전자기기 벤치의 다섯 가지 필수 툴

DC 전원 공급기

모든 전자기기는 전력이 필요합니다. 벤치 전원 공급기는 처음 전원을 켤 때부터 최종 검증에 이르는 전체 테스트 사이클에 중요합니다. 전원을 켜는 동안 벤치 전원 공급기의 전류 및 전압 보호 기능이 오류가 있는 회로 기판의 작동 실패를 방지해줍니다. 디버깅 중 이러한 전원 공급기의 데이터 로깅 또는 전자 부하 기능이 전력 관련 문제를 해결할 수 있습니다. 마지막으로, 원격 프로그래밍 인터페이스가 최종 검증 및 생산 과정에서 자동화 테스트의 속도를 단축해줍니다.

시장에는 다양한 DC 전원 공급기가 출시되어 있어 선택이 매우 어려울 수 있습니다. 하지만 기본적인 전원 공급기는 선형과 스위칭 두 가지 방식만 있습니다.

선형 전원 공급기는 궁극적인 저노이즈 소스이지만 전력 변환은 상대적으로 비효율적이며, 약간 무거운 편입니다. (힌트: 전원 공급기를 들었을 때 "허리에 부담이 갈 만큼 무거울 경우" 선형일 가능성인 높습니다!) 반면, 스위치 모드 전원 공급기는 리플 노이즈가 약간 더 많지만 연구소 안에서 훨씬 손쉽게 이동할 수 있습니다.

최신 스위치 모드 전원 공급기는 총 출력 전력, 무게(연구소 내에서 편리하게 이동), 비용 측면에서 이상적 조합을 제공하므로 대부분의 애플리케이션에서 최적의 선택이 될 수 있습니다. 하지만, 민감한 리플 노이즈 요구사항이 적용되는 일부 애플리케이션에서는 여전히 선형 전원 공급기가 필요할 수 있습니다.

벤치 전원 공급기의 사양에는 최대 가용 전력 출력이 명시되어 있습니다. 전원 공급기에 다수의 채널이 있는 경우 최대치에는 다수의 채널이 결합된 경우가 많습니다. 예를 들어 R&S®NGL200 1채널 모델의 최대 출력은 60 W이고 2채널 모델의 최대 출력은 120 W이지만 두 채널을 직렬 또는 병렬로 결합해야 합니다.

최신 전원 공급기는 간단한 전압 및 전류 조절 이상의 첨단 기능을 제공합니다. 예를 들어, "감지선"은 부하에 연결된 고임피던스 라인입니다. 감지선을 통해 전력 리드의 저항손을 보상할 수 있습니다. 또한, 전압 및 전류를 비교적 빠르게 샘플링하여 관련 데이터를 USB 드라이브에 직접 로깅한 후 분석할 수 있습니다. 일부 전원 공급기는 전자 부하의 기능을 제공하므로 IoT 기기 배터리의 충전 및 방전을 시뮬레이션하는 데 적합합니다.

디지털 멀티미터

디지털 멀티미터는 DMM이라고도 합니다. 이전에는 VOM(Volt-Ohm-Meter)이라고 했으며, 일반적으로 아날로그 방식의 미터를 가리킵니다. "멀티미터"라는 이름에서 알 수 있듯, 이 기기는 AC/DC 전압, AC/DC 전류, 저항, 다이오드 순방향 전압, 커패시턴스와 같은 여러 전기적 특성을 측정할 수 있습니다. 결과는 일반적으로 숫자 디스플레이에 순시값으로 나타납니다. 하지만 일부 DMM은 일련의 측정에 대해 통계 정보도 제공할 수 있습니다. DMM은 복수의 측정을 지원하지만 일반적으로 한 번에 한 가지 유형의 측정만 가능합니다.

디지털 멀티미터 사양에는 정밀도와 정확도가 포함됩니다. 정밀도는 측정에 대해 어떤 범위의 값을 표시할 수 있는가를 나타냅니다. 정확도는 측정 기능과 범위에 따라 다릅니다.

일부 DC 전원 공급기는 매우 정확한 전압 및 전류 미터를 탑재해 전원 공급기와 디지털 멀티미터의 기능을 모두 제공합니다. 예를 들어, R&S®NGL200은 전압, 전력, 전류에 대한 6 1/2 디지털 미터를 포함한 2채널 전원 공급기입니다.

오실로스코프 및 AWG

오실로스코프는 "스코프"라고도 불립니다. 오실로스코프는 시간의 경과에 따른 전압을 측정하여 파형을 그립니다. 오실로스코프는 원래 전압만 캡처하지만 프로브를 사용하면 다른 정량까지 측정할 수 있습니다.

오실로스코프는 파형을 획득하는 방식에 따라 아날로그 또는 디지털로 구분됩니다. 오실로스코프 디지털 트리거링은 로데슈바르즈에서 최초로 특허를 획득했으며 오늘날 거의 모든 오실로스코프가 디지털 트리거링과 디지털-아날로그 컨버터를 사용해 파형 데이터를 캡처하고 있습니다.

파형을 획득한 후에는 오실로스코프에서 광범위한 측정 및 분석 기능을 수행할 수 있습니다.예를 들어 전압 측정 시 RMS 이외에 피크 대 피크 상단 및 하단 값 등을 함께 측정할 수 있습니다. 오실로스코프는 복수의 신호 파라미터를 동시에 측정할 수 있습니다.

오실로스코프에는 최소 2개 이상의 입력 채널이 있으며 4개 이상인 경우가 일반적입니다. 이러한 채널을 통해 신호를 동시에획득하고 시간(또는 위상) 상관관계로 확인할 수 있습니다.

오실로스코프에 대해서는 다른 전자 테스트 기기를 대체할 수 있는 기능이 개발되어 왔습니다. 예를 들어, 로데슈바르즈의 모든 오실로스코프에 탑재되는 8 또는 16개 디지털 로직 채널은 기존 로직 분석기 대신 사용할 수 있는 사례가 많습니다. R&S®RTH1000과 같은 특정 모델의 일부 오실로스코프에는 전체 디지털 멀티미터가 통합되어 있습니다.

엔지니어들은 일반적으로 오실로스코프와 함께 AWG(Arbitrary Waveform Generator) 또는 함수 발생기를 사용합니다. 대부분의 최신 오실로스코프는 많은 독립형 함수 발생기를 대체할 수 있는 내장형 AWG를 제공합니다. 이와 같은 스코프-AWG 결합 시스템에서는 내장 소프트웨어를 사용해 중요 측정을 수행하고 Bode plot 등의 그래프에 정보를 표시할 수 있습니다!

FFT 기능은 획득된 파형을 주파수 표시로 변환합니다. 일부 오실로스코프에는 독립형 실시간 스펙트럼 분석기와 유사한 성능을 제공하는 하드웨어 가속화 FFT가 있습니다.

스펙트럼 분석기

스펙트럼 분석기는 신호의 주파수 성분을 측정하여 x-축에 크기를 그리고 y-축에 주파수를 그립니다. 피크는 주파수 성분을 식별합니다. 또한, 일부 스펙트럼 분석기는 신호가 스펙트럼의 각 부분을 얼마나 오래 점유하는지를 확인할 수 있는 스펙트로그램 디스플레이를 제공합니다.

일반적인 스펙트럼 분석기는 스위핑 유형으로, 슈퍼헤테로다인 수신기가 핵심입니다. 이 스펙트럼 분석기는 범위 전체적으로 중심 주파수를 스위핑하는 방식으로, 입력 신호의 작은 부분을 한 번에 한 주파수씩 다운컨버전합니다. 스위핑 스펙트럼 분석기의 이점은 고주파 대역, 고감도및 매우 낮은 노이즈 플로어입니다.

스펙트럼 분석기는 주파수 성분 측정 이상의 자동 측정기능을 제공합니다. 예를 들어, 채널 출력, 점유 대역폭, 고조파 왜곡, AM 변조 깊이, TOI(Third-order Intercept)를 측정할 수 있습니다.

예를 들어, R&S®FPC1500과 같은 일부 기기에는 분석기의 주파수 대역 전체에 CW(연속파) 신호를 출력할 수 있는 신호 발생기가 포함되어 있습니다. 예를 들어, R&S®FPC는 최대 3 GHz까지 출력할 수 있습니다. 또는 발생기에서 분석기의 스윕 주파수를 추적합니다. 이와 같은 추적 발생기 조합으로 기기의 전송 기능을 측정하거나 오프셋을 사용해 믹서를 측정할 수 있습니다.

애플리케이션 별 툴

마지막으로, 특정 애플리케이션에 적합한 몇 가지 필수 툴이 필요할 수 있습니다. 예를 들어, 패시브 구성요소를 특성분석해야 하는 경우 "LCR 브릿지", 간단히 "브릿지"라고 불리는 LCR 미터를 사용할 수 있습니다. 이러한 툴은 각각 다른 주파수와 DC 바이어스 점에서 인덕턴스, 커패시턴스, 저항을 측정합니다.

VNA(벡터 네트워크 분석기)도 케이블, PCB 트레이스, 증폭기와 같은 구성요소의 S-파라미터를 제공할 수 있는 특성분석 툴입니다. VNA와 관련된 파워 센서는 RF 신호의 전력 레벨을 측정하고 숫자 출력을 제공합니다.

LISN(전원 임피던스 안정화 회로망)은 EMC 테스트를 위해 DUT를 AC 소스와 연결합니다. LISN에는 EMC 수신기에서 DUT로부터 전도성 방출을 측정할 수 있는 출력 포트가 있습니다.

전력 분석기는 AC/DC 부하의 전력 소비를 측정합니다. R&S®HMC8015등의 분석기는 다양한 전력 상태의 특성분석, 고조파 분석, 기타 전원 켜기 동작을 간소화하는 All-in-One 툴입니다.

폼팩터 및 등급

여기에 나열된 모든 기기는 다양한 폭팩터와 다양한 등급으로 출시됩니다. (일반적으로 대부분의 벤치탑 기기에 랙 장착 키트를 사용할 수 있습니다.)

기기는 보통 성능 사양또는 탑재된 기능에 따라 다른 등급으로 분류됩니다. 같은 등급에 속하는 모든 툴이 주요 측정 기능을 동일하게 수행하는 반면, 필수 기능은 애플리케이션에 따라 다를 수 있습니다. 예를 들어, 오실로스코프는 보통 대역폭 범위를 기준으로 분류되며 특정 애플리케이션에 맞는 대역폭이 필요할 수 있습니다.