최근 수정 시각 : 2020-02-25 22:01:12

오실로스코프

Oscilloscope
파일:아날로그오실로스코프_흥창.jpg 파일:external/www.pd.infn.it/MSO4104.jpg
아날로그 방식[1] 디지털 방식[2]
1. 개요2. 작동 방식
2.1. 아날로그 방식
2.1.1. Readout 디스플레이
2.2. 디지털 방식
2.2.1. 아날로그 결합형2.2.2. PC 오실로스코프
3. 작동 모드4. 특징
4.1. 디지털 한정
5. 기타

1. 개요

파동과 같은 주기적인 변화(oscilation)를 시각적으로 보여주는 장비로, 특히 전압의 변화를 신호로써 시각적으로 표시해주는 장치.[3]

대표 제조사로 로데슈바르즈, 텔레다인르크로이. 텍트로닉스, 키사이트테크놀로지스[4], 요꼬가와전기, 플루크,Goodwill Instek(굿윌 인스텍), Rigol(리골), Siglent(시그런트), 오원, 피코스코프(PC 기반 오실로스코프), 한텍 등이 있다.
트리거가 가능한 최초의 오실로스코프는 텍트로닉스사에서 1945년에 만들어졌으며 오늘날의 디지털 오실로스코프는 HP(Keysight 사의 전신)에서 1984년에 최초로 개발이 되었다. 1990년대에 두 회사는 전세계 오실로스코프 시장에서 치열하게 경쟁하였고, 시장 점유율 1위는 텍트로닉스사가 차지했으며 1994년 부터 텍트로닉스도 디지털 오실로스코프를 생산하기 시작하여 오늘에 이르고 있다. 지금도 점유율 경쟁은 계속되고 있다.

우리나라도 오실로스코프를 제작했다. GoldStar(...), LG, EZ 같은 곳에서 많이 만들어서 시판했었다. 게다가 지금 오래된 공고나, 대학 등지에서는 아직도 그 시절의 오실로스코프가 굴러다니고 있고 중고로도 물량이 많이 풀려져 나오는 편. 현재는 Protek[5]등의 국산 계측기 기업이 존재한다.

2. 작동 방식

작동 방식으로 구분하면 크게 아날로그 방식과 디지털 방식 두 가지가 있으며, 여기에 추가 기능을 덧붙이기도 한다.
이때 작동 방식은 화면의 종류나 인터페이스를 보고 판단하는 것이 아니라, 오실로스코프가 신호를 어떻게 처리하는지에 따라 종류를 구별한다.[6]
CRT화면의 디지털 오실로스코프를 보고 아날로그라 하던지, 화면에 숫자가 표시된다고 해서 무조건 디지털 오실로스코프라고 착각하는 경우가 잦은 듯 하다.[7]

2.1. 아날로그 방식

아날로그 방식은 쉽게 말하면 브라운관 텔레비전. 전자빔의 방향조절에 측정대상인 전압을 사용(그대로 혹은 증폭)하는 것이다. 입력신호에 대해선 시간축의 경우엔 자동으로 움직인 후 화면 끝에 다다르면 처음으로 돌아간다. 때문에 측정 대상의 주기에 측정단위를 잘 맞춰야 한 주기가 끝나면 처음으로 돌아가 궤적 위에만 궤적이 계속 겹치게 만들어 깔끔한 그래프를 얻을 수 있으며, 그렇지 않으면 주기적으로 끊기지 못해 보기가 엄청나게 더러워진다. 전자빔의 세기를 조절해 화면의 밝기도 조절할 수 있는데, 아슬아슬하게 보이는 수준의 밝기로 해야 '번지는' 것을 최소한으로 해 정확한 측정값을 얻을 수 있다. 이처럼 디지털에 비해서 따질 것이 많지만 가격이 싸다. 중고로 2만원-10만원대로 저렴한 가격에 구할수가 있어 초심자들에겐 제격이다.[8] 하지만 중고로 잘못 구하면 고철덩이가 올 수도 있으니 직거래로 직접 만나서 작동 여부를 확인해보는 게 좋다. 다른 장점으로 밝기 변화 관찰과 정해진 주파수보다 높은 주파수도 대강 표시 가능하다는 장점이 있다. 물론 최고급 디지털 오실로스코프는 모두 갖고 있다. 가격은 안드로메다행

2.1.1. Readout 디스플레이

파일:아날로그오실로스코프_Readout.jpg

일부 고급 아날로그 오실로스코프는 Readout 디스플레이[9] 기능을 가지고 있는데, 간단히 말하면 전자 눈금이라고 할 수 있다.
일반 아날로그 오실로스코프는 화면에 파형만 표시되기 때문에 사용자가 화면의 눈금 칸수를 세고 조정 노브의 값과 곱해서 매번 측정해야 하지만, Readout 디스플레이는 화면에 눈금을 그려주고 계산도 알아서 해주기 때문에 사용자는 눈금만 움직여서 화면에 표시되는 측정값을 읽을 수 있는 방식이다. 그러나 작동방식은 여전히 아날로그이기 때문에 적절한 손놀림(?)을 이용해서 눈금이 신호에 맞게 잘 조정해야 한다.

앞전에 이 문서의 아날로그 오실로스코프 대표사진이 이런 방식이어서 디지털 방식과 많은 혼란을 유발하였다. 자세한건 문서 역사를 참고하자.

일부 중고급형 아날로그 오실로스코프는 숫자 표시를 갖춘 딜레이 노브를 갖고 있는데, 이를 이용하면 Readout 디스플레이까지는 아니더라고 비교적 편하게 주파수를 측정할 수 있다.

2.2. 디지털 방식

디지털 오실로스코프는 측정 대상 신호가 아날로그-디지털 변환회로를 거쳐 데이터로 바뀌고, 이것을 화면에 표시하는 방식이다. 디지털 오실로스코프의 경우 포켓형(휴대형이지만 저성능의 작은 모델들), 일반 휴대형부터 거치해서 쓰는 일반형까지 브라운관 구조가 굳이 필요없어 크기에서 아날로그 오실로스코프에 비해 상대적으로 작고 자유로운 편이다. 또한 수치적인 값을 눈금을 읽고 판단하는 게 아니라 장비에서 직접 알려주는 등 여러 면에서 편리하기에 디지털 방식이 점점 더 많이 쓰이는 추세이다.
하지만 샘플링 주파수보다 높은 주파수를 측정하면 아날로그 방식[10]과 달리 파형이 마구 꼬이는데, 이게 실제 파형이라 착각하면 큰 실수를 하게 될 수도 있으니 주의하자. 신호 측정이 정해진 주파수에서 한번씩 측정해서 발생하는 문제이며, 이를 에일리어싱이라 부른다.(디지털 문서 참조)
따라서 저가형 모델로 아날로그 회로를 측정하게 될 경우 디지털, 아날로그 모두 사용하는 게 좋다고 한다.

소프트웨어적 확장성이 뛰어나 오실로스코프 이상의 여러 가지 기능을 탑재하고 있다. 가장 흔한 기능은 로직 분석기나 FFT기능[11]이며 이외에도 터치스크린이나 신호 저장,생성능력이나 멀티미터[12]데이터로거 등등의 별의 별 기능이 달려나온 경우가 많다. 다만 이들 기능 전부다 전용 기기를 사용하는것보다는 못한 수준이다.[13]

한편, 을 탑재한 사례도 있다. 애질런트 테크놀러지 제품이고 플로피 디스켓을 저장장치로 사용하는 것으로 보아서 2000년대 초반에 사용되던 물건으로 보인다.
생각해보면 못 돌릴 이유도 없다. 영상 속의 제품은 운영 체제로 윈도우 95을 쓰고 있는 컴퓨터다. 이 시기에는 CPU가 지금처럼 발달하지 않았기 때문에 디지털식 오실로스코프를 구동하려면 기기 자체의 컴퓨팅 파워가 상당히 뛰어나야 했다. 따라서 내장 HDD나 FDD를 통해서 둠 구동이 가능하다. 전원을 켤 때도 아메리칸 메가트랜드 로고가 나오는 제품이다. 지금은 약 100만원 정도에 구매 가능.

2.2.1. 아날로그 결합형

CRT 화면을 사용하는 일부 디지털 오실로스코프는 부분적으로 아날로그 방식을 같이 사용하기도 한다. 예를 들어 신호 표시는 아날로그로 하고 측정은 디지털 방식으로 해주거나[14], 후술할 XY모드만 아날로그 방식을 사용하고 나머지는 전부 디지털로 측정해주거나 등등이 있다.

2.2.2. PC 오실로스코프

파일:디지털오실로스코프_PC스코프.jpg

디지털 오실로스코프로 대세가 바뀌게 되면서 PC 와 연결하여 사용하는 여러 PC Scope 제품군들이 나오게 되었다. 작은 포켓박스에 BNC 커넥터만 여러개 달려있으나, 벤치형 스코프에 들어갈 LCD나 노브들, 외장, 파워서플라이등의 비용들이 모두 성능에 몰빵하게 되므로 오히려 같은 가격대에서는 PC Scope 가 일부 스펙에서 더 우월한 경우가 있다. 다만, 소프트웨어 지원이 중요하기 때문에 이 점을 유의해서 브랜드를 골라야 한다.
형태가 자유로워 프로브와 일체화시킨 펜타입 오실로스코프를 팔기도 한다.

3. 작동 모드

일반적으로는 시간에 대해 표시한 전압값 화면이 잘 알려져 있으나, 다른 방식도 사용 가능해서 2개 이상의 전압을 측정하여 한 값에 대해 다른 값을 표시할 수도 있다. 다르게 말하면 xy평면에서 x값을 넣으면 y값이 나오는 것과는 달리, x값과 y값을 모두 지정하여 표시하는 것과 같은 방식이다. 이를 XY모드라고 하며, 리사쥬 도형을 관찰하거나 라디오 튜닝 등에 쓰인다.
요즘은 여러 가지로 잘 갖고놀아서 비주얼과 사운드를 모두 포함하는 음악을 만들어 표시하거나[15]#아예 앨범도 있다, 퀘이크를 플레이하거나#[16], 전자현미경 모니터로 써먹는등(!!!)#[17] 정말 다양하다.

4. 특징

오실로스코프는 제품마다 측정할 수 있는 주파수 범위가 있는데, 작게는 200kHz 부터 10GHz 를 넘는 것까지 다양한 제품이 있고, 당연히 측정할 수 있는 주파수 범위가 클 수록 가격은 안드로메다로 날아가는 것을 볼 수 있다. (특히 디지털 오실로스코프)

당연하지만 V=IR에 따라서 전류의 파형도 관측이 가능한데, 션트저항 또는 전류 프로브를 사용한다. 전류의 변화만 측정하려면 션트저항으로도 충분하겠지만, 한 신호의 전압과 전류를 둘 다 측정하려면 전류 프로브를 사용해야 한다.

4.1. 디지털 한정

어떤 신호를 측정하고자 할때는 주기성을 확인할 수 있도록 최소한 측정신호의 2~5배의 주파수가 측정가능한 오실로스코프를 사용해야 한다. 아날로그는 측정 신호의 주파수까지 측정이 가능하다면 별 상관 없는 듯 하다.[18] 만약 디지털 오실로스코프로 측정 주파수 범위 이상의 주파수를 측정하려고 하면 샘플링 주기에 따라 주파수가 왜곡되는 모습을 보여준다.[19]

이 외의 특징 한가지로는 ADC 분해능(해상도)이 있다. 보통 대게 8bit 의 해상도를 가지고 있는데 이는 한 화면에 2^8 인 256 단계로만 수직축(전압)을 나눌 수 있다는 것인데, ADC 의 성능이 12bit 만 되어도 4096 단계로 표현이 가능하기 때문에 정지-확대시 파형의 디테일이 엄청난 차이가 발생하게 된다. 12bit 이상을 지원하는 제품부터는 가격이 최소 수백만원대로 올라가게 된다.[20] 이 해상도가 가지는 장점은 파형을 더 자세히 관찰하고 더 자세히 분석할 수 있는 이점을 준다.

5. 기타

전기,전자 계열에서 공통적으로 많이 쓰이는 장비는 오실로스코프와 멀티미터이다.[21] 그 외에 전공에 따라 논리 분석기[22], 스펙트럼 분석기, 전력 분석기 등이 많이 쓰인다.

컴퓨터 쪽에서는 파워서플라이의 뻥파워 여부를 측정하거나 공유기에 OpenWRT를 올리기 위해 각종 단자를 확인하는 등 다양한 용도로 쓰인다.


[1] 사진은 국내에서 흔히 볼 수 있었던 (구)흥창 오실로스코프이다. 회사명을 바꾼 현재에도 아날로그 오실로스코프 라인업이 남아있다.[2] 구형파 신호(네모꼴)의 경우에는 디지털 신호를 측정한 것으로 사진의 오실로스코프는 아날로그 채널뿐만 아니라 별도의 디지털 신호도 동시에 측정할수 있는 혼합시그널 오실로스코프이기 때문이다.[3] 파동과 관련 정보를 보여주는 장치.[4] 애질런트 테크놀로지에서 분사했다.[5] 구 흥창. 아날로그 오실로스코프로도 유명했던 기업이고 지금도 아날로그 오실로스코프를 만드는 기업중 하나이다.[6] 아날로그 오실로스코프는 CRT 화면 밖에 없지만 디지털 오실로스코프는 CRT, LCD 모두 가능하다.[7] 후술할 Readout 디스플레이 기능을 갖춘 아날로그 오실로스코프일 가능성이 있다.[8] 디지털도 3만원대부터 저가형 모델이 존재하지만 가격대비 측정 주파수는 비교불허(...) 그나마 장점이 있다면 그나마 디지털 형이라고 주파수나 전압 측정치 출력기능이 딸려있어서 일일히 계산할 필요 없다는정도.[9] 그냥 Readout 이라고만 줄여쓰기도 한다.[10] 파장이 점점 작아지다 없어진다.[11] 고속 푸리에 변환. 말 그대로 신호에 대한 푸리에 분석결과를 띄워주며 스펙트럼 분석기와 같은 역할을 할수있게 된다.[12] 일반적으로는 멀티미터에 오실로스코프가 달려나오는 형태인 경우지만 간혹 가다가 오실로 스코프 분류로 넣은 경우도 있다. EX:키사이트(애질런트).[13] 다만 아예 진짜로 별도의 모듈로 붙여놓게만든 추가기능들의 경우에는 진짜 전용기기수준의 성능을 보여주기도 한다. EX:텍트로닉스 MSO 제품군[14] 앞전의 Readout 디스플레이는 사용자가 파형을 보고 눈금을 움직여야만 측정이 가능하지만, 디지털 방식은 컴퓨터가 파형을 처리하여 주파수 등을 전부 자동으로 계산해준다.[15] 그냥 들어보면 좀 투박한 전자음악같이 들리지만, 오실로스코프에 좌우 채널을 입력시키면 음악에 내재된 비주얼을 관찰할 수 있다. 비주얼 쪽을 신경써서 거의 뮤비급으로 만드는 경우도 있다![16] 특별할 것도 없는 것이, CRT이므로 X-Y 신호만 입력해주면 동영상도 표현 가능하다. 다만, 일반 CRT TV와는 형광물질도 다르고, 초록형광 뿐이라...[17] 화면의 밝기 변화는 오실로스코프 뒷면의 Z축 입력 포트를 이용한 것이며, 평범한 시간축 모드에서도 사용 가능하다.[18] 물론 사인파 한정이다.[19] 일반적으로 사인파 측정시에 사인파가 뜬금없이 계단으로 각진 형태로 나오는 경우가 대표적인 예시다.[20] 사실 파형 분석에 8bit이상은 그냥 있으면 좋고 없으면 말고 식이라 모든 고급형 오실로스코프가 12bit이상인건 아니다. 저가형중에도 12bit해상도인 대신에 주파수가 고자인 경우도 있고 몇천만원짜리 최고급형 오실로스코프인데 8비트 분해능인 기기도 있다. 일반적으로 초고주파수 대응 오실로스코프가 ADC분해능이 낮은 경우가 많은대 대표적인게 키사이트 인피니움 라인업으로 이쪽은 적절히 타협을 봐서 10비트 분해능을 가진다. 그리고 아예 저주파수에서 분해능을 상승시킬수 있는 모드가 있는 회사도 있다.[21] 디지털일 경우 DMM (digital multimeter). 전압, 저항, 전류를 모두 측정가능한 장비.[22] logic analyzer. 통신신호를 분석해서 데이터로 변환해주는 기계.