R&S®Essentials | 디지털 오실로스코프 기본 정보
DMM(Digital Multimeter, 디지털 멀티미터)과 오실로스코프는 거의 모든 전자기기 실험실에 구비된 두 가지 계측 도구입니다. 두 계측기 모두 전압을 측정하고 블록 다이어그램도 유사하지만 측정 결과는 다릅니다. 이 문서는 이 두 계측기의 차이점에 대해 설명하고 귀사의 작업에 최적인 계측기를 찾을 수 있도록 안내합니다.
일반적인 DMM(디지털 멀티미터)는 AC/DC 전압, AC/DC 전류, 저항, 다이오드 순방향 전압, 온도, 정전 용량을 측정합니다. 수치 결과는 일체형 디스플레이에 순시치로 표시됩니다. 하지만 일부 DMM은 일련의 측정에 대해 통계 정보도 제공할 수 있습니다.
간단히 말해, 디지털 멀티미터는 복수의 신호 파라미터를 측정할 수 있지만 일반적으로 한 번에 한 가지 유형의 측정만 수행할 수 있습니다.
오실로스코프는 기본적으로 시간에 따른 전압을 측정하고 파형으로 그립니다. 오실로스코프는 원래 전압만 캡처하지만 프로브를 사용하면 다른 정량까지 측정할 수 있습니다.
파형을 획득한 후에는 오실로스코프에서 광범위한 측정 및 분석 기능을 수행할 수 있습니다. 전압 측정 시 RMS(Root Mean Square, 실효값) 이외에 피크 대 피크, 상단 및 하단 값 등을 함께 측정할 수 있습니다.
오실로스코프에는 일반적으로 복수의 입력 채널이 있어 시간 또는 위상 측면에서 상관관계가 있는 여러 신호를 동시에 측정하고 화면으로 확인할 수 있습니다. 오실로스코프 화면에서는 획득한 파형을 FFT(Frequency vs. Magnitude, 주파수 대비 크기)와 같은 다른 방식으로도 확인할 수 있습니다.
간단히 말해, 오실로스코프는 복수의 신호와 복수의 파라미터를 동시에 측정할 수 있습니다.
전체적인 블록 다이어그램을 비교해보면 두 계측기 모두 ADC(Analog-to-Digital Converter, 아날로그-디지털 컨버터)를 중심으로 설계되었음을 알 수 있습니다. ADC 전면에는 주로 감쇠기 단으로 구성된 아날로그 컨디셔닝 회로가 배치됩니다. 두 계측기 사이에는 여러 근본적인 차이가 존재하며, 특히 핵심 블록의 차이에 따라 애플리케이션의 용도가 달라지게 됩니다.
멀티미터 블록 다이어그램에는 전류원을 포함한 추가적인 블록이 있습니다. 일부 DMM의 측정 모드는 이 전류원을 사용합니다. 예를 들어, 저항 모드는 이 전류원을 사용하여 션트 저항 및 측정 대상 저항에 알려진 전류를 인가합니다. DMM은 전류량과 션트 저항값을 파악하기 때문에 옴의 법칙을 적용하여 측정 대상 저항의 저항값을 계산할 수 있습니다.
오실로스코프에는 그러한 블록이 없기 때문에 오실로스코프 단독으로는 저항을 측정할 수 없습니다. 하지만 오실로스코프에는 메모리 컨트롤러와 ADC에서 샘플을 저장하기 위한 메모리가 있습니다. 오실로스코프는 이 버퍼를 통해 파형 표시를 위한 충분한 정보를 캡처할 수 있습니다.
또한 오실로스코프는 다양한 신호 상태를 캡처할 수 있는 정교한 트리거 시스템을 탑재하고 있습니다. 예를 들어, 오실로스코프는 펄스 폭이 특정 폭(또는 시간) 범위를 벗어나는 경우에만 화면을 업데이트하도록 설정할 수 있습니다. 반면 벤치형 DMM에도 트리거 입력이 탑재될 수 있지만, 이는 단순한 시작/정지 신호에 불과합니다.
DMM과 오실로스코프는 전면 패널에서 알 수 있듯이, 각각 다른 프로빙 메커니즘을 갖추고 있습니다.
DMM은 일반적으로 다양한 저주파 테스트 리드 또는 프로브를 연결하는 4 mm 바나나 스타일 잭을 갖추고 있습니다. 가장 일반적인 테스트 리드는 실리콘 재킷 소재로서 한쪽 끝에는 4 mm 커넥터가 있고 반대쪽 끝에는 금속 포인트 팁이 있습니다. 이러한 테스트 리드는 휴대용 또는 간이 측정 시 유용합니다.
DMM과 오실로스코프 모두 직접 케이블 연결 방식을 지원합니다. 예를 들어, 사용 중인 테스트 픽스처에 4 mm 잭 또는 BNC(또는 기타 동축 커넥터)가 내장되어 있을 수 있습니다. 이때 호환되는 커넥터가 장착된 케이블을 사용하여 픽스처를 DMM 또는 오실로스코프에 연결할 수 있습니다.
예산 문제로 두 계측기 중 하나만 선택해야 하거나 두 계측기를 모두 보유하고 있는 경우에도 어느 것을 사용해야 할지 모호할 수 있습니다. 다행히도 몇 가지 측정 시나리오에서는 특정 계측기가 명확히 더 효과적입니다. 뿐만 아니라, 상당수의 사례에서 두 계측기 모두 효과적으로 활용할 수 있습니다.
개별 소자의 특성 측정이 필요한 경우 DMM이 더 적합한 선택입니다. R&S®UDS와 같은 DMM은 저항기, 커패시터, 다이오드 또는 트랜지스터의 특정 측면을 측정할 수 있습니다. 예를 들어, R&S®UDS는 커패시터의 정전 용량 또는 다이오드의 순방향 전압 강하를 측정할 수 있습니다. 이러한 측정값은 회로를 설계할 때 또는 구성요소의 손상 여부 판단에 도움이 됩니다. 전체 특성 분석을 위해서는 수동 소자의 기생 성분까지 측정하는 LCR 미터 사용을 고려해야 합니다.
DMM은 DC에 가까운 신호의 전압 또는 전류 측정에도 적합합니다. 단, AC 측정 시(100 kHz 이상의 주파수 성분이 포함된 경우) 대역폭 제한으로 인해 신호가 정확하게 측정되지 않을 수 있습니다.
반면, 오실로스코프는 대역폭이 매우 넓어 고주파 성분이 포함된 신호를 측정하는 데 탁월합니다. 오실로스코프는 DC 측정이 가능하지만, DMM에 비해 DUT에 가해지는 부하가 훨씬 적습니다. 특히 여러 채널의 신호가 시간적으로 동기화되어 있어 데이터 신호와 클록 또는 Enable(인에이블) 신호를 서로 비교하며 관찰하는 데 적합합니다.
또한 마이크로컨트롤러의 클록 측정에는 오실로스코프가 더 적합한 경우가 많습니다. DMM의 테스트 리드는 정전 용량이 높고 주파수 측정 범위는 수 MHz로 제한될 수 있습니다. 반면, 오실로스코프는 신호에 가해지는 부하가 적고 일반적으로 훨씬 높은 대역폭을 제공합니다.
| 시나리오 | 멀티미터 | 오실로스코프 |
|---|---|---|
| 안정적 DC 전압 검증 | O | X |
| 저항/도통 측정 | O | X |
| 부팅 타이밍 디버깅 | X | O |
| 신호 에지 링잉 진단 | X | O |
| 소모 전류 측정 | O | X |
| 불규칙한 전압 강하 검출 | X | O |
| PWM 듀티 사이클 평가 | X | O |
| 전원 레일 리플 점검 | X | O |
최신 오실로스코프에는 추가 기능이 통합되는 경우가 많습니다. 예를 들어, 함수 발생 기능이 오실로스코프에 내장되거나 옵션으로 포함되는 경우가 흔합니다.
마찬가지로, DMM이 내장된 오실로스코프도 있습니다. 예를 들어, R&S®Scope Rider Handheld Oscilloscope 2채널 모델은 AC/DC 전압, AC/DC 전류(외부 션트 포함), 저항, 정전 용량을 측정하는 DMM이 내장되어 있습니다.
이상적인 환경의 실험실이라면 DMM과 오실로스코프를 모두 구비하겠지만, 실제 업무 시에는 상황에 맞는 장비를 적절히 선택해야 합니다.
고정밀 단일 측정(정확한 DC 전압/전류, 저주파 AC 전압/전류 또는 부품의 특정 파라미터)이 필요한 경우 DMM이 유리합니다.
반면, 오실로스코프는 다중 신호의 동시 캡처 및 비교, 고주파 성분 분석 또는 신호 파형의 시각화에 더 적합합니다.
애플리케이션에 적합한 계측기를 고민 중이십니까? 로데슈바르즈 전문가가 도와 드립니다.
