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    제목 [picoscope 뉴스레터 제 2탄] “ 오실로스코프를 구매시 반드시 고려해야할 사항 8가지 ”
    작성자 영일교육시스템 (ip:)
    • 작성일 2017-04-25
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    • 조회수 174
    • 평점 0점

    안녕하세요.

    PicoScope(피코스코프) 한국 공식 총판 ()영일교육시스템 입니다.

     

    PicoScope(피코스코프) 와 저희 영일교육시스템에 관심을 보여주신 점 크게 감사 드리며,

     

    두번째 뉴스레터로,

    오실로스코프를 검토시 고려해야할 사항이란 테마로 보내드리겠습니다.

     

     

    우선적으로 고려하여 할 사항

    ü  제 일 단계는 오실로스코프의 사양이나 안내서를 살펴 보는 것보다

    이것을 어디에 사용하고 무엇을 할 것인가 고려해야 합니다.

    스코프를 어디서 사용할 것인가? ( 실험실, 현장, 자동차 엔진실, 출장 프리젠테이션 등)

    ü  동시에 몇 개의 신호측정이 필요한가?

    ü  측정하고자 하는 신호의 최대/ 최소 진폭의 크기는?

    ü  측정하고자 하는 신호의 최대 주파수는?

    ü  측정하고자 하는 신호는 반복적인가? 일회성인가?

    ü  측정신호를 시간대 영역 및 주파수 영역(스펙트럼 분석)에서 보고자 하는가?

    ü  일단 결정이 되면 고객님의 목적하는 바에 적합한 오실로스코프가 어떤 것인지 생각해야 합니다.

     

    항목별로 상세하게 내용을 알아 보겠습니다.

     

    1.   아날로그 대 디지털스코프중 어느것이 적당한가 ?

     이 안내의 초점은 디지털 오실로스코프(Digital Storage Oscilloscope: DSO)에 관한 것으로 오실로스코프를 신규로 구입하려 할 때의 기준을 제시하고 있습니다. 디지털 스코프에 대한 본격적 안내를 하기 전 종래의 아날로그 스코프의 기술사항을 살펴볼 필요가 있습니다.

    대부분의 전자 기술자들은 얼마동안 아날로그 스코프를 사용해 왔고 그것의 형태나 동작방법에 익숙해 왔습니다. 하지만 대부분의 사람들이 아날로그에서 디지털스코프로 바꾸는 추세입니다.

    비록 아직도 소수의 엔지니어들이 아날로그 형 스코프를 선호하는 경우가 있지만 그 수는 매우 적으며 성능에 있어서 DSO를 능가하지 못합니다.

    설사 아직도 아날로그 스코프를 사용하고 싶다 해도 선택은 제한을 받게 되며 몇 안되는 제작자들이 아직도 아날로그스코프를 제작, 염가로 판매 중이나 몇몇 모델들은 옛 날 기술에 의거하기 때문에 한정적인 성능밖엔 기대 할 수 없습니다.

    중고 아날로그 스코프를 구입하는 것이 경제적일 수는 있지만 스페어 부품의 확보라든지 수리비용을 고려하면 결코 경제적일 수 가 없습니다.

     

    아날로그 와 디지털 비교에 있어서 기타 고려 하여야 할 항목이 또 있습니다.

    ü  작고 휴대하기 편리할 것

    ü  높은 대역폭을 갖을 것

    ü  일회성 신호측정 가능

    ü  컬러표시 가능

    ü  스크린 상에서 측정 가능

    ü  편리한 사용자 인터훼이스

    ü  저장 및 인쇄기능 

    , 현대 DSO PC와 연결이 되어 내부에 충분히 자동 측정기능을 내장하고 있습니다. 또한 DSO는 추가로  고속  데이터 취득시스템으로도 사용할 수 있어 경제적인 면에서 채널당 가격이 훨씬 저렴합니다.

    2.   대역폭이 중요한 요소입니다.

    대역폭은 첫째로 고려 해야 할 사항입니다.

    이것은 스코프 내장 증폭기를 통과 할 수 있는 신호의 최대 주파수입니다. 따라서 고객님의 스코프의 아날로그 대역폭은 실시간 측정 신호주파수보다 훨씬 높아야 합니다.

    그러나 대역폭의 고려만으로 높은 주파수 신호를 정확히 캡처할 수 있는 훌륭한 DSO라 하기엔 아직 이릅니다. 즉 스코프 제작자들은 특정 형태의 주파수응답이 의도하고자 하는 바대로 구현 되는가입니다. Maximally Flat Envelope Delay (MFED)응답으로서 최소 오버슈트, 언더슈트 및 진동을 수반하는 고 감도 펄스의 전달능력입니다.  그러나 증폭기, 감쇄기, ADC, 각종내부접속, 리레이등으로 구성되는 DSO MFED응답은 추구하고자 하는 목적이지 결코 달성될 수 없습니다.

    대부분의 스코프 제작자들은 대역폭의 정의를 입력 싸인파의 진폭에서 71%까지 감쇄하는 시점(-3 db)에서의 주파수로 정의하고 있음을 주지 할 필요가 있고 다른 말로 표현하면 입력신호의 29%까지는 일그러짐을 인정하여 주자는 뜻이기도 합니다.

    또 한가지 고려하여야 할 사항은 입력신호가 순수한 싸인파가 아니라면 그것은 높은 고조파를 포함한 것이며 예로 20 MHz의 대역폭을 갖는 스코프에서의 20 MHz의 순수 구형파는 감쇄되고 찌그러진 파형으로 표시됩니다. 대체적으로 측정하고자 하는 주파수의 5배에 해당하는 밴드폭을 갖는 스코프를 구입하도록 하십시오 . 유감스럽게도 높은 대역폭 오실로스코프는 가격이 비싸서 신중한 결정이 요구됩니다.

    어떤 스코프는 제시된 대역폭이 모든 전압 레인지에 부합되지 않기 때문에 제시된 데이터를 주의깊게 살펴보아야 합니다.

     

    3.   샘플링 레이트와 메모리가 중요합니다.

    아날로그 스코프 시대는 단순했습니다. 대역폭이 주된 관심이었지요. 그러나 디지털 스코프는 샘플링 레이트와 메모리 깊이가 같이 중요합니다. DSO의 샘플링레이트는 보통 초당 메가 샘플 수 (MS/s), 또는 초당 기가 샘플 수 (GS/s)입니다. 나이퀴스트 기준으로는 적어도 샘플링 레이트는 측정하고자 하는 최대 주파수의 2배이어야 하고 스펙트럼 분석만을 위한다면 문제가 없으나  파형을 정확히 재현하기 위해서는 적어도 5배 이상의 샘플링레이트를 요구합니다.

    대부분의 스코프는 피 측정 신호에 따라 두 종류의 다른 샘플링 레이트를 갖고 있습니다: 즉 실시간 샘플링 레이트와 등가시간 샘플링 레이트(ETS)-가끔 반복 샘플링레이트라고도 함. 그렇지만 ETS는 당신이 측정하는 신호가 안정적이고 반복적이어야 합니다. 왜냐하면 연속적인 데이터의 입력으로 형성되는 신호이기 때문입니다.

     

    참고사항: 스코프 제작자들은 대부분 특정부분만을 확대하여 선전하기 때문에 당신은 스코프스펙에 언급된 샘플링레이트가 모든 신호대에 또는 반복 신호대에서만 동작되는지 확인하여야 하며 그렇지 못할 경우 고객님은 사용 목적에 맞는 오실로스코프의 구매에 실패할지 모릅니다.

    어떤 스코프는 사용 채널에 따라서 다른 샘플링레이트를 제시합니다. 일반적으로 단일채널모드에서의 샘플링 레이트는 이중 채널모드 경우의 2배 입니다. 스펙의 면밀한 확인이 요구됩니다.


    메모리 깊이

    4.   메모리 깊이가 중요합니다.

    메모리 깊이는 DSO 선정사양중  안타깝게도 별로 관심을 두지 않으나   대단히 중요한 사양중의 하나입니다.

    버퍼 메모리의 크기는 주어진 샘플레이트에서 버퍼 메모리에 켚쳐, 저장된 샘플들이 메모리에 꽉 차기전 입력된 신호가 얼마나 오래 켚쳐될 수 있는지 결정합니다.

    샘플링 레이트와 메모리 깊이의 관계는 매우 중요합니다. 즉 적은 메모리 사이즈로 높은 샘플링 레이트의 수용은 적은 타임베이스에 전 샘플링 레이트의 적용에 가능합니다. 그림 2a 1K의 버퍼메모리에 켚쳐된 200µs 의 비디오 파형을 보여 붑니다. 1K 버퍼 메모리는 스코프가 100 MS/s의 샘플링 능력을 갖고 있다 하여도 5 MS/s (1 K / 200 µs)의 샘플 레이트 정도로 제한 됩니다.

     

     

    얼핏 보기에는 스코프가 신호파형을 만족하게 캡처 한 듯 하지만 적은 버퍼 메모리의 제한은 파형이 컬러 버스트 신호에서 'zoom in'으로 확대될 경우 한계를 나타냅니다. 컬러버스트( 스텦 베이스에서의 진동) 는 약 5ms 동안 지속되어 정상 표시시 25포인트까지 나타납니다. 그러나 'zoom in' 경우 이러한 몇 포인트는 스크린을 채우는데 사용됩니다.

     

    컬러버스트란? 컬러 텔레비전 수상기에서 색 신호를 올바르게 재생하는 데 필요한 기준이 되는 신호. 색 동기 신호라고도 한다. NTSC 방식에서, 송상기 측에서 색 신호를 영상 신호와 함께 보내기 위해 수평 동기 신호의 백포치에 8~12주기의 색 부반송파를 올바른 위상 관계를 유지하면서 삽입한다. 이것이 컬러 버스트로서 수상기 측에서는 이 신호를 기준으로 하여 국부 부반송파발진기의 위상을 자동적으로 제어하고, 송상기 측의 부반송파와의 올바른 위상 관계를 유지하여 색의 동기를 잡는다.

    5.   해상도와 정확도가 중요합니다.
    디지털 공학에선 1%의 신호 변화는 문제가 안 됩니다.

    그러나 오디오 공학에서는 0.1%의 파형찌그러짐이나 노이즈는 치명적인 장애가 될 수 있습니다. 대부분의 DSO 모뎀은 빠른 디지털신호를 받아 들일 수 있도록 최적화되어 있고 8 bit 해상도 (8 bit ADC)를 기준으로 하여 가까스로 0.4%의 신호변화(표 참조)를 감지 할 수 있도록 합니다.

    8 bit 해상도에서는 전압 레인지의  수직 신호가 256 스텦( 2^8 = 256)으로 나누어집니다만 ±1 V 레인지에서는 스텦 당 8mV에 해당합니다. 이것은 디지털 신호를 보기에는 적합합니다만  스펙트럼 분석 기능을 사용하여 아날로그 신호를 보기에는 다른 대책이 필요합니다.

    그래서 오디오, 노이즈 대책, 진동 그리고 온도, 전류 압력등을 감시하는 센서들의 응용에는 8 bit 오실로스코프는 적합하지 않습니다. 12 bit 16 bit 의 선정이 요구됩니다.

    DSO의 정확성에 대해서는 일반적으로 별로 중요시되지 않지만 수 %의 오차 범위 내에서 측정됩니다. (8 bit DSO 경우 DC 오차가 3~5% 정도). 더욱 정확한 측정을 위해서는 멀티메터를 병용합니다.

    더 고 해상의 오실로스코프에서는 더욱 높은 측정 정확도 (1% 이내)가 가능하여 별도의 멀티미터가 필요하지 않습니다.

    고 해상도 (12 bits 또는 그 이상)및 높은 DC 정확도를 갖는 오실로스코프는 정밀 오실로스코프로 불립니다. - 저희 고 해상도 오실로스코프 와 FFT 스펙트럼 분석기 제품을 참조하여 주십시오.

    6.   트리거링 능력이 중요합니다.

    스코프의 트리거 기능은 스코프에 인가되는 신호의 정확한 포인트에 수평 소인이 되도록 동기화합니다. 트리거 조절은 반복되는 파형을 안정시키고 단일 주사 파형을 캪쳐합니다. 조사 대상이 되는 신호의 파형에 따라 제작자에 의하여 제시되는 여러 가지 옵션사항들을 살펴보는 것은 가치있는 일입니다. 모든 디지털스코프는 동일한 기초적 옵션들을 제공합니다. 그러나 더욱 향상, 진보된 트리거 옵션은 제작자 마다 각각 다릅니다. 이 진보된 트리거 옵션 사항들이 유용한지 아닌지는 피 측정 신호에 따릅니다. 펄스 트리거는 디지털신호에는 유용합니다.그리고 디스크나 메모리에 자동 기록되는 옵션은 간헐적인 신호의 장애의 추적에 대단한 도움이 됩니다.

    어떤 특정 용도의 트리거 옵션사항(: 디스크 드라이브 시험)은 가끔 별도의 장비 가격과는 별도로 금액적 혜택이 있어 소프트웨어나 펌웨어 형태로 설치공급됩니다. 만일 고객님이 이러한 금액적 혜택을 누리려면 공급자와 상의하십시오. 이 혜택은 무료로 제공되기 때문에 계약을 훨씬 쉽게 성사 시킬 수 있습니다.

    7.   입력 레인지와 프로브의 기능이 중요합니다.

    전형적인 스코프는 입력신호가 ±50 mV 부터 ±50 V까지의 범위내에서 충분히 선택 가능하도록 되어 있습니다.  더 높은 전압은 10:1   100:1의 감쇄 오실로스코프프로브로서 사용됩니다. 중요한 점은 당신이 측정하고자 하는 신호에 맞는 충분히 적은 레인지의 신호가 측정 가능한지 확인 해 보는 일입니다. 만일 고객님이 작은 입력전압 ( 50 mV 이하 )을 수시로 측정해야 한다면 12 또는 16 bit 해상도의 스코프를 구입해야 합니다. 16 bit 스코프는 8 bit 스코프의 256배의 수직 해상도를 유지하여 미리 볼트 또는 마이크로 볼트의 입력신호를 zoom in' 할 수 있습니다.

    프로브의 대역폭과 스코프의 대역폭이 일치하는지 확인하십시오. 어떤 제조자들은 원가 절감을 목적으로 스코프와 함께 공급시 준 표준 프로브를 공급하는 바 프로브 대역폭이 스코프보다 높은 것을 제공하여 나중 더 낳은 스코프를 구입하도록 유도합니다. 대부분의 프로브는 1:1 또는 10:1 사이의 감쇄가 되도록 선정 가능합니다, 가능하면 10:1 설정에서 사용하여 피 시험 회로로의 부하 분담을 줄이고 일시적인 고전압 인가 사고시 필요한 과 부하 보호 능력을 늘리십시오.

    아주 고속의 신호들( >200 MHz)은 사용되는 수동 프로브가스코프에 접속되는 케이블의 정전용량에 의하여 문제를 일으키기도 합니다. 이것은 능동 FET 프로브를 사용하여 해결 할 수 있는데 프로브 팁에 버퍼 증폭기를 내장합니다. 고전압 (: ±100 V 또는 일반 가정 전력)을 측정할 시 가장 안정한 방법은 차동 차단 오실로스코프 (differential isolating oscilloscope)를 사용합니다.

    8.   DSO의 외관이 중요합니다.

    DSO는 크게 3가지 유형으로 분류됩니다: 벤치탑, 핸드헬드, PC 형 벤치탑형은 가장 성능이 우수하며 그만큼 가격이 비싸고 구성은 FET 스펙트럼 분석, PC 접속, 디스크드라이브, 프린터등 여러 가지 값비싼 옵션 사항들이 구비되어 있습니다.

    핸드 헬드스코프는 주로 외근하는 현장 기술자들에겐 분명히 더욱 좋은 장비입니다. 그러나 표시기가 적고 햇볕에서는 잘 보이지 않으며 내장 배터리의 충전 사용시간이 한정되어 있습니다. 소형이지만 어떤 기능을 위해서는 비싼 옵션을 요구하기도 합니다.

    PC 기반의 오실로스코프는 동일한 성능의 벤치탑스코프에 비하여 가격 절감 효과가 있어 점점 인기가 상승하고 있습니다. 비용절감에 대한 이유는 분명합니다. 즉 대량 생산되는 PC 넓어진 표시화면, 고속 프로세서, 디스크 드라이브, 사용이 자유로운 키보드를 갖춰 이미 우리들의 책상 위에 놓여지기 시작했습니다.  몇 번의 마우스 조작만으로 워드나 스프레드쉬트로 의 데이터 이동 기능은 커다란 잇점입니다.

    PC 기반의 스코프는 두 가지 형태가 있습니다. 내장형 PC 스코프는 일반적으로 플러그 인 카드 PCI 포맷 형입니다. 이론적으로 이것들은 가장 저렴한 가격 대 이지만 반드시 그렇지만도 않습니다. PC 카드형태의 가장 불리한 점은 잡음입니다. PC 내부는 전기적으로 잡음에 매우 취약하며 어떤 카드들은 이에 상당한 장애를 받고 있습니다. 또다른 문제점은 간편이동성입니다. PC 카드 기반 오실로스코프는 언제나 PC와 함께 이동하여만 하니까요.

    외장형 PC오실로스코프는 USB 또는 병렬 포트를 경유 PC에 연결되는 작은 box 형태로서 PC 외부에서 모든 아나로그 전자 기술을 처리하기 때문에 노이즈 문제가 없습니다. 그리고 두 번째 유리한 점은  이동성입니다. 데스크탑이나랩탐 PC에 두루 적용합니다.


    결론은
     공룡이 그랬던 것처럼 아날로그형스코프도 한때 그 전성기가 있었습니다.  하지만 오늘날 DSO에 대한 가격과 성능은 논쟁거리가 되지 않습니다. 여러 종류의 DSO 중에서 구매를 결정해야 한다면 다음을 확인하십시오.

    ü  제조회사별 타입별 사양 비교를 철저히 하십시오.

    ü  고가의 스코프는 고객님이 측정하고자 하는 실제 신호에 동작하는 데모기능이 있습니다. 구입하기 전 확인하십시오.

    ü  구입을  결정할 때는 제품의 업 그레이드 그리고 포함되는 각종 사양을 확인하십시오. PC 형 스코프는 소프트웨어가 포함됩니다. 만일 업 그레이드가 가능하다면 업 그레이드시 추가로 비용을 지불하는지 확인하십시오. 벤치탑일 경우 PC나 프린터에 연결되는 케이블, 관련 소프트웨어가 포함되는지 확인하십시오.

    ü  성능보증기간을 확인하십시오. 사용시 문제점이 발생하면 수리기간중 대체품을 대여 해 주는지 확인하십시오.

    ü  마지막으로 해당 제조회사의 web site를 통하여 스코프의 사양을 확인하십시오.  Google의 이용도 한 방법입니다.

    종합적으로 다시 언급하면, 대역폭, 샘플링레이트(실시간 and/or 등가), 메모리 깊이가 선정의 중요 순입니다. 참고로 대역폭과 샘플링 레이트는 업 그레이드되는 옵션사항이 아닙니다.

     

     

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    다음 뉴스레터에서는

    PicoScope 3000 시리즈의 특징과 혜택에 대해서 보내드리겠습니다.

     

    매우 중요한 내용입니다.

     

    저희 ()영일교육시스템은 고객님의 행복을 위해서 좋은 제품만을 제안하는 착한 기업입니다.

    고객님을 위한 순수한 마음을 가진 회사입니다.

    오늘은 여기까지 입니다.

    다음에 제3탄을 보내드리겠습니다.

    감사합니다.

     

     

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    ㈜영일교육시스템 대표이사 박영종


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    【편집후기】

       3월에 신제품 런칭과 Road 세미나가 계획돼 있습니다. 날자와 시간이 정해지면 알려 드리겠습니다.

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