샘플링 오실로스코프

샘플링 오실로스코프에 대해 논의하기 전에 일반적인 오실로스코프의 기본 원리와 작동 방식을 알아야 합니다. 이 기기는 하나 이상의 전기 신호를 수신하여 동시에 화면에 파형을 생성하는 장치입니다. 샘플링 오실로스코프는 몇 가지 추가 기능과 특수 목적을 위해 디지털 오실로스코프의 고급 버전입니다.

이 기기는 여러 파형을 연속적으로 샘플링하여 매우 높은 주파수 기능을 제공하도록 설계되었습니다. 이러한 오실로스코프는 여러 입력 신호로부터 파형을 구성하기 위해 샘플링 정리를 사용합니다. 스트로보 라이트를 사용하면 움직임의 일부만 볼 수 있지만, 여러 이미지를 촬영하면 매우 빠른 기계적 움직임이 관찰됩니다. 샘플링 오실로스코프는 스토브스코픽 기법과 유사하게 작동하며 매우 빠른 전기 신호를 관찰하는 데 사용됩니다. 대략적으로 1000개의 점이 파형을 생성하는데 필요합니다.

샘플링 오실로스코프의 작동

이름에서 알 수 있듯이, 이 장치는 여러 연속적인 파형에서 샘플을 수집하고 수집된 데이터로부터 파형의 전체 그림을 구성합니다. 결과 파형은 저주파 통과 필터로 증폭되고 화면에 표시됩니다. 이 파형은 서로 연결된 많은 점들을 조합하여 전체 형태를 구성합니다.

파형의 각 점은 계단형 파형의 각 순환에서 진행되는 층의 점의 수직 편향입니다. 이를 통해 50 GHz 이상의 고주파 신호를 모니터링할 수 있습니다. 표시된 파형의 주파수는 오실로스코프의 샘플링 속도보다 높습니다. 한 분할당 약 10개의 점 또는 그 이상으로, 약 15 GHz의 큰 대역폭의 증폭기를 갖추고 있습니다. 샘플링 단계에서는 신호가 저주파이며, 큰 대역폭을 달성하기 위해 감쇠기를 결합합니다.

그러나 이는 기기의 동적 범위를 줄입니다. 샘플링 오실로스코프는 반복적인 신호에 제한되며 일시적인 이벤트에는 반응하지 않습니다. 이들은 주파수 범위 내에서 고주파만 표시합니다.

샘플링 방법

각 샘플링 주기 전에 트리거 펄스가 발진기를 활성화시키고 선형 전압이 생성됩니다. 두 전압의 진폭이 같으면 계단형이 한 단계 이동하고 샘플링 펄스가 생성되어 입력 전압의 샘플을 위한 샘플링 게이트가 열립니다. 파형의 해상도는 계단형 발생기의 단계 크기에 따라 달라집니다. 샘플링 방법은 다양하지만 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 방법은 실시간 샘플링과 동등한 샘플링 방법입니다.

실시간 샘플링 방법

실시간 방법에서는 디지타이저가 고속으로 작동하여 한 스윕에서 최대한 많은 점을 기록할 수 있습니다. 이 방법의 주요 목적은 고주파 일시적인 이벤트를 정확하게 포착하는 것입니다. 일시적인 파형은 매우 독특하여 임의의 순간의 전압이나 전류 수준이 그 근처의 것과 관련이 없습니다. 이러한 이벤트는 반복되지 않으므로 발생하는 동일한 시간 프레임에서 기록해야 합니다. 샘플의 주파수는 약 500 MHz이고 샘플링 속도는 약 100 샘플/초입니다. 이러한 고주파 파형을 저장하려면 고속 메모리가 필요합니다.

동등한 샘플링 방법

동등한 샘플링 방법은 예측과 추정의 원칙에 기반하며, 이는 반복적인 파형에서만 가능합니다. 동등한 방법에서는 디지타이저가 신호의 여러 반복에서 샘플을 얻습니다. 각 반복에서 하나 이상의 샘플을 취할 수 있습니다. 이렇게 하면 신호 포착의 정확성이 향상됩니다. 결과 파형의 주파수는 오실로스코프의 샘플링 속도보다 훨씬 높습니다. 이러한 샘플링은 무작위 방법과 순차적 방법 두 가지 방법으로 수행할 수 있습니다.

무작위 샘플링 방법

무작위 샘플링 방법은 가장 일반적인 샘플링 방법입니다. 이 방법은 내부 클럭을 사용하여 입력 신호에 대해 동작하도록 조정되며, 신호 트리거 샘플이 계속해서 취득됩니다. 수집된 샘플은 시간에 대해 규칙적이지만 트리거에 대해서는 무작위입니다.

순차적 샘플링 방법

이 기법에서는 샘플이 트리거에 대해 취득되며 시간 설정과는 독립적입니다. 트리거가 감지될 때마다 작은 지연 후에 샘플이 기록됩니다. 지연 시간은 매우 짧아야 하지만 명확히 정의되어야 합니다. 다음 트리거가 발생하면 이전 것에 비해 약간 더 긴 시간 지연 후에 기록됩니다. 지연 스윕의 범위는 몇 마이크로초에서 몇 초까지 될 수 있습니다. 첫 번째 지연 시간이 't'라면, 두 번째 지연 시간은 't'보다 약간 더 길어질 것이며, 이런 식으로 추가 지연 시간을 가진 샘플이 여러 번 취득되며 시간 창이 채워질 때까지 계속됩니다.

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