[계측기 특집] 피코테크놀로지, 다양한 성능의 오실로스코프 시리즈 제공

[테크월드뉴스=이재민 기자] 영국의 피코테크놀로지(Pico Technology)는 1991년에 창립돼 고성능 전자 시험 기구를 제조하는 선도기업으로 30년 연속 성장해왔다. 피코테크놀로지만의 고유한 솔루션과 완전한 제품군은 엔지니어에게 물리적 계층에서 프로토콜 계층에 이르기까지 전체 설계 검증 테스트 주기를 망라하는 고성능의 비용 효율적인 도구를 제공한다.

피코테크놀로지 제품들은 기본적인 오실로스코프 기능 외에 AWG, FG, 로직 분석기, 스펙트럼 분석기, 직렬 프로토콜 분석기, 실시간 데이터로거 등의 기능이 하나의 장치에 내장됐다. 실시간 오실로스코프는 최대 16비트 ADC 해상도, 4G 초고밀도 메모리, 8개의 고해상도 채널, 차동 프로빙 등을 제공한다. 엔지니어들은 컴팩트한 25GHz 샘플링 스코프를 통해 TDR, 아이 다이어그램, 클럭 복구 등을 손쉽게 측정할 수 있다. 또한, CAN, SENT, I2C, FlexRey 등 21개 이상의 시리얼버스디코딩 측정도 가능하다. 이외에도 피코테크놀로지사는 개발자들을 위해 LabVie, MethLab, C, VB등의 다양한SDK를 무상으로 제공해 사용자들의 편의를 제공했다.

모든 소프트웨어는 무료로 업그레이드가 가능하며 제품에 대해 5년 워런티를 보장한다.

차동 측정의 새로운 표준 ‘PicoScope 4444’
피코스코프(PicoScope) 4444는 고분해능 차동 USB 오실로스코프다. ▲4개의 진성 차동 입력 ▲12~14비트 분해능 ▲넓은 차동 ▲공통 모드 전압 범위를 제공해 다양한 응용 분야에서 세밀하게 측정할 수 있다. 9핀 D-타입 커넥터는 진성 차동 프로브 인터페이스를 제공해 PicoScope 6 소프트웨어에서 프로브를 자동으로 식별하고, 적절한 디스플레이를 설정한다.

차동 측정을 수행하는 이유
일반적인 접지 기준 스코프를 사용해 다양한 측정을 수행할 수 있지만, 이런 측정이 적용되지 않는 몇 가지 경우가 있다.

공통 모드 전압은 프로브 시스템에서 두 측정 단자에 균등하게 적용되는 불필요한 신호다. 위의 회로는 측정하고자 하는 VSIG의 총 출력을 생성하는 AC/DC 컴포넌트가 포함된 신호 소스(자주색)로 구성된다. 그러나, 회로에는 공통 모드 전압 VCM에 더해지는 AC/DC 컴포넌트가 있는 불필요한 전압 소스(녹색)도 포함된다. 이 상황은 증폭기와 전원 공급 장치에서 하이사이드 드라이버를 프로브하는 경우와 같이 흔히 발생한다.

[그림 1]에 표시된 대로 싱글 엔드 스코프를 사용해 이 회로를 프로브하면 디스플레이에서 파형(VSUM)이 왜곡된다. 프로브 접지를 VSIG의 음극 단자에 연결할 수 없다. 이렇게 하면 오실로스코프를 통해 접지하도록 VCM이 단락돼 회로가 오작동하거나 기기가 손상될 수 있다. 안전하게 VSIG를 검출하고, VCM을 무시할 수 있는 측정 시스템이 필요하다.

[그림 2]에 표시된 대로 해결 방법은 신호 소스의 양극과 음극 단자에 걸쳐 차동 스코프 입력을 연결하는 것이다. 차동 입력은 VCM을 측정하지 않고, VSIG만 측정해 VSIG가 오실로스코프 디스플레이에 표시된다.

두 지점이 모두 접지되지 않은 경우 차동 스코프는 양극과 음극 리드에 연결된 두 지점 사이의 AC 또는 DC 전압을 측정할 수 있다. 따라서 차동 스코프는 대지 전위보다 훨씬 더 높은 전압의 경우와 같이 싱글 엔드 스코프가 측정할 수 없는 경우에도 측정이 가능하게 된다. 결과 측정값은 프로브 간의 전위 차이에만 초점을 맞춘다.

PicoScope 4444의 차별성
PicoScope 444는 더 작고 가벼운 인터페이스 상자가 포함되거나 해당 상자가 없는 특별 설계된 수동형 전압 프로브를 사용한다. 고분해능과 딥 메모리 기능으로 동시에 여러 차동 측정을 수행할 수 있지만, 두 개 이상의 전원 소켓을 차지하지 않는다. 인텔리전트 프로브 인터페이스에서 프로브에 대한 PicoScope 디스플레이를 자동으로 구성해 사용자가 직접 조작할 필요가 없다. 또한, PicoScope 4444와 해당 액세서리는 기존 싱글 엔드 오실로스코프를 같은 수의 차동프로브와 결합하는 것에 비해 가성비가 좋고, 작고 편리하다.

고분해능의 진성 차동 측정
PicoScope 4444는 4채널 Pico D9 입력으로 진성 차동 측정이 가능하다. 전체 규모의 최대 입력 범위는 ±50V(Picoconnect 442 1000 V CAT III 프로브를 사용할 경우 ±1000V)이고, 최대 공통 모드 범위도 ±50V(Picoconnect 442 프로브를 사용할 경우 ±1000V)다. 대부분의 오실로스코프에서 일반적인 8비트 분해능보다 훨씬 더 좋은 12비트 또는 14비트 분해능에서 측정하도록 스코프를 설정할 수 있다.

[그림 3]은 8비트 PicoScope 2208B(왼쪽)와 12비트 모드 PicoScope 4444(오른쪽)에서 표시되는 톱니 간섭 패턴이 있는 사인 파형을 보여준다. PicoScope 2208B는 PicoScope 4444보다 더 큰 대역폭과 더 빠른 샘플링 속도를 제공하지만, 신호의 세세한 부분까지 확인되지 않는다. PicoScope 4444의 12비트 분해능은 수직 상세 정보만큼 16회를 제공하고, 256 MS의 향상된 딥 캡처 메모리는 더 큰 수평 분해능도 보여준다.

딥 메모리
PicoScope 4444는 256 MS의 큰 캡처 메모리를 제공해 긴 시간 기반에 걸쳐 높은 샘플링 속도를 지속할 수 있다. 12비트 분해능에서 실행하면 총 캡처 시간 500ms를 제공하는 최저 50ms/div까지 400MS/s 속도로 샘플링할 수 있다.

이 데이터를 모두 관리하고 검사할 수 있는 강력한 도구도 포함된다. 마스크 제한 테스트와 색 지속성 모드와 같은 기능뿐만 아니라 PicoScope 6 소프트웨어를 통해 파형을 몇 백만 배 확대할 수 있다. 확대·축소 개요 창에서 확대·축소 영역의 크기와 위치를 손쉽게 제어할 수 있다.

[그림 4]는 딥 메모리를 통해 NTSC 신호에서 개별 색 버스트를 확대하면서 신호의 정보를 보존하는 방식을 보여준다.

최대 1만 개 파형을 세그먼트화된 파형 버퍼에 저장할 수 있다. 버퍼 개요 창에서는 파형 기록을 되감고, 검토할 수 있다. 또한, 마스크 제한 테스트 실패를 확인할 수 있어 결함을 훨씬 더 쉽게 포착할 수 있다.

트레이스 길이가 스코프의 메모리보다 짧게 설정되면 PicoScope 4444는 자동으로 메모리를 순환 버퍼로 구성해 검토를 위해 최근 파형을 기록한다. 예를 들어 100만 개 샘플이 캡처된 경우 최대 250개 파형이 오실로스코프 메모리에 저장된다. 마스크 제한 테스트와 같은 도구를 사용해 각 파형을 스캔하고, 비정상 상태를 식별할 수 있다.

독특한 인텔리전트 프로브 인터페이스
D9 연결을 사용해 피코테크놀로지 프로브를 PicoScope 4444에 연결하면 PicoScope 6 소프트웨어가 이를 검출, 식별하고 필요한 경우 전원을 공급한다. 따라서 설정 시간이 단축되고, 배터리 팩과 전원 공급 장치에 대해 걱정하지 않아도 된다. 소프트웨어에서 자동으로 디스플레이를 설정하고 프로브에 맞게 제어한다.

프로브를 연결하거나 분리할 때마다 PicoScope 디스플레이의 오른쪽 아래 모서리에 알림이 표시된다.

신호 무결성
세심한 프런트 엔드 설계와 차폐로 노이즈, 누화, 고조파 왜곡이 감소한다. 향상된 대역폭 평탄도, 낮은 왜곡, 우수한 펄스 응답에서 피코테크놀로지가 수년간 쌓아온 오실로스코프 설계 실력을 경험할 수 있다. 피코테크놀로지는 제품의 동적 성능에 자부심을 가지고, 사양을 자세히 게시한다.

샘플러 확장 실시간 오실로스코프 ‘PicoScope 9400’
PicoScope 9400 시리즈(9404-16, 9404-05)는 실시간 샘플링, 등가 샘플링, 높은 아날로그 대역폭의 이점을 결합한 새로운 샘플러 확장 실시간 오실로스코프(SXRTO)다.

PicoScope 9404 시리즈 SXRTO는 고속 아날로그와 데이터 신호를 정확하게 측정하고 시각화하기 위해 업계 최고의 ADC, 타이밍, 디스플레이 해상도를 갖춘 최대 16GHz의 4개의 입력 채널이 있다. 이들은 22ps까지 펄스와 스텝 전이, 45ps 이하의 임펄스와 클럭, 11Gb/s의 데이터 아이를 캡처하는 데 이상적이다.

SXRTO는 등가 시간 샘플링(ETS), 지속성 디스플레이와 통계를 신속하게 구축한다. 모든 채널에 내장된 전 대역폭 트리거를 가지고 있으며 사전 트리거 ETS 캡처는 나이키스트 샘플링 속도보다 훨씬 높다. 실시간, ETS, 롤의 3가지 수집모드가 있으며 모두 12 비트 해상도에서 250KS의 공유 메모리로 캡처한다.

실시간 오실로스코프
PicoScope 9404 시리즈는 계측기의 지정된 아날로그 대역폭으로 일시적인 비반복 신호를 캡처할 수 있을 만큼 높은 샘플링 속도로 설계됐다. 신호를 정확하게 캡처하고 표시하려면 스코프의 샘플링 속도가 신호 대역폭의 2배 이상이어야 한다. 일반적인 고대역폭 실시간 오실로스코프는 샘플링 속도를 2배까지 초과해 주기당 최대 4개의 샘플을 달성하거나 최소 폭의 임펄스로 3개의 샘플을 달성한다.

등가 시간 샘플링(ETS)
실시간 오실로스코프가 나이키스트 한계에 근접하거나 이보다 높은 신호의 경우, ETS 모드로 전환할 수 있다. 이 모드에서 스코프는 많은 트리거 이벤트 각각에 대해 가능한 많은 샘플을 수집하고, 각 트리거는 재구성된 파형에서 더 많은 샘플과 세부 정보를 제공한다. 이런 샘플의 정렬에서 중요한 것은 각 트리거와 다음 샘플 클럭 사이의 개별적이고, 정확한 시간 측정이다.

많은 트리거 이벤트 후 스코프에는 원하는 시간 분해능으로 파형을 표시하기에 충분한 샘플이 있다. 이를 실효 샘플링 해상도라고 하며 ETS 이외의 실시간 모드에서 가능한 것보다 몇 배나 높다.

이 기술은 트리거 이벤트와 샘플링 클록 사이의 랜덤 관계에 의존하기 때문에 랜덤 타임 샘플링이라고 한다. 반복적인 신호에만 사용할 수 있고, 하나의 트리거 이벤트마다 거의 다른 신호다.

높은 샘플링 속도
ETS에서 PicoScope 9404-16의 최대 유효 샘플링 속도는 5TS/s, 타이밍 분해능은 0.2ps로 스코프의 실제 샘플링 속도보다 1만 배 높다.

PicoScope 9404-05의 최대 유효 샘플링 속도는 1TS/s로 실제 샘플링 속도보다 2000배 높다.

PicoScope 9404 SXRTO는 최대 16GHz의 아날로그 대역폭을 사용해 나이키스트의 기준을 충족하기 위해 32GS/s이상의 샘플링 속도를 필요로 하고, 이보다 더 큰 샘플링(약 80GS/s)을 요구한다. ETS를 사용해 PicoScope 9404 시리즈는 단일 사이클에서 312개의 샘플 포인트를 제공하고, 가장 빠른 전환 시간의 10~90% 사이의 풍부한 110개의 샘플을 제공한다.