오실로스코프 기본 동작 이해하기

오실로스코프의 정의 및 사용 방법

오실로스코프의 주요 목적은 전압 대 시간을 측정하고 표시하는 데 있습니다. 전기로 구동되는 거의 모든 제품의 전기/전자 설계, 테스트 및 디버깅에 오실로스코프가 사용됩니다.

오실로스코프는 주기적 또는 반복 파형에 대한 전압 대 시간을 표시합니다. 최신 디지털 스토리지 오실로스코프를 사용하면 비주기적 파형을 간편하게 표시하고 유지할 수 있습니다. 최신 오실로스코프는 기본 전압 대 시간 표시 기능 외에도 다음과 같은 다양한 기능을 제공합니다.

• Peak-to-peak 전압 또는 주파수 자동 측정
• 시리얼 버스 확인 및 혼합 신호 분석
• 신호의 주파수 도메인 분석 - 스펙트럼 분석기와 유사

수직 시스템

수직축은 시간의 함수로 전압을 표시하며, 파형의 크기와 위치를 수직으로 조정하기 위해 사용됩니다. 파형의 표시 및 크기 조정은 입력 신호를 증폭 및 감쇠하는 volts/div 스케일을 통해 제어됩니다.

수직 시스템을 구성할 때 가장 중요한 사항은 volts/div 스케일 제어를 통해 화면에서 파형을 극대화하는 것입니다. 즉, 파형을 클리핑하지 않고 최대값(positive peak)과 최소값(negative peak)을 상단과 하단에 최대한 가깝게 유지합니다.

이를 통해 아날로그-디지털 변환기(Analog to Digital Converter, ADC)의 모든 기능 및 장점을 활용할 수 있습니다. 또한, 파형의 크기가 수직으로 극대화되기 때문에 세부 사항과 특징을 파악하기가 쉽습니다.

수평 시스템

수평 시스템에서는 파형 디스플레이 및 샘플 레이트 항목을 고려해야 합니다.

파형 디스플레이

수평 시스템의 파형 디스플레이 제어는 시간에 해당하는 수평축과 관련이 있습니다. 파형의 크기 측정 및/또는 수평 위치 변경을 위해 해당 제어 기능이 사용됩니다. 수직 시스템의 volts/div 스케일과 마찬가지로, sec/div 스케일이 각 구간의 지속 시간을 변경하며, 이는 오실로스코프 화면에 표시되는 사이클 수를 의미합니다. 위치 제어 기능을 사용하면 화면에서 파형을 우측 및 좌측으로 이동할 수 있습니다.

샘플 레이트

수평 시스템에서 더욱 중요한 측면은 샘플링입니다.
수평 시스템은 초당 샘플 또는 모든 샘플링 간격에 대하여 정해진 샘플 레이트에서 입력 신호를 디지털화합니다. 샘플은 메모리에 저장되며 샘플이 모여 파형 레코드를 구성합니다.

샘플 레이트가 높을수록,

• 표시된 파형의 해상도/정보가 향상됩니다.
• 이례적인 이벤트의 캡처 가능성이 높아집니다.
• 스토리지 요구 사항(필요한 메모리 용량 증가)이 증가합니다.

그렇다면 어떤 샘플 레이트를 선택해야 할까요?
입력 신호가 너무 느리게 샘플링되면 샘플 신호를 정확하게 표시하지 못하는 앨리어스 신호가 도출될 위험이 있습니다.

트리거 시스템 및 트리거 모드

트리거링은 거의 모든 오실로스코프 작동에 필요하기 때문에 트리거 시스템이 매우 중요합니다. 기본적으로 트리거는 오실로스코프가 신호를 획득하거나 샘플 수집을 시작하기 전에 필요한 조건을 정의합니다.
트리거링은 다음 두 가지 작업을 수행합니다.

따라서 트리거의 정확한 설정이 매우 중요합니다. 부정확한 트리거 설정은 오실로스코프를 사용할 때 흔히 발생하는 일반적인 문제입니다. 트리거의 종류는 매우 다양합니다. 최신 오실로스코프를 사용하면 펄스폭, 런트 또는 글리치 등을 트리거링할 수도 있습니다. 가장 일반적인 트리거 유형은 에지 트리거링입니다.

에지 트리거링에서는 정의된 전압의 임계값이 파형의 상승 에지 또는 하강 에지에서 교차될 때 트리거가 발생합니다.

여러 가지 트리거 유형과 더불어 다양한 트리거 모드도 있습니다. 트리거 모드는 트리거가 발생하지 않는 경우에 기기의 동작을 결정하며, 자동(Auto) 및 표준(Norm) 모드로 구분됩니다.

자동(Auto) 모드에서는 트리거 조건이 충족되지 않으면 오실로스코프가 일정 시간 간격으로 트리거를 발생시킵니다. 실제 트리거가 발생되는 경우에는 해당 트리거가 우선시됩니다. 자동 모드를 사용하면 트리거가 설정되기 전에 파형을 파악할 수 있습니다. 화면에 파형이 동기화되지 않으며, 동일한 파형 지점에서 파형이 연속적으로 트리거링되지 않습니다.

표준(Norm) 모드에서는 트리거가 작동할 때만 기기가 정상 파형을 수집하는데, 이는 모든 트리거 조건이 충족되었음을 의미합니다. 트리거가 발생하지 않으면 파형이 수집되지 않고 마지막으로 수집된 파형이 표시됩니다. 이전에 캡처된 파형이 없으면 아무것도 표시되지 않습니다.

디스플레이 시스템

아날로그 오실로스코프의 디스플레이 시스템은 녹색 파장을 나타내는 음극선관에 불과했습니다. 신호 분석 또는 측정을 위해 화면에 표시된 눈금을 사용자가 직접 확인해야 하는 경우도 많았습니다.

최신 디지털 오실로스코프는 신호 확대 및 축소, 커서/마커를 이용한 수동 측정 기능 등 다양한 디스플레이 및 측정 기능을 제공합니다. 또한, 최대 전압 또는 Peak-to-peak 전압, 주파수, 상승 및 하강 시간, 슬루율, 파고율, 펄스 수 등 폭넓은 자동화 기능을 자랑합니다.
이러한 측정값을 통계 기반으로 활용할 수도 있습니다(통계 측정).