파형 발생기의 사각파 생성 방법 두 가지! 디지털 합성 vs 컴퍼레이터 방식

파형 발생기는 전자 회로 및 신호 처리 실험, 테스트 장비로 많이 사용됩니다.
그중에서도 사각파(Square Wave)는 빠른 스위칭 특성 덕분에
디지털 회로 테스트와 타이밍 신호에 필수죠!

그런

데 이 사각파를 만들어내는 방식은 어떻게 다를까요?
오늘은 파형 발생기에서 사각파를 생성하는 두 가지 방식,
1️⃣ 디지털 합성 방식과 2️⃣ 컴퍼레이터 방식을 쉽게 설명드리겠습니다.

 

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사각파(Square Wave)란?

 

사각파는 말 그대로 네모난 모양의 파형이에요.
특징은 아래 두 가지!

• 고(High) 상태와 저(Low) 상태로 급격하게 전압이 변동
• 이론적으로는 무한대의 주파수 성분이 포함됨 (그래서 현실에서 완벽하게 구현하기는 불가능!)

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디지털 합성 방식 (Digital Synthesis)

원리

디지털 합성은 CPU, DSP(디지털 신호 프로세서)가 직접 수학적으로 신호를 계산해서 디지털 데이터를 만들어내고, 이를 DAC(Digital to Analog Converter)로 변환하여 아날로그 신호로 출력하는 방식입니다.

디지털 계산 → 디지털 값 → DAC 변환 → 아날로그 사각파 출력

특징

• 정확한 주파수와 파형 제어가 가능
  → 소프트웨어에서 숫자만 바꾸면 정확한 주파수를 쉽게 만들 수 있음
• 다양한 파형을 손쉽게 생성 가능
  → 사인파, 삼각파, 펄스파 등 다양한 파형을 한 기기로 만들 수 있음
• 고주파에서 신호 품질이 제한적
  → DAC의 성능(샘플링 속도, 분해능)에 따라 한계가 있음
  → 고속에서는 에지가 뭉개지거나 링잉이 생기기 쉬움

대표적인 장점과 단점

장점	단점
주파수/파형 변경이 자유롭다	고주파에서 품질 저하
디지털이기 때문에 정확하다	빠른 상승/하강 에지는 어렵다
다양한 기능 추가 가능(변조, 스윕 등)	시스템이 복잡하고 비싸질 수 있다

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컴퍼레이터 방식

원리

아날로그 회로에서 컴퍼레이터는 입력 신호의 전압이 기준 값을 넘어가면 순식간에 출력 상태를 반전시키는 소자를 말합니다. 이걸 이용해서, 아날로그 삼각파나 사인파를 기준 전압과 비교해서 순식간에 고/저 신호로 전환합니다.

아날로그 파형 입력 → 기준 전압과 비교 → 고/저로 바꿔줌 → 사각파 출력

특징

• 아날로그 방식이기 때문에 빠른 반응 속도
  → 전자 부품(컴퍼레이터)의 특성만으로 매우 빠른 상승/하강 에지 가능
• 고주파에서도 에지 품질이 좋다
  → 빠른 전환이 가능해, 스퀘어파의 날카로운 에지를 구현하기 유리
• 하지만 설계가 까다롭고, 안정성 확보가 필요함
  → 컴퍼레이터의 잡음이나 회로의 반사(임피던스 불일치)가 문제될 수 있음

대표적인 장점과 단점

장점	단점
매우 빠른 상승/하강 시간	고정된 파형에서만 강점
간단한 구조로 고속 신호 구현	필터/보정이 필요함
고주파에서도 에지가 날카롭다	임피던스 매칭이 중요함 (반사, 링잉 유발 가능)

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두 방식의 차이, 정리!

	디지털 합성 방식	컴퍼레이터 방식
동작 방식	신호를 디지털로 계산 후 DAC로 변환	기준 전압을 기준으로 아날로그 비교
파형 품질	저주파에서 좋음, 고주파에서 제한적	고주파에서도 날카로운 에지
주파수 범위	넓고 다양한 파형 생성 가능	특정 파형에 최적화(특히 사각파)
에지 속도	상대적으로 느림	매우 빠름
시스템 복잡도	소프트웨어/하드웨어 복합	비교적 간단한 하드웨어
적용 예시	DG900 Pro 등 (디지털 방식)	DG5000 Pro 등 (컴퍼레이터 방식)

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어떤 상황에서 무엇을 선택해야 할까?

사용 목적	추천 방식
다양한 파형, 정밀한 주파수 제어	디지털 합성 방식
초고속 디지털 회로 테스트	컴퍼레이터 방식
오버슈트/링잉 없이 부드러운 파형이 필요할 때	디지털 합성 방식(펌웨어 튜닝)
빠른 에지가 필요할 때	컴퍼레이터 방식

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파형 발생기의 사각파 생성 방식은 기술적으로 보면 둘 다 장단점이 분명해요!
정확도와 다양한 기능을 원하면 디지털 합성 방식을 초고속, 날카로운 스위칭이 필요하면 컴퍼레이터 방식을 선택하면 됩니다.

만약 사용 중에

• 링잉이나 오버슈트가 걱정된다면?
  → 임피던스 매칭이나 펌웨어 튜닝으로 개선 가능!
• 파형이 너무 둔하게 느껴진다면?
  → 에지 속도 조정 옵션을 확인하거나 고속 장비 선택을 추천합니다.
  

 

감사합니다.