PCBInside

모든 스코프 프로브는 부착(extranous) 노이즈를 픽업 한다. 그 노이즈의 일부는 자체로 발생되고 다른 일부는 테스트 중인 시스템에 의해서 발생된다. 노이즈 있는 신호를 바라볼 때, 신호의 어떤 부분이 "실제"이고 어떤 부분이 노이즈와 상호 간섭에서 유도된 것인지 어떻게 말할 수 있는가? 단 하나의 방법이 있다. 그리고 그 방법은 그것을 포용하면 노이즈, 그라운딩, 디지털 시스템의 본성에 대한 놀라운 통찰로 인도한다.
노이즈와 상호 간섭을 직접적으로 측정하는 유일한 방법은 nothing(아무것도 없는 것) 측정을 시도를 하는 것이다. 실제 신호를 측정하는 것처럼 프로브를 위치하고 그라운드하고 그라운드 주변의 어떤 곳을 프로브의 팁으로 터치한다. 이 구성은 널 실험이라고 부른다. 이상적으로, 널은 0(zero, zip, nada, 또는 naught)을 볼 것이다.
실제로 관찰하는 것은 noise floor - 모두 중첩된 상호 간섭 노이즈 소스들 - 이다. 수직 평균과 트리거 회로 조합의 창조적 사용이 종종 거품의 바다 깊이 묻혀있는 작은 노이즈 효과를 떼어내어 특정한 관찰로 이끌 수 있다. 당신은 nothing 측정하는 것을 잘 다루는 것을 배울 수 있다.
이론적으로, 당신의 널 실험에서 프로브가 픽업하는 노이즈가 무엇이든 실제 신호에 그 노이즈가 중첩되어 나타날 것이다. 2개 의 주요한 소스가 당신이 보게되는 노이즈를 유발한다. 하나는 디지털 로직 그라운드와 스코프의 전기적 포텐셜 사이에 차이에 기인한 프로브 쉴드에 흐르는 전류이고, 둘째는 DUT와 프로브 또는 프로브 와이어링을 둘러싼 전자기장 사이의 상호작용이다.
전자(former) 소스가 얼마나 많은 노이즈를 만드는지 결정하기 위해서, 프로브가 그 자신의 그라운드를 연결한 채로 프로브와 프로브 그라운드는 DUT에서 완전히 떨어지게 한다. 그렇지 않으면 프로브 토폴로지를 널 실험과 유사하게 유지한다. 이 절차는 프로브 쉴드 전류를 제거해서 전자기장 픽업만 남게 한다.
프로브 쉴드 전류가 심각한 문제이면, 다리 하나는 신호에 다른 하나는 디지털 로직 그라운드에 한 채로 디퍼런셜 프로브를 시도한다. 디퍼런셜 프로브의 두 입력은 높은 임피던스를 갖기 때문에 - single-ended 프로브의 그라운드 연결 임피던스 보다 훨씬 높은 - 이 구성에서 매우 작은 쉴드 전류가 흐를 것이다.
후자 소스에 대해서, 먼저 그 노이즈가 DUT에서 나오는지 방의 어딘가에서 나오는지 결정한다. 프로브를 그 자산의 그라운드와 연결한 채 그러나 여전히 DUT로부터 연결되지 않은채 프로브를 들고 주변을 돈다. 프로브를 원인을 찾는 전자기장 탐지기로 사용한다. 때때로 형광등이나 다른 회로가 이런 구성에서 노이즈를 유도한다. 그렇다면 그것을 끈다.
전자기장 노이즈가 DUT로부터 오면, 스코프 프로브와 시스템 사이의 그라운드 연결 길이를 체크한다. 신호 소스로부터 프로브까지 그리고 뒤 돌아 프로브의 그라운드 연결까지 루프를 작게할수록 프로브가 수신하는 노이즈는 적다. 루프의 사이즈를 줄이면 널 실험 결과는 향상될 것이다.

EDN magazine, 2013.4.11. by Dr. Howawrd Johnson.

측정을 하기 전에 반드시 프루빙 시트를 아래처럼 작성하고, 측정 시에 시트를 가지고 해야 한다.

측정 시트에는 측정 항목과 예상값이 반드시 있어야 하며, 날짜와 작성자가 있어야 한다. 그리고 측정 시에 참고할만한 사항들을 기록해 놓는다.

SI 측정 시 알아야 할 사항.pdf

 오실로스코프(oscilloscope)는 대개 수직으로 10개의 division을 갖는다. 그리고 샘플링 비트수를 모두 활용하면 10개의 division에 꽉 찬 신호를 보여준다. 그런데, 신호의 크기가 만약 2개의 division만 사용하여 표시된다면, 유효 샘플링 수는 크게 줄어들게 되고 SNR은 커진다. 스윙 레벨이 작은 신호를 측정할 경우 scale을 조정하여 최대한 디스플레이의 크기에 맞춰줘야 정밀도가 증가한다.

 파워 노이즈 측정 시, 노이즈 신호는 대개 수 ~ 30여 mV 크기를 갖게 된다. 이 경우, 노이즈를 디스플레이에 꽉 채우려면, 2 mV/div 정도가 되어야 할 것이다. 만약 10 mV/div 이상이면 정밀도가 떨어진다. 이렇게 되면 실제와 수 배 이상 차이가 날 수 있다. 따라서, 파워 측정을 하려면, attenuation이 작은 프루브를 사용하는 것이 바람직하다. 10X 이상은 power probing에 적절하지 않다.

 가장 좋은 방법은 코엑시얼 케이블로 측정부위를 솔더링 후 스코프에 물려서 측정하는 것이다. 가장 정밀하다. 차선은 프루브 팁과 GND의 간격(루프)를 최소화 하여 프루빙한다. 이 때, 프루브 팁과 GND를 short 시켜서 주변 노이즈가 어떤지 파악해 둔다.

 프루브는 임피던스가 높은 것일수록 좋고, 측정 신호보다 충분히 큰 대역폭을 확보하고 있는 것이 좋다. 필요 시 오실로스코프의 AC coupling 기능을 사용하거나 probe의 offset을 조정하여 사용한다.

Probe 선택 순서:

1.     Active든 Passive든 attenuation이 작은 것. 1X 혹은 2X

2.     대역폭이 충분히 넓은 것(high impedance)