테스트 시스템에 모듈형 오실로스코프 사용을 생각해 보셨나요?

개요

지난 50 여년간 오실로스코프는 상승 시간 측정, 신호 주기 측정, 또는 피크간 전압 확인 등 포괄적인 기능을 제공함으로써 테스트 및 측정에 있어 없어서는 안될 중요한 리소스로 사용되어 왔습니다. 오실로스코프는 테스트 벤치부터 rack-and-stack 자동화 테스트 시스템에 이르기까지 다양한 어플리케이션의 핵심입니다. 어플리케이션 요구가 늘어나고 기술이 발전함에 따라 오실로스코프는 처음 도입된 이래로 상당한 변화를 겪었고 모든 오실로스코프가 동일하게 제작되지 않습니다. 고성능 요구를 충족하기 위해 디지털 오실로스코프를 사용하는 새로운 시스템의 경우, 오실로스코프 스펙과 기능의 변경을 수용하게 됩니다. 이러한 변화와 더불어 모듈형 계측기를 채택하는 최근 추세가 오실로스코프에 어떤 영향을 줄 것인지 생각해 보신적이 있습니까?

박스형 오실로스코프를 대신하여 모듈형 오실로스코프의 사용을 아직 고려해보지 않으셨다면 다음의 질문을 생각해 보십시오.
  • 필요한 채널 개수를 얻기 위해 여러 계측기를 병합할 때 공간이 얼마나 필요할까요?
  • 박스형 오실로스코프의 구성요소들이 구형이 될 때까지 얼마나 걸립니까?
  • 측정 요구가 얼마나 자주 바뀝니까?

본 문서에서 박스형 오실로스코프와 모듈형 오실로스코프의 차이점을 자세히 알아보십시오.

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내용

그림 1. 모듈형 오실로스코프가 탑재된 18 슬롯 PXI Express 섀시로 구성된 모듈형 측정 시스템

 

전 기능을 유지하면서 중복을 피하고 공간 절약

오실로스코프의 내부 구성요소들은 몇 가지 주요 요소로 세분화됩니다. 가장 중요한 요소로는 특정 주파수로 샘플링하고 특정 분해능으로 신호를 디지털화하는 데이터 컨버터 기술을 들 수 있습니다. 그러나 데이터 컨버터가 정확하지 않다면 정확한 측정 값을 기대하기 어렵습니다. 컨버터 사용 이전에 컨버터의 기능을 최적화하기 위해 신호 컨디셔닝이 필요합니다. 신호 컨디셔닝을 통해 신호를 증폭, 감쇠, 필터링 또는 커플링할 수 있어 최적의 측정을 얻을 수 있습니다. 측정을 수행한 후, 데이터를 컨버터에서 메모리로 옮겨 데이터를 처리하거나 디스플레이해야 합니다.
 

이러한 주요 요소들을 통해 오실로스코프의 성능이 결정됩니다. 기존 박스형 오실로스코프의 나머지 구성요소들은 박스가 독립 디바이스 (프로세서, 스크린, 전원 공급장치, OS 등)로 기능하도록 제작되었거나 또는 사용자가 제어할 수 있도록 (버튼, 노브, ON/OFF 스위치 등) 제작되었습니다. 오실로스코프가 벤치탑의 유일한 계측기이고 계측기와 수동으로 상호작용할 계획이라면 기술을 완벽하게 조합하여 사용할 수 있습니다.
 

그러나 두 개의 오실로스코프를 사용한다면 중복이 발생합니다. 작업을 수행할 때 프로세서, 스크린 및 전원 공급장치가 두 개씩 필요하지 않을 것이기 때문입니다. 이유도 없이 이렇게 많은 공간을 사용할 필요가 있을까요? 이러한 중복은 rack–and-stack 시스템을 구축할 때 상황이 급속도로 악화됩니다. 본 사용 케이스를 살펴보면 실행중인 테스트 시스템과의 수동 상호작용은 최소한입니다. 따라서 사용하지 않을 디스플레이를 설치하여 랙 공간을 낭비하지 마십시오.

 

그림 2. 5개의 박스형 계측기가 스택으로 쌓인 형태 (왼쪽)와 여러 개의 계측기가 탑재된 PXI 기반 시스템 (오른쪽)을 나란히 비교한 그림입니다.

모듈형 오실로스코프는 오실로스코프의 주요 요소 (아날로그-디지털 컨버터(ADC), 프런트 엔드 신호 컨디셔닝 및 메모리/데이터 인터페이스)를 모듈형의 카드에 결합하였습니다. 크기를 최소화하기 위해 공유 PC 기술을 사용하면, 박스형 오실로스코프의 다른 모든 요소를 사용하면서 여분의 공간이 생기므로 특정 어플리케이션 요구에 맞게 여러 모듈형 오실로스코프를 추가할 수 있으며 중복 없이 다른 유형의 계측기를 추가할 수도 있어, 결론적으로 전체 공간을 절약하게 됩니다.


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

 

시스템의 기술 진화에 부응

오실로스코프에 적용된 모든 기술이 같은 속도로 진화하지 않습니다. 예를 들어, 오실로스코프를 구입할 당시 최신 성능의 ADC가 탑재되어 있을 것이며 본 ADC는 몇 년까지는 아니더라도 최소 몇 달간 최고 성능을 유지할 것입니다. 신호 컨디셔닝의 경우도 이와 비슷할 것입니다. 그러나 PC 업계에서 파생되는 요소, 즉 프로세서, 메모리, 디스플레이 및 기타 요소를 생각해 보십시오. 이러한 요소들은 몇 일 또는 몇 주만에 구형이 될 수도 있습니다. 프로세서를 집약적으로 사용하는 작업을 수행할 때, 여러분은 계측기의 프로세서가 최소한 스마트폰의 성능과 유사하기를 기대하실 것입니다. 그러나 박스형 오실로스코프를 5년~10년 전에 구입했다면 이러한 성능을 기대하기 어려울 가능성이 높습니다.
 

오실로스코프의 가장 프로세서 집약적인 작업 중 하나는 지터 측정입니다. 지터 측정에 왜 시간이 많이 걸리는지 생각해 보신적이 있습니까? 박스안의 프로세서는 10년 이상이 된 제품이며 새로운 박스형 오실로스코프를 구입하지 않고서는 손쉽게 업그레이드할 수 없습니다. 같은 측정을 모듈형 오실로스코프를 사용하여 동일한 측정 기술로 수행하고 이 때 최신 프로세서와 버스 기술을 사용하면 측정 시간을 10배 이상 단축할 수 있습니다. 이러한 개선은 박스형 오실로스코프를 사용할 경우 프로세싱을 다른 PC에서 수행한다 하더라도 불가능합니다. 통신 버스는 GPIB 또는 이더넷처럼 데이터를 전달하기 위해 대역폭이 낮고 지연이 높습니다. 이러한 설정하에 적절한 측정 기술을 구형의 PC 기술과 결합하면 측정 시스템의 속도가 영향을 받게 됩니다.
 

모듈형 오실로스코프를 사용하면, 시스템 컨트롤러를 업그레이드하여 분석 시간을 단축할 수 있습니다. 최신 제온 프로세서 중 선택하여 신속하게 데이터를 분석하십시오. 그러나, 시스템 비용 절감이 더 중요한 경우 저가의 로우 프로파일 PC를 선택할 수 있습니다. 이제 여러분의 요구에 맞게 시스템 성능을 정의할 수 있고 더이상 벤더에서 정의한 기능에 구애받지 않아도 됩니다.

그림 4. PXI 모듈형 플랫폼을 사용할 때 인텔 제온 프로세서와 같은 최신 기술을 테스트 시스템에 직접 통합할 수 있습니다.

각 어플리케이션에 맞는 기능 선택

여러분의 어플리케이션이 여타 어플리케이션과 유사한 측정을 필요로 할 수도 있겠지만, 어플리케이션 요구가 항상 동일할 것이라는 보장은 없습니다. 필요한 측정이 운좋게도 박스형 오실로스코프에 내장되어 있을 수 있고 측정을 수동으로 수행하려고 한다면, 기존의 박스형 솔루션이 적절할 수 있습니다. 그러나 상황이 바뀌면 어떻게 하시겠습니까?
 

모듈형 오실로스코프를 사용하면, 계측기가 소프트웨어로 정의되며 소프트웨어는 완벽하게 개방되어 있습니다. 앞서 언급한 것처럼, 오실로스코프에서 필요한 기능은 ADC, 프런트 엔드 및 메모리, 또는 데이터 버스입니다. 박스형 오실로스코프에 작성된 소프트웨어는 제품의 턴키 운영을 수행하기 위해 업체에서 작성한 것입니다. 본 소프트웨어는 PC에 사용할 수 있을 수도 있고 없을 수도 있으며, 사용여부 결정은 업체에 달려있습니다. 본 소프트웨어의 경우 사용자들이 계측기로의 데이터 연결에 의존해야 하는데, GPIB 또는 이더넷을 통한 느린 데이터 연결을 감안한다면 데이터가 적절한 속도로 업데이트되지 않을 수도 있습니다.
 

가장 빠른 PC 버스 (PCI Express)를 통해 연결된 모듈형 오실로스코프를 사용하면, 데이터를 조작해야 하는 환경에서 사용가능한 모든 데이터를 얻을 수 있습니다.

그림 5. PCI Express Gen 3 기술이 탑재된 NI의 고성능 섀시의 백플레인 후면

 

NI LabVIEW 시스템 디자인 소프트웨어를 사용하면 간단한 예제 프로그램을 사용하여 즉시 수행 가능하거나 박스형 오실로스코프와 유사한 사용성을 제공하는 소프트 프런트 패널을 사용할 수도 있습니다.

그림 6. NI PXI 오실로스코프의 소프트 프런트 패널은 기존 계측기의 노브와 버튼을 소프트웨어에서 모방합니다.

 

최신 모듈형 오실로스코프를 사용하면, 데이터가 결합되는 방법을 변경하거나 데이터 스트림에 알고리즘을 삽입하여 보다 높은 성능을 구현할 수 있습니다. 여러분이 작성하는 소프트웨어는 계측기가 어떻게 작동하는지를 좌우하며, 결국 작업에 가장 효율적인 계측기를 구현하는 관건이 됩니다.

모듈형 오실로스코프로 전환

아날로그 오실로스코프가 디지털 오실로스코프에 자리를 내주었듯이, 박스형 오실로스코프에서 모듈형 오실로스코프로의 전환이 이루어지고 있습니다. 모듈형 오실로스코프는 박스형 계측기의 out-of-the-box 실행을 제공하는 동시에 변화하는 요구를 충족하기 위해 최신 기술을 지원하는 플랫폼을 제공합니다. 다음 리소스를 확인하여 모듈형 오실로스코프의 가능성에 대해 더 알아보고 모듈형 오실로스코프가 귀하의 어플리케이션에 적합한 선택인지 확인해 보십시오.