로이엔텍 - 오실로스코프 대역폭 선택 가이드 / 로데슈바르즈

오실로스코프는 다양한 전기 신호를 측정하는 데 있어 가장 유용하면서도 보편적으로 사용되는 계측 장비 중 하나입니다. 최근 다양하고 고도화된 애플리케이션들이 점차 도입됨에 따라, 이를 정확하게 검증하기 위한 오실로스코프의 측정 성능도 점점 높아지고 있는데, 그 중 가장 대표적인 측정 성능 중 하나로 대역폭 (Bandwidth) 을 예로 들 수 있습니다.

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오실로스코프 대역폭

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오실로스코프의 대역폭은 해당 모델이 입력된 신호를 정확하게 측정할 수 있는 주파수 범위를 나타내며, 대역폭과 입력 신호의 주파수 간 상관관계에 따라 측정하려는 진폭의 정확도가 달라질 수 있습니다. 이는 오실로스코프의 프런트엔드 (e.g. 증폭기, 필터) 특성에 기인하여, 일반적으로 입력되는 신호의 주파수가 높아질수록 장비에 표시되는 진폭이 감쇠되는 경향을 가집니다. 그로 인해 대부분의 오실로스코프들은 어느 특정 주파수 이상부터는 측정된 진폭에 대한 정확도가 낮아지는 모습을 볼 수 있고, 이러한 경향을 포함한 장비의 성능을 수치적으로 표현하기 위해 오실로스코프의 대역폭을 정의할 수 있습니다.

오실로스코프 주파수 응답 곡선

 

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오실로스코프가 지원하는 대역폭은 장비의 입력 채널을 통해 단일 주파수를 가진 정현파를 인가했을 때, 오실로스코프 측정 화면에 나타나는 파형의 전압이 입력된 전압보다 3 dB (약 29.3 %) 만큼 감쇠되기 시작하는 지점의 주파수를 의미합니다. 예를 들어, 1 V 전압과 100 MHz 주파수를 가진 정현파 신호를 100 MHz 대역폭의 오실로스코프에 인가했을 때, 오실로스코프 화면에 나타나는 파형의 전압은 1 V 가 아닌 3 dB 감쇠한 약 0.707 V로 표시됩니다.

이를 통해 정확한 측정을 위해서는 측정하려는 신호보다 더 높은 오실로스코프 대역폭이 필요함을 알 수 있습니다. (각 모델 별 필터 특성에 따라 달라질 수 있지만, 일반적으로 정확한 측정을 위해서는 측정하려는 신호의 주파수보다 약 5배 이상 높은 오실로스코프 대역폭이 고려됩니다.)

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오실로스코프 대역폭을 선택 시 고려 사항

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정확한 측정에 요구되는 오실로스코프 대역폭은 주어진 측정 요구사항에 따라 달라집니다. 특히 측정하려는 신호의 “주요” 주파수 성분을 정확하게 측정할 수 있을 만큼 충분한 대역폭이 필요하며, 다음 예시를 통해서 오실로스코프 대역폭이 충분한 경우와 충분하지 않은 경우를 비교할 수 있습니다.

구형파 측정 시 오실로스코프 대역폭이 충분한 경우에는 구형파로 표현(초록) 되지만 대역폭이 충분하지 않은 경우에는 구형파로 표현되지 않음(빨강)

 

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위 예시와 같이 단순한 정현파보다 복잡한 신호를 측정하는 경우, 해당 신호가 고조파 (Harmonic) 을 포함한 다양한 주파수 성분을 가지고 있기 때문에 더 높은 오실로스코프 대역폭이 요구됩니다. 예를 들어, 위 예시에 언급된 구형파의 경우, 해당 신호의 반복 주기를 통해 계산한 기본 주파수(f) 뿐만 아니라 3 * f, 5 * f, 7 * f 등을 포함한 홀수 고조파 성분들을 가지고 있습니다. 오실로스코프 대역폭이 해당 고조파 성분을 측정할 수 있을 만큼 충분하지 않는다면, 해당 고조파 성분들이 감쇠되어 결과적으로 파형의 왜곡으로 나타날 수 있습니다.

오실로스코프 대역폭 별 제품군 예시

 

RTH1000 / RTC1000 / RTB2000 / RTM3000 / MXO4 / RTO6 / MXO5 / RTP

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물론, 아주 높은 대역폭의 오실로스코프를 사용하면 더 높은 차수의 고조파 성분까지 측정할 수 있으며, 신호를 정확하게 재현할 가능성이 높아집니다. 다만, 수 GHz 또는 수십 GHz의 대역폭은 매우 한정적인 모델들에서만 지원하고, 몇몇 모델은 매우 높은 가격대를 가지고 있습니다. 가격 접근성 이외에도 오실로스코프의 대역폭이 높아짐에 따라 노이즈 레벨이 상승하고 Dynamic Range 가 좁아질 수 있기 때문에, 이는 오히려 부정확한 측정의 원인이 되기도 합니다. 그러므로 무작정 높은 대역폭의 오실로스코프를 사용하는 것이 반드시 합리적인 선택이 아닐 수도 있다는 점을 유의해야 합니다.

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작성자 : 로데슈바르즈코리아 기술지원팀

이메일 : sales.korea@rohde-schwarz.com

출처 - https://blog.naver.com/rohdeschwarzkorea/222967307009

 

 

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