대부분의 최신 오실로스코프는 DSO(디지털 스토리지 오실로스코프) 제품군에 속합니다. 이 가이드에 소개된 대부분의 개념은 DSO에만 적용됩니다.
오실로스코프 란 무엇입니까?
오실로스코프는 시간에 따른 전압을 빠르게 측정하는 테스트 및 측정 장비입니다. 회로의 특정 지점에 걸리는 전압을 기록하고 전압(Y축)을 시간(X축)의 함수로 화면에 표시합니다. 이는 본질적으로 데이터 로깅 및 플로팅 기능을 갖춘 매우 빠른 전압계입니다(그림 1).
그림 1 : 오실로스코프는 주어진 시간 간격으로 전압을 측정한 다음 시간의 함수로 전압 추적을 기록하고 표시하는 빠른 전압계로 간주될 수 있습니다.
오실로스코프의 주요 특징 중 하나는 전압을 측정하고 기록할 수 있는 속도입니다. 사양서에는 다음과 같이 나와 있습니다. 샘플링 속도. 오실로스코프의 샘플링 속도는 일반적으로 500초 동안 측정할 수 있는 포인트 수로 측정됩니다. 예를 들어 Moku:Lab의 오실로스코프는 최대 샘플링 속도가 500,000,000MSa/s입니다. 이는 106초에 3번의 측정값입니다. MSa/s는 초당 메가 샘플(XNUMX)을 나타냅니다. 이론적으로 계측기가 측정할 수 있는 최고 주파수는 샘플링 주파수의 XNUMX/XNUMX로 제한됩니다. 이를 나이퀴스트 조건이라고 합니다. 그러나 대부분의 경우 샘플링 속도는 오실로스코프의 제한 요소가 아닙니다. 오실로스코프의 대역폭은 아날로그 입력이 처리할 수 있는 최고 주파수를 나타냅니다. 이는 일반적으로 -XNUMXdB 감쇠를 갖는 차단 주파수로 설명됩니다. 차단 주파수를 크게 벗어나는 신호는 감쇠됩니다. 샘플링 속도와 대역폭의 결합은 오실로스코프의 사양을 정의합니다. 샘플링 속도는 일반적으로 다음을 중심으로 설계됩니다. 대역폭. 최신 오실로스코프의 샘플링 속도는 초당 수백 메가 샘플에서 수십 기가 샘플(109)까지이고 대역폭은 수십 MHz에서 수 GHz까지입니다. 더 높은 샘플링 속도와 대역폭은 일반적으로 더 나은 신호 양식을 제공하지만 그에 따른 대가가 따릅니다. 경험적으로 오실로스코프의 대역폭은 측정하려는 신호의 기본 주파수보다 최소 3~5배 커야 합니다. 서로 다른 주파수의 많은 사인파로 구성된 구형파와 같은 급격한 상승/하강 특성을 포착하려면 더 큰 대역폭이 필요합니다.
그림 2 : 오실로스코프의 가장 중요한 두 가지 사양은 샘플링 속도와 대역폭입니다.
입력 설정
지금까지 오실로스코프의 기본 기능과 두 가지 주요 사양을 다루었습니다. 이제 몇 가지 세부 사항을 살펴보겠습니다. 먼저 입력 설정입니다. 대부분의 오실로스코프에는 2개 또는 4개의 입력 채널이 있습니다. 채널을 개별적으로 켜고 끄고 구성할 수 있습니다. 입력 설정은 아날로그 프런트 엔드 구성 방식을 변경하며, 이는 주로 디스플레이의 Y축에 영향을 미칩니다. Moku:Lab 오실로스코프의 가장 중요한 세 가지 입력 설정은 수직 스케일(입력 범위), 커플링 및 임피던스입니다.
수직 규모:
눈금은 Y축의 전압 범위를 결정합니다. 디지털 저장 오실로스코프는 일반적으로 수직 분해능(전체 입력 범위를 나타내는 데 사용할 수 있는 포인트 수)이 제한되어 있습니다. 가능하면 전체 입력 범위를 사용하는 것이 좋습니다. 오실로스코프의 수직 스케일은 일반적으로 입력 게인과 직접적으로 연관됩니다. 스코프에 신호가 표시되면 그에 따라 수직 스케일을 조정하여 신호가 포화되거나 언더필되지 않도록 하십시오.
커플 링:
입력 커플링은 신호(DC 및 AC)의 어느 부분이 입력을 통과하는지 결정합니다. DC 커플링에서는 DC 및 AC 구성 요소가 모두 입력을 통과합니다. AC 커플링에서는 AC 성분만 입력을 통해 허용됩니다. 이는 큰 DC 오프셋 위에 작은 AC 진동을 프로브하려는 경우에 유용합니다. AC 커플링의 차단 주파수는 일반적으로 약 50~60Hz입니다.
임피던스 :
임피던스는 입력 부하 저항의 저항을 결정합니다. 대부분의 오실로스코프에는 50Ω 또는 1MΩ 중에서 선택할 수 있는 옵션이 있습니다. 선택은 신호의 소스 임피던스에 따라 달라집니다. 일반적으로 1MΩ은 입력 신호를 덜 방해하므로 전압을 정확하게 측정하는 데 사용되는 반면, 50Ω은 고주파에서 전력을 측정하고 50Ω 임피던스를 가진 다른 장치에 연결하는 데 사용됩니다.
오실로스코프는 종종 프로브를 사용하여 전기 회로에 연결하며 일반적으로 1x 또는 10x 프로브가 될 수 있습니다. 1x 프로브는 진폭 스케일링 없이 신호를 통과하며, 10x 프로브는 신호를 1/10로 스케일링하는 저항 분배기를 제공합니다. Moku:Lab 입력 설정에서 1x 또는 10x 프로브 유형을 설정할 수도 있으므로 디스플레이에 프로브 스케일링 및 실제 신호 크기가 올바르게 반영됩니다.
그림 3 : Moku:Lab의 오실로스코프에 대한 입력 설정입니다. 스코프의 수직 스케일을 조정하고, 입력 커플링을 변경하고, 입력 임피던스를 변경할 수 있습니다.
트리거 기능
트리거 기능은 오실로스코프의 가장 중요한 메커니즘 중 하나입니다. 이전 섹션에서 논의한 것처럼 오실로스코프의 샘플링 속도는 수백 MHz에서 수 GHz까지입니다. 실제로는 그 만큼의 데이터 포인트를 화면에 연속적으로 표시하고 저장하는 것이 불가능합니다. 이것이 트리거 메커니즘이 작동하는 곳입니다. 지속적으로 데이터를 캡처하는 대신 스코프는 "트리거"된 후 특정 수의 데이터 포인트(예: 10,000 포인트)를 캡처합니다. 트리거되면 스코프는 화면에 10,000개의 포인트를 표시한 후 다음 트리거를 기다립니다. 트리거 이벤트가 스코프가 처리할 수 있는 것보다 빠르게 발생하는 경우 오실로스코프가 다음 트리거에 대해 준비될 때까지 이러한 중간 트리거를 무시합니다. 이는 화면에 표시되는 파형이 시간상 연속적이지 않을 수 있음을 의미합니다. 대신 스코프는 각 트리거 이벤트에서 캡처된 이러한 "스냅샷"을 지속적으로 표시합니다(그림 4). 대부분의 오실로스코프에는 트리거 없이 데이터 포인트를 지속적으로 캡처하고 표시하는 "롤" 모드가 있습니다. 그러나 롤 모드에 사용되는 샘플링 속도는 일반적으로 훨씬 느립니다.
그림 4 : 오실로스코프는 트리거 이벤트의 스냅샷을 화면에 표시합니다. 트리거 이벤트가 스코프가 처리할 수 있는 것보다 빠르게 발생하는 경우 표시되는 파형은 시간상 연속적이지 않습니다.
트리거 조건:
오실로스코프는 일반적으로 입력 채널 중 하나의 전압이 특정 레벨에서 상승/하강할 때 트리거됩니다. 예를 들어, 입력 1의 전압이 1V에 걸쳐 상승할 때 스코프를 트리거할 수 있습니다. 트리거 조건은 고도로 사용자 정의 가능하며 일부 오실로스코프에는 고급 트리거 조건이 있습니다. 그러나 이 입문 튜토리얼에서는 이에 대해 다루지 않습니다.
트리거 모드 :
대부분의 오실로스코프에는 "자동", "일반", "단일"의 세 가지 트리거 모드가 있습니다. "자동" 모드에서는 스코프가 일정 시간 후에 트리거 이벤트를 감지하지 못할 때 "강제" 트리거가 발생합니다. 트리거 조건이 충족되지 않더라도 스코프는 항상 가장 최근에 획득한 데이터를 표시합니다. "일반" 모드에서는 설정된 트리거 조건이 충족될 때만 스코프가 트리거됩니다. 스코프는 "강제" 트리거를 적용하는 대신 항상 다음 트리거 이벤트를 기다립니다. "단일" 모드에서 오실로스코프는 다음 트리거 이벤트를 기다립니다. 트리거되면 화면이 일시 중지되고 해당 트리거로 캡처된 파형이 표시됩니다.
그림 5 : Moku:Lab의 오실로스코프에 대한 트리거 설정입니다. 자동, 일반, 단일 트리거 모드 중에서 선택할 수 있습니다. 또한 측정에 따라 트리거 조건을 사용자 정의할 수 있습니다.
타임베이스(수평 스케일)
이제 X축에 대해 설명하겠습니다. 오실로스코프의 타임베이스는 수평축의 동작을 제어합니다. 타임베이스를 조정하면 오실로스코프는 트레이스 길이(시간)와 시간 분해능의 균형을 맞추는 최적의 샘플링 속도를 자동으로 선택합니다. 왜 항상 최대 샘플링 속도를 사용하지 않습니까? 이전에 언급했듯이 스코프가 트리거 이벤트당 저장할 수 있는 포인트 수는 내부 메모리에 의해 제한됩니다. 표본 크기가 10,000포인트라고 가정해 보겠습니다. 관찰하려는 신호가 1Hz에서 진동하는 경우 500MSa/s에서 10,000포인트는 0.000002초의 데이터를 표시합니다. 이 속도에서는 1Hz 신호의 전체 그림에 가까운 어느 곳에도 도달할 수 없습니다! 따라서 X축의 스케일을 조정할 때 샘플링 속도를 최적화해야 합니다. 분석되는 빈도가 낮을수록 시간 기반이 길어지고 제시된 샘플 간의 간격이 넓어집니다.
DSO에는 유한한 샘플링 속도가 있습니다. 이는 스코프에서 획득한 데이터 포인트가 실제로 시간상 연속적이지 않음을 의미합니다. 시간 축을 확대하여 화면에 연속 파형을 표시하려면 다양한 보간 모드를 선택할 수 있습니다. 선형 보간은 업샘플링을 수행하지 않습니다. 파형을 표시하기 위해 연속된 점 사이에 직선이 그려집니다. 이것은 "추악"하지만 새로운 데이터 포인트를 "발명"하지는 않습니다. SinX/X 보간은 신호의 주파수 특성을 보존합니다. 그러나 시간 영역에서는 실제로 신호에 존재하지 않는 오버슈트 또는 언더슈트가 있는 것처럼 보일 수 있습니다. 가우스 보간법은 주파수 정보를 희생하면서 신호의 시간 영역 시각적 특성을 보존하면서 신호를 "부드럽게" 만듭니다.
캡처하려는 파형이 각 트리거 이벤트에 대해 반복되는 경우 여러 트리거 이벤트의 평균을 계산하고 평균 파형을 표시하는 것이 유용한 경우가 있습니다. 이는 상대적으로 약한 신호의 신호 대 잡음비를 크게 향상시킵니다.
지속성 설정을 사용하면 지정된 수의 이전 파형(트리거 이벤트)을 화면에 유지할 수 있습니다. 시간에 따른 파형의 변화를 관찰하는 데 도움이 됩니다.
그림 6 : Moku:Lab 오실로스코프의 타임베이스 설정입니다. 샘플링 속도는 수평 스케일에 따라 자동으로 결정됩니다.
고급 기능
이제 오실로스코프에 내장된 자동화된 기능 중 일부에 대해 설명하겠습니다. 최신 오실로스코프는 진폭, 주파수 등과 같은 캡처된 파형의 다양한 속성을 측정할 수 있습니다. 따라서 화면의 시간 간격을 계산하여 입력 파형의 주파수를 계산하는 대신 스코프가 자동으로 계산을 수행하도록 할 수 있습니다. 대부분의 오실로스코프에는 입력 파형에 대한 더하기, 빼기, FFT(고속 푸리에 변환) 분석 수행과 같은 수학 기능도 있습니다. 이러한 모든 기능이 결합되어 최신 오실로스코프는 실험실에서 회로, 통신 신호 등을 분석하는 데 사용할 수 있는 매우 실용적인 도구가 됩니다.
그림 7 : Moku:Lab 오실로스코프의 수학 및 측정 기능. 주황색 트레이스는 입력 1과 입력 2의 합을 보여줍니다. 입력 1의 피크 대 피크 측정값과 채널 2의 주파수 측정값이 신호 표시 영역 하단에 표시됩니다.
이 오실로스코프 친숙화 가이드를 읽어주셔서 감사합니다. Moku:Lab 앱은 다음에서 다운로드할 수 있습니다. 애플의 앱 스토어 데모 모드에서 경험해 보세요. Moku:Lab 오실로스코프의 특정 기능에 대한 자세한 내용은 다음에서 확인할 수 있습니다. 오실로스코프 사용 설명서.
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