KR20000010162U - 오실로스코프의 오토셋업회로 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전기적인 신호를 계측하는 장비인 아날로그 오실로스코프의 오토셋업시 20MHz이상의 고주파신호에 대해서 피크값을 검출하지 못하여, 볼트퍼디비젼 레벨과 트리거레벨을 설정하지 못하는 것을 해결한 것이다. 이를 위해 새로운 디지털방식의 오토셋업회로를 제공한다. 새로운 오토셋업회로는 마이크로컴퓨터와 DA컨버터를 이용하여 미리 임의의 크기로 트리거레벨신호를 발생시킨다. 그리고 마이크로컴퓨터의 제어를 받는 감쇠기를 이용하여 크기를 제어한 트리거신호와, 트리거레벨신호를 고속의 비교기를 이용하여 비교한다. 비교결과는 D플립플롭을 이용하여 마이크로컴퓨터가 인식하고, 트리거신호가 트리거레벨신호보다 클 때까지 감쇠기의 이득 즉, 볼트퍼디비젼의 레벨과 트리거레벨을 조절하면서 두 신호를 반복비교한다. 어느 순간에 트리거신호가 트리거레벨신호보다 크다고 인식되면, 마이크로컴퓨터는 더 이상 반복비교를 멈추고 지금까지의 볼트퍼디비젼의 레벨과 트리거레벨을 기준으로 최적의 레벨을 설정한다. 본 오토셋업회로를 오실로스코프 뿐만 아니라 전기적인 입력신호의 전압, 전류등을 측정하는 모든 계측장비나 제어기기에 이용하면, 정확하고 안정되게 신호의 전기적인 특성을 알아낼 수 있다.

Description

오실로스코프의 오토셋업회로

본 고안은 오토셋업(auto setup)기능을 갖는 아날로그 오실로스코프에 관한 것으로 특히, 오토셋업시 볼트퍼디비젼(volts/div)레벨과 트리거레벨(Trigger Level)을 자동으로 설정해주는 오토셋업회로에 관한 것이다.

오실로스코프는 전기전자 산업분야에서 꼭 필요한 계측장비로서 사람 눈에 보이지 않는 전기적인 신호를 화면을 통해 관측할 수 있게 해줌으로써 연구 산업분야에 지대한 공헌을 하는 장비라고 할 수 있다.

이러한 오실로스코프로 전기적인 신호를 관측하려면 CRT(음극선관) 화면상에 신호를 디스플레이해야 한다. 그러나 다양한 크기의 입력신호를 한정된 CRT화면상에 적당한 크기의 신호로 디스플레이하기 위해서는 감쇠기로 입력신호를 감쇠하거나 증폭할 필요가 있다. 이러할 경우에 입력신호의 크기를 변화시키도록 해주는 것이 오실로스코프의 볼트퍼디비젼(volts/div)스위치이다. 실제로 오실로스코프의 볼트퍼디비젼스위치는 로터리스위치의 형태를 하고 있어, 스위치의 회전에 따라 감쇠기의 이득이 가변하여 화면상에 보여지는 신호의 진폭을 가변할 수 있게 되어 있다.

오실로스코프에 표시되는 신호의 모양은 전자빔이 화면의 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하면서 CRT의 형광면을 발광시키므로써 나타난다. 전자빔이 화면의 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하도록 편향시키는 것을 소인이라 하는데, 이 소인을 시작하는 위치를 정하는데 중요한 역할을 하는 것이 트리거레벨(trigger level)이다.

또한 시간에 따라 변화하는 신호를 관측하기 위해서는, 화면상에서 변화하는 신호를 정지한 신호처럼 보여줘야 한다. 변화하는 신호를 정지한 신호처럼 화면상에 나타내기 위해서는 신호의 특징을 잘 나타내는 어떤 구간을 정하여 그 구간을 연속적으로 반복해서 전자빔이 소인한다. 상기 구간에 대한 신호를 트리거펄스(trigger pulse)라고 하는데, 회로적으로는 이 펄스로부터 톱니파를 발생시켜 전자빔의 편향을 제어한다. 트리거펄스에 있어서 펄스의 폭은 트리거레벨을 어떻게 설정하느냐에 따라 정해진다. 이러한 역할을 하는 것이 오실로스코프의 트리거레벨 스위치이다.

결국 사용자가 신호를 관찰하기 좋은 상태로 만들기 위해서는 직접 오실로스코프의 볼트퍼디비젼과 트리거레벨 스위치를 적당히 조작하여야 한다. 그러나 오토셋업기능을 가진 오실로스코프가 등장하면서 상기 스위치를 자동으로 설정해주고 있다. 즉, 오토셋업기능을 가진 오실로스코프는 사용자가 오토셋업버튼을 누르면 입력신호에 따라 자동으로 볼트퍼디비젼과 트리거레벨을 설정한다.

오토셋업시 오실로스코프 내부적으로 볼트퍼디비젼 레벨과 트리거레벨을 설정하는 과정을 설명하면 대략 다음과 같다.

입력신호(트리거신호)는 감쇠기를 거쳐서 일단 최대로 감쇠되어 피크검출회로로 인가된다. 피크검출회로에서 출력된 입력신호의 피크값은 아날로그-디지털 컨버터(Analog to Digital Converter ; 이하 AD컨버터라 한다)를 통하여 마이크로프로세서에 의해 인식된다. 따라서 마이크로프로세서는 상기 피크값을 분석하여 적당하지 않다고 판단되면 감쇠기의 이득을 한 단계씩 낮추어 간다. 감쇠기의 이득조절에 따라 입력신호는 크기가 변하여 다시 피크검출회로로 인가되고, 변화된 크기에 따른 피크값이 검출된다. 상기 피크값은 마이크로프로세서에 의해 인식되고, 적당하지 않다고 판단되면 다시 감쇠기의 이득을 한 단계 낮춘다. 그러면 다시 입력신호는 크기가 변하여 피크검출회로로 인가되고 상기 과정을 반복한다. 이러한 반복을 통하여 마이크로프로세서에 의해 최종적으로 적당한 감쇠기의 이득이 설정된다. 이렇게 되면 상기의 감쇠기의 이득을 조절하는 과정중에 자연스럽게 볼트퍼디비젼의 레벨이 설정되고, 검출된 피크값에 의해 트리거레벨을 설정한다.

그러나, 이와 같이 자동으로 볼트퍼디비젼과 트리거레벨을 설정하려면 트리거신호의 피크값이 어느 정도인지 알아야 가능하다. 이에 따라 피크값을 검출하는 부분에 대하여 일반적으로 이용되고 있는 방법을 설명한다.

종래의 기술에 따른 오실로스코프의 오토셋업회로중 피크검출회로를 도1을 참조하여 상세히 설명한다.

피크검출회로의 구성을 살펴보면, 개략적으로 트리거신호를 받아들이는 입력부분과, 신호의 피크를 연속적으로 검출하는 부분과, 피크값을 증폭하는 부분으로 이루어져 있다. 또 전체적으로는 플러스(+) 피크값을 검출하는 부분과 마이너스(-) 피크값을 검출하는 두 부분으로 이루어져 있다.

트리거신호의 입력부분은 트리거신호 입력단자(INPUT)가 있고, 상기 트리거신호 입력단자(INPUT)에는 제2다이오드(D2)의 캐소드(K)와 제3다이오드(D3)의 애노드(A)가 연결된다. 상기 제2다이오드(D2)의 애노드는 제1저항(R1)을 통하여 +5[V]전원에 연결되고, 제3다이오드(D3)의 캐소드는 제2저항(R2)을 통하여 -5[V]전원에 연결된다.

이러한 연결로 트리거신호는 제2다이오드(D2)와 제3다이오드(D3)를 통하여 트리거신호의 전압에 관계없이 어느 다이오드(D2,D3)를 경유해서든 다음 단의 회로로 입력될 수 있다.

다이오드는 특성상 애노드와 캐소드간의 순방향전압강하가 있을 때 애노드에서 캐소드 방향의 한 방향으로만 도통이 가능하다.

상기 제2,제3다이오드(D2,D3)를 통하여 입력된 트리거신호는 다음으로 피크를 검출하는 부분으로 입력된다.

트리거신호가 제2다이오드(D2)를 통할 경우 피크를 검출하는 부분을 보면, 제1다이오드(D1)의 애노드가 상기 제1저항(R1)을 통하여 +5[V]전원에 연결된다. 따라서 제1다이오드(D1)의 애노드와 상기 제2다이오드(D2)의 애노드는 공통으로 상기 제1저항(R1)의 일측에 연결된다. 한편 제1다이오드(D1)의 캐소드는 제1콘덴서(C1)를 통하여 그라운드와 연결되고, 상기 제1다이오드(D1)의 캐소드와 제1콘덴서(C1)의 연결부분은 제1증폭기(U1)의 플러스입력단자와 연결된다. 상기 제1증폭기(U1)는 트리거신호의 피크값의 증폭을 위한 것이다.

상기 제1콘덴서(C1)의 일측은 그라운드와 연결되어 있고, 제1콘덴서(C1)의 타측이 제1증폭기(U1)의 플러스입력단자와 연결되어 있기 때문에 제1콘덴서(C1)의 전압은 바로 제1증폭기(U1)의 플러스입력전압으로 된다. 한편 제1증폭기(U1)의 마이너스입력단자는 제5저항(R5)의 일측과, 제6저항(R6)의 일측과, 제7저항(R7)의 일측과 공통으로 연결된다. 그리고 제5저항(R5)의 타측은 그라운드와 연결되고, 제6저항(R6)의 타측은 -5[V]전원에 연결되고, 제7저항(R7)의 타측은 제1증폭기(U1)의 출력단자와 연결된다. 이렇게 구성된 제1증폭기(U1)의 저항회로에 의해 피크값이 적당한 이득을 가지고 증폭되고, 제1증폭기(U1)는 최종적으로 트리거신호의 플러스피크값을 출력한다.

다음은 제3다이오드(D3)를 통한 트리거신호의 피크검출을 위한 부분으로서 상기와 유사한 구성으로 이루어져 있다.

제4다이오드(D4)의 캐소드가 앞 구성의 제2저항(R2)을 통하여 -5[V]전원에 연결된다. 따라서 제4다이오드(D4)의 캐소드는 상기 제3다이오드(D3)의 캐소드와 공통으로 제2저항(R2)의 일측에 연결된다. 한편 상기 제4다이오드(D4)의 애노드는 제2콘덴서(C2)의 일측과 연결되고, 제2콘덴서(C2)의 타측은 그라운드와 연결된다. 제4다이오드(D4)의 애노드와 제2콘덴서(C2)의 연결부분은 제2증폭기(U2)의 플러스입력단자와 연결된다. 따라서 제1증폭기(U1)의 경우와 유사하게 상기 제2콘덴서(C2)의 전압은 제2증폭기(U2)의 플러스입력전압이 된다. 또한 제2증폭기(U2)의 마이너스입력단자에는 공통으로 제8저항(R8)의 일측과, 제9저항(R9)의 일측과, 제10저항의 일측이 연결되어 있다. 그리고 상기 제8저항(R8)의 타측은 그라운드와 연결되고, 제9저항(R9)의 타측은 -5[V]전원에 연결되고, 제10저항(RU1)의 타측은 제2증폭기(U2)의 출력단자와 연결된다. 이러한 제2증폭기(U2)의 저항회로에 의해 적당한 이득을 가지고 마이너스피크값이 증폭되고, 제2증폭기(U2)의 출력단자에서는 최종적으로 마이너스피크값이 출력된다.

그리고 트리거신호의 플러스피크값을 증폭하는 앞 구성의 제1증폭기(U1)의 플러스입력단자와 트리거신호의 마이너스피크값을 증폭하는 상기 제2증폭기(U2)의 플러스입력단자는 저항(R3,R4)을 통해 연결된다. 즉, 제1증폭기(U1)의 플러스입력단자에는 제3저항(R3)의 일측이 연결되고, 제3저항(R3)의 타측은 제4저항(R4)의 일측과 연결된다. 제4저항(R4)의 타측은 제2증폭기(U2)의 플러스입력단자에 연결된다.

다음으로 상기 구성에 의한 종래의 피크검출회로의 동작을 설명한다.

일단 +5[V]전원,제1저항(R1),제2다이오드(D2),제3다이오드(D3),제2저항(R2),-5[V]전원으로 이루어진 회로를 살펴본다.

상기 회로에서 제2다이오드(D2)와 제3다이오드(D3)의 애노드와 캐소드간에는 순방향전압강하가 발생하므로 분명히 제2다이오드(D2)와 제3다이오드(D3)는 온(on)상태이다.

이러한 상태에서 감쇠기를 통과한 트리거신호는 트리거신호 입력단자(INPUT), 그리고 온상태인 제2다이오드(D2) 또는 제3다이오드(D3)를 통하여 피크를 검출하는 부분으로 입력된다.

+5[V]전원,제1저항(R1),제2다이오드(D2),트리거신호 입력단자(INPUT)로 이루어진 회로를 볼 때, 만약 트리거신호의 전압이 +5[V]보다 크면 제2다이오드(D2)의 애노드보다 캐소드의 전위가 더 높다. 따라서 제2다이오드(D2)에는 역방향의 전압이 걸려 제2다이오드(D2)는 오프(off)한다. 그러나 제3다이오드(D3)의 애노드와 캐소드간에는 순방향으로 전압이 걸리므로 제3다이오드(D3)는 온한다.

그러나 트리거신호의 전압이 -5[V]보다 작으면 제2다이오드(D2)에는 순방향으로 전압이 걸리므로 제2다이오드(D2)는 온한다. 이때 트리거신호 입력단자(INPUT),제3다이오드(D3),제2저항(R2),-5[V]전원으로 이루어진 회로에서 제3다이오드(D3)에는 역방향으로 전압이 걸린다. 따라서 제3다이오드(D3)는 오프한다.

이렇게 트리거신호의 전압에 따라 제2,제3다이오드(D2,D3)가 달리 온오프하지만, 일단 트리거신호는 전압의 크기에 관계없이 다음 단의 회로로 입력된다.

다음으로 +5[V]전원,제1저항(R1),제1다이오드(D1),제1증폭기(U1)의 플러스입력단자,제1증폭기(U1)의 마이너스입력단자,제6저항(R6),-5[V]전원으로 이루어진 회로를 살펴본다.

이러한 회로는 이상적인 증폭기의 플러스,마이너스 두 입력단자는 이미지널 쇼트(가상 단락)라 하여 동전위로 보아도 상관없기 때문에 가능하다.

제1다이오드(D1)에는 순방향전압이 걸려 제1다이오드(D1)는 외부에서 어떤 전압이 인가되지 않는 한 항상 온한다. 이러한 상태이므로 제2다이오드(D2)를 거친 트리거신호가 상기 회로의 제1다이오드(D1)의 애노드로 입력된다. 트리거신호가 플러스전압일 때는 전압의 크기에 관계없이 제1다이오드(D1)에는 순방향전압이 걸리므로 제1다이오드(D1)는 온한다. 따라서 트리거신호의 플러스전압은 제1콘덴서(C1)에 충전된다. 반면 트리거신호가 마이너스전압일 때는 제1다이오드(D1)에는 역방향전압이 걸리므로 제1다이오드(D1)는 오프한다. 따라서 제1콘덴서(C1)는 트리거신호의 플러스전압만 충전한다.

트리거신호는 정현파일 수도 있고. 시간에 따라 불규칙하게 변하는 신호일 수도 있다. 그러나 콘덴서의 특성에는 시정수라는 것이 있기 때문에, 콘덴서가 일단 어느 전압으로 충전하면, 트리거신호가 상기 전압 아래로 떨어진다고 해도 바로 방전하지 못한다. 그러므로 콘덴서(C1,C2)는 항상 트리거신호의 최대전압 즉, 피크값으로 충전한다.

한편 제1다이오드(D1)와 제1콘덴서(C1)의 연결부분은 제1증폭기(U1)의 플러스입력단자와 연결되어 있으므로 제1콘덴서(C1)의 충전전압은 제1증폭기(U1)로 입력된다. 그러므로 제1콘덴서(C1)가 충전한 트리거신호의 피크값이 제1증폭기(U1)의 플러스입력단자로 입력된다. 상기 피크값이 입력되면 제1증폭기(U1)는 마이너스입력단자에 연결된 저항회로(R5,R6,R7)에 의해 적당한 이득을 가지고 피크값을 증폭하여 출력한다. 이렇게 출력된 값은 트리거신호의 플러스피크값이 된다.

다음으로 마이너스피크값이 검출되는 과정을 설명한다. 이 과정은 플러스피크값이 검출되는 과정과 유사하다.

제4다이오드(D4)는 제3다이오드(D3)를 거친 트리거신호의 마이너스전압에 대해서만 온한다. 왜냐하면 트리거신호의 플러스전압에 대해서는 제4다이오드(D4)의 양단에 역방향전압이 걸리므로 제4다이오드(D4)는 오프한다. 따라서 제2콘덴서(C2)는 트리거신호의 마이너스전압으로 충전하는데, 제1콘덴서(C1)의 경우와 마찬가지로 시정수 때문에 마이너스의 최대전압 즉, 마이너스피크값으로 충전한다.

제4다이오드(D4)의 애노드와 제2콘덴서(C2)의 연결부분은 제2증폭기(U2)의 플러스입력단자와 연결되어 있으므로 제2콘덴서(C2)의 마이너스피크값은 제2증폭기(U2)에 의해 적당한 이득으로 증폭된다. 따라서 최종적으로 제2증폭기(U2)는 트리거신호의 마이너스피크값을 출력한다.

상기 제1증폭기(U1)가 출력한 플러스피크값과 제2증폭기(U2)가 출력한 마이너스피크값은 도1에는 나타내지 않았지만 제1AD컨버터와 제2AD컨버터로 입력되어 디지털로 변환된다. 그리고 마이크로프로세서가 디지털로 변환된 플러스피크값과 마이너스피크값을 토대로 감쇠기의 이득을 조절한다. 그러면 트리거신호의 크기가 변하여 상기 피크검출회로로 다시 입력된다. 그리고 그에 대한 피크값이 나오면 다시 마이크로프로세서가 판단하여 감쇠기의 이득을 조절한다. 이러한 일련의 과정을 반복하여 적절한 볼트퍼디비젼 레벨이 설정되고, 마이크로프로세서는 최종적으로 검출된 플러스피크값과 마이너스피크값 사이에 적당하게 트리거레벨을 설정한다.

그러나, 이상 설명한 피크검출회로는 콘덴서의 특성, 또는 다른 소자의 특성 , 소자의 선정문제 등 복합적인 문제로 인하여, 트리거신호가 20MHz이상의 고주파이면 회로의 이득이 줄어들고 회로동작이 불안정해져서 피크값을 검출하지 못하거나, 검출하더라고 회로에 의해 출력된 피크값이 실제 피크값보다 작은 값을 나타낸다는 문제점이 있다. 결과적으로 상기 회로에 의해서는 20MHz이상의 트리거신호에 대해서는 자동으로 볼트퍼디비젼과 트리거레벨을 설정하지 못한다는 것이다.

따라서 본 고안의 목적은 20MHz이상의 고주파 트리거신호에 대해서도 자동으로 피크값을 검출하여 볼트퍼디비젼의 레벨과 트리거레벨을 설정해주는 회로를 제공하는데 있다.

도1은 종래 기술에 따른 오실로스코프의 오토셋업회로중 피크검출회로도.

도2는 본 고안에 따른 오실로스코프의 오토셋업회로도.

도3은 본 고안에 따른 오실로스코프의 오토셋업회로의 흐름도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

U1,U2 : 증폭기 U3 : D플립플롭

U4 : 마이크로컴퓨터 U5 : DA컨버터

U6 : 비교기 10 : 감쇠기

상기 목적을 달성하기 위하여 본 고안에서는 외부 입력되는 트리거신호와 기준신호를 비교하는 비교수단과; 상기 비교수단의 출력으로부터 볼트퍼디비젼레벨과 트리거레벨을 설정하는 레벨설정수단과; 상기 레벨설정수단에서 설정된 트리거레벨에 따라서 상기 기준신호의 전압을 변환시키는 전압변환수단과; 상기 레벨설정수단에서 설정된 볼트퍼디비젼레벨에 따라서 상기 비교수단으로 입력되는 트리거신호를 증폭 또는 감쇠시키는 증폭수단을 포함함을 특징으로 한다.

이하 본 고안의 이해를 돕기 위해 도2에 나타낸 오토셋업회로의 실시예와 도3에 나타낸 흐름도를 참조하여 상세히 설명한다.

본 실시예에서는 트리거신호로부터 볼트퍼디비젼 레벨과 트리거레벨을 설정하기 위하여 트리거레벨신호를 이용한다는 점이 특이하다. 개략적으로 살펴보면, 비교기로 트리거신호를 적당한 크기의 기준신호와 여러번의 비교를 하여, 최종적으로 트리거신호의 피크값을 검출하는 동시에 볼트퍼디비젼 레벨과 트리거레벨을 설정한다. 동작설명을 통해서 명확해지겠지만 상기 기준신호의 크기는 트리거레벨 그 자체이므로 기준신호를 트리거레벨신호라고 할 수 있고, 따라서 트리거레벨신호를 이용하여 트리거레벨을 설정한다고 할 수 있다.

오토셋업회로의 구성을 살펴보면, 일단 오실로스코프의 볼트퍼디비젼 레벨과 트리거레벨을 설정하는 주체인 마이크로컴퓨터(U4)가 있다. 마이크로컴퓨터(U4)에는 볼프퍼디비젼의 레벨과 트리거레벌을 설정하는 프로그램이 내장되어 있다. 또한 마이크로컴퓨터(U4)는 외부 소자와의 데이터의 입출력을 자유롭게 행할 수 있다.

다음으로 트리거신호의 크기를 감쇠, 증폭할 수 있는 감쇠기(10)가 있다. 상기 감쇠기(10)의 제어단자는 마이크로컴퓨터(U4)의 제1입출력단자(I/O 1)와 연결된다. 이러한 구성으로 마이크로컴퓨터(U4)는 감쇠기(10)의 이득을 제어한다. 결과적으로 오실로스코프의 오토셋업은 상기 마이크로컴퓨터(U4)의 제어하에 이루어진다고 할 수 있다.

다음으로 마이크로컴퓨터(U4)의 제어하에 트리거신호와 비교시키기 위한 트리거레벨신호를 발생해주는 디지털-아날로그 컨버터(Digital to Analog Converter;U5, 이하 DA컨버터라 한다)와, 트리거신호와 트리거레벨신호의 비교결과를 마이크로컴퓨터(U4)가 인식가능하게 해주는 비교기(U6)와 D플립플롭(U3)이 있다.

트리거신호는 시간에 따라 전기적인 변화가 연속적인 아날로그신호이다. 따라서 상기 트리거신호와 비교하는 트리거레벨신호도 아날로그신호이어야 한다. 그러므로 마이크로컴퓨터(U4)의 제어하에 아날로그적인 트리거레벨신호를 발생시키는 소자가 필요하다. 이에 따라 본 실시예에서는 마이크로컴퓨터(U4)가 디지털신호를 출력하면 상기 디지털신호를 입력하여 적당한 아날로그적인 트리거레벨신호를 출력해주는 DA컨버터(U5)를 이용한다.

상기 마이크로컴퓨터(U4)의 데이터입출력단자와 DA컨버터(U5)의 입력단자는 8비트의 데이터버스(DATA BUS)로 연결되어, 마이크로컴퓨터(U4)가 보낸 디지털신호는 데이터버스를 통하여 DA컨버터(U5)로 입력된다. 상기 DA컨버터(U5)의 출력단자는 비교기(40)의 제2입력단자(2)와 연결된다. 그러한 반면, 비교기(U6)의 제1입력단자(1)는 트리거신호 입력단자(INPUT)와 연결된다.

비교기는 2개의 입력단자를 가지고 있는데, 입력단자로 들어오는 두 신호의 크기를 비교하여 비교결과에 따라 하이나 로우신호를 출력하는 장치이다. 본 실시예에 적용한 비교기(U6)는 고속의 비교기로서 20MHz이상의 고주파신호에 대해서도 안정된 비교동작을 수행할 수 있다.

상기 구성결과 비교기(U6)는 제1입력단자(1)로 입력되는 트리거신호와 제2입력단자(2)로 입력되는 DA컨버터(U5)의 출력을 비교하게 된다. 그리고 비교기(U6)의 출력단자는 D플립플롭(U3)의 클럭단자(CLK)와 연결된다. 이렇게 해서 비교기(U6)에서 비교된 결과의 출력은 D플립플롭(U3)의 클럭단자(CLK)로 입력된다.

D플립플롭은 데이터를 저장하는 기억장치의 일종으로 클럭신호에 동기해서 한 번 들어온 입력신호를 입력신호가 사라져도 전원차단시까지 계속해서 출력할 수 있는 특징을 가지고 있다. 그리고 D플립플롭에는 데이터입력단자, 출력단자, 그리고 클럭단자가 있다.

상기 D플립플롭(U3)의 데이터입력단자(D)는 +5[V]전원과 연결되어 있어 항상 하이상태이다. 그리고 D플립플롭(U3)의 출력단자(Q)는 마이크로컴퓨터(U4)의 제2 입출력단자(I/O 2)와 연결된다. 이렇게 연결하는 목적은 마이크로컴퓨터(U4)가 D플립플롭(U3)의 출력을 감시하기 위함이다. 마지막으로 D플립플롭(U3)의 클럭단자(CLK)는 앞의 구성처럼 비교기(U6)의 출력단자와 연결된다.

이러한 전체적인 구성에 의하여 신호의 흐름이 마이크로컴퓨터(U4),DA컨버터(U5),비교기(U6),D플립플롭(U3), 다시 마이크로컴퓨터(U4)로 이어지는 루프를 형성함을 알 수 있다.

상기 구성에 의한 오토셋업회로의 동작을 도3에 도시된 흐름도에 따라 상세히 설명한다.

오실로스코프의 오토셋업버튼이 눌려지면 마이크로컴퓨터(U4)는 볼트퍼디비젼의 레벨과 트리거레벨을 자동으로 설정하는 프로그램을 수행한다.

시작하여, 마이크로컴퓨터(U4)는 일단 흐름도상에 나타낸 Volts/div Level 설정(20)과 같이 볼트퍼디비젼의 레벨을 설정한다.

마이크로컴퓨터(U4)는 입력되는 트리거신호의 크기가 어느 정도인지 모르기 때문에 프로그램상의 내부변수를 이용하여 볼트퍼디비젼의 레벨을 최대로 설정한다. 그리고 마이크로컴퓨터(U4)는 제1입출력단자(I/O 1)로 신호를 보내어 감쇠기(10)의 이득을 최대로 조절한다. 상기 감쇠기(10)의 이득이 최대로 되면 트리거신호는 최대로 감쇠되어 트리거신호 입력단자(INPUT)로 입력된다.

다음으로 마이크로컴퓨터(U4)는 흐름도상에 나타낸 Trigger Level 설정(30)과 같이 프로그램상의 내부변수를 이용하여 트리거레벨을 설정한다. 상기 트리거레벨을 전기적인 관점에서 보면 트리거레벨신호인데, DA컨버터(U5)의 출력이 바로 트리거레벨신호이다. 트리거레벨의 설정값은 마이크로컴퓨터(U4)의 내부변수에 저장되고, 트리거레벨의 설정은 마이크로컴퓨터(U4)가 DA컨버터(U5)로 8비트의 데이터를 출력하여 이루어진다.

마이크로컴퓨터(U4)는 적당한 8비트의 데이터를 데이터버스를 통하여 출력한다. 상기 8비트의 데이터가 DA컨버터(U5)로 입력되면, DA컨버터(U5)는 데이터에 해당하는 신호 즉, 트리거레벨신호를 출력한다.

상기 DA컨버터(U5)가 구체적으로 어떻게 동작하는지 다음을 통하여 자세히 설명한다.

예를 들어 마이크로컴퓨터(U4)가 DA컨버터(U5)로 보낸 8비트의 데이터가 이진수로 "10000000"이라고 가정해보자. 이진수 "10000000"은 십진수로 바꾸면 "128"이다. 상기 DA컨버터(U5)가 기준전압으로 5[V]를 갖는다고 할 때, 마이크로컴퓨터(30)가 보낸 데이터는 8비트이므로 기준전압 5[V]를 8비트 DA컨버터의 최대 분해능인 256으로 나눈 값이 이진수 "1"에 대한 DA컨버터(U5)의 아날로그출력이 된다. 따라서 5[V]를 256으로 나눈 값에 마이크로컴퓨터(U4)가 보낸 이진수 "10000000" 즉, 십진수 "128"을 곱하면 입력 "10000000"에 대한 DA컨버터(U5)의 출력은 2.5[V]가 된다. 이러한 방법으로 마이크로컴퓨터(U4)는 적당한 데이터를 DA컨버터(U5)에 보내서 트리거신호와 비교가능한 트리거레벨신호를 만든다.

상기 DA컨버터(U5)에서 출력된 트리거레벨신호는 비교기(U6)의 제1입력단자(1)로 입력된다. 한편 감쇠기(10)에 의해 최대로 감쇠된 트리거신호는 비교기(U6)의 제2입력단자(2)로 입력된다. 따라서 비교기(U6)는 트리거신호와 상기 트리거레벨신호를 비교한다.

비교기(U6)가 상기 두 신호를 비교한 결과, 트리거신호의 최대전압보다 트리거레벨신호의 전압이 더 크면, 비교기(U6)는 로우신호를 출력한다. 반대로 트리거신호의 최대전압이 트리거레벨신호의 전압보다 크면, 트리거신호가 더 큰 구간과 트리거레벨신호가 더 큰 구간이 발생한다. 따라서 비교기(U6)는 트리거신호가 트리거레벨신호보다 더 큰 구간은 하이를, 더 작은 구간은 로우를 출력하므로 결과적으로, 비교기(U6)는 하이와 로우를 반복하는 펄스를 출력한다.

비교기(U6)의 출력이 펄스로 나오면 이 펄스는 D플립플롭(U3)의 클럭단자(Q)로 들어가고, 또한 도2에는 나타내지 않았지만 주파수카운터로 들어가서 전자빔의소인의 시작을 알리기 위한 신호로 쓰인다. 상기 펄스가 바로 트리거펄스이다. 이것으로부터 DA컨버터(U5)의 출력은 트리거레벨신호라고 명확히 말할 수 있고, 따라서 설명에 들어가기 전에 트리거레벨신호를 이용하여 트리거레벨을 설정한다고 밝힌 것이다.

상기 비교기(U6)의 출력이 로우라면, 비교기(U6)의 출력단자와 D플립플롭(U3)의 클럭단자(CLK)가 연결되어 있으므로 D플립플롭(U3)의 클럭신호 또한 로우이다.

한편 D플립플롭(U3)의 동작은 클럭의 상승 또는 하강에 동기해서 이루어지는데 클럭단자(CLK)로 입력된 신호가 계속 로우이므로 상승 또는 하강이 없다. 따라서 D플립플롭(U3)의 출력은 전(前)의 상태를 유지한다. 그러므로 D플립플롭(U3)의 데이터입력이 하이이지만 출력은 전의 상태 즉, 전원투입시의 상태인 로우를 계속해서 출력한다. D플립플롭(U3)이 출력단자(Q)로 로우신호를 출력하면, 마이크로컴퓨터(U4)의 제2입출력단자(I/O 2)로 로우가 입력된다.

다음으로 마이크로컴퓨터(U4)는 흐름도상에 나타낸 Q=High Yes,No(40)와 같이 D플립플롭(U3)의 출력단자(Q)의 출력신호 즉, 제2입출력단자(I/O 2)로 들어온 신호를 판단한다. 상기 신호가 하이가 아니면 즉, 로우이면 마이크로컴퓨터(U4)는 볼트퍼디비젼의 레벨을 한 단계 감소시키고 다시 볼트퍼디비젼의 레벨-흐름도의 Volts/div Level 감소(70)-을 설정하여 위의 과정을 반복한다. 그러나 제2입출력단자(I/O 2)로 들어온 신호가 하이이면, 마이크로컴퓨터(U4)는 지금까지의 트리거레벨과 볼트퍼디비젼의 레벨을 토대로 최적의 트리거레벨과 볼트퍼디비젼을 설정-흐름도의 Trigger Level 최적설정(50), Volts/div Level 최적설정(60)-하고 프로그램의 수행을 끝마친다.

상기 마이크로컴퓨터(U4)의 제2입출력단자(I/O 2)로 입력된 신호가 로우이므로 마이크로컴퓨터(U4)는 트리거신호의 크기가 트리거레벨신호의 크기보다 작다고 판단한다. 따라서 볼트퍼디비젼의 레벨을 한 단계 감소시키고, 제1입출력단자(I/O 1)로 신호를 출력하여 감쇠기(10)의 이득을 한 단계 낮춘다.

상기 감쇠기(10)의 이득이 줄었으므로 트리거신호의 크기는 약간 증가하여 다시 비교기(U6)의 제1입력단자(1)로 입력된다.

그리고 마이크로컴퓨터(U4)는 다시 트리거레벨을 설정하고, 데이터버스를 통하여 DA컨버터(U5)로 트리거레벨신호를 발생시키기 위한 데이터를 출력한다. 그러면 상기 데이터를 입력한 DA컨버터(U5)는 데이터에 해당하는 트리거레벨신호를 발생한다. 그리고 출력된 트리거레벨신호는 비교기(U6)의 제2입력단자(2)로 입력된다. 따라서 비교기(U6)는 증가된 크기의 트리거신호와 다시 설정된 트리거레벨신호를 비교한다.

만약 비교기(U6)가 또 로우를 출력하면 D플립플롭(U3)의 출력도 로우이다. 따라서 마이크로컴퓨터(U4)의 제2입출력단자(I/O 2)로 로우신호가 들어가고 전과 동일하게 마이크로컴퓨터(U4)는 트리거신호의 크기가 트리거레벨신호의 크기보다 작다고 판단한다. 그러므로 마이크로컴퓨터(U5)는 또 다시 볼트퍼디비젼의 레벨을 한 단계 감소시키고, 제1입출력단자(I/O 1)로 신호를 보내어 감쇠기(10)의 이득을 한 단계 낮춘다. 마이크로컴퓨터(U4)는 이러한 일련의 과정을 제2입출력단자(I/O 2)로 하이가 입력될 때까지 반복한다.

이렇게 반복하는 도중 트리거신호가 DA컨버터(U5)의 출력신호 즉, 트리거레벨신호보다 크면 비교기(U6)는 하이와 로우를 반복하는 펄스를 출력한다. 상기 펄스신호는 비교기(U6)의 출력단자와 D플립플롭(U3)의 클럭단자(CLK)가 연결되어 있으므로 D플립플롭(U3)의 클럭신호로 된다. 따라서 D플립플롭(U3)의 클럭단자(CLK)로 상기 펄스신호가 들어가면, 클럭의 상승과 하강에 동기하여 D플립플롭(U3)은 데이터입력이 5[V] 즉, 하이이므로 하이를 출력한다.

D플립플롭(U3)의 출력단자(Q)로 하이가 출력되면 마이크로컴퓨터(U4)의 제2입출력단자(I/O 2)로 하이신호가 입력되고, 마이크로컴퓨터(U4)는 더 이상 감쇠기(10)의 이득을 조절하지 않는다.

따라서 마이크로컴퓨터(U4)는 프로그램상의 내부변수의 볼트퍼디비젼 레벨 설정값과, 감쇠기의 이득과, 그리고 트리거레벨 설정값으로부터 트리거신호의 정확한 피크값을 검출할 수 있다. 그리고 마이크로컴퓨터(U4)는 지금까지의 볼트퍼디비젼 레벨 설정값과 트리거레벨 설정값으로부터 최적의 볼트퍼디비젼 레벨과 트리거레벨을 설정하고 프로그램을 끝낸다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 오토셋업회로는 고속의 디지털기술을 이용하므로써 아날로그회로로는 불가능했던 20MHz이상의 고주파 입력신호에 대해서도 볼트퍼디비젼 레벨과 트리거레벨을 설정할 수 있다. 따라서 본 오토셋업회로를 오실로스코프 뿐만 아니라 입력신호의 전압, 전류 등을 측정하는 모든 계측장비나 제어기기에 이용하면, 넓은 주파수 범위에 걸쳐 정확하고 안정되게 전기적인 특성을 산출해낼 수 있다.

Claims (3)

1. 외부 입력되는 트리거신호와 기준신호를 비교하는 비교수단과;

   상기 비교수단의 출력으로부터 볼트퍼디비젼레벨과 트리거레벨을 설정하는 레벨설정수단과;

   상기 레벨설정수단에서 설정된 트리거레벨에 따라서 상기 기준신호의 전압을 변환시키는 전압변환수단과;

   상기 레벨설정수단에서 설정된 볼트퍼디비젼레벨에 따라서 상기 비교수단으로 입력되는 트리거신호를 증폭 또는 감쇠시키는 증폭수단을 포함하여 구성되는 오실로스코프 오토셋업회로.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전압변환수단은, 디지털아날로그컨버터를 이용하는 것을 특징으로 하는 오실로스코프 오토셋업회로.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 레벨설정수단은, 마이크로컴퓨터를 이용하는 것을 특징으로 하는 오실로스코프 오토셋업회로.