오실로스코프 기초편 4. 오실로스코프에서 샘플링 속도가 중요한 이유는?

안녕하세요. 공대후요미 입니다 :)
오늘은 오실로스코프의 샘플링에 대해서 자세히 알아보려고 합니다.

샘플링 속도는 왜 중요할까요?

샘플링 속도는 오실로스코프에서 캡처할 수 있는 파형 세부 정보의 양을 결정하기 때문입니다.
샘플링속도는 오실로스코프가 신호를 샘플링하는 빈도입니다. 측정하고자 하는 시스템의 주파수가 가장 높은 부품의 최소 5배에 해당하는 샘플링 속도를 권장합니다.

나이퀴스트 이론을 들어보신적이 있으신가요?

나이퀴스트 이론이란, 신호를 정확하게 재구성하고 앨리어싱을 방지하려면 신호를 최대 주파수 컴포넌트보다 최소 2배 빠른 속도로 샘플링 해야 한다는 이론입니다.

위키에서 검색한 나이퀴스트 샘플링 이론

하지만 나이퀴스트 이론의 경우 사인파가 연속적으로 나올때를 가정해서 이야기 하는 것이기 때문에 글리치 같은 특이한 신호를 포착하기 위해서는 높은 속도의 샘플링 속도가 중요합니다. 결국, 샘플링 속도가 빠르면 빠를수록 빠른 신호의 미세한 세부 사항을 더 정확하게 표현할 수 있게 됩니다.

Analog Digital Conversion 과

DHO1000 시리즈 제품은 실시간 샘플링 모드만 지원합니다. 이 모드에서 오실로스코프는 하나의 트리거 이벤트 동안 수집된 샘플에서 파형 디스플레이를 생성합니다. DHO1000시리즈의 최대 실시간 샘플링 속도는 2GSa/s입니다.

현재 샘플링 속도는 화면 상단의 획득 레이블에 표시됩니다.

기본적으로 화면 왼쪽 상단의 작동 상태 레이블은 녹색으로 켜져 장비가 실시간 샘플링 중임을 나타내게 되며, 도구 모임의 STOP/RUN 버튼이 녹색으로 표시됩니다.

STOP/RUN 버튼을 클릭 또는 탭하거나 전면 패널 키를 눌러 샘플링을 중지할 수 있습니다. 이 때 동작 상태 라벨은 STOP으로 변경되고 빨간색으로 변경됩니다. 또한 프런트패널 키의 백라이트가 빨간색으로 바뀝니다. 오실로스코프는 마지막 캡처한 그래프를 유지합니다. 수평/수직 컨트롤을 사용하여 여전히 파형을 이동하거나 확대 축소 할 수 있습니다.

샘플링은 지정된 시간 간격으로 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환한 다음 수집 메모리에 순차적으로 저장하는 프로세스 입니다. 샘플 속도는 시간 간격의 역수입니다.

수평 메뉴에서 SaRate 항목은 현재 샘플 속도를 보여줍니다.

현재 샘플링 속도는 화면 상단 A 아이콘 옆 레이블에서도 표시됩니다.

아날로그 채널의 샘플 속도는 계측기 모델 및 현재 채널모드와 관련 있습니다. DHO1000 시리즈에서 2채널 모델의 경우, 단일 채널 모드에서 최대 2GSa/s 실시간 샘플링 속도를 제공하고, 모든 채널 모드에서는 1Gsa/s의 실시간 샘플링 속도를 제공합니다. DHO1000시리즈의 4채널 모델의 경우는 단일 채널 모드에서 최대 2GSa/s이며, 2채널을 사용할 경우 1Gsa/s, 4채널을 사용하는 경우 500MSa/s의 실시간 샘플링 속도를 제공합니다.

샘플링 속도를 제대로 설정하는 것은 굉장히 중요합니다. 그럼 샘플링을 느리게 하면 어떻게 될까요?

첫번째로는, 파형 왜곡, Waveform Distortion이 발생할 수 있습니다. 샘플링 속도가 너무 낮아서 일부 파형 세부 정보가 손실되고 표시된 샘플 파형이 실제 파형과 다소 다를 수 있습니다.

두번째로는, 파형 엘리어싱, Waveform Aliasing이 발생할 수 있습니다. 샘플 속도가 파형 엘리어싱보다 2배 낮을 때 엘리어싱이 발생할 수 있습니다. 이렇게 되면 원하는 파형이 아닌 재구성된 파형이 보이게 되고, 이 파형의 주파수는 실제 신호의 주파수보다 낮게 됩니다.

세번째는, 파형 누출, Waveform Leakage가 발생할 수 있습니다. 샘플속도가 너무 낮으면 샘플 데이터에서 재구성된 파형이 원래 신호를 올바르게 나타내지 않게 됩니다.

따라서 파형이 원하는 대로 안나올 때에는 샘플링 속도가 제대로 설정되었는지 확인해 보면 좋을 것 같습니다. 그리고 샘플링 속도를 잘 고려하여 오실로스코프를 선택하는 것 또한 중요할 것 같습니다.

 

오늘은 오실로스코프의 샘플링 속도에 대해 알아보았는데요, 다음에도 오실로스코프의 기초에 대한 꼼꼼한 포스팅으로 찾아올 수 있도록 하겠습니다:) 감사합니다.