기초전자공학, 오실로스코프 대역폭 & 샘플링 에 대해서

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주파수 대역폭(Bandwidth)

 

1. 대역폭

대역폭은 최소의 진폭 손실로 아날로그 프런트 엔드를 통과할 수 있는 입력 신호의 주파수 범위를 뜻합니다.

대역폭은 사인꼴 입력 신호가 원래 진폭의 70.7 퍼센트 또는 -3 dB 포인트로 감쇠될 때의 주파수로 정의됩니다.
일반적으로 신호의 최고 주파수 컴포넌트의 최소 2배의 대역폭이 있는 스코프를 사용할 것을 권장하고 있습니다.
오실로스코프는 디지털 펄스와 같은 신호 또는 샤프 엣지를 가진 기타 신호의 상승 시간을 측정하는 데에 주로 사용됩니다. 본 신호는 고주파수로 구성되어 있습니다. 신호의 모양을 캡쳐하려면 고대역폭이 필요합니다. 예를 들어, 10 MHz 사각파는 10 MHz 사인파 및 무한개의 고조파로 구성됩니다. 이 신호의 실제 모양을 수집하려면 이러한 고조파를 수집할 수 있을 만큼 대역폭이 큰 오실로스코프를 사용해야 합니다. 그렇지 않으면 신호가 왜곡되고 정확하게 측정되지 않습니다.

상승 시간은 신호가 전체 스케일값의 10%에서 90%로 변하는 데 소요되는 시간으로 정의됩니다.  상승 시간과 대역폭은 직접적인 관계가 있으며 위의 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

위의 공식에서 계산된 신호 대역폭의 3배에서 5배의 스코프 를 사용하는 것이 이상적입니다.

다시 말해, 오실로스코프의 상승 시간은 신호 상승 시간의 1/5에서 1/3가 되어야 신호를 수집할 때 에러를 최소한으로 줄일 수 있습니다. 다음 공식을 기반으로 신호의 실제 대역폭을 역추적하여 결정할 수 있습니다.

 

2. 샘플링 속도

오실로스코프의 가장 중요한 스펙 중 하나인 대역폭에 대해 알아보았습니다. 그러나 샘플 속도가 충분하지 않으면 높은 대역폭의 유용성이 크게 떨어질 수 있습니다.

대역폭은 최소 감쇠로 디지털화될 수 있는 가장 높은 사인파로 정의되며,

샘플링 속도는 디지타이저 또는 오실로스코프에서 아날로그-디지털 변환기 (ADC)가 유입되는 신호를 디지털화하기 위한 클로킹된 속도를 의미합니다. 샘플링 속도와 대역폭이 직접적인 연관이 없다는 것을 명심하십시오.

그러나,이 두 가지 중요한 스펙 간의 관계를 파악하기 위해 대략적으로 사용되는 법칙이 있습니다.

 

이키스트 이론은 앨리어스를 방지하기 위해서 디지타이저의 샘플링 속도가 측정되는 신호의 가장 높은 주파수 요소보다 최소 2배가 되어야 한다는 이론입니다. 그러나 최고 주파수의 2배로 샘플링하는 것은 시간 영역 신호를 정확하게 재생성하기에 충분하지 않습니다. 유입된 신호를 정확하게 디지털화하기 위해 디지타이저의 실시간 샘플링 속도는 디지타이저 대역폭의 최소 3, 4배가 되어야 합니다. 이해를 돕기 위해 하단의 그림을 살펴보고 오실로스코프에서 어떤 신호를 볼 수 있을지 생각해 보십시오.