아두이노 피크 투 피크 조절 방법

디스플레이 시스템은 아날로그와 디지털 오실로스코프가 다릅니다.

다음은 공통된 제어기능입니다.

• 휘도(Intensity)는 파형의 밝기를 조절하는 기능입니다. 아날로그 오실로스코프에서는 스위프 속도가 빨라지면 휘도도 증가시켜 주어야 합니다.

• 촛점(Focus)은 파형이 선명하게 나오도록 하는 조절기능입니다. 그리고 디지털 오실로스코프에는 이 기능이 없는 것도 있습니다.

• 기울기 조정(Trace Rotation)은 화면의 수평축과 휘선이 일직선이 되도록 조정하는 기능으로서, 오실로스코프를 사용하는 장소에 따라 지구 자장의 영향이 있기 때문에 필요한 것이며, 디지털 오실로스코프에는 이 기능이 없는 것도 있습니다.

• 다른 디스플레이 제어 기능으로서 눈금 조명을 조정하거나, 메뉴와 같은 화면상의 정보를 on,off 시킬 수도 있습니다.

수직축 제어기능은 파형의 수직 위치나 크기 조절시에 쓰입니다. 그리고 이 장에서 설명하는 입력 결합이나 다른 제어 기능을 설정하는 기능들이 오실로스코프에도 모두 있을 것입니다.

수직축 위치 조정은 아래/위로 파형을 움직여 화면상의 원하는 위치에 설정할 때 사용합니다. 그리고 감도는 화면상에서 파형의 크기를 다양하게 변화시킬 수 있는 제어기능으로, 상용의 오실로스코프는 대략 4mV에서 40V까지의 신호 레벨을 정확하게 화면상에 나타낼 수 있습니다.

감도는 눈금당 크기를 나타냅니다. 예를 들어 5 Volts/Div이면, 8개의 각 수직축 한 눈금당 5V를 나타내므로 전체 화면은 40V만큼을 볼 수 있는 것입니다(8개의 주 눈금을 갖고 있다고 가정). 만약 0.5 Volts/Div으로 맞춰져 있으면 총 4V을 화면에서 볼 수 있을 것입니다. 따라서 화면상에서 볼 수 있는 전체 전압은 수직 눈금수에 Volts/Div의 값을 곱한 만큼임을 알 수 있습니다. (1X나 10X의 프로브도 크기에 영향을 줍니다. 만약 오실로스코프가 프로브의 감쇠를 인식하지 못하면, 반드시 Volts/Div의 눈금에서 감쇠율을 나누어 주어야 합니다.)

종종 Volts/Div의 눈금을 가변이득이나 미세이득을 이용하여 화면에 표시되는 신호의 크기를 특정 칸수에 맞출 수도 있습니다. 이런 기능은 상승시간을 측정할 때 이용합니다.

1-2-2 입력 결합(Input Coupling)

결합이란 한 회로에서 다른 회로로 전기적 신호를 연결시 사용하는 방법으로 여기에서의 입력결합은 테스트할 회로를 오실로스코프에 연결하는 방법입니다. 그리고 결합은 직류,교류,접지를 선택할 수 있습니다. 그 중 직류 결합은 입력 신호를 모두 보여주며, 교류 결합은 신호의 직류 성분을 차단하여 0 Volts를 중심으로 하여 파형을 표시합니다. 그림 27이 이 두 개의 차이를 보여주는 것이며, 교류 결합은 Volts/Div으로 맞추기에는 전체 신호(교류와 직류가 섞인 신호)가 너무 클 때 사용할 수 있는 방법입니다.

접지는 수직 시스템에서 입력 신호를 끊어 화면상에 0V점을 표시해줍니다. 자동 동기모드에서 입력 결합을 접지시키면 화면상에 0V을 표시하는 수평선이 나타나며, 결합 스위치를 직류에서 접지로 다시 접지에서 직류로 움직여 보면 접지를 기준으로 하는 측정 신호전압을 손쉽게 볼 수 있습니다.

대부분의 오실로스코프에는 대역폭을 제한시키는 회로가 있는데 대역폭을 제한함으로 해서 파형에 나타날 수 있는 잡음이 감소되며 좀 더 선명한 신호가 화면에 나타나게 됩니다.

반전은 신호의 아래 위를 뒤집어 표시하는 기능으로서, 화면의 윗쪽이 낮은 전압을 아래 쪽이 높은 전압의 신호를 나타냅니다.

아날로그 스코프에서 여러 채널의 파형은 얼터네이트와 촙 모드를 사용해서 화면에 나타냅니다. (그러나 디지털 오실로스코프는 일반적으로 얼터네이트와 촙 모드를 사용하지 않습니다.)

얼터네이트 모드는 각 채널을 교대로 그리는 모드로, 오실로스코프는 채널 1을 스위프한 후 채널 2를 스위프하고 다시 채널 1을 스위프합니다. 이 모드는 신호가 빠른 경우, 즉 sec/Div이 0.5ms 이상일 때 사용합니다.

촙 모드는 각각의 신호를 번갈아가면서 신호에서 일정부분을 조금씩 그려줍니다. 스위칭 속도가 빠르기 때문에 화면에서는 파형 전체가 보이는 것입니다. 1ms/Div 이하의 스위프 속도가 필요한 느린 신호는 주로 이 모드를 사용합니다.

지금 사용하고 있는 오실로스코프에서 더하기 기능을 이용하면, 2개의 파형을 서로 더해서 새로운 파형을 만들어 줍니다. 아날로그 오실로스코프가 신호를 결합시켜 파형을 만드는 반면 디지털 오실로스코프는 수학적처리로 새로운 파형을 만듭니다. 빼기는 또다른 연산기능으로서, 아날로그 오실로스코프에서 빼기는 우선 신호를 반전시켜서 덧셈을 하면 실행됩니다. 디지털 오실로스코프 역시 빼기 기능을 가지고 있습니다.

수평축 제어기능은 수평축의 파형 위치나 크기조절에 사용되는 것입니다.

수평축 위치 제어는 화면상에서는 원하는 쪽으로 파형을 좌우로 이동시키는 기능입니다. 그리고 sec/div은 화면에 그려지는 파형의 속도를 조정할 수 있는 기능입니다. (보통 타임 베이스 설정이나 스위프 속도로 알고 있는 것입니다.) 그리고 이것은 비율을 나타냅니다. 예를 들어 1ms라 놓으면 각 수평 칸은 1ms의 비율을 갖기 때문에 전체 10개의 칸은 10ms를 나타냅니다. 그렇기 때문에 volts/div과 같이 수평축 sec/div도 다양한 타이밍으로 시간 간격을 조정할 수 있습니다.

오실로스코프는 주 시간축이라고 하는 시간축을 갖고 있으며, 이것을 주로 이용합니다. 많은 오실로스코프들이 지연 시간축으로 부르는 시간축을 갖고 있으며, 이것은 주 시간축이 스위프를 시작한 후 미리 정해진 시간만큼 지연되어서 스위프를 시작합니다. 지연시간축을 사용하면 좀더 자세하게 또는 주 시간축 하나만을 사용하는 경우에는 관찰할 수 없는 현상도 관찰할 수 있습니다.

지연 시간축은 지연 시간의 설정이 필요하며, 아마 지연 동기 및 그리고 이 책자에 소개되지 않은 다른 설정이 있을 수도 있습니다. 사용하고 있는 오실로스코프의 매뉴얼을 참조하면 이런 기능을 사용하는 정보를 얻을 수 있을 것입니다.

동기 위치제어 기능은 오실로스코프의 수평축 제어기 부분에 위치해 있습니다. 이것의 정확한 표현은 "파형 레코드 내에서 동기의 수평위치"입니다. 수평 동기 위치 제어는 디지털 오실로스코프에서만 가능합니다. 동기 수평위치 변경은 동기되기 이전에 발생되는 현상을 포착할 수 있습니다.(프리트리거:Pretrigger라고 합니다.)

그리고 디지털 오실로스코프는 동기의 발생에 관계없이 일정하게 입력 신호를 처리하기 때문에 프리트리거를 할 수 있는 것입니다. 데이터의 일정한 흐름이 오실로스코프를 통과할 때, 동기는 단지 오실로스코프가 메모리에 현재의 데이터를 저장하도록 알려주는 기능입니다. 그와는 대조적으로 아날로그 오실로스코프에서는 동기 발생 후에만 신호를 화면에 나타냅니다. 프리트리거는 고장점검시에 유용하게 쓰이는데, 예를 들어 간헐적으로 일어나는 문제라면, 문제점에서 동기를 하고, 문제를 따라 발생하는 현상들을 기록한 후 원인을 찾게 되는 것입니다.

일부 오실로스코프에는 특별한 수평 확대 설정이 있는데, 화면상에서 파형을 확대해서 나타내줍니다.

대부분의 오실로스코프는 두 번째 채널의 신호를 X-축에(시간 대신에) 나타내주는 기능이 있습니다. 이것을 X-Y 모드라 부르며 뒤에 더 자세하게 설명되어 있습니다.

동기 제어는 반복되는 파형을 안정화시키고 단발 현상 파형을 잡아주는 기능입니다. 그림 31은 일반적인 전면부와 화면상의 동기 제어 기능들을 보여 주고 있습니다.

동기는 반복되는 파형을 화면상에 정지되어 나타나도록 만듭니다. 만약 각각의 신호 스위프가 다른 점에서 시작되었을 경우 화면상에서의 혼란을 상상해 보십시오.

오실로스코프에는 경사면(Edge), 비데오, 펄스, 로직등과 같이 여러 가지 형태의 동기 방법이 있습니다. 그 중 이 책자에는 가장 일반적인 방법이며 많이 이용되는 경사면 동기가 설명되어 있습니다. 다른 형태에 대해서는 각각의 사용자 매뉴얼을 참조하기 바랍니다.

경사면 동기는 동기 레벨과 기울기를 조정하여 동기점을 결정합니다. 동기회로는 마치 비교기(Comparator)처럼 작동하는데 비교기의 한쪽에 기울기와 전압레벨을 설정한 후, 동기신호가 설정값과 일치하면 오실로스코프는 동기를 발생합니다.

• 기울기 조정은 신호의 상승부나 하강부의 어느곳을 동기점으로 이용할 것인가를 결정합니다. 상승부를 양 (+)기울기, 하강부를 음(-)기울기라고 합니다.

• 레벨 조정은 경사면 어느 부분에서 동기점을 발생시킬 것인지 결정하는 기능입니다.

오실로스코프가 측정하는 신호에 반드시 동기가 함께 필요한 것은 아닙니다.

다음은 동기를 할 수 있는 여러 신호원들입니다.

• 어떠한 입력채널

• 입력 채널을 통해 들어온 신호가 아닌 다른 외부 소스

• 전원선 신호

• 오실로스코프에 의해 내부에서 발생된 신호

일반적으로 대부분은 화면상에 나타나는 채널의 신호를 동기로 설정합니다. 그리고 오실로스코프는 파형의 표시 여부에 관계없이 다른 동기신호를 사용할 수 있습니다. 그러므로 채널2가 화면에 표시될 때 채널 1을 동기 신호원으로 하는 등의 무의식적인 행동을 하지 않도록 조심해야 합니다.

동기 모드는 동기를 검출하지 못했을 때 오실로스코프가 파형을 그릴지의 여부를 결정합니다. 일반적으로 정상(Normal)과 자동(Auto)모드가 있습니다.

정상모드에서 오실로스코프는 신호가 동기점에 이르면 스위프를 해주고, 그렇지 않으면 (아날로그 오실로스코프에서) 화면에 파형이 나타나지 않거나,(디지탈 오실로스코프에서)가장 마지막에 잡힌 파형이 화면에 고정되어 버립니다. 그러므로 정상 모드는 레벨 설정을 정확히 하지 않으면 처음에 신호를 볼 수 없는 혼란에 빠질수도 있습니다.

그러나 자동 모드는 동기가 없어도 오실로스코프가 스위프를 하는데, 현재 신호가 없다면 오실로스코프내의 타이머가 동기를 시켜 스위프를 합니다. 자동 모드는 신호가 작은 전압으로 떨어져도 화면상에서 사라지지 않도록 해주며, 또한 여러 종류의 신호들을 볼 때 사용하는 가장 좋은 모드이고, 매번 동기를 맞추지 않아도 되므로 번거롭지 않습니다.

실제적으로는 아마 이 두 모드를 모두 사용할 것입니다. 왜냐하면 정상 모드는 좀 더 다양하며, 자동 모드는 많은 조정이 필요하지 않기 때문입니다.

싱글 스위프나 비데오 신호의 동기, 동기 레벨을 자동적으로 맞추기 위해서 특별한 모드를 가진 오실로스코프도 있습니다.

수직 시스템에서 AC, DC 결합을 선택할 수 있는 것과 같이 동기 신호에 있어서도 AC, DC 결합이 있습니다. AC, DC 결합뿐만 아니라 고주파 차단(HF Rejection). 저주파 차단, 노이즈 차단등-이 오실로스코프에 있습니다. 이러한 특별한 선택 기능들은 잡음을 신호로부터 제거하여 동기가 잘 되도록 하는데에 사용됩니다.

때로는 오실로스코프가 신호의 정확한 부분에서 동기를 잡으려면 높은 기술을 필요로 합니다. 그래서 많은 오실로스코프에는 이 작업을 좀더 쉽게하기 위하여 특별한 기능이 있습니다. 그 중 동기 홀드오프는 오실로스코프가 일정 시간동안 트리거를 하지 않도록 조절하는 기능입니다. 이것은 복잡한 파형을 동기할 때 유용한 것으로 오실로스코프는 첫 번째 적당한 동기 점에서만 동기를 하게 됩니다.

디지털 오실로스코프는 포착 시스템에 있는 기능으로서 다양한 형태로 파형을 처리합니다.

디지털 오실로스코프에 있는 포착 기능들을 알아보도록 하겠습니다.

포착 모드는 샘플점들에서 파형점들을 어떻게 만들어 줄 것인가를 제어하는 것입니다. 앞에서 설명한 것처럼 샘플점들은 ADC에서 바로 나온 디지털 값입니다. 샘플 점 사이의 시간을 샘플간격(Interval)이라 하며, 파형점들은 메모리에 저장된 디지털 값이고 파형의 형태로 화면에 표시됩니다. 파형점 사이의 시간 차이를 파형 간격이라 하며, 샘플 간격과 파형 간격이 같을 수도 있지만, 똑같은 것이 필요한 것은 아닙니다. 이 사실로서 순서적으로 포착된 여러개의 샘플점들로부터 한 개의 파형점을 만드는 여러 가지 다른 포착 모드가 존재하는 것입니다. 또한 파형점들은 여러번 포착해서 잡히는 샘플점의 합성으로도 만들어 집니다. 가장 일반적으로 사용되는 포착 모드는 다음과 같습니다.

 샘플(Sample) 모드: 이것은 가장 간단한 포착 모드로서 오실로스코프는 각 파형 간격동안 한 개의 샘플점을 잡아서 파형점을 형성합니다.

• 피크 디텍트(Peak Detect) 모드: 이 모드에서 오실로스코프는 두 개의 파형 간격동안 잡은 최대, 최소값의 샘플점을 저장한 후, 이 샘플들은 두 개의 일치하는 파형점으로서 이용됩니다. 피크 디텍트 모드가 있는 오실로스코프는 시간축이 느리게 설정된 경우에라도(이 때는 파형 간격이 길다.)빠른 샘플율로 ADC가 작동합니다. 따라서 디지털 오실로스코프는 샘플 모드에서도 파형점 사이의 변화가 빠른 신호를 잡을 수 있습니다. 피크 디텍트 모드는 시간 간격이 넓게 벌어져 있는 좁은 폭의 펄스들을 보는데 특히 유용하게 쓰입니다.

• 고분해능(Hi Resolution) 모드: 피크 디텍트와 같이 고분해능 모드는 ADC가 설정된 시간축보다 더 빠르게 샘플링하는 경우인데, 이 경우에 한 파형 간격에서 샘플된 많은 샘플들은 평균화하여 하나의 파형점을 만듭니다. 그 결과 잡음이 줄고 저속 신호에서 분해능이 증가하는 것입니다.

• 엔빌로프(Envelope) 모드: 엔빌로프 모드는 피크 디텍트 모드와 비슷하지만, 이 모드에서는 여러번의 획득으로 잡은 최대,최소값의 파형점들을 조합해서 파형을 형성하므로 시간에 따라 변화하는 최소/최대치를 보여줍니다. 피크 디텍트 모드에서는 일반적으로 조합되어 엔빌로프 파형으로 만들어진 레코드를 이용합니다.

• 평균치(Average) 모드: 평균치 모드에서는 샘플 모드에서처럼 각 파형 간격마다 한 개의 샘플점을 저장합니다. 그러나 계속되는 파형 포착동안 파형점들은 서로 평균이 되어 최종적으로 얻어진 파형을 화면에 디스플레이하는 것입니다. 평균치 모드는 대역복의 손실없이 잡음을 줄이지만, 계속 반복되는 신호가 필요합니다.

디지털 오실로스코프의 가장 큰 잇점중의 하나가 파형을 저장한 후 나중에 관찰할 수 있는 것입니다. 이것을 하기 위하여 일반적으로 전면판에 하나 또는 그 이상의 버튼으로 포착 시스템을 작동시켜 필요할 때 파형을 분석할 수 있습니다. 또한 오실로스코프가 자동적으로 한번의 포착을 완료한 후나 레코드가 엔빌로프나 평균치 파형으로 바뀐후에 멈추게 하고 싶을 때에 사용할 수 있습니다. 이러한 특징은 일반적으로 싱글 스위프나 싱글 시퀀스라 하며 다른 포착 제어나 동기 제어에 일반적으로 있는 것입니다.

앞서 설명했듯이 디지털 오실로스코프에서는 실시간 샘플링과 등가시간 샘플링을 사용할 수 있으며, 신호를 잡기 위해 어떤 방법을 사용할 것이지 선택하게 됩니다. 이 선택은 시간축을 늦게 잡았을 때는 차이점이 없습니다. 그러나 ADC가 한번에 신호의 파형점을 충분이 레코드에 채울 수 있을만큼 빠르게 샘플링할 수 없는 경우에만 영향이 있습니다.

이제까지 알아두어야 할 가장 기본적인 제어 기능들에 대해 설명했습니다. 그러나 이 외에도 다양한 기능들이 오실로스코프에 있을 수 있습니다. 그러한 것중 몇 가지는 다음과 같은 것입니다.

• 측정 커서

• 수학적 조작이나 데이터 입력을 위한 키패드(Key pad)

• 프린트 기능

• 오실로스코프를 컴퓨터에 연결시키는 인터페이스

기타 다른 기능들은 각각의 오실로스코프 설명서를 참조하시기 바랍니다.