KR101522360B1 - 오실로스코프 위상특성 교정 시스템 및 방법 - Google Patents

오실로스코프 위상특성 교정 시스템 및 방법 Download PDF

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KR101522360B1
KR101522360B1 KR1020130139176A KR20130139176A KR101522360B1 KR 101522360 B1 KR101522360 B1 KR 101522360B1 KR 1020130139176 A KR1020130139176 A KR 1020130139176A KR 20130139176 A KR20130139176 A KR 20130139176A KR 101522360 B1 KR101522360 B1 KR 101522360B1
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이주광
원성호
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한국표준과학연구원
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Abstract

오실로스코프 위상특성 교정 시스템 및 방법이 개시된다. 상기 오실로스코프 위상특성 교정 방법은 가변 주파수 신호 발생기의 가변 주파수 신호, 고정 주파수 신호 발생기의 고정 주파수 신호 및 믹서를 통하여 상기 가변 주파수 신호를 상기 고정 주파수 신호에 대하여 주파수 변환시킨 혼합 신호를 입력으로 하는 오실로스코프의 위상특성 교정 방법에 있어서, 상기 오실로스코프로부터 출력되는 상기 가변 주파수 신호, 상기 고정 주파수 신호 및 상기 혼합 신호의 위상을 산출하는 단계; 산출된 가변 주파수 신호의 위상에서 고정 주파수 신호의 위상 및 혼합 신호의 위상을 감산하여 측정신호의 위상을 산출하는 단계; 및 기 저장된 상기 믹서의 위상특성과 상기 측정신호의 위상을 비교하여 상기 오실로스코프의 위상특성을 산출하는 단계를 포함한다.

Description

오실로스코프 위상특성 교정 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CALIBRATING THE PHASE CHARACTERISTICS OF OSCILLOSCOPES}
본 발명은 오실로스코프 위상특성 교정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 저주파 영역에서 오실로스코의 위상특성을 교정하기 위한 오실로스코프 위상특성 교정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
오실로스코프(Oscilloscopes)는 전자회로의 동작상태를 시간영역에서 측정하기 위하여 널리 사용된다. 오실로스코프로 측정한 결과의 신뢰성을 보장하기 위하여, 공인시험에 사용되는 오실로스코프는 정기적으로 전압, 시간, 주파수특성(응답함수) 등에 대한 교정을 수행하도록 되어 있다.
현재 오실로스코프를 교정하기 위한 방법으로 연속-정현파(swept-sine)교정법, Nose-to-nose교정법, 전기광학 샘플링(EOS, Electric Optical Sampling) 교정법 등이 사용되고 있다.
Nose-to-nose교정법은 50GHz 주파수 영역에까지 사용이 가능하지만 특정 제조업체의 오실로스코프에만 적용이 가능하며, 전기광학 샘플링 교정법은 펨토초 레이저 시스템(Femtosecond Laser System)을 사용하기 때문에 400GHz 초고주파 영역까지 교정이 가능하지만 수 GHz이하의 저주파에서는 정확도 및 신뢰도가 매우 떨어진다는 단점이 있다.
수 GHz이하의 저주파 영역에서 사용되는 연속-정현파 교정법은 응답함수의 크기에 대한 교정이 가능하나, 위상특성(위상응답)에 대한 교정이 수행되지 않는다는 문제가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 오실로스코프의 위상특성을 교정함으로써 오실로스코프의 정확도 및 신뢰도를 보장할 수 있는 오실로스코프 위상특성 교정 시스템 및 방법을 제공하는데에 있다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 가변 주파수 신호 발생기의 가변 주파수 신호, 고정 주파수 신호 발생기의 고정 주파수 신호 및 믹서를 통하여 상기 가변 주파수 신호를 상기 고정 주파수 신호에 대하여 주파수 변환시킨 혼합 신호를 입력으로 하는 오실로스코프의 위상특성 교정 방법에 있어서, 상기 오실로스코프로부터 출력되는 상기 가변 주파수 신호, 상기 고정 주파수 신호 및 상기 혼합 신호의 위상을 산출하는 단계; 산출된 가변 주파수 신호의 위상에서 고정 주파수 신호의 위상 및 혼합 신호의 위상을 감산하여 측정신호의 위상을 산출하는 단계; 및 기 저장된 상기 믹서의 위상특성과 상기 측정신호의 위상을 비교하여 상기 오실로스코프의 위상특성을 산출하는 단계를 포함하는 오실로스코프 위상특성 교정 방법을 제공한다.
상기 혼합신호는 대역 필터를 통과한 후 상기 오실로스코프에 입력될 수 있다.
상기 가변 주파수 신호, 상기 고정 주파수 신호 및 상기 혼합 신호는 클럭발생기를 통하여 동기화될 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 가변 주파수 신호 발생기의 가변 주파수 신호, 고정 주파수 신호 발생기의 고정 주파수 신호 및 믹서를 통하여 상기 가변 주파수 신호를 상기 고정 주파수 신호에 대하여 주파수 변환시킨 혼합 신호를 입력으로 하는 오실로스코프의 위상특성 교정 시스템에 있어서, 상기 오실로스코프로부터 출력되는 상기 가변 주파수 신호, 상기 고정 주파수 신호 및 상기 혼합 신호의 위상을 산출하는 제1연산부; 산출된 가변 주파수 신호의 위상에서 고정 주파수 신호의 위상 및 혼합 신호의 위상을 감산하여 측정신호의 위상을 산출하는 제2연산부; 및 데이터베이스에 기 저장된 상기 믹서의 위상특성과 상기 측정신호의 위상을 비교하여 상기 오실로스코프의 위상특성을 산출하는 교정부를 포함하는 오실로스코프 위상특성 교정 시스템을 제공한다.
상기 믹서의 위상특성은 벡터 회로망 분석기를 이용하여 산출되어 상기 데이터베이스에 저장될 수 있다.
상기 혼합신호는 대역 필터를 통과한 후 상기 오실로스코프에 입력될 수 있다.
상기 가변 주파수 신호, 상기 고정 주파수 신호 발생기 및 상기 혼합 신호는 클럭발생기를 통하여 동기화될 수 있다.
본 발명인 오실로스코프 위상특성 교정 시스템 및 방법은 오실로스코프의 위상특성을 교정함으로써 오실로스코프의 정확도 및 신뢰도를 보장할 수 있다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 위상특성 교정 시스템의 연결 구성도,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 오실로스코프의 출력 그래프,
도3은 본 발명의 일실시예에 다른 측정신호의 위상과 믹서의 위상특성에 관한 그래프,
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 측정신호의 위상특성을 도시한 그래프, 및
도5는 본 발명의 일실시예에 다른 오실로스코프 위상특성 교정 방법의 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 위상특성 교정 시스템의 연결 구성도이다.
도1을 참조하면, 먼저 오실로스코프(20)는 가변 주파수 신호 발생기(30), 고정 주파수 신호 발생기(40) 및 믹서(50)와 각각 다른 채널을 통하여 연결될 수 있다.
예를 들면, 가변 주파수 신호 발생기(30)는 오실로스코프(20)의 채널1, 믹서(50)는 오실로스코프(20)의 채널2, 고정 주파수 신호 발생기(40)는 오실로스코프(20)의 채널3을 통하여 연결될 수 있다.
오실로스코프(20)는 가변 주파수 신호 발생기(30), 고정 주파수 신호 발생기(40) 및 믹서(50)의 출력 신호를 입력으로 받아 각각의 주파수 신호에 대한 파형 그래프를 출력할 수 있다.
가변 주파수 신호 발생기(30)의 출력단은 예를 들면, 오실로스코프(20)의 채널1과 믹서(50)의 RF단에 연결될 수 있다. 가변 주파수 신호 발생기(30)의 출력 신호는 분배기(71)를 통하여 각각 믹서(50)와 오실로스코프(20)로 입력될 수 있다.
고정 주파수 신호 발생기(40) 출력단은 예를 들면, 오실로스코프(20)의 채널3과 믹서(50)의 LO단에 연결될 수 있다. 고정 주파수 신호 발생기(40)의 출력 신호는 분배기(72)를 통하여 각각 믹서(50)와 오실로스코프(20)로 입력될 수 있다.
믹서(50)의 출력단은 예를 들면 오실로스코프(20)의 채널2와 연결될 수 있다. 믹서(50)의 출력 신호는 대역 통과 필터(BPF, band Pass Filter)(80)를 거쳐 음의 주파수 대역(image frequency)이 필터링 된 신호가 오실로스코프(20)로 입력될 수 있다.
오실로스코프(20), 가변 주파수 신호 발생기(30), 고정 주파수 신호 발생기(40) 및 믹서(50)는 클럭발생기(60)에 연결되어 동일한 클럭 신호에 의하여 상호 동기화 된 신호를 출력할 수 있다.
오실로스코프 위상특성 교정 시스템(10)은 제1연산부(11), 제2연산부(12) , 교정부(13) 및 데이터베이스(14)를 포함하여 구성될 수 있다.
제1연산부(11)는 오실로스코프(20)로부터 출력되는 파형 그래프를 이용하여 가변 주파수 신호의 위상, 고정 주파수 신호의 위상, 혼합 신호의 위상을 산출할 수 있다.
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 오실로스코프의 출력 그래프이다.
도2를 참조하면, 오실로스코프(20)로부터 출력되는 가변 주파수 신호 발생기의 신호, 고정 주파수 신호 발생기의 신호, 믹서의 혼합 신호 및 클럭 신호에 대한 파형 그래프를 확인할 수 있다.
제1연산부(11)는 오실로스코프(20)로부터 출력되는 파형 그래프에서 각각의 신호에 대한 제로 크로싱 포인트(zero-crossing point)를 검출하고, 제로 크로싱 포인트 간의 시간 간격을 연산함으로써 각각의 신호에 대한 위상을 산출할 수 있다.
제2연산부(12)는 산출된 가변 주파수 신호의 위상에서 고정 주파수 신호의 위상 및 혼합 신호의 위상을 감산하여 측정신호의 위상을 산출할 수 있다.
구체적으로 제2연산부(12)는 하기의 수학식에 따라 측정신호의 위상을 산출할 수 있다.
Figure 112013104283163-pat00001
여기서
Figure 112013104283163-pat00002
는 오실로스코프(20)로부터 출력된 가변 주파수 신호의 위상,
Figure 112013104283163-pat00003
는 오실로스코프(20)로부터 출력된 고정 주파수 신호의 위상,
Figure 112013104283163-pat00004
는 오실로스코프(20)로부터 출력된 혼합 신호의 위상이다.
교정부(13)는 데이터베이스(DB, Database)(14)에 기 저장된 믹서(50)의 위상특성과 측정신호의 위상을 비교하여 오실로스코프(20)의 위상특성을 산출할 수 있다.
데이터베이스(14)에 저장되어 있는 믹서(50)의 위상특성은 3-믹서 측정법(Three-Mixer method)을 사용하여 벡터 회로망 분석기(VNA, Vector Network Analyzer)(미도시)를 통하여 기 산출된 값이다.
3-믹서 측정법은 임의의 믹서 3개를 2개씩 직렬 연결하여 입력과 출력 관계식을 산출하고, 산출된 출력 관계식의 연립 연산을 통하여 각각의 믹서의 응답함수와 위상특성을 산출할 수 있는 방법으로, 본 발명의 취지에서 벗어나는 것으로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
교정부(13)는 제2연산부(12)에서 산출한 측정신호의 위상에서 기 저장된 믹서(50)의 위상특성을 감산함으로써 오실로스코프(20)의 위상특성을 산출할 수 있다.
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 측정신호의 위상과 믹서의 위상특성에 관한 그래프, 도4는 본 발명의 일실시예에 따른 오실로스코프의 위상특성을 도시한 그래프이다.
도3 및 도4를 참조하면, 제2연산부에서 산출한 측정신호의 위상과 믹서의 위상특성간에 차이가 있는 것을 확인할 수 있다.
교정부는 제2연산부에서 산출한 측정신호에서 믹서의 위상특성을 감산함으로써 도4와 같이 오실로스코프의 위상특성을 산출할 수 있다.
교정부에서 산출한 위상특성은 오실로스코프의 자체 특성에 의한 오차를 의미하는 것으로 산출된 위상특성을 감안하여 오실로스코프의 출력 파형을 교정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 가변 주파수 신호 발생기는 180MHz, 고정 주파수 신호 발생기는 170MHz, 믹서의 혼합신호는 10MHz의 정현파 신호인 것을 일예로 들어 설명하였으나, GHz이상의 고주파 영역에 대하여서도 적용될 수 있음은 당연하다 할 것이다.
도5는 본 발명의 일실시예에 따른 오실로스코프 위상특성 교정 방법의 순서도이다.
도5를 참조하면, 제1연산부는 오실로스코프로부터 출력되는 파형 그래프에서 각각의 신호에 대한 제로 크로싱 포인트(zero-crossing point)를 검출하고, 제로 크로싱 포인트 간의 시간 간격을 연산함으로써 각각의 신호에 대한 위상을 산출한다(S510).
제2연산부는 산출된 가변 주파수 신호의 위상에서 고정 주파수 신호의 위상 및 혼합 신호의 위상을 감산화여 측정신호의 위상을 산출한다(S520).
구체적으로 제2연산부는 하기의 수학식에 따라 측정신호의 위상을 산출한다.
Figure 112013104283163-pat00005
여기서
Figure 112013104283163-pat00006
는 오실로스코프로부터 출력된 가변 주파수 신호의 위상,
Figure 112013104283163-pat00007
는 오실로스코프로부터 출력된 고정 주파수 신호의 위상,
Figure 112013104283163-pat00008
는 오실로스코프로부터 출력된 혼합 신호의 위상이다.
교정부는 데이터베이스에 기 저장된 믹서의 위상특성과 측정신호의 위상을 비교하여 오실로스코프의 위상특성을 산출한다(S530~S540).
데이터베이스에 저장되어 있는 믹서의 위상특성은 3-믹서 측정법(Three-Mixer method)사용하여 벡터 회로망 분석기(VNA, Vector Network Analyzer)를 통하여 기 산출된 값이다.
3-믹서 측정법은 임의의 믹서 3개를 2개씩 직렬 연결하여 입력과 출력 관계식을 산출하고, 산출된 출력 관계식의 연립 연산을 통하여 각각의 믹서의 응답함수와 위상특성을 산출할 수 있는 방법으로, 본 발명의 취지에서 벗어나는 것으로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
교정부는 제2연산부에서 산출한 측정신호의 위상에서 기 저장된 믹서의 위상특성을 감산함으로써 오실로스코프의 위상특성을 산출한다.
본 실시예에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다. 뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10: 오실로스코프 위상특성 교정 시스템
11: 제1연산부
12: 제2연산부
13: 교정부
14: 데이터베이스
20: 오실로스코프
30: 가변 주파수 신호 발생기
40: 고정 주파수 신호 발생기
50: 믹서(Mixer)
60: 클럭발생기
71, 72: 분배기(splitter)
80: 대역통과필터

Claims (7)

  1. 가변 주파수 신호 발생기의 가변 주파수 신호, 고정 주파수 신호 발생기의 고정 주파수 신호 및 믹서를 통하여 상기 가변 주파수 신호를 상기 고정 주파수 신호에 대하여 주파수 변환시킨 혼합 신호를 입력으로 하는 오실로스코프의 위상특성 교정 방법에 있어서,
    상기 오실로스코프로부터 출력되는 상기 가변 주파수 신호, 상기 고정 주파수 신호 및 상기 혼합 신호의 위상을 산출하는 단계;
    산출된 가변 주파수 신호의 위상에서 고정 주파수 신호의 위상 및 혼합 신호의 위상을 감산하여 측정신호의 위상을 산출하는 단계; 및
    기 저장된 상기 믹서의 위상특성과 상기 측정신호의 위상을 비교하여 상기 오실로스코프의 위상특성을 산출하는 단계를 포함하는 오실로스코프 위상특성 교정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혼합신호는 대역 필터를 통과한 후 상기 오실로스코프에 입력되는 오실로스코프 위상특성 교정방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가변 주파수 신호, 상기 고정 주파수 신호 및 상기 혼합 신호는 클럭발생기를 통하여 동기화되어 있는 오실로스코프 위상특성 교정방법.
  4. 가변 주파수 신호 발생기의 가변 주파수 신호, 고정 주파수 신호 발생기의 고정 주파수 신호 및 믹서를 통하여 상기 가변 주파수 신호를 상기 고정 주파수 신호에 대하여 주파수 변환시킨 혼합 신호를 입력으로 하는 오실로스코프의 위상특성 교정 시스템에 있어서,
    상기 오실로스코프로부터 출력되는 상기 가변 주파수 신호, 상기 고정 주파수 신호 및 상기 혼합 신호의 위상을 산출하는 제1연산부;
    산출된 가변 주파수 신호의 위상에서 고정 주파수 신호의 위상 및 혼합 신호의 위상을 감산하여 측정신호의 위상을 산출하는 제2연산부; 및
    데이터베이스에 기 저장된 상기 믹서의 위상특성과 상기 측정신호의 위상을 비교하여 상기 오실로스코프의 위상특성을 산출하는 교정부를 포함하는 오실로스코프 위상특성 교정 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 믹서의 위상특성은 벡터 회로망 분석기를 이용하여 산출되어 상기 데이터베이스에 저장되는 오실로스코프 위상특성 교정 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 혼합신호는 대역 필터를 통과한 후 상기 오실로스코프에 입력되는 오실로스코프 위상특성 교정 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 가변 주파수 신호, 상기 고정 주파수 신호 발생기 및 상기 혼합 신호는 클럭발생기를 통하여 동기화되어 있는 오실로스코프 위상특성 교정 시스템.
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