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수직 해상도라는 개념은 디지털 오실로스코프를 이용해 아날로그 신호를 측정할 때 첫 번째 단계로, 프로브가 수신한 아날로그 신호를 ADC(아날로그-디지털 변환기)를 통해 디지털 신호로 변환하는 것입니다. ADC의 해상도는 오실로스코프의 수직 방향에서의 샘플링 정확도를 직접 결정합니다.예를 들어 ADC가 8비트라면, 수직 방향의 신호는 00000000~11111111까지 총 2의 8제곱, 즉 256개의 구간으로 나눌 수 있습니다.모듈레이션 컨버터의 수직 해상도란, 디지털 오실로스코프의 수직 해상도와 같은 것으로, 오실로스코프가 입력된 전압을 디지털 값으로 변환하는 정확도를 나타냅니다.디지털 오실로스코프가 표시하는 수직 해상도는 무엇에 의해 결정되며, 우선순위는 다음과 같습니다: 1. 프론트엔드 ADC의 해상도 2. 디스플레이 해상도: 이는 처리된 신호 중 얼마만큼을 표시할 수 있는지를 결정합니다.예를 들어, ADC는 수직 방향으로 256단계를 표시할 수 있지만, 디스플레이의 해상도가 수직 방향으로 240개의 픽셀에 불과한 경우, 일부 점들은 하나의 픽셀로 합쳐져서 표시됩니다.3. 보간 알고리즘: 실제 오실로스코프에 표시되는 픽셀 점들이 모두 실제 샘플링을 통해 생성된 것은 아니며, 일부는 보간 알고리즘을 통해 계산된 가상의 점입니다. 우수한 보간 알고리즘을 사용하면 보간된 점과 실제 점의 차이가 비교적 작아집니다.수직 정밀도는 동일한 오실로스코프를 사용하여 다른 수직 설정값에서 동일한 신호를 측정할 때, 얻어지는 측정 결과가 종종 다르게 나타납니다.예를 들어 2V의 사각파 신호를 측정할 때, 수직 스케일이 2V인 경우 진폭은 1.960V로 측정될 수 있습니다.https://pic1.zhimg.com/80/v2-c2ca68a39b3dc49b0d846b2499e4c084_720w.jpg 수직 게인이 500mV일 때, 진폭은 1.980V로 측정되었습니다.https://pic2.zhimg.com/80/v2-4fb1606003ba7c3657366ad7718f6989_720w.jpg 왜 이런 걸까요?이는 수직 해상도와 관련된 문제이기 때문입니다. 만약 수직 분해능이 500mV/div라고 가정할 때, 오실로스코프의 수직 방향에 10개의 칸이 있다면, 그 수직 해상도는 ADC의 해상도에 의해 결정됩니다. 즉, (500mV * 10) / 256 = 19.531mV가 되며, 이는 ADC가 19.531mV보다 작은 전압 신호를 구분할 수 없다는 것을 의미합니다.동일한 신호를 측정할 때, 수직 분해능이 2V/div인 경우 ADC가 구분할 수 있는 신호의 값은 (2000mV*10)/256=78.125mV입니다. 이 값보다 낮은 전압의 신호는 측정할 수 없습니다. 즉, 디지털 측정 장비에는 항상 데이터 수집 과정에서 발생하는 양자화 오차가 존재합니다. ADC의 비트 수가 높을수록 양자화 오차는 줄어들지만, 완전히 제거될 수는 없습니다.따라서 파형을 측정할 때는 파형이 오실로스코프 화면을 가득 채우도록 하는 것이 좋습니다. 이는 수직 정밀도를 높여 측정 결과를 더욱 정확하게 만들기 위함입니다.https://pic1.zhimg.com/80/v2-ee2f37c4fc842d5f21b600c24f94753c_720w.jpg 알고리즘을 변경함으로써 해상도를 향상시킬 수 있습니다. 디지털 오실로스코프의 ADC 비트수가 높을수록 수직 해상도도 높아지며, 이 해상도는 하드웨어에 의해 결정되므로 일단 정해지면 변경할 수 없습니다.하지만 오실로스코프의 전체 시스템에서 얻어지는 유효 자릿수에 의한 해상도는 앞서 언급한 것과 다르며, 우리는 소프트웨어를 통해 해상도를 높일 수 있습니다.https://pic2.zhimg.com/80/v2-9f6926ed3b6a2580a91e9f60a2a2d3fd_720w.jpg 현재 대부분의 오실로스코프에서 ADC 샘플링 후 해상도를 높이는 데 가장 일반적으로 사용되는 방법은 “평균화” 기법입니다.https://pic4.zhimg.com/80/v2-9d71cf8afabbe680a900c9c0e22722d7_720w.jpg 평균 샘플링 방식에서는 먼저 평균 횟수 N을 설정할 수 있으며, 그 후 오실로스코프는 수집된 N개의 파형들을 트리거 위치에 맞춰 정렬한 뒤 이를 평균하여 최종적으로 하나의 평균된 파형을 얻어냅니다.https://pic1.zhimg.com/80/v2-bad51e62c119a27c28699819256d313c_720w.jpg 이러한 샘플링 방식은 무작위 잡음을 줄여주면서도 대역폭을 손실시키지 않습니다. 그 결과 오실로스코프의 해상도가 향상됩니다. 하지만 평균 모드의 경우 변화하는 파형에 반응하는 데 오랜 시간이 걸리므로, 더 높은 해상도를 얻기 위해 오실로스코프의 속도가 희생됩니다. 또한 그 처리 방식의 특성상, 이 방식은 주기적인 신호에만 적용될 수 있습니다. 요약하자면, 오실로스코프 화면의 수직 방향 해상도는 본래 제한적이며, 또한 고주파 신호를 측정할 때 그 진폭 자체가 정확하지 않습니다. 최고 주파수에서는 30%에 달하는 오차가 발생하기도 합니다. 게다가 수직 해상도가 너무 높으면 아날로그-디지털 변환 시간이 길어져 샘플링 속도에 영향을 미치고, 이는 다시 대역폭에도 악영향을 미쳐 결국 득보다 실이 많습니다.일반적인 오실로스코프의 수직 해상도는 8비트이며, 고해상도 오실로스코프의 경우 12비트에 달합니다. 만약 오실로스코프의 아날로그 회로 자체의 정확도가 향상되지 않는다면, 단순히 ADC의 해상도만 높이는 것은 의미가 없습니다.전압의 정확도를 중요하게 생각한다면 멀티미터를 사용해야 합니다. 오실로스코프의 주된 기능은 파형의 형태를 관찰하는 것이며, 측정 정확도는 일반적으로 2% 이내입니다. 이러한 정확도라면 대부분의 응용 분야에서 충분히 유용하게 활용될 수 있습니다.