KR100717204B1 - 오실로스코프 대역폭을 자동조정하는 스마트 프로브 장치및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 프로브의 프로브 주파수 응답에 관한 정보를 기억하는 것에 관한 것이다. 정보는 하나 이상의 특성 주파수 응답 데이터 포인트 세트로 구성되는 것이 바람직하다. 각각의 데이터 포인트는 적어도 소정 주파수의 프로브 이득을 포함한다. 각각의 데이터 포인트는 프로브의 복합 전달 특성(도 2의 S21 참조)을 포함하고, 선택적으로 프로브의 복합 출력 반사율(도 2의 S22 참조) 및 데이터가 적용되는 주파수(도 2의 F 참조)를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 필요한 경우, 여러 개의 주파수가 프로브의 응답을 적절하게 설명하도록 기억될 수 있다. 또한, 프로브는 기억된 데이터 포인트의 개수를 포함하는 헤더를 기억하는 것이 바람직하다. 본 발명은 복수 세트의 S21, S22 및 F 데이터를 간단히 기억함으로써 복수의 이득 세팅 또는 복수의 대역폭 세팅을 갖는 프로브로 용이하게 연장된다. 프로브가 스코프에 부착되었을 때, 스코프는 임의의 적합한 전달 포맷 및 프로토콜에 따라 프로브로부터 주파수 응답 정보를 판독한다. 스코프는 자체 주파수 응답 및 입력 전압 정재파(定在波) 비율(voltage standing wave ratio: VSWR)에 관한 정보를 사용하여 자신의 주파수 응답을 조정(고주파에서 이득을 가산 또는 감산한다는 의미임)함으로써 프로브의 주파수 응답이 보상되고 전체 시스템 주파수 응답이 최적화 된다.

프로브, 주파수 응답, 프로브 이득, 헤더, 스코프, 입력 전압 정재파 비율

Description

오실로스코프 대역폭을 자동조정하는 스마트 프로브 장치 및 그 방법 {SMART PROBE APPARATUS AND METHOD FOR AUTOMATIC SELF-ADJUSTMENT OF AN OSCILLOSCOPE'S BANDWIDTH}

도 1은 스마트 프로브가 스코프에 연결된, 본 발명에 따라 제조된 프로브 장치의 개략도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 프로브 주파수 응답 정보가 도 1에 도시된 메모리에 기억될 수 있는 데이터 포맷의 블록도.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예의 흐름도.

본 발명은 일반적으로 오실로스코프(스코프)에 사용하는 스마트 프로브 장치에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 연결된 프로브 전달 대역폭에 따라 스코프의 대역폭을 자동조정하는 프로브 및 그 방법에 관한 것이다.

프로브 및 스코프를 함께 동작하도록 최적화하는 것은 곤란하다. 스코프는 소정의 -3dB 대역폭으로 설계되고 프로브는 이 스코프와 함께 사용하도록 설계된다. 프로브가 스코프에 부착되었을 때 동일한 -3dB 대역폭을 갖는 경우, 스코프 및 부착된 프로브 양자 모두를 포함하는 시스템은 구성품 양자보다 약간 낮을 수 있는 대역폭을 프로브 선단부에 가진다.

이것은 프로브 선단부까지의 대역폭이 알려지지 않는 경우가 종종 있기 때문에 사용자에게 문제가 된다. 일반적인 해결 방법으로는 스코프의 대역폭을 0dB로 하여 프로브를 스코프에 부착할 때 전체 시스템이 스스로 스코프와 동일한 대역폭을 갖도록 프로브를 뾰족하게 설계한다. 프로브의 과도(transient) 응답 및 주파수 응답을 특정의 스코프로 최적으로 조정한다는 것은 프로브가 다른 오실로스코프, 특히 아직 설계되지 않은 미래의 모델에는 적합하지 않을 수 있다. 예를 들면, 프로브를 미래의 고속 스코프 내에 결합시키면 프로브가 보다 저속의 스코프 전단(front-end)이 응답을 감쇠시킨다고 가정하여 설계되기 때문에 언더 댐핑될(under-damped) 과도 응답이 야기될 수 있다. 다른 해결 방법으로는 스코프의 과도 응답을 언더 댐핑하여 그 대역폭에 충분한 여유를 갖도록 하여 프로브가 부착된 특정의 시스템 대역폭을 확보할 수 있다. 그러나, 이렇게 하면 특정의 프로브를 사용하지 않을 때는 정정 시간 및 잡음 성능을 포기하는 문제가 발생된다.

본 발명은 오실로스코프의 전단이 최적의 시스템 응답을 얻는데 필요한 만큼 스코프의 주파수 응답을 자동으로 최고로 올리는데 사용될 수 있는 초과 HF 조정 범위(또는 이런 범위를 가지도록 설계될 수 있는)를 일반적으로 갖는다는 사실을 활용한다. 또한, 본 발명의 양수인인 미합중국 오레건주 비버튼에 소재한 텍트로닉스사에서 판매하는 TekConnect Probe를 사용하는 프로브/스코프를 사용한다. 또 한, TekConnect Probe Interface는 일반화된 이른바 I²C 버스를 사용한다.

I²C 버스는 1987년 8월 25일 특허되고 미합중국 필립스 코퍼레이션사에 양도된 미합중국 특허 제4,689,740호에 발명의 명칭 "TWO-WIRE BUS-SYSTEM COMPRISING A CLOCK WIRE AND A DATA WIRE FOR INTERCONNECTING A NUMBER OF STATIONS"으로 설명 및 도시되어 있다. 또한, 1987년 6월 9일 특허되고 본 발명과 공동으로 양도된 미합중국 특허 제4,672,306호에 발명의 명칭 "ELECTRONIC PROBE HAVING AUTOMATIC READOUT OF IDENTIFICATION AND STATUS"에도 기재되어 있다. 이들 두 특허의 기재 내용을 참조하여 본 명세서에 결합시켰다.

요약하면, 본 발명은 프로브 자체에 프로브 주파수 응답에 관한 정보를 기억시키는데 관한 것이다. 정보는 하나 이상의 특성 주파수 응답 데이터 포인트 세트로 구성되는 것이 바람직하다. 각각의 데이터 포인트는 적어도 소정 주파수의 프로브 이득을 포함한다. 각각의 데이터 포인트는 프로브의 복합 전달 특성(도 2의 S21 참조)을 포함하고, 선택적으로 프로브의 복합 출력 반사율(output reflectivity)(도 2의 S22 참조) 및 데이터가 적용되는 주파수(도 2의 F 참조)를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 필요한 경우, 여러 개의 주파수 포인트가 프로브의 응답을 적절하게 설명하도록 기억될 수 있다. 또한, 프로브는 기억된 데이터 포인트의 수를 포함하는 헤더를 기억하는 것이 바람직하다. 본 발명은 복수 세트의 S21, S22 및 F 데이터를 간단히 기억함으로써 복수의 이득 세팅 또는 복수의 대역폭 세팅을 갖는 프로브로 용이하게 연장된다.

프로브가 스코프에 부착되었을 때, 스코프는 임의의 적합한 전달 포맷 및 프로토콜에 따라 프로브로부터의 주파수 응답 정보를 판독한다. 자체적인 주파수 응답 및 입력 전압 정재파 비율(voltage standing wave ratio: VSWR)에 관한 정보를 사용하여, 스코프는 자신의 주파수 응답을 조정(이에 의하여 더 많은 이득을 고주파에서 가산한다는 의미임)함으로써 프로브의 주파수 응답이 보상된다.

간단하게 구현될 수 있는 바람직한 본 발명의 일 실시예에 있어서, 본 발명의 스마트 프로브(10)는 하나의 데이터, 예를 들면 소정 주파수(또는 가장 간단한 실시예에서는 그 대역폭)의 이득(A)을 프로브 하우징(10a) 내의 판독 전용 메모리(read-only memory: ROM)(12)에 기억한다. 프로브(10)에 전원을 공급했을 때(예를 들면, 스코프(14)에 부착했을 때), 프로브(10)는 연결된 스코프(14)에 비트 직렬 동기 인터페이스(bit-serial synchronous interface)(16)를 거쳐 데이터를 전달한다. 스코프(14)는 표시하는 대역폭이 연결된 프로브의 -2db 이득을 형성하고 그 대역폭을 프로브(10)로부터의 대역폭 데이터에 따라 조정하는 대략 3GHz와 5GHz 사이의 대역폭 데이터에 기초한다고 가정한다.

예를 들면, 소정의 프로브(10)는 자신의 4GHz 대역폭 데이터를 ROM(12)에 간단하게 기억할 수 있다. 스코프 제어기가 ROM(12)으로부터 데이터를 판독할 때, 연결된 4GHz 프로브의 대역폭이 3.5GHz와 5GHz 사이인지 결정한다. 연결된 프로브 ROM으로부터 판독한 데이터에 응답하여, 스코프 제어기는 자신의 HR 이득을 +2db 만큼 증가시키고, 경험을 통해 정해진(대집단의 프로브 시험을 통한) 이 이득은 4GHz 프로브 특성 주파수 응답을 보상하는데 가장 적합하다. 따라서, 본 발명은 프로브가 스코프에 부착될 때마다 시스템 대역폭을 자동으로 최적화되도록 하는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 인터페이스(16)는 4개의 동일한 비트-직렬 채널을 포함한다는 점을 당업자는 이해할 것이다. 따라서, 동작가능하게 결합된 인터페이스(16)를 가진 스코프(14)는 프로브(10)와 같은 4개의 프로브를 지원할 수 있다. 당업자는, 도 1에 도시되지 않은 아날로그 동축 프로브 입력 신호선이 스코프(14)에 의하여 모니터되어 선택적으로 표시된다는 점을 이해할 것이다. 이러한 종래의 디스플레이는 사용자 입력용 키패드(keypad)(20)와 함께 도면 부호(18)로 표시되어 있다. 스코프(14)는 연결된 프로브(10)의 특성 주파수 응답을 사용자, 예를 들면 디스플레이(18)에 선택적으로 전달할 수 있다. 스코프(14)는 종래의 스코프와 같이 프로세서(23) 및 메모리(24)를 갖는 제어기(22)를 포함할 수 있다. 다음에, 새로운 형태의 제어기(22)를 상세하게 설명한다.

프로브(10)를 스코프(14)에 연결했을 때, 프로브(10)는 인터럽트(interrupt)를 인터페이스(16)의 일부를 형성하는 인터럽트 신호선(26) 상에 표명한다. 제어기(22)는 표명된 인터럽트에 응답하여 인터페이스(16)를 통해 프로브(10)에 질의하여 프로브(10)가 기계로 판독가능한 메모리, 예를 들면 ROM(12)을 포함하는가의 여부를 확인한다. 프로브(10)는 자신을 이러한 메모리를 갖는 프로브로서 확인시킴으로써 질의에 응답한다. 이러한 질의-응답 순서는 미리 정해진 임의의 적합한 프로토콜에 따를 수 있고, 클록 신호(30)와 동기하여 양방향, 비트-직렬 데이터 채널(28)을 거쳐 전달되는 것이 바람직하다. 제어기(22)는 기억된 특성 주파수 응답 데이터를 동일한 동기식 비트-직렬 데이터 채널(28)을 거쳐 ROM(12) 내의 특정 어드레스로부터 판독하여 이 데이터를 자체 메모리(24)에 기억시킨다.

스코프의 자체 주파수 응답 데이터도 또한 메모리(24)에 기억된다는 점을 이해할 것이다. 제어기(22)는 프로브의 주파수 응답 특성 및 자체 주파수 응답 특성에 따라 스코프 자체의 주파수 응답을 자동으로 조정하여 프로브(10), 즉 프로브 선단부(10b) 및 이와 결합된 전자 장치(electronics)(10c)의 특성 주파수 응답을 보상한다. 이러한 조정은 정해진 양, 예를 들면, +1db 또는 그 이상만큼 스코프의 고주파 이득을 부스팅하는 것을 포함하는 것으로 이해되는 피킹 스코프(peaking scope)(14)를 포함할 수 있다. 조정은 스코프의 HF 이득을 업 대신 다운으로 조정하는 것을 교호로 포함할 수 있다는 점을 당업자는 이해할 것이다. 업 또는 다운이건 간에 이러한 조정은 종래의 스코프를 특성하는 것으로 공지된 초과 HF 조정 범위를 이용하는 임의의 적합한 기술에 의하여 실행될 수 있다.

도 2는 복수의 데이터 포인트를 지원할 수 있는 ROM(12) 섹션의 바람직한 데이터 기억 장치의 도면으로서, 취해진 복수의 데이터 포인트 모두가 프로브(10)의 주파수 응답 특성을 집합적으로 설명한다. 임의의 적합한 데이터 구조체는 본 발명의 취지 및 범위에 포함된다는 점을 당업자는 이해할 것이다. 도 2는 n 프로브 데이터 세트 각각은 복합 전달 특성 데이터(S21_a), 복합 출력 반사율 데이터(S22_a) 및 S21_a, S22_a 데이터가 적용되는 주파수(F_a)를 포함하는 것이 바람직하다는 것을 도 시한다. 도 2는 각각이 문자로 표시된 이러한 n개의 데이터 엔트리를 포함하는 것을 도시한 도면으로서, 당업자는 n이 임의의 원하는 정수일 수 있다는 점을 이해할 것이다.

도 3은 스코프 주파수 응답이 자동으로 조정되어 연결된 프로브에 적응되는 본 발명에 따른 바람직한 방법을 예시하는 흐름도이다. 본 발명에 따른 방법은 메모리, 예를 들면, ROM을 가진 프로브를 제공하고, 프로브 선단부 및 결합된 전자 장치를 특성으로 하는 적어도 주파수 응답을 나타내는 미리 정해진 데이터를 프로세서로 판독가능한 형태로 기억시키는 단계를 포함한다. 이 단계는 도 3에 도면부호(100)로 예시되어 있다. 이 방법은 a) 프로브를 스코프에 연결할 때, 미리 정해진 데이터를 메모리로부터 판독할 수 있는 인터페이스 및 b) 스코프 주파수 응답을 조정할 수 있는 제어기를 제공하는 단계를 추가로 포함한다. 이 단계는 도 3에 도면부호(102)로 예시되어 있다.

본 발명의 바람직한 방법에 따르면, 스코프는 데이터 요구를 인터페이스를 거쳐 프로브에 질의하고, 프로브는 메모리 장치에 기억된 데이터를 프로브 내에 공급함으로써 인터페이스를 거쳐 요구에 응답한다. 이들 단계는 도 3에 도면부호(104, 106)로 예시되어 있다. 최종적으로, 상기 방법은 프로브 특성 주파수 응답을 보상하도록 스코프 주파수 응답을 자동으로 조정하는 단계를 포함하고, 이로써 연결되었을 때의 스코프 및 프로브가 미리 정해진 전체 시스템 주파수 응답을 특징으로 한다. 이 단계는 도 3에 도면부호(108)로 예시되어 있다.

본 발명의 장점은

1) 스코프는 프로브를 사용하지 않을 때 소정의 대역폭에서 -3dB로 직접 조정될 수 있다. 이것은 왜곡, 과도 응답, 및 잡음 성능을 최적으로 한다. 프로브를 부착했을 때, 최적의 과도 응답을 유지하면서 단지 필요량의 피킹만 가산하여 시스템 대역폭을 유지시킨다.

2) 스코프보다 훨씬 느린 프로브를 사용하는 경우, 스코프는 대역폭을 가능한 낮게 결정하여 이러한 불일치로 인한 잡음을 최소로 할 수 있다.

3) 스코프가 프로브를 보상하는가의 여부에 상관없이, 스코프는 부착된 프로브를 가진 시스템 대역폭을 알고, 이 개수를 예를 들어 스코프 또는 네트워크 컴퓨터 화면과 결합된 디스플레이, 혹은 청취가능한 신호 또는 출력을 포함하는 임의의 적합한 수단을 거쳐 사용자에게 전달할 수 있다.

4) 프로브에 기억된 포맷이지만 일반적인 성질의 정보 때문에, 임의의 미래 스코프는 오늘날의 프로브와 동작하도록 설계될 수 있고, 임의의 오늘날의 스코프는 미래의 프로브와 연동한다.

최종적으로, 본 명세서에 기재 및 예시된 본 발명의 방법 및 장치는 소프트웨어, 펌웨어 또는 하드웨어, 혹은 이들의 임의의 적합한 복합체에 구현될 수 있다는 점을 당업자는 이해할 것이다. 이 방법 및 장치는 저가 및 융통성 면에서 소프트웨어에 구현되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 방법 및 장치는 명령이 실행되는 컴퓨터 또는 마이크로프로세서에 의하여 구현될 수 있고, 이 명령은 컴퓨터 판독가능한 매체 상에서 실행되도록 기억되고 임의의 적합한 명령 프로세서에 의하여 실행된다는 점을 당업자는 이해할 것이다. 그러나, 다른 실시예도 고려할 수 있고, 이들은 본 발명의 취지 및 범위에 포함된다.

본 발명의 원리를 바람직한 실시예를 들어 예시하고 기재하였지만, 본 발명은 이러한 원리를 벗어나지 않고 배열 및 상세를 여러 가지로 변형시킬 수 있다는 점을 당업자는 용이하게 이해할 것이다. 모든 변형예는 특허청구범위의 취지 및 범위 내에 포함된다.

Claims (22)

1. 오실로스코프에 사용하는 스마트 프로브 장치에 있어서,

   특성 주파수 응답을 갖는 프로브 선단부 및 결합된 전자 장치를 장착하는 하우징,

   상기 하우징 내에 위치되며, 적어도 상기 특성 주파수 응답을 나타내는 미리 정해진 데이터를 프로세서로 판독가능한 형태로 기억하는 제1 메모리, 그리고

   상기 제1 메모리와 상기 오실로스코프 사이의 인터페이스

   를 포함하고,

   상기 제1 메모리는 상기 프로브가 상기 오실로스코프에 결합되는 것에 응답하여 상기 미리 정해진 데이터를 상기 인터페이스를 거쳐 오실로스코프에 전달하며,

   상기 미리 정해진 데이터는 복수의 데이터 포인트를 포함하고, 상기 복수의 데이터 포인트 각각은 정해진 주파수에서의 상기 프로브 선단부 및 상기 결합된 전자 장치의 주파수 응답을 주파수 스펙트럼을 따라 나타내는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.

   프로브 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 프로브 선단부 및 상기 결합된 전자 장치는, 복합 전달 특성 및 복합 출력 반사율을 더 가지며, 상기 미리 정해진 데이터는 상기 복합 전달 특성 및 복합 출력 반사율을 더 나타내는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
3. 제1항에 있어서,

   프로세서 및 제2 메모리를 더 포함하고,

   상기 프로세서가, 상기 프로브가 상기 오실로스코프에 결합되는 것에 응답하여 상기 인터페이스를 거쳐 전달된 상기 미리 정해진 데이터를 수신하여 이 데이터를 상기 제2 메모리에 기억하는, 상기 오실로스코프 내에 배치된 제어기를 더 포함하는 프로브 장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제어기가, 상기 전달된 미리 정해진 데이터를 수신하여 기억한 후, 상기 오실로스코프의 주파수 응답을 조정하여 상기 프로브 선단부 및 상기 결합된 전자 장치의 특성 주파수 응답을 보상하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 제어기가, 상기 전달된 미리 정해진 데이터를 수신하여 기억한 후, 상기 오실로스코프의 주파수 응답을 상기 오실로스코프의 사용자에게 전달하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 제어기가 시각 디스플레이를 통해 상기 오실로스코프의 주파수 응답을 상기 오실로스코프의 사용자에게 전달하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
7. 제3항에 있어서,

   상기 프로브 선단부 및 상기 결합된 전자 장치는, 복합 전달 특성 및 복합 출력 반사율을 더 가지며, 상기 미리 정해진 데이터는 상기 복합 전달 특성 및 복합 출력 반사율을 더 나타내는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 제1 메모리가 판독 전용 메모리(read-only memory: ROM)인 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,

    상기 제1 메모리는 상기 제1 메모리에 기억된 상기 복수의 데이터 포인트의 최소한의 수를 포함하는 헤더를 프로세서로 판독가능한 형태로 더 기억하고, 상기 제1 메모리는 상기 미리 정해진 데이터를 상기 인터페이스를 거쳐 전달하기 전에 상기 헤더를 상기 인터페이스를 거쳐 오실로스코프에 더 전달하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 제1 메모리가 판독 전용 메모리(ROM)인 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
12. 삭제
13. 삭제
14. 제1항에 있어서,

    상기 인터페이스가, 동기식이며 또한 클록 신호선을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
15. 제14항에 있어서,

    상기 인터페이스가 복수의 연결 프로브에 대응하는 복수의 데이터 신호선을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
16. 제14항에 있어서,

    상기 인터페이스가 인터럽트 신호선을 포함하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
17. 제15항에 있어서,

    상기 인터페이스가 복수의 인터럽트 신호선을 포함하며, 상기 복수의 인터럽트 신호선 각각은 상기 복수의 데이터선 중 하나에 대응하는 것을 특징으로 하는 프로브 장치.
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제

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