회사 소식 정밀 측정을 위한 오실로스코프의 대역폭 제한 극복

전자 엔지니어의 툴킷에서 오실로스코프는 가장 필수적인 장비 중 하나입니다. 숙련된 의사처럼 기능하는 이 장치는 회로 내의 전기 신호를 "투명"하여 시간에 따른 전압 변화를 시각적으로 표현할 수 있습니다. 복잡한 회로를 디버깅하든 신호 품질을 분석하든 오실로스코프는 필수적인 역할을 합니다.

그러나 다른 정밀 기기와 마찬가지로 오실로스코프에도 한계가 있습니다. 성능은 다양한 요인에 의해 제한되며, 대역폭은 가장 중요하지만 자주 오해되는 매개변수 중 하나입니다. 이 보이지 않는 임계값은 오실로스코프가 정확하게 측정할 수 있는 주파수 범위를 결정합니다. 신호 주파수가 이 제한을 초과하면 표시되는 진폭이 감쇠되어 잠재적으로 측정이 왜곡되고 엔지니어링 판단에 결함이 생길 수 있습니다.

오실로스코프 대역폭은 장비가 정확한 측정을 유지할 수 있는 주파수 상한을 나타냅니다. 기술적으로 이는 사인파 입력 신호의 진폭이 원래 값(-3dB 지점)의 70.7%로 표시되는 주파수 지점을 나타냅니다. 이 표준은 전력 계산에서 비롯되었습니다. 전력은 전압 제곱과 관련되므로 70.7% 전압 강하는 50% 전력 감소(-3dB)와 같습니다.

예를 들어, 100MHz 대역폭 오실로스코프는 실제 진폭의 70.7%에서 100MHz 사인파를 표시합니다. 이 주파수를 초과하는 신호는 점차적으로 더 큰 감쇠를 경험합니다.

대역폭 제약은 오실로스코프 회로의 고유한 물리적 특성으로 인해 발생합니다.

• 증폭기/감쇠기:이러한 구성 요소는 디스플레이의 신호 레벨을 조정하지만 트랜지스터 커패시턴스와 인덕턴스는 더 높은 주파수에서 이득 감소를 유발합니다.
• 용량성/유도성 효과:내부 커패시터는 주파수가 상승함에 따라 임피던스가 감소하는 반면, 인덕터는 반대 동작을 보여 전체적으로 신호 전송을 왜곡합니다.
• PCB 흔적:회로 기판 경로에서도 신호 무결성에 영향을 미치는 주파수 종속 인덕턴스/커패시턴스가 나타납니다.

대역폭은 측정 유효성에 직접적인 영향을 미칩니다. 100MHz 오실로스코프를 사용하여 500MHz 클록 신호를 디버깅하는 것을 고려해 보십시오. 심하게 감쇠된 디스플레이는 신호 강도가 부적절함을 암시할 수 있으며 잠재적으로 잘못된 회로 수정을 유발할 수 있습니다. 더 나쁜 것은 고주파수 고조파가 더 낮은 주파수로 별칭이 되어 잘못된 해석을 가중시킬 수 있다는 것입니다.

500MHz 구형파에는 1GHz, 1.5GHz 등의 고조파가 포함되어 있습니다. 대역폭이 충분하지 않으면 이러한 구성 요소가 잘못된 저주파 판독값으로 포함될 수 있습니다.

엔지니어는 여러 가지 접근 방식을 통해 대역폭 제한을 완화할 수 있습니다.

• 대역폭 선택:"5x 규칙"을 적용하십시오. 대역폭이 신호의 가장 높은 주파수 구성 요소의 5배 이상인 오실로스코프를 선택하십시오. 100MHz 신호의 경우 500MHz 계측기를 선택합니다.
• 프로브 고려사항:오실로스코프의 대역폭과 일치하거나 이를 초과하는 프로브를 사용하십시오. 소음을 최소화하려면 짧은 접지 리드로 연결을 최적화하십시오.
• 오버샘플링:고급 오실로스코프는 하드웨어 오버샘플링(나이퀴스트 속도 이상의 샘플링)을 사용하여 재구성 정확도를 향상시킬 수 있습니다.
• 균등화:고급 장치는 신호 전처리를 통해 대역폭으로 인한 왜곡을 보상합니다.
• 주파수 응답 교정:일부 장비는 특정 응답 특성에 대한 보정 기능을 제공합니다.

• 대역폭이 신호 주파수의 5배 이상인 오실로스코프에 우선 순위를 부여합니다.
• 적절한 임피던스 매칭을 갖춘 고성능 프로브 사용
• 공통 모드 잡음을 제거하기 위한 차동 측정 구현
• 커넥터/케이블 아티팩트를 제거하기 위해 디임베딩 기술 적용

오실로스코프 대역폭 제한을 이해하면 엔지니어는 정보에 입각한 장비 선택 및 측정 해석을 할 수 있으며, 이는 특히 고속 회로 분석에 중요합니다. 오실로스코프는 여전히 강력한 진단 도구로 남아 있지만 그 효과는 궁극적으로 사용자의 기술적 지식과 분석 능력에 따라 달라집니다.