박스형 오실로스코프와 모듈형 오실로스코프의 차이

상승 시간 측정, 신호 주기 측정, 피크-피크 전압 파악 등 측정의 형태를 막론하고 오실로스코프는 지난 50년 이상 테스트 및 계측 분야에서 매우 중요한 역할을 해왔습니다. 오실로스코프는 테스트 벤치에서 랙 앤 스택 자동화 테스트 시스템에 이르기까지 다양한 어플리케이션의 핵심입니다. 어플리케이션의 요구사항과 기술이 진화하면서, 오실로스코프는 초기 발명 당시의 모습과 상당히 달라졌으며 종류도 다양해졌습니다.

새로운 시스템들이 디지털 오실로스코프를 사용하여 원하는 성능을 구현하게 되면서 오실로스코프의 스펙과 기능 자체도 바뀌었습니다.

 

전통적인 박스형 오실로스코프를 모듈형 오실로스코프로 대체하는 것을 고려해본 적이 없다면, 다음 질문을 살펴보십시오.

• 여러 계측기를 결합하여 원하는 채널 카운트를 확보할 때 얼마나 많은 공간이 필요합니까?
• 박스형 오실로스코프가 얼마나 빨리 노후화됩니까?
• 측정 관련 요구사항이 얼마나 자주 변경됩니까?

 

그림 1. 모듈형 오실로스코프로 가득한 18슬롯 PXI Express 섀시가 있는 모듈형 측정 시스템입니다.

 

모든 기능을 활용하면서도 중복을 없애고 공간을 절약하기

오실로스코프의 내부 구성요소는 몇 가지 핵심 영역으로 압축할 수 있습니다. 가장 중요한 것은 특정한 주파수에서 원하는 해상도로 샘플을 수집하여 신호를 디지털화하는 데이터 변환 기술입니다. 이 핵심 기술의 정확도가 떨어진다면 측정 결과는 아무런 의미가 없습니다. 또한 변환기 전에 신호 컨디셔닝을 통해 변환기의 성능을 최적화해야 합니다. 신호 컨디셔닝을 통해 신호를 증폭, 감쇠, 필터링, 커플링할 수 있기 때문에 가장 정확한 측정치를 얻을 수 있습니다. 측정을 실시한 다음에는 데이터를 변환기에서 메모리로 옮겨 처리하거나 표시해야 합니다.
 

이러한 핵심 영역은 오실로스코프의 가치를 정의합니다. 그 외에는 박스형 오실로스코프를 독립형 장비로 사용하기 위한 구성요소(프로세서, 화면, 전원 공급 장치, OS 등) 또는 제어를 위한 구성요소(버튼, 노브, on/off 스위치 등)가 있습니다. 벤치톱에서 사용하는 계측기가 하나의 오실리스코프뿐이고 수동으로 조작하려고 하는 경우에는 아무런 문제없이 기술을 효율적으로 활용할 수 있습니다.
 

그러나 오실로스코프 두 개부터는 중복되는 부분이 생기기 마련입니다. 대부분은 태스크를 수행하기 위해 프로세서, 스크린, 전원 공급 장치가 두 개씩 필요하지 않습니다. 이유도 없이 왜 많은 공간을 차지할까요? 이 중복은 랙 앤 스택 시스템을 만들 때 빠르게 증가합니다. 이러한 사례를 검토해보면 실제로 구동 중인 양산 테스트 시스템을 수동으로 조작할 일은 거의 없기 때문에, 사용하지 않는 구성요소 때문에 랙을 낭비하지 마십시오.

 

그림 2. 5개의 기존 박스형 인스트루먼트 스택(왼쪽)과 여러 인스트루먼트가 있는 PXI 기반 시스템(오른쪽)을 나란히 비교했습니다.

 

모듈형 오실로스코프는 오실로스코프의 핵심 기능(아날로그-디지털 변환기(ADC), 프런트엔드 컨디셔닝, 메모리/데이터 인터페이스)만 선별하여 카드 모듈형 포맷으로 구현한 것입니다. 크기를 최소화하기 위해 공유 PC 기술을 사용하여 박스형 오실로스코프의 다른 구성요소를 보완합니다. 이렇게 되면 중복된 부분 없이 어플리케이션의 요구사항에 따라 여러 개의 모듈형 오실로스코프를 추가할 공간을 확보하게 되며 전반적으로 공간이 절약됩니다.

 

 그림 3. 68채널 PXI 기반 오실로스코프 시스템은 단일 프로세서와 전원 공급 장치를 사용합니다.

 

시스템에 최신 기술 적용

오실로스코프 내에 구현된 모든 기술이 같은 속도로 발전하는 것은 아닙니다. 예를 들어 ADC의 경우에는 오실로스코프를 구매하는 시점에 최신 기술이 반영되어 있을 가능성이 크고, 최소한 몇 달 정도는 그런 상태가 유지됩니다. ADC의 앞단에 있는 신호 컨디셔닝도 마찬가지입니다. 그러나 프로세서, 메모리, 디스플레이 등을 비롯한 PC 관련 구성요소를 생각해 보십시오. 이들은 며칠, 몇 주만 지나도 구형이 되어버립니다. 프로세서 집약적인 작업을 수행할 때 계측기에 최소한 스마트폰과 비슷한 성능의 프로세서가 장착되어 있어야 하지 않을까요? 5~10년 전에 박스형 오실로스코프를 구입했다면 그렇지 않을 가능성이 높습니다.
 

오실로스코프에서 가장 프로세서를 집중적으로 사용하는 작업의 예라면 지터 측정을 꼽을 수 있습니다. 지터 측정이 왜 그렇게 오래 걸리는지 생각해본 적이 있으십니까? 박스형 계측기 내부의 프로세서가 10년 이상 된 것이고 새로운 박스형 오실로스코프를 구매하지 않는 이상 쉽게 업그레이드가 불가능하기 때문입니다, 똑같은 측정 기술이 구현되어 있지만 보다 현대적인 프로세서와 버스 기술이 갖춰진 모듈형 오실로스코프를 사용하여 해당 측정을 수행하면 측정 시간을 10배 단축할 수 있습니다. 프로세싱 기능을 다른 PC에 오프로드한다 하더라도, 박스형 오실로스코프로는 이러한 개선이 불가능합니다. 통신 버스는 데이터를 전송할 때 GPIB 또는 이더넷처럼 대역폭이 낮고 지연 시간이 깁니다. 이러한 경우 적절한 측정 기술을 오래된 PC 기술에 결합하는 셈이므로 측정 시스템의 속도가 느려집니다.
 

모듈형 오실로스코프를 사용할 경우, 시스템 컨트롤러를 업그레이드하면 분석 시간을 단축할 수 있습니다. 속도를 개선해야 할 경우 최신 Xeon 프로세서 중 하나를 사용하여 데이터를 분석합니다. 반면 시스템 비용을 절감하고자 한다면 경제적인 보급형 PC를 선택합니다. 이렇게 하면 요구사항에 맞게 시스템 성능을 정의할 수 있게 되므로 더 이상 제조업체의 사양에 구애받을 필요가 없습니다.

그림 4. PXI 모듈형 플랫폼을 사용할 때 인텔의 제온 프로세서와 같은 최신 기술을 테스트 시스템에 직접 통합하십시오.

 

어플리케이션에 적합한 고유 기능 선택하기

어플리케이션에 필요한 측정 요구사항은 다양합니다. 하지만 전체 어플리케이션이 같은 경우는 드뭅니다. 박스형 오실로스코프가 제공하는 측정 기능을 사용하여 수동으로 측정하려는 경우, 기존의 솔루션만으로도 충분합니다. 그러나 당장 내일은 그렇지 않을 수도 있습니다. 그때는 어떻게 해야 할까요?
 

모듈형 오실로스코프를 사용하면 소프트웨어를 통해 계측기가 정의되며, 소프트웨어를 설정하는 것은 사용자 자신입니다. 앞에서 언급한대로, 오실로스코프에서 실제로 필요한 기능은 ADC, 프런트엔드, 그리고 메모리나 데이터 버스입니다. 기존의 박스형 오슬로스코프에 탑재된 소프트웨어는 제품을 턴키로 개발한 사람들이 작성한 것입니다. 이 소프트웨어를 PC에서 사용할 수 있는 경우도 있지만 그렇지 않은 경우도 많으며, 이 결정은 제조업체가 내리는 것입니다.

이 소프트웨어를 사용하려면 계측기에 데이터 연결을 해야 하는데, GPIB나 이더넷을 통한 느린 데이터 전송 속도를 고려하면 제대로 새로고침이 되지 않을 수도 있습니다.
 

가장 빠른 PC 버스(PCI Express)를 통해 연결된 모듈형 오실로스코프를 사용할 경우, 환경에 있는 모든 데이터를 원하는 위치에 받아 조정할 수 있습니다. 

그림 5. PCI Express Gen 3 기술을 기반으로 하는 NI 고성능 섀시 백플레인의 후면입니다.

 

NI LabVIEW 시스템 설계 소프트웨어에서는 간단한 예제 프로그램이나 박스형 오실로스코프 모델과 비슷한 느낌을 주는 소프트 프런트패널을 사용하여 이런 작업을 수행할 수 있습니다. 

그림 6. 소프트웨어에서 기존 계측기의 노브와 버튼을 모방한 NI PXI 오실로스코프의 소프트 프런트패널입니다.

 

최신 모듈형 오실로스코프를 사용하면 계측기의 내부로 들어가서 데이터의 패키징 방법을 수정하거나 알고리즘을 데이터 스트림에 삽입하여 성능을 향상시킬 수도 있습니다. 사용자가 작성하는 소프트웨어대로 계측기가 작동하며, 그 결과 사용자가 수행하고자 하는 작업에 가장 적합한 계측기가 탄생합니다.

 

NI PXI 오실로스코프가 어떻게 기존 오실로스코프를 능가하는지 알아보기

자동화 테스트에 최적화되어 있어 기존 오실로스코프의 테스트 시간을 크게 단축하는 NI의 PXI 오실로스코프에 대해 자세히 알아보십시오. 이 영상은 PXI 오실로스코프와 다른 오실로스코프를 비교하여 두 디바이스의 데이터 전송 버스의 차이점과 이것이 어떻게 PXI 오실로스코프를 자동화 테스트에 가장 최적화된 디바이스로 만드는지를 보여줍니다. 웨이브폼 수집, 측정 및 오실로스코프 재구성에 대한 예제 테스트에서 PXI 오실로스코프의 성능과 이점에 대해 배우게 됩니다.

 

모듈형 오실로스코프로 교체하기

아날로그 오실로스코프가 디지털 오실로스코프로 대체되었던 것처럼, 박스형 오실로스코프 사용자들도 점차 모듈형 방식으로 전환하고 있습니다. 모듈형 오실로스코프는 박스형 계측기처럼 바로 사용할 수 있는 동시에, 변화하는 요구사항에 대응할 수 있도록 첨단 측정 및 채널 기능을 지원하는 플랫폼을 제공합니다.