디지털 오실로 스코프의 샘플링

2-3-2 디지탈 오실로스코프

디지탈 오실로스코프를 구성하는 시스템들은 대부분 아날로그 오실로스코프와 같지만, 데이타 처

리 시스템(Data Processing System)이 추가되어 있습니다(그림 8) 디지탈 오실로스코프는 이 DPS

에서 전체 파형의 데이타를 모아서 화면에 나타내 줍니다. 디지탈 오실 로스코프의 프로브를 회로

에 연결했을 때, 수직 시스템은 아날로그 오실로스코프에서 처럼 신호의 크기를 조절합니다. 그리

고 획득시스템에 있는 아날로그-디지탈 변환기(ADC)에서 이산적인 점들로 신호를 샘플한 후, 이

디지탈 값들을 전압으로 변환시키는 것입니다. 이 때 이런 디지탈 값들을 샘플점이라 하며. 수평시

스템에 있는 샘플 클럭은 ADC가 샘플을 취 하는 빈도를 나다냅니다. 그리고 클럭에 의해 발생하는

샘플비를 샘플율이라 하며 samples/second로 표시합니다.

 

ADC로부터 얻어진 샘플점들은 메모리에 파형점(waveform Font)으로 저장되고. 이 점은 한 개 이

상의 샘플점들로 구성됩니다. 또 이런 파형 점들이 모여서 한 개의 파형 레코드를 구성합니다. 일반

적으로 파형 레코드를 구성하는 파형점들의 수를 레코드 길이(Record Length)라고 합니다. 동기

시스템은 이 레코드의 시작과 끝의 점을 결정하는 것이며, 레코드 점들은 메모리에 저장된 후에 화

면에 나타나는 것입니다.
오실로스코프의 성능에 따라 샘플점의 추가적인 처리를 할 수 있으며, 이런 처리과정을 통해 화면

상의 파형을 더 선명히 볼 수 있습니다. 또한 프리 동기 기능을 이용하여 동기 점보다 앞서 일어난

현상을 볼 수도 있습니다.
기본적으로 디지탈 오실로스코프도 아날로그 오실로스코프에서와 같이 수직부, 수평부, 동기 세팅

부를 조정해야 합니다.

 

 

2-3-3 샘플링 방법

샘플링 방법이란 디지탈 오실로스코프에서 샘플점을 얻는 방법을 말합니다. 디지탈 오실 로스코프

에서 느리게 변화하는 신호는 정확하게 화면을 구성할 수 있을 만큼 충분한 샘플 점을 쉽게 잡을 수

 있지만, 빠른 신호들은(오실로스코프의 최대 샘플 레이트에 비해서 어 느 정도 빠른가 하는 정도)

그 만큼 충분한 샘플을 잡기가 불가능합니다. 그러므로 디지탈 오실로스코프는 두 가지의 샘플링

방법을 사용합니다.

■ 실시간 샘플링 모드 : 신호에서 한번에 몇 개의 샘플들을 잡은 후 보간법

(interpolation)을 사용하는 모드입니다. 이 때 보간법은 몇개의 점들을 연결해서 예

상되는 파형을 그려내는 처리 기술입니다.

■ 등가시간 샘플링 모드 : 신호가 계속 반복되고 있는 동안에 일정 시간 간격으로 샘

플들을 모아서 파형이 형성되는 모드입니다. 즉 반복되는 신호들에서 시간축의 값을

달리하면서 얻은 샘플점으로 한 주기의 파형을 합성하는 것입니다.

 

2-3-4 보간법을 사용한 실시간 샘플링(Real-Time sampling)

디지탈 오실로스코프는 표준 샘플링 방법으로서 실시간 샘플링을 사용합니다. 실시

간 샘플링에서는 신호가 발생할 때 가능한 많은 샘플을 추출합니다.(그림 9) 그러므

로 단발현상이나 과도신호가 들어올 때는 실시간 샘플링을 해야 합니다.

디지탈 오실로스코프는 신호가 빠를 경우, 한 번에 단지 몇개의 샘플만을 잡기 때문

에 보간법을 사용해서 파형을 완성해야 합니다. 보간법은 간단히 말해 점들을 연결

하는 방법입 니다. 선형 보간법(Linear interpolation)은 샘플점들을 직선으로 연결하

며, 정현 보간법 (Sine Interpolation)은 곡선으로 연결합니다. (그림 10 참조) (SIN

x)/x 보간법은 컴팩트 디스크 플레이어에 사용되는 오버샘플링(Oversampling)과 유

사한 수학처리 과정이며, 정현 보간법을 수행하면서, 실제 획득한 샘플들 사이에 계

산에 따라 점들을 추가하는 것입니다.
이러한 처리를 통해서 매 사이클마다 잡는 몇 개의 샘플로도 신호를 정확하게 화면에 나타 낼 수 있습니다.

 

2-3-5.등가 시간 샘플링(Equivalent-Time sampling)

디지탈 오실로스코프에서는 매우 빠르게 반복되는 신호를 잡을 경우에 등가시간 샘

플링 을 사용합니다. 등가 시간 샘플링은 파형이 반복될 때마다 몇 개의 샘플을 잡아

그것을 모아서 파형을 구성합니다. (그림 11) 파형은 불들이 하나 하나 순서대로 켜

지는 것처럼 느리게 형성되는 것을 볼 수 있습니다. 등가 시간 샘플링 중 순차

(sequential) 샘플링에서 는 점들이 좌에서 우로 연속적으로 나타나며, 램덤

(random) 샘플링에서는 점들이 파형을 따라 불규칙적으로 나타납니다.

[출처] 오실로스코프|작성자 처음처럼

오실로 스코프는 하드웨어 제작에 있어서 가장 중요한 장비중의 하나입니다.
요즘 나오는 하드웨어들은 JTAG을 이용해서 디버깅을 많이 할 수 있지만,
그래도 어느정도의 한계점이 있습니다.
소프트웨어의 경우 특별한 일이 없다면 특정 디버깅 툴을 통하여 디버깅을 할 수 있고,
마지막으로는 어셈코드를 직접 보면서 디버깅을 할 수 있습니다.

하지만 하드웨어의 경우에는 변수들의 범위가 코딩 뿐만 아니라 전선연결, 반도체의 문제 또는 모듈의 문제등
정말 다양한 버그들이 꼬옥~숨어있어서 오실로스코프가 없고, 디버깅 툴로 디버깅이 안된다면 속수무책입니다.^^

위에서 알려주는 정보는 그 오실로 스코프에서
샘플링 하는 방법. 핀 아웃에서 어떤 식으로 신호가 나오는데,
그 신호를 어떤 식으로 측정을 해서 사용자에게 알려줄텐데, 그 어떤 식에 대해서 알려주는 것 입니다.

이것이 중요한 이유는 핀에서 나오는 신호는 수백메가 헤르츠 이지만,
사람이 눈으로 확인 할 수 있는 정보는 아무리 빨라도 초당 100개 이하가 되니,,,
수백메가 헤르츠의 정보를 사람의 눈에 어떤 식으로 종합하여 보여주느냐 또한 그 수백메가의 정보를 어떻게 효율적으로
오실로스코프의 장바구니에 담는가가 포인트가 되겠습니다.