오실로스코프의 주파수 제한

오실로스코프는 멀티미터 다음으로 전자공학 분야에서 매우 유용한 도구입니다. 오실로스코프 없이는 회로에서 어떤 일이 일어나고 있는지 알기가 어렵습니다. 그러나 이 종류의 테스트 장비도 제한이 있습니다. 이러한 제한을 극복하려면 시스템의 가장 약한 부분을 완전히 이해하고 이를 최대한 보완해야 합니다. 오실로스코프의 중요한 기능 중 하나는 대역폭입니다. 초당 아날로그 샘플 수가 얼마나 빠른지가 오실로스코프의 핵심 요소입니다. 먼저, 대역폭이 무엇인지 알아보겠습니다. 대부분의 사람들이 오실로스코프에서 허용되는 최대 주파수가 대역폭이라고 생각합니다. 사실, 오실로스코프의 대역폭은 사인파 입력 신호가 3dB 감쇠되는 주파수이며, 이것은 신호의 진폭의 29.3%를 의미합니다.

즉, 최대 등급 주파수 지점에서 기기에서 표시되는 진폭은 신호의 실제 진폭의 70.7%입니다. 예를 들어, 최대 주파수에서 실제 진폭이 5V라면, 화면에 표시되는 값은 약 3.5V가 됩니다.

1GHz 대역폭 또는 그 이하의 사양을 가진 오실로스코프는 가우시안 응답 또는 저주파 통과 주파수 응답을 나타냅니다. 이 응답은 -3dB 주파수의 1/3에서 시작하여 더 높은 주파수에서는 천천히 감쇠됩니다. 1GHz 이상의 사양을 가진 오실로스코프는 -3dB 주파수 근처에서 더 날카롭게 감쇠되는 최대 평탄 응답을 나타냅니다. 입력 신호가 3dB로 감쇠되는 최저 주파수는 오실로스코프의 대역폭으로 간주됩니다. 최대 평탄 응답을 가진 오실로스코프는 가우시안 응답을 가진 오실로스코프와 비교해 인밴드 신호를 덜 감쇠시키며, 인밴드 신호에 대해 더 정확한 측정을 할 수 있습니다.

반면에, 가우시안 응답을 가진 오실로스코프는 최대 평탄 응답을 가진 오실로스코프와 비교해 아웃밴드 신호를 덜 감쇠시킵니다. 즉, 동일한 대역폭 사양을 가진 다른 오실로스코프와 비교해 더 빠른 상승 시간을 가지게 됩니다. 오실로스코프의 상승 시간 사양은 대역폭과 밀접한 관련이 있습니다. 가우시안 응답 타입의 오실로스코프는 10%에서 90% 기준으로 대략적으로 0.35/f BW의 상승 시간을 가집니다. 최대 평탄 응답 타입의 오실로스코프는 주파수 롤오프 특성의 날카로움에 따라 대략적으로 0.4/f BW의 상승 시간을 가집니다.

상승 시간은 입력 신호가 이론적으로 무한히 빠른 상승 시간을 가질 때 오실로스코프가 생성할 수 있는 가장 빠른 에지 속도입니다. 그러나 이론적인 값을 측정하는 것은 불가능하므로 실용적인 값을 계산하는 것이 좋습니다.

오실로스코프에서 정밀 측정을 위한 주의사항

1. 사용자가 알아야 할 가장 중요한 것은 오실로스코프의 대역폭 제한입니다. 오실로스코프의 대역폭은 신호 내의 주파수를 충분히 수용하고 파형을 올바르게 표시할 수 있을 만큼 넓어야 합니다.

2. 오실로스코프와 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.

3. 주파수와 진폭을 정확하게 측정하려면, 오실로스코프와 연결된 프로브의 대역폭이 캡처하려는 신호보다 충분히 넓어야 합니다. 예를 들어, 진폭의 정확도가 약 1%가 필요하다면, 오실로스코프의 베이트 팩터를 0.1x로 설정해야 합니다. 즉, 100MHz 오실로스코프는 10MHz 신호를 1%의 진폭 오차로 캡처할 수 있습니다.

4. 결과 파형이 더 명확하도록 오실로스코프의 트리거링을 고려해야 합니다.

5. 고속 측정 시 접지 클립을 주의해야 합니다. 클립의 선은 회로에 인덕턴스와 링잉을 발생시켜 측정 결과에 영향을 미칩니다.

6. 이 글의 요약은 다음과 같습니다. 아날로그 오실로스코프의 경우, 오실로스코프의 대역폭은 시스템의 최고 아날로그 주파수의 최소 3배 이상이어야 합니다. 디지털 응용 분야의 경우, 오실로스코프의 대역폭은 시스템의 가장 빠른 클럭 속도의 최소 5배 이상이어야 합니다.

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