Technical Series_Oscilloscope5 오실로스코프가이드 5, 오실로스코프의작동및측정기법 오실로스코프는전자세계에서만실용적인것이아닙니다. 오실로스코프와적절한센서를함께사용하면모든종류의현상을측정할수있습니다. 센서는소리, 기계적응력, 압력, 빛또는열과같은물리적자극에대응하여전기신호를만들어내는장치입니다. 한예로마이크는소리를전기신호로변환하는센서입니다. 오실로스코프는물리학자부터 TV 수리기술자에이르는모든사용자에의해사용됩니다. 오토모티브엔지니어는오실로스코프를사용하여센서에서수집한아날로그데이터를엔진제어장치 (ECU) 의직렬데이터와상호연계시키고, 의학연구원은오실로스코프를통해뇌파를측정합니다. 오실로스코프의가능성은무한합니다. 이번호에는오실로스코프의작동및측정기법으로오실로스코프연재를마칩니다. 다음호부터는프로브가이드연재가시작됩니다. 자료제공 : 텍트로닉스 / www.tektronix.co.kr 오실로스코프작동설치본절에서는오실로스코프를설치하고사용을시작하는방법특히, 오실로스코프의접지연결, 오실로스코프캘리브레이션, 프로브보상에대해간략히설명합니다. 적절한접지는회로를측정하거나회로관련작업을수행할때중요한단계입니다. 오실로스코프를올바르게접지하면감전의위험을방지할수있으며사용자의신체를접지하면회로의손상을예방할수있습니다. 오실로스코프접지오실로스코프를접지한다는것은대지접지와같이전기적으로중성인기준포인트에연결하는것을의미합니다. 3극전원코드를대지접지에연결된콘센트에연결하여오실로스코프를접지하십시오. 오실로스코프의접지는안전을위해꼭필요합니다. 접지되지 않은오실로스코프의외부즉, 절연된것처럼보이는노브를비롯한케이스의어느부분에라도고전압이접촉되면감전으로이어질수있습니다. 하지만오실로스코프를제대로접지한경우라면전류는사용자를통하지않고접지경로를통해대지접지로흘러나갑니다. 접지는오실로스코프의정확한측정을위해서도필수적입니다. 오실로스코프가테스트하는회로와동일한접지를공유해야하기때문입니다. 일부오실로스코프는대지접지에별도의연결이필요없습니다. 이러한오실로스코프는케이스와컨트롤이절연처리되어사용자가감전되지않도록보호합니다. 사용자접지여러분이 IC를다룬다면자신의몸도접지해야합니다. IC에는인체에축적되는정전기로인해손상될수있는미세한전도경로가있습니다. 카페트위를걷거나스웨터를벗은다음 IC의리드를 106
오실로스코프의싱글엔디드바이폴라작동및신호입력측정기법 그림 63. 일반적인손목띠형태의접지스트랩만지기만했을뿐인데도값비싼 IC를망가뜨릴수있습니다. 이문제를해결하려면그림 64 에나온것과같은접지스트랩을착용하십시오. 이스트랩은인체의정전기를안전하게대지접지로내보냅니다. 채널 1이표시되도록오실로스코프를설정 수직볼트영역의스케일및위치컨트롤을중간위치로설정 가변볼트영역은 OFF 모든확대설정을 OFF 채널 1의입력커플링을 DC로설정 트리거모드를자동으로설정 트리거소스를채널 1로설정 트리거홀드오프를최소또는오프로설정 적용가능한경우명암컨트롤을정상표시수준으로설정 가능한경우선명한디스플레이를위해초점컨트롤을조정 수평시간영역및위치컨트롤을중간위치로설정 신호가클리핑또는신호왜곡없이가능한최대 10개의수직영역을차지하도록채널 1 볼트영역을조정계측기켈리브레이션 컨트롤설정오실로스코프의전원을연결한후에는전면부를살펴보십시오. 앞서설명한것처럼전면부는일반적으로수직, 수평, 트리거로표시된세가지주요섹션으로분할되어있습니다. 모델과유형 ( 아날로그또는디지털 ) 에따라사용자의오실로스코프에다른섹션이있을수도있습니다. 오실로스코프에서프로브를연결하는곳인입력커넥터를찾아보십시오. 대부분의오실로스코프는최소 2개의입력채널이있으며, 각채널마다화면에파형을표시할수있습니다. 다중채널은파형을비교할때유용합니다. 일부오실로스코프에는컨트롤을원터치로신호입력에적합하게설정하는 AUTOSE 및 / 또는 DEFAULT 버튼이있습니다. 사용자의오실로스코프에이러한기능이없을경우측정전에컨트롤을표준위치로설정하는것이좋습니다. 오실로스코프를표준위치로설정하는일반적인지침은다음과같습니다 : 정확한측정을위해서는오실로스코프를적절히설정하는것과더불어주기적인계측기자체캘리브레이션이권장됩니다. 마지막자체캘리브레이션이후온도변화가 5 이상일경우또는일주일에한번씩캘리브레이션이필요합니다. 캘리브레이션작업은오실로스코프메뉴에서 신호경로보상 에서시작할수있습니다. 자세한설명은오실로스코프와함께제공되는설명서를참조하십시오. 앞선연재의오실로스코프의시스템및컨트롤부분에오실로스코프컨트롤에대한자세한설명이있습니다. 프로브사용법이제오실로스코프에프로브를연결할차례입니다. 오실로스코프와조화를이루는프로브라면오실로스코프의성능과기능에모두액세스할수있으며측정하는신호의무결성을보장합니다. 자세한내용은오실로스코프의시스템및컨트롤부분에있는전체측정시스템또는텍트로닉스의프로브기초입문서 (2 월호부터연재예정 ) 를참조하십시오. 107
Technical Series_Oscilloscope5 접지클립연결신호를측정하려면프로브팁연결과접지연결이라는두가지연결이필요합니다. 프로브에는프로브를테스트대상회로의접지에연결할수있는악어클립부착물이딸려있습니다. 사용할때는접지클립을회로에서알려진접지단 ( 예 : 수리중인오디오의금속섀시 ) 에연결하고프로브팁을회로의테스트포인트에접촉하면됩니다. 야합니다. 패시브프로브를사용하기전에보상하여전기적특성이특정오실로스코프와균형을이루도록해야합니다. 오실로스코프를설정할때마다프로브를보상하는습관을들이는것이좋습니다. 제대로조정되지않은프로브는측정의정확도를저하시킬수있습니다. 그림 64 에적절히보상되지않은프로브를사용할경우 1MHz 테스트신호에주는영향이나와있습니다. 대부분의오실로스코프는프로브를보상하는데사용할수있도록전면부의단자에서방형파기준신호를제공합니다. 프로브를보상하는일반적인지침은다음과같습니다.: 프로브를수직채널에연결 프로브팁을프로브보상즉, 방형파기준신호에연결 프로브의접지클립을접지에연결 방형파기준신호확인 방형파의모서리가사각형이되도록프로브를적절히조정 프로브를보상할때는항상사용할액세서리팁을장착하고프로브를사용할수직채널에연결하십시오. 그래야만오실로스코프에서실제측정을할때와동일한전기적특성이유지됩니다. 오실로스코프측정기법 프로브보상 그림 64. 부적절한프로브보상의영향 패시브감쇠전압프로브는반드시오실로스코프에맞게보상해 이번에는기본적인측정기법에대해살펴봅니다. 가장기본적인두가지측정은전압과시간측정이며, 다른측정도거의모두이두가지기본기법중하나를토대로합니다. 오실로스코프화면을사용하여시각적으로측정하는방법에대해논의합니다. 이는아날로그계측기에서흔히사용되는기법으 108
오실로스코프의작동및측정기법 로, DSO 및 DPO 디스플레이를 한눈에 해석하는데에도유용합니다. 대부분의디지털오실로스코프에는자동화측정툴이포함되어있습니다. 여기에서설명하는수동측정방법을익히면 DSO와 DPO의자동측정결과를이해하고확인하는데도움이됩니다. 자동측정은다음절에서설명합니다. 전압측정 전압이란회로에서두지점사이의전기적전위차를의미하며볼트 (V) 로표시합니다. 일반적으로두지점중하나는접지즉, 0V이지만항상그런것은아닙니다. 전압은또한신호의최대지점에서최소지점까지를의미하는피크대피크로도측정됩니다. 여러분이어떤전압을의미하는지명시하는것을잊지마십시오. 오실로스코프는기본적으로전압측정장치입니다. 전압만측정하면다른수치는계산으로쉽게알아낼수있습니다. 예를들어, 옴의법칙에따라회로에서두지점사이의전압은전류 x 저항과같습니다. 위수치중두가지만알면다음공식을사용하여나머지수치를계산해낼수있습니다. 그림 65. 전압피크 (Vp) 및피크대피크전압 (Vp-p) 그림 66. 중앙수직눈금선에서전압측정 또하나의유용한공식으로전력법칙이있으며, DC 신호의 전력은전압 x전류입니다. AC 신호의경우계산이더복잡해지지만, 요점은전압을측정하는것이다른수치를계산하는첫번째단계라는사실입니다. 그림 65 에한피크의전압 (Vp) 과피크대피크전압 (Vp-p) 이나와있습니다. 전압을측정하는가장기본적인방법은오실로스코프의수직스케일에걸쳐있는파형의영역수를세는것입니다. 세로방향으로화면에꽉차게신호를조정하면전압측정에가장좋습니다 ( 그림 66 참조 ). 사용하는화면영역이많을수록화면에서더정확하게읽을수있습니다. 많은오실로스코프에는온스크린라인커서가있어눈금표시를 109
Technical Series_Oscilloscope5 주파수는기간과반비례하므로기간을알고있는경우주파수는 1/ 기간 으로구할수있습니다. 전압측정과마찬가지로시간측정도그림 67 에나온것처럼측정할신호부분이화면의넓은부분에표시되도록하면더정확하게측정할수있습니다. 펄스폭및상승시간측정 그림 67. 중앙수평눈금선에서시간측정그림 68. 중앙수평눈금선에서시간측정세지않고도화면에서자동으로파형측정결과를확인할수있습니다. 커서는간단히말해화면에서이동할수있는선입니다. 전압측정의경우위아래로움직여파형의진폭을표시할수있는수평커서선이 2개있으며시간측정에는좌우로움직이는수직선 2개가사용됩니다. 각위치에서전압또는시간이판독치로표시됩니다. 많은애플리케이션에서펄스형태의세부정보가중요합니다. 펄스는왜곡되어디지털회로에장애를일으킬수있으며, 펄스트레인의펄스타이밍도대개중요합니다. 표준펄스측정은펄스폭과펄스상승시간입니다. 상승시간이란펄스가낮은전압에서높은전압으로이행하는데걸리는시간을의미합니다. 통상적으로상승시간은펄스최대전압의 10%~90% 에서측정됩니다. 이는펄스의이상신호구간에서불규칙성을배제하기위한조치입니다. 펄스폭이란펄스가저점에서고점으로갔다가다시저점으로돌아오는데소요되는시간을의미합니다. 통상적으로펄스폭은최대전압의 50% 에서측정됩니다. 그림 68 에이러한측정지점이나와있습니다. 대개펄스측정에는트리거링의정밀조정이필요합니다. 펄스캡처에전문가가되려면트리거홀드오프사용법과프리트리거데이터를캡처할수있도록디지털오실로스코프를설정하는방법을익혀야합니다 ( 오실로스코프의시스템및컨트롤참조 ). 수평확대기능은고속펄스의미세한정보를확인할수있어펄스측정에유용한기능중하나입니다. 위상변화측정 시간및주파수측정 오실로스코프의수평눈금을사용하여시간을측정할수있습니다. 시간측정에는펄스의기간과펄스폭측정도포함됩니다. 위상변화즉, 타이밍을제외하고동일한두주기적신호사이의타이밍차이를측정하는방법중하나는 XY 모드를사용하는것입니다. 이측정기법에는한신호를수직시스템에정상적으로입력하고다른신호를수평시스템에입력하는것으로, X축과 Y 110
오실로스코프의작동및측정기법 습니다. 일부 DSO는트리거된데이터포인트를장시간축적하고두채널을 XY 디스플레이로표시하는방법으로 XY 이미지를만들기도합니다. 반면 DPO의경우디지털화된데이터의연속적인스트림을사용하여순수한 XY 모드이미지를실시간으로획득및표시할수있습니다. 또한강조된영역이있는 XYZ 이미지도표시할수있습니다. DSO와 DPO의 XY 디스플레이와달리아날로그오실로스코프의디스플레이는일반적으로 그림 69. 리사쥬 (Lissajous) 패턴 몇 MHz 의대역폭으로제한됩니다. 기타측정기법정 축모두전압을측정하게되므로 XY 측정이라고부릅니다. 이러 한배치로얻을수있는파형을리사쥬 (Lissajous 프랑스물리학자 Jules Antoine Lissajous의이름에서따옴 ) 패턴이라고부릅니다. 리사쥬패턴의형태를통해두신호사이의위상차이를구분할수있습니다. 또한각각의주파수비율도파악할수있습니다. 그림 69 에다양한주파수비율과위상변화에해당하는리사쥬패턴이나와있습니다. XY 측정기법은아날로그오실로스코프에서비롯된것입니다. DSO의경우실시간 XY 디스플레이를만들어내기어려울수있 이제까지기본적인측정기법에대해알아보았습니다. 기타측정기법으로는어셈블리라인에서전기컴포넌트를테스트하거나, 놓치기쉬운이상신호를캡처할수있도록오실로스코프를설정하는방법등이포함됩니다. 여러분이사용하게될측정기법은애플리케이션에따라다르지만이제작동을시작하기에는충분할정도의지식을익히셨습니다. 오실로스코프를사용하여연습하면서더많은정보를익히십시오. 곧오실로스코프를일상적인습관처럼사용할수있게될것입니다. < 연재끝 > The leading edge e-magazine w w w.epnc.co.kr 디지털프런티어의 Innovation 엔진테크월드 e-mail:webmaster@techworld.co.kr 111