오실로스코프로 다양한 유형의 신호를 측정하려면 어떤 샘플링 속도가 필요합니까?
프로브를 통해 오실로스코프에 신호를 입력합니다. 측정된 신호가 오실로스코프 프런트 엔드에 있는 증폭, 감쇠 및 기타 신호 조정 회로를 통과한 후 고속 ADC 아날로그-디지털 변환기가 신호 샘플링 및 디지털 양자화를 수행합니다. 오실로스코프의 샘플링 속도는 입력 신호의 아날로그-디지털 변환입니다. 변환 중 샘플링 클록의 주파수는 일반인의 용어로 샘플링 간격입니다. 각 샘플링 간격마다 하나의 샘플링 지점이 수집됩니다. 예를 들어, 1GSa/s의 샘플링 속도는 오실로스코프가 초당 10억 개의 샘플링 포인트를 수집할 수 있다는 의미입니다. 이때 샘플링 간격은 1나노초이다.
실시간 오실로스코프의 경우 현재 실시간 샘플링 방법이 일반적으로 사용됩니다. 소위 실시간 샘플링이란 측정된 파형 신호에 대해 등간격으로 연속적인 고속 샘플링을 수행한 다음, 연속적으로 샘플링된 샘플 지점을 기반으로 파형을 재구성하거나 복원하는 것입니다. 실시간 샘플링 프로세스에서는 오실로스코프의 샘플링 속도가 측정되는 신호의 변화보다 훨씬 빠른지 확인하는 것이 매우 중요합니다.
그러면 얼마나 더 빨라지나요? 디지털 신호 처리의 나이퀴스트 법칙에 따르면 측정되는 신호의 대역폭이 제한되면 신호를 샘플링하고 양자화할 때 샘플링 속도가 측정되는 신호 대역폭의 두 배 이상이면 완전히 재구성되거나 앨리어싱 없이 신호에 포함된 정보를 복구합니다.
다음으로, 타임 톤을 더 작게 만들어 샘플링 속도를 더 크게 만듭니다. 신호 변화, 즉 2MSa/s와 10MSa/s를 관찰하기 위해 샘플링 속도가 신호 주파수의 2배와 10배가 될 때까지 샘플링 속도를 조정하겠습니다. 아래 그림의 왼쪽 신호는 샘플링 속도가 2MSa/s입니다. 신호의 주파수가 다시 1MHz로 변경된 것을 볼 수 있는데, 이는 신호의 정확한 주파수 값입니다. 하지만 원래의 사인파는 삼각파가 되어 파형이 왜곡되었습니다. 샘플링 레이트를 10MSa/s로 변경하면 아래 그림의 오른쪽 신호가 점점 사인파에 가까워지는 것을 볼 수 있지만 여전히 그다지 아름답지는 않습니다.
