[논문]샘플링 오실로스코프의 주파수 응답특성 교정

조치현; 이동준; 이주광

doi:10.5515/kjkiees.2018.29.5.344

샘플링 오실로스코프의 주파수 응답특성 교정
Calibration of Frequency Response for a Sampling Oscilloscope 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.29 no.5, 2018년, pp.344 - 352

조치현 (한국표준과학연구원 전자기표준센터) , 이동준 (한국표준과학연구원 전자기표준센터) , 이주광 (한국표준과학연구원 전자기표준센터)

초록
AI-Helper

본 논문에서는 샘플링 오실로스코프의 주파수 응답특성을 측정하는 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 샘플링 오실로스코프의 계통오차인 시간축 왜곡 현상과 임피던스 부정합에 의한 영향을 교정할 수 있다. 또한 시간축 에러를 교정한 후에 발생하는 잔여 지터와 기준 펄스 발생 조건에 따라 변하는 scale factor의 정확한 추정이 가능하다. 제안 방법의 불확도 분석을 수행하였고, 전력계와의 비교 검증을 통해 제안 방법의 타당성을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

We herein propose a calibration method for a sampling oscilloscope. The proposed method can correct the systematic errors in the oscilloscope such as time-based distortion and impedance mismatch. In addition, it can accurately estimate the residual jitter that remains after a time-based correction and the scale factor that varies in accordance with the setting of the pulse generator. The proposed method is validated thorough the comparison and verification with the power meter, and the uncertainty of the measurement method is analyzed.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

그러나 여전히 측정 과정에서 sub-ps의 지터가 발생하게 되어 오차가 증가하게 된다. 본 논문에서는 전력계를 이용하여 발생하는 잔여지터를 계산 및 보상하는 방법을 새롭게 제안하였으며, 불확도 평가를 통해 제안 방법의 타당성을 보였다.

가설 설정

전술한 시간축 왜곡 교정법은 샘플링 오실로스코프의각 채널에서 발생한 시간축 에러가 거의 동일하다는 가정에서 출발을 한다. 따라서 샘플링 오실로스코프의 채널간 서로 독립적인 랜덤 지터가 발생하면 시간축 에러를 교정하더라도 잔여 지터(residual jitter)가 발생하게 된다^[15].

제안 방법

본 논문에서는 전기광학 샘플링 기법으로 교정된 광대역 기준펄스를 이용하여 샘플링 오실로스코프의 주파수 응답특성을 측정하는 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 샘플링 오실로스코프가 가지는 계통오차인 시간축 왜곡현상과 고주파 영역에서 발생하는 임피던스 부정합도 함께 교정을 수행할 뿐만 아니라, 전력계와의 비교를 통해 잔여 지터와 scale factor를 정확하게 추정이 가능하다.

대상 데이터

수 GHz 이상의 높은 주파수를 측정할 수 있는 오실로스코프는 다양하지만, 본 논문에서는 샘플링 해상도가 높고, 비용이 비교적 저렴해 산업현장에서 많이 사용되고 있는 샘플링 오실로스코프에 대해 다룬다.

데이터처리

는 각각 임피던스 측정 시 계산된 공분산이다. 일반적으로 임피던스 측정 불확도는 주파수 사이의 상관관계를 산출하지 않으므로 측정된 임피던스 성분의 모든 상관관계를 계산하기 위해 임피던스 교정물(calibration kit)의 물리적 특성으로부터 불확도를 계산하는 방법을 적용하였다.^[19]

이론/모형

마지막으로 반복측정에 의한 공분산 Σ_rep은 각각 측정한 샘플링 오실로스코프의 주파수 응답특성으로부터 공분산 행렬을 구한 후 측정횟수로 나누어 계산한다.^[20]

성능/효과

제안된 방법은 샘플링 오실로스코프가 가지는 계통오차인 시간축 왜곡현상과 고주파 영역에서 발생하는 임피던스 부정합도 함께 교정을 수행할 뿐만 아니라, 전력계와의 비교를 통해 잔여 지터와 scale factor를 정확하게 추정이 가능하다. 마지막으로 제안된 방법의 불확도 분석을 수행하였으며, 불확도 범위에서 진폭 응답특성이 전력계를 이용한 방법과 서로 잘 일치하는 것을 확인하였다. 향후 제안된 측정법에 대한 국제적 동등성 확보를 위해 국외 측정표준기관들과의 상호비교를 추진할 예정이다.
본 논문에서는 전기광학 샘플링 기법으로 교정된 광대역 기준펄스를 이용하여 샘플링 오실로스코프의 주파수 응답특성을 측정하는 방법을 제안하였다. 제안된 방법은 샘플링 오실로스코프가 가지는 계통오차인 시간축 왜곡현상과 고주파 영역에서 발생하는 임피던스 부정합도 함께 교정을 수행할 뿐만 아니라, 전력계와의 비교를 통해 잔여 지터와 scale factor를 정확하게 추정이 가능하다. 마지막으로 제안된 방법의 불확도 분석을 수행하였으며, 불확도 범위에서 진폭 응답특성이 전력계를 이용한 방법과 서로 잘 일치하는 것을 확인하였다.

후속연구

마지막으로 제안된 방법의 불확도 분석을 수행하였으며, 불확도 범위에서 진폭 응답특성이 전력계를 이용한 방법과 서로 잘 일치하는 것을 확인하였다. 향후 제안된 측정법에 대한 국제적 동등성 확보를 위해 국외 측정표준기관들과의 상호비교를 추진할 예정이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	N2N(nose-to-nose) 기법은 무엇인가?	이를 극복하기 위해 80년대 중반부터 N2N(nose-to-nose) 기법이 개발되었다[5]～[7]. N2N는 샘플링 오실로스코프를 특정한 조건 하에 두면 생성되는 kick-out 펄스를 이용하는 방법이다. 하지만 다이오드 회로의 비대칭성과 비선형성 등으로 인하여 20 GHz 대역의 범위에서만 유효한 것으로 알려져 있다[8].
	잔여 지터(residual jitter)에 의해 발생하는 문제점은 무엇인가?	따라서 샘플링 오실로스코프의 채널간 서로 독립적인 랜덤 지터가 발생하면 시간축 에러를 교정하더라도 잔여 지터(residual jitter)가 발생하게 된다[15].이로 인해 측정된 PD의 출력신호는 주파수에 따라 감소하는 경향을 가진다. 그림 5는 지터에 의한 영향을 시뮬레이션으로 평가한 결과를 나타낸다.
	시간축 왜곡 현상을 교정하지 않으면 어떤 문제점이 발생하는가?	하지만 트리거링 지터와 내부 시간 지연회로의 오차로 인해 수십 ps의 시간축 왜곡 현상이 발생한다. 이러한 시간축 왜곡 현상을 교정하지 않으면 마치 측정신호가 저대역통과 필터를 통과한 것처럼 고주파 신호 성분이 크게 감쇠되는 현상이 발생한다. 따라서 이러한 현상을 피하기 위해서는 시간축 에러를 교정해야 한다[14],[15].

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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