오실로스코프의 주파수 제한

대역폭 제한

오실로스코프는 멀티미터와 마찬가지로 회로를 이해하는 데 필수적인 도구입니다. 그러나 오실로스코프도 한계가 있습니다. 오실로스코프를 효과적으로 사용하려면 이러한 한계를 알고 해결 방법을 찾아야 합니다.

오실로스코프의 주요 특징 중 하나는 대역폭입니다. 대역폭은 아날로그 신호를 샘플링할 수 있는 속도를 결정합니다. 대역폭이란 무엇일까요? 많은 사람들이 대역폭이 스코프가 처리할 수 있는 최대 주파수라고 생각하지만, 실제로는 신호의 진폭이 진정한 진폭보다 3dB, 즉 29.3% 감소하는 주파수입니다.

최대 등급 주파수에서 오실로스코프는 신호의 실제 진폭의 70.7%를 표시합니다. 예를 들어, 실제 진폭이 5V라면, 스코프는 이를 약 3.5V로 표시합니다.

1GHz 이하의 대역폭을 가진 오실로스코프는 가우시안 또는 저역통과 주파수 응답을 가지며, -3dB 주파수의 1/3부터 시작하여 고주파수에서는 점차 감소합니다.

1GHz 이상의 사양을 가진 스코프는 -3dB 주파수 근처에서 더 급격히 감소하는 최대 평탄 응답을 보입니다. 입력 신호가 3dB로 감쇠되는 가장 낮은 주파수가 스코프의 대역폭으로 간주됩니다. 최대 평탄 응답을 가진 오실로스코프는 가우시안 응답을 가진 오실로스코프에 비해 대역 내 신호를 덜 감쇠시키고 더 정확한 측정을 수행할 수 있습니다.

반면에 가우시안 응답을 가진 스코프는 최대 평탄 응답을 가진 스코프에 비해 대역 외 신호를 덜 감쇠시킵니다. 이는 같은 대역폭 사양을 가진 다른 스코프들에 비해 상승 시간이 더 빠르다는 것을 의미합니다. 스코프의 상승 시간 사양은 그 대역폭과 밀접하게 관련되어 있습니다.

가우시안 응답 타입의 오실로스코프는 10%에서 90% 기준으로 약 0.35/f BW의 상승 시간을 가지게 됩니다. 최대 평탄 응답 타입의 스코프는 주파수 롤오프 특성의 선명함에 따라 약 0.4/f BW의 상승 시간을 가지게 됩니다.

상승 시간은 입력 신호가 무한히 빠른 상승 시간을 가지는 경우 오실로스코프가 표시할 수 있는 가장 빠른 엣지 속도입니다. 이 이론적인 값을 측정하는 것은 불가능하므로, 실용적인 값을 계산하는 것이 좋습니다.

오실로스코프에서 정밀 측정을 위한 주의사항

사용자가 알아야 할 첫 번째 것은 스코프의 대역폭 제한입니다. 오실로스코프의 대역폭은 신호 내의 주파수를 충분히 포함하고 파형을 올바르게 표시할 수 있을 만큼 넓어야 합니다.

스코프와 함께 사용되는 프로브는 장비의 성능에 중요한 역할을 합니다. 오실로스코프와 프로브의 대역폭은 적절한 조합이어야 합니다. 부적절한 오실로스코프 프로브를 사용하면 전체 테스트 장비의 성능이 저하될 수 있습니다.

주파수와 진폭을 정확하게 측정하려면 스코프와 연결된 프로브의 대역폭이 정확하게 캡처하려는 신호보다 훨씬 커야 합니다. 예를 들어, 진폭의 요구되는 정확도가 ~1%라면, 스코프의 대역폭을 0.1x로 줄여서 100MHz 스코프가 10MHz를 1% 오류로 캡처할 수 있습니다.

결과적인 파형 보기 위해 스코프의 올바른 트리거링을 고려해야 합니다.

고속 측정 시 지면 클립을 사용할 때 유의해야 합니다. 클립의 선은 인덕턴스와 링잉을 발생시켜 측정에 영향을 미칩니다.

전체 기사의 요약은 아날로그 스코프의 경우 스코프의 대역폭이 시스템의 최고 아날로그 주파수보다 최소 3배 높아야 한다는 것입니다. 디지털 응용 분야의 경우 스코프의 대역폭은 시스템의 가장 빠른 클럭 속도보다 최소 5배 높아야 합니다.