순차적으로 더해보도록 하겠습니다.
점점 디지털파형에 근접한 모습을 보이는 것을 알수 있습니다.
이렇게 더 높은 차수의 고조파가 포함될수록 좀더 완벽한 디지털 파형에 가까워 집니다.
하지만! 무한대로 합쳐질수는 없기에 제조사에서는 일정한 스펙을 제시하게 됩니다. 바로 오리지날 신호를 복원하기 위해서는 5차 하모닉 성분을 포함해야한다! 라고 정해버린거죠. 그래서 아래와 같은 5배의 규칙이 나오게 됩니다.
위의 그림 우측 상단에 같은 신호를 대역폭을 늘려가며 측정한 사진이 보일것 입니다. 잘 안보인다면 대략적인 형태만 봐주세요. 가장 아래의 파형은 500MHz LPF를 설정하여 측정한 파형입니다. 라이징타임이 꽤나 길게 보이지만, 대체적으로 깔끔합니다. 같은 신호를 2GHz LPF를 설정하여 측정해보니 라이징 타임이 눈에 보일 정도로 짧아지고 오버슈팅 및 약간의 노이즈를 확인할수 있습니다. 다시 같은 신호를 이번엔 8GHz LPF를 설정하여 보았습니다. 노이즈 성분이 확연하게 눈에 띄는것을 확인해 볼수 있습니다.
위와 같이 장비 대역폭에 따라 같은 신호라도 다르게 측정 될수 있는 것을 확인해 보았습니다.
그럼 대역폭에 대한 내용은 여기서 잠시 접어두고, 다음 챕터로 이동하도록 하겠습니다.
감사하모니카~
안녕하세요, 모모공장에서 알려 드립니다.
현장을 뛰어다니며 많이 받는 질문중 어떤 오실로스코프를 구매해야 하는지에 대한 문의를 받는 경우가 많습니다.
그래서 이렇게 오실로스코프 구매시 고려해보아야 할 몇가지 사항을 정리해 보는 시간을 마련해 보았습니다.
그 첫번째로 대역폭에 대하여 말씀 드리겠습니다.
먼저 아래의 내용을 보도록 하겠습니다.
오실로스코프의 대역폭을 정하는 기준은 -3dB 포인트를 기준으로 정하게 됩니다.
예를 들면 임의의 스코프 입력단에 신호의 주파수를 증가시키며 일정한 전압을 인가합니다. 그렇면 위의 그래프와 마찬가지로 주파수가 높아질수록 신호의 레벨이 점점 떨어지는 것을 볼수 있습니다. 이는 신호 경로의 특성에 따른 것으로 일반적으로 위와 같은 그래프의 특성을 보여주게 됩니다. 이렇게 기준 신호의 레벨이 약 30% 떨어지는 지점이 장비의 대역폭으로 정의됩니다.
디지털 신호의 경우에는 기준 사인파와 고조파의 합으로 구성되며 고속퓨리에변환이라는 과정을 통하여 스코프에 표현됩니다. 고속퓨리에 변환이라는 복잡한 수식은 모르더라도 단번에 이해할 수 있도록 아래의 그림을 준비하였습니다.
위 그림은 1kHz의 사인파를 타임도메인과 주파수도메인에서 분석한 화면 입니다. 각각의 도메인 특성에 맞추어 파형이 아주 잘 표현되어 있습니다. 훌륭하네요. 박수!
여기에 3차 고조파를 합성해 보겠습니다. 주파수 도메인에서는 기준 주파수인 1kHz 와 3kHz의 고조파 성분이 각각 분리되어 표현 됩니다. 고조파의 특성상 기준파 대비 레벨이 많이 떨어져 보입니다. 반면에 타임도메인에서는 각각의 주파수 성분이 따로 보이는 것이 아니고, 2가지 성분의 합으로 표현 됩니다. 그리하여 최종적으로 스코프 화면에 보이는 모습은 요상한 모양의 1kHz + 3kHz 사인파형이 나타나게 됩니다. 개별적인 성분은 표현되지 않습니다. 신기하죠? 요게바로 퓨리에변환 입니다. 이와 같이 고조파 성분을 순차적으로 더해보도록 하겠습니다.
점점 디지털파형에 근접한 모습을 보이는 것을 알수 있습니다.
이렇게 더 높은 차수의 고조파가 포함될수록 좀더 완벽한 디지털 파형에 가까워 집니다.
하지만! 무한대로 합쳐질수는 없기에 제조사에서는 일정한 스펙을 제시하게 됩니다. 바로 오리지날 신호를 복원하기 위해서는 5차 하모닉 성분을 포함해야한다! 라고 정해버린거죠. 그래서 아래와 같은 5배의 규칙이 나오게 됩니다.
위의 그림 우측 상단에 같은 신호를 대역폭을 늘려가며 측정한 사진이 보일것 입니다. 잘 안보인다면 대략적인 형태만 봐주세요. 가장 아래의 파형은 500MHz LPF를 설정하여 측정한 파형입니다. 라이징타임이 꽤나 길게 보이지만, 대체적으로 깔끔합니다. 같은 신호를 2GHz LPF를 설정하여 측정해보니 라이징 타임이 눈에 보일 정도로 짧아지고 오버슈팅 및 약간의 노이즈를 확인할수 있습니다. 다시 같은 신호를 이번엔 8GHz LPF를 설정하여 보았습니다. 노이즈 성분이 확연하게 눈에 띄는것을 확인해 볼수 있습니다.
위와 같이 장비 대역폭에 따라 같은 신호라도 다르게 측정 될수 있는 것을 확인해 보았습니다.
그럼 대역폭에 대한 내용은 여기서 잠시 접어두고, 다음 챕터로 이동하도록 하겠습니다.
감사하모니카~