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오실로스코프는 매우 다양한 용도로 사용되는 전자 측정 장비입니다.속담에, 전기는 보이지도 만질 수도 없다고 한다.하지만 오실로스코프는 우리가 전기 신호를 “보는” 데 도움을 주어, 다양한 전기 현상의 변화 과정을 연구하는 데 편리하게 해줍니다.따라서 오실로스코프의 핵심 기능은 그 이름에서 알 수 있듯이, 전기 신호의 파형을 표시하는 장비로서, 엔지니어들이 문제를 찾아내거나 시스템의 성능을 평가하는 데 사용됩니다.그리고 파형에도 여러 가지 정의가 있는데, 예를 들어 시간 영역이나 주파수 영역의 파형이 있습니다. 오실로스코프의 경우 대부분의 경우 전압이 시간에 따라 어떻게 변하는지를 측정하는데, 이것이 바로 시간 영역의 파형입니다.따라서 오실로스코프는 측정 대상 지점의 전압 변화를 분석할 수 있어, 다양한 전자 산업 및 분야에서 널리 활용되고 있습니다.일반적으로 우리 업계에서는 오실로스코프를 아날로그 오실로스코프와 디지털 오실로스코프로만 분류합니다. 다만 일부 제조업체들은 자사 오실로스코프의 특정 기능을 강조하기 위해 디지털 형광 오실로스코프와 같은 다른 이름으로 부르기도 합니다.그러나 그 본질적 원리는 여전히 이 2가지 오실로스코프 유형에서 벗어날 수 없다.시뮬레이션 오실로스코프는 초기형 오실로스코프에 속하며, 주로 음극선관(화면관이라고도 하며, 과거의 텔레비전이나 모니터에 널리 사용되었음)에서 방출된 전자빔이 수평 편향 및 수직 편향 시스템을 거쳐 화면의 형광 물질에 부딪혀 파형을 표시하는 방식입니다.하지만 지금에 이르러서는, 시뮬레이션 오실로스코프가 가진 유일한 장점은 아마도 가격뿐인 것 같습니다.이 장치는 데이터를 저장하거나 파형을 분석할 수 있는 기능이 없으며, 트리거 기능도 제한적입니다. 단일 신호나 간헐적으로 발생하는 신호를 포착하는 능력도 없습니다. 또한 내부에 다수의 아날로그 소자가 사용되어 있기 때문에, 시간이 지나거나 온도가 변하면 이러한 소자들의 성능도 변하게 되어, 그로 인해 성능도 불안정해집니다.현대의 전자 측정 분야에서는 아날로그 오실로스코프가 거의 사용되지 않으므로, 오늘 우리가 주로 다루는 것도 디지털 오실로스코프입니다.초기의 디지털 오실로스코프는 표시 기술의 한계로 인해, 여전히 아날로그 오실로스코프에 사용되던 CRT(Cathode Ray Tube, 음극선관) 디스플레이를 사용했습니다.디지털 오실로스코프가 아날로그 오실로스코프와 가장 크게 다른 점은, 입력된 신호가 더 이상 직접 디스플레이에 표시되지 않는다는 것입니다. 대신 ADC(Analog to Digital Converter, 아날로그-디지털 변환기)를 통해 신호가 샘플링되고 디지털화된 후 메모리에 저장됩니다. 그 후 신호 처리 회로를 통해 데이터가 읽어져 나옵니다.초기의 디지털 오실로스코프는 CRT를 사용하여 화면을 표시했기 때문에, 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하기 위해 DAC 수치-아날로그 변환기가 필요했습니다. 그래야만 그 아날로그 신호가 CRT 화면에 표시될 수 있었습니다.현대적인 디지털 오실로스코프들은 대부분 더 이상 CRT 화면을 사용하지 않고, 대신 액정 화면을 채택하고 있습니다. 그 덕분에 크기가 훨씬 줄어들었으며, 일부 모델들은 더욱 편리한 터치 기능도 제공합니다. 또한, 디지털 형태의 샘플링 데이터를 아날로그 신호로 변환할 필요도 없어졌습니다.이 둘은 기능 구조상 본질적인 차이가 없기 때문에, 업계에서도 일반적으로 CRT 오실로스코프와 LCD 오실로스코프라는 명칭을 사용하지 않습니다.디지털 오실로스코프는 종종 디지털 저장 오실로스코프라고도 불리는데, 그 이유는 디지털 오실로스코프의 중요한 기능 중 하나가 ADC가 수집한 데이터를 저장하는 것이기 때문입니다.현대 디지털 오실로스코프의 데이터 수집 과정은 이 마이코신 STO1104C 스마트 오실로스코프의 메인보드를 통해 직관적으로 확인할 수 있습니다. ① 신호는 프로브를 통해 적절한 비율로 약화된 뒤 오실로스코프의 전단부로 전송됩니다.오실로스코프가 측정할 수 있는 전압의 크기는 일반적으로 프로브에 달려 있습니다. 프로브는 감쇠 기능을 통해 만 볼트에 달하는 전압 신호를 수십 볼트로 줄일 수 있습니다.②신호는 결합 회로를 통해 프론트엔드 감쇠기와 증폭기에 도달하며, 오실로스코프 소프트웨어상에서는 수직 스케일을 조절하여 파형이 화면 전체를 가득 채우도록 함으로써 수직 해상도를 높여 측정의 정확도를 향상시킵니다.프론트엔드 부분은 오실로스코프의 첫 번째 지표인 대역폭을 크게 결정합니다.③ARM 프로세서가 FPGA를 제어하여 ADC 아날로그-디지털 변환기의 샘플링 속도를 조절하며, 오실로스코프 소프트웨어상에서는 타이밍을 조절하는 것으로 나타납니다. 저장 깊이가 고정된 값이므로, 샘플링 속도 = 저장 깊이 ÷ 파형 기록 시간이 됩니다. 일반적으로 타이밍 설정의 변경은 샘플링 속도를 변경함으로써 이루어집니다.따라서 제조업체가 표기한 샘플링 속도는 특정 타임베이스 설정 하에서만 유효하며, 큰 타임베이스에서는 메모리 깊이의 영향으로 샘플링 속도를 낮출 수밖에 없습니다.ADC 아날로그-디지털 변환기와 RAM 고속 메모리는 오실로스코프의 또 다른 두 가지 지표인 샘플링 속도와 저장 용량에 영향을 미칩니다.④다음으로, FPGA가 ADC의 동기식 샘플링을 제어하며, ADC는 수집된 데이터를 이진 데이터로 변환하여 캐시에 저장합니다.메모리 캐시란 저장 깊이를 의미하며, 일반적으로 메모리의 크기는 오실로스코프가 표시하는 저장 깊이의 4배입니다. FPGA는 오실로스코프의 트리거를 제어할 수 없기 때문에, 수집된 신호는 먼저 저장 깊이의 2배만큼 저장되고, 그 후에 트리거에 따라 그 중 일부 파형만 선별됩니다. 따라서 오실로스코프에서는 트리거 위치 이전의 파형도 볼 수 있습니다.또한 오실로스코프가 선별하기 전에 파형을 수집할 때는 수집을 중단할 수 없으며, 그렇지 않으면 파형 캡처율이 너무 낮아집니다. 따라서 동일한 길이의 샘플 포인트를 계속해서 수집해야 하며, 이 과정을 반복하면 4배가 됩니다.⑤트리거 명령을 받으면, 메모리는 데이터를 ARM 프로세서에 전달하여 처리하게 됩니다. ⑥ARM 프로세서는 데이터를 처리한 후, 디스플레이 인터페이스를 통해 그 데이터를 화면에 표시하여 사용자에게 보여줍니다.계산을 통해 오실로스코프는 아날로그 오실로스코프와 유사한 다단계 밝기 표시는 물론, 디지털 오실로스코프에만 있는 색온도 표시 효과와 잔상 표시 효과도 모방할 수 있다.⑦오실로스코프가 데이터 처리를 마치면, 현재의 파형 이미지나 데이터를 메모리에 저장할 수 있습니다. 여기서의 저장은 데이터 저장 용량과는 전혀 다른 개념입니다. 대부분의 오실로스코프는 U드라이브, SD카드, 컴퓨터와 같은 외부 메모리를 사용합니다. 하지만 최근의 현대식 오실로스코프들은 내장된 대용량 메모리를 통해 데이터를 직접 저장할 수도 있습니다.이 과정에서 ②③④는 모두 병렬로 처리됩니다. 디지털 오실로스코프는 처리 속도의 한계로 인해, 측정된 신호의 파형을 계속해서 실시간으로 화면에 표시할 수 없습니다. 두 파형 사이에는 파형 데이터가 손실되는데, 이것이 바로 소위 ‘디드타임’입니다. 이것이 바로 디지털 오실로스코프가 아날로그 오실로스코프에 비해 가지는 가장 큰 단점입니다.하지만 오실로스코프의 연산 능력이 향상되고 파형 캡처율이 계속 상승함에 따라, 이러한 단점도 점차 보완되고 있습니다.