R&S®RTM에서 신뢰할 수 있는 RMS 결과를 얻는 방법

목표

전류 또는 전압 신호의 품질을 평가할 때 피크, 주파수와 같은 값은 신호에서 직접 판단할 수 있으며, 이외에 크레스트 전력도 계산할 수 있습니다. RMS(Root Mean Square, 실효값)를 사용해야 계산을 가장 잘 표현할 수 있는 경우가 많습니다. 전압계 또는 전류계에서는 아날로그 회로를 사용하여 제곱 전달 함수와 시간 평균을 적용하여 RMS 값을 확인할 수 있습니다. 하지만 이러한 회로류는 일반적으로 대역폭이 제한되어 있고 RF 작업에 부적합합니다.

T&M 솔루션

빠른 ADC를 사용하는 오실로스코프에서는 이러한 제약을 극복할 수 있습니다. 디지타이징된 샘플은 RMS 계산의 기초이며, 오실로스코프에서 자동 측정으로 탑재되는 경우가 많습니다. 구현의 차이로 인해 결과는 달라질 수 있습니다. 따라서 최적의 방식을 선택하고 가능한 정확하고 정밀한 결과를 얻으려면 방법과 가정을 이해하는 것이 중요합니다. R&S^®RTM2000은 특정 세기의 세 가지 자동 방식을 제공합니다.

• 표준 RMS 측정
• R&S^®RTM-K32 옵션은 고대역폭 RMS을 위한 디지털 RMS 변환 기능을 제공합니다
• R&S^®RT-Zxx 액티브 프로브에는 고정밀 측정을 위한 R&S^®ProbeMeter 기능이 기본 탑재됩니다

적용 사례

디지털 오실로스코프 RMS 측정

오실로스코프는 ADC 컨버터로 아날로그 신호를 샘플링한 다음 디지타이징된 값을 버퍼 메모리에 저장합니다. 파형이 트리거 조건을 충족할 경우 버퍼의 샘플은 수집 메모리로 전달된 다음 트리거 포인트를 중심으로 재현 및 표시됩니다. 오실로스코프에서 이 프로세스가 반복되고 화면에서 트리거 조건을 충족하는 모든 값 세트를 적용하여 파형이 새로 고쳐집니다. 오실로스코프는 RMS 측정을 위해 수집 메모리에 들어 있는 파형 샘플을 사용하여 계산을 수행합니다. 이 기능은 거의 모든 디지털 오실로스코프에 탑재된 표준 측정 기능입니다. 수집 메모리의 데이터를 사용하므로 측정 속도는 파형의 수집 속도만큼 빠릅니다.

오실로스코프 샘플링이 RMS 계측에 미치는 영향

측정은 수집 메모리를 통해서만 수행되므로 다른 데시메이션, 수집 메모리의 전체적 파형 형태 등으로 인해 샘플링 방법이 달라질 경우 결과가 크게 달라집니다. 반복적 파형과 적절한 샘플을 갖추는 것이 가장 좋습니다. ADC 샘플을 수집 메모리에 선택적으로 저장하는 데시메이션 모드에서는 계산 제약으로 인해 측정 정확도와 대역폭이 감소될 수 있습니다. 일부 오실로스코프 아키텍처에서는 (픽셀화 이후) 표시 샘플에 대해 측정이 수행되므로 RMS 측정 정확도가 더욱 떨어질 수 있습니다.

R&S^®RTM-K32 DVM 옵션

수집 메모리 샘플을 기준으로 하는 자동 측정과 달리, R&S^®RTM-K32는 파형 수집과 상관없이 ADC 샘플에서 RMS 값을 직접 계산합니다. 결과는 수집 메모리의 파형 형태 또는 샘플링 방법에 따라 달라지지 않습니다. R&S^®RTM2000 ADC는 5Gsample/s로 작동하므로 DVM은 최대 2.5GHz(Nyquist)의 신호를 측정할 수 있습니다. 계산은 모든 ADC 샘플에 대해 수행되므로 수집을 완료하지 않고도 측정이 가능합니다.

이러한 구현의 또 다른 주요 이점은 R&S^®RTM2000에 각 채널의 ADC가 탑재된다는 점입니다. R&S^®RTM-K32 DVM에서는 각 채널당 최대 4개의 병렬 측정이 가능합니다. RMS 측정과 같이, 여기에서도 ADC 샘플을 기준으로 DC, 피크, 크레스트, 주파수를 직접 측정할 수 있습니다.

R&S^®RTM-K32 DVM 정밀도

전압계의 핵심 파라미터 중 하나는 정밀도입니다. 일반적으로 정밀도는 측정 결과에서 자릿수로 지정됩니다. R&S^®RTM-K32는 ADC 샘플을 직접 사용하며, 진폭값에 대해 최대 3자릿수, 주파수 카운터에 대해 7자릿수의 정밀도를 제공합니다. 정밀도는 대부분의 애플리케이션에 충분한 수준이며, 여러 채널과 파라미터 동시 측정을 활용하는 유연성이 더욱 중요합니다.

R&S®ProbeMeter

정밀도가 중요한 경우 사용자는 더욱 정확한 R&S®ProbeMeter를 사용할 수 있습니다. 여기에는 0.1%의 DC 측정 정확도를 제공하는 24비트 ADC가 탑재되어 있습니다. 아래 그림과 같이 R&S®ProbeMeter는 오실로스코프 프런트엔드 ADC를 우회하므로 기기 채널 설정과 독립적이며, 항상 전체 다이내믹 레인지 판독값을 제공합니다.

요약

R&S^®RTM2000은 몇 가지 RMS 측정 옵션을 제공합니다. 기본 탑재된 자동 측정 기능은 쉽게 켤 수 있지만 파형 반복성, 샘플링 레이트, 데시메이션 효과로 제한됩니다. R&S^®RTM-K32 DVM 옵션을 사용하면 최대 5Gsample/s 샘플 레이트와 동시에 4개의 전압과 2개의 카운터 측정을 수행하는 기능으로 ADC 샘플 데이터를 직접 사용하지 않고도 더욱 정확한 RMS 측정을 수행할 수 있습니다. 최고의 정밀도가 필요한 경우 사용자는 R&S^®ProbeMeter에 기본 탑재된 로데슈바르즈의 액티브 프로브를 사용하여 프로브의 전체 다이내믹 레인지에서 전례 없는 0.1%의 정확도를 얻을 수 있습니다.