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파형 새로 고침 속도가 오실로스코프에 미치는 영향

요약 - 파형 캡처 속도라고도 하는 파형 리프레쉬 속도는 초당 파형 리프레쉬 횟수를 의미하며, 단위는
         초당 파형 수(wfms/s)입니다. 파형 리프레쉬 속도는 오실로스코프의 성능을 측정하는 데 중요한 지표입니다.
         파형 리프레쉬가 높으면 오실로스코프의 디스플레이 품질이 향상되고, 비정상적인 신호를 더 많이 포착하며,
         측정의 정확성을 향상시킬 수 있습니다.

인덱스 용어 - 파형 새로 고침 속도, 파형 캡처 속도, 캡처 주기, 샘플링 시간, 데드존 시간, 오실로스코프.

I. 파형 리프레시 속도는 얼마입니까?

파형 리프레쉬 속도는 초당 파형 리프레쉬 횟수(wfms/s)를 나타냅니다.

  일반적으로 오실로스코프의 파형 리프레쉬 속도는 파형 캡처 속도로도 간주되는데, 이는 오실로스코프가 마치 고속 카메라와 같아서 신호를 일정하게 캡처하여 처리한 후 화면에 파형 이미지의 형태로 표시하기 때문입니다.
  오실로스코프 화면에 반사되는 연속 캡처 신호는 지속적으로 리프레쉬된 파형 이미지입니다.
각 캡처와 다음 캡처 사이의 시간 간격은 캡처 주기이며, 파형 캡처 속도는 단위 시간(1s)으로, 오실로스코프의 캡처 신호 속도를 반영합니다.
  오실로스코프의 대역폭 또는 샘플링 속도와 비교할 때 파형 리프레쉬 속도는 사람들이 주목하는 주요 지표가 아닌 경우가 많습니다. 디스플레이에서 지속적으로 변경되는 파형은 모든 신호를 관찰한 것처럼 착각하게 만듭니다.
  그러나 이는 사실이 아닙니다. 측정에서 우리는 종종 리프레쉬 속도가 낮은 오실로스코프를 사용하여 시스템 장애를 일으킬 확률이 작은 일부 비정상 신호를 관찰할 수 없으며, 이는 문제에 대한 엔지니어의 판단에 심각한 영향을 미칩니다.
  그러나 리프레쉬 속도가 높은 오실로스코프는 때때로 작은 확률의 비정상 신호를 한 눈에 볼 수 있습니다.
파형포착률은 무시할 수 없는 중요한 지표임을 알 수 있습니다.
  본 논문에서는 파형 리프레쉬율이 오실로스코프 측정 결과에 미치는 영향을 소개하고자 합니다.

II. 오실로스코프의 작동 원리

  아래 그림과 같이 오실로스코프의 동작 과정입니다. 프로브에서 수집된 아날로그 신호는 먼저 입력 채널을 통해
수직 증폭기 시스템으로 진입한 후 A/D 샘플링을 통해 디지털 신호로 정량화됩니다.
  신호는 트리거 조건에 따라 메모리로 수집됩니다. 샘플링 후 오실로스코프의 CPU 유닛에서 데이터를 처리 및 계산하여 화면에 표시한 후 다음 샘플링을 시작합니다.

그림 1. 오실로스코프의 작업 과정

  오실로스코프 수집 파형, 저장, 처리 및 표시 파형은 전체 캡처 기간을 구성하며, 각 캡처 기간에는 샘플링 시간과 데드존 시간이 포함됩니다.

1. 샘플링 시간 - 트리거 수집 및 저장을 완료하는 시간을 샘플링 시간이라고 합니다. 샘플링 시간은 오실로스코프의    디스플레이 및 획득 창으로, 정상 기준에 화면의 수평 그리드 번호를 곱하여 계산할 수 있습니다.

2. 데드존 시간 - 파형을 처리하고 표시하는 시간을 데드존 시간이라고 합니다. 오실로스코프의 샘플링과 트리거링은     주로 하드웨어 장치에 의해 이루어지며, 속도는 매우 빠릅니다.
    처리는 많은 수의 계산을 수반하며, 그 속도는 주로 처리 칩의 연산 속도와 알고리즘 아키텍처에 의존합니다.
    데이터 샘플링의 속도가 데이터 처리의 속도보다 훨씬 빠르기 때문에 데이터 처리 중에 샘플링을 중단해야 하며,     이로 인해 데이터 처리 중의 모든 파형은 수집되지 않기 때문에 손실됩니다.

그림 2. 전체 캡처 주기

III. 파형 리프레시 속도의 영향

데드존 시간 동안에는 오실로스코프가 데이터를 샘플링하지 않기 때문에 오실로스코프에 캡처된 파형에 누락이 있으므로 캡처 주기에서 데드존 시간의 백분율을 줄이는 것이 신호 누락을 줄이는 데 도움이 됩니다.
위 그림과 같이 오실로스코프의 캡처 주기는 Ta(샘플링 시간)와 Td(데드존 시간)의 합이며 파형 리프레시 속도는 U입니다.

앞서 언급한 바와 같이 오실로스코프의 데드 타임은 샘플링 시간보다 몇 배 더 큽니다. 그러나 위의 공식에 따르면 동일한 샘플링 시간을 가진 두 개의 오실로스코프에서 지원하는 파형 재생률이 높을수록 캡처 주기에서 데드존 시간의 비율이 낮아지고 누락된 신호가 적다는 것을 알 수 있습니다.
다시 살펴보겠습니다. 이 문서의 시작 부분에서 언급한 엔지니어를 괴롭히는 가끔 낮은 확률의 비정상 신호입니다. 이러한 비정상적인 신호가 불감대 기간에 숨겨져 오실로스코프에서 캡처 및 표시되지 않으면 관찰자가 잘못된 판단을 내릴 수 있습니다.

그림 3. 이상 신호

  관찰 기간 동안 간헐적인 이상 신호의 누락을 줄이기 위해서는 오실로스코프가 간헐적인 이상 신호를 포착할 확률을 최대한 높일 필요가 있습니다.
  오실로스코프가 간헐적인 비정상적인 신호를 포착할 확률과 파형 새로 고침 빈도 사이의 관계를 살펴보겠습니다.

추정 : t는 관찰 시간, 단위 s
         R은 비정상 신호 발생 확률
         Pt는 관찰 시간 t 동안 오실로스코프가 비정상적인 신호를 포착할 수 있는 확률입니다.

그러면 오실로스코프가 신호를 포착할 때마다 비정상적인 신호를 수집할 수 있는 확률은 다음과 같습니다.

관찰 시간 t에서, 오실로스코프가 파형을 캡처할 수 있는 횟수는 다음과 같습니다.

오실로스코프가 비정상적인 신호를 지속적으로 캡처하지 못할 확률은 다음과 같습니다.

오실로스코프는 비정상적인 이벤트의 확률을 캡처할 수 있습니다.

관찰 시간 t와 이상 신호 발생 확률 R이 고정되어 있을 때 파형 재생률 U가 높을수록 오실로스코프가
이상 이벤트 발생을 포착할 수 있는 확률이 높아지고 오실로스코프의 정확도가 높아짐을 알 수 있습니다.
측정 결과, 다음 그림은 인시던트 캡처 확률에 대한 다양한 파형 재생률의 영향을 보여줍니다.

그림 4. 파형 캡처 속도가 우발적 이벤트 캡처에 영향을 미침

IV. 오실로스코프의 파형 재생률 측정

앞에서 언급했듯이 파형 재생률은 오실로스코프의 중요한 지표인데 오실로스코프의 실제 재생률을 어떻게 알 수 있습니까? RIGOL의 최신 DS70000 오실로스코프를 예로 들어 오실로스코프의 파형 재생률을 측정하는 방법을 소개합니다. 오실로스코프 DS70000이 파형 프레임을 샘플링할 때마다 후면 패널의 AUX OUT 인터페이스에서 펄스 신호를 출력합니다. AUX OUT 출력 신호를 측정하여 파형 재생률을 결정할 수 있습니다.

1. 측정에 필요한 도구 준비

테스트 중인 오실로스코프는 DS70000, 측정 오실로스코프는 MSO8000, 신호 소스는 DG992, BNC 케이블과 무선 주파수 동축 케이블(한 쪽 끝에는 BNC 인터페이스, 다른 쪽에는 SMA 인터페이스)으로 사용됩니다.

2. 테스트 환경 구축

(1) BNC 케이블을 통해 DG992 전면 패널 아래의 CH1 인터페이스를
DS70000 전면 패널 아래의 입력 채널 CH2에 연결합니다.

(2) RF 동축 케이블의 한쪽 끝에 있는 SMA 인터페이스를 DS70000 후면 패널의 AUX OUT 인터페이스에 연결하고 다른 쪽 끝의 BNC 인터페이스를 MSO8000 테스트 오실로스코프 전면 패널 아래의 입력 채널 CH1에 연결합니다.

그림 5. 테스트 환경 설정

3. 측정을 위한 파라미터 설정

  이전 공식에서 오실로스코프의 파형 새로 고침 속도가 많은 요인과 관련되어 있음을 알 수 있습니다.
특히 기어를 선택하기 위해 다른 시간 기준 레벨을 선택할 때 파형 새로 고침 속도가 다릅니다.

(1) 먼저 DG992 신호 소스를 설정하여 지정된 주파수 대역폭의 사인파를 생성하고 동시에 오실로스코프 MSO8000의     입력 채널 CH1의 사이모미터를 켭니다.

(2) 그런 다음 DS70000의 수평 타임 베이스를 다른 기어로 조정하고 MSO8000에서 각각 cymometer의 카운트를 읽어      다른 조건에서 DS70000의 파형 재생률을 얻습니다. 측정 후 RIGOL DS70000 시리즈 오실로스코프의 파형      재생률이 실제로 백만 wfms/s 이상에 도달할 수 있음을 알 수 있습니다.

그림 6. 파형 재생률: 10,000wfms/s

그림 7. 파형 재생률: 1,000,000wfms/s

V. 간헐적인 비정상 신호의 작은 확률 포착

DS70000은 간헐적인 비정상 신호의 작은 가능성을 캡처하는 시나리오에서 어떻게 작동합니까?
아래 그림은 진폭이 낮은 30MHz 비정상 사인파 하나에 중첩된 십만 개의 10MHz 사인파로 구성된 혼합 파형을 보여줍니다. 새로 고침 속도가 100,000wfms/s인 오실로스코프와 새로 고침 속도가 1,000,000wfms/s인 오실로스코프에서 비정상적인 파형을 표시할 확률에는 눈에 띄는 시각적 차이가 있습니다.

그림 8. 파형 재생률: 10,000wfms/s

그림 9. 파형 재생률: 1,000,000wfms/s

1,000,000wfms/s의 파형 재생률을 지원하는 DS70000 앞에서는 작은 확률로 이상 신호가 보이는 것을
알 수 있습니다. 파형 재생률은 오실로스코프의 성능을 측정하는 핵심 지표입니다.
재생률이 매우 높은 오실로스코프는 획득한 파형의 누락을 줄이고 문제 해결의 효율성을 향상시킬 수 있습니다. RIGOL이 독자적으로 개발한 DS70000 시리즈 디지털 오실로스코프는 RIGOL 엔지니어가 10년 동안 구축한 UltraVisonIII 하드웨어 플랫폼에 의존하며 고유한 특허 알고리즘을 통해 백만 수준의 재생률을 달성하여 업계 최고의 수준에 도달했습니다. 디지털 오실로스코프의 DS70000 시리즈는 RIGOL 자체 설계한 "Phoenix" 오실로스코프 전용 칩셋의 뛰어난 성능을 완전히 탐구했으며 국내 최고의 20GSa/s 샘플링 속도와 4GHz 실시간 대역폭을 달성했습니다. 하드웨어 표시기의 개선 외에도 DS70000 시리즈 디지털 오실로스코프는 다양한 인간화 디자인을 제공하므로 확실히 초고품질 경험을 제공할 것입니다.