사각파 모서리로 판단하는 오실로스코프 프로브 보상
오실로스코프 프로브 보상은 10:1 프로브의 RC 분압비를 스코프 입력에 맞추는 작업으로, 스코프의 보상 신호를 보면서 사각파 윗면이 평평해질 때까지 트리머를 돌리면 됩니다. 새 프로브를 꽂았거나 다른 스코프에서 가져온 프로브로 사각파를 볼 때 모서리가 뾰족하게 솟거나 둥글게 처진다면, 회로가 아니라 보상이 맞지 않아서 생긴 모양입니다. GW Instek GDS-2000E와 GTP 계열 10:1 프로브를 기준으로 보상 원리와 순서, 접지선이 파형에 주는 영향을 정리했습니다.
보상 원리
10:1 프로브는 왜 보상해야 할까요?
10:1 수동 프로브는 저항과 커패시터로 된 분압기입니다. 프로브 쪽 RC와 스코프 입력 쪽 RC의 비가 같아야 모든 주파수에서 같은 비율로 신호를 나눕니다.
GTP-100B-4 같은 10:1 프로브의 입력 저항 10 MΩ은 프로브 안의 약 9 MΩ과 스코프 입력 1 MΩ이 직렬로 이어진 값입니다. 낮은 주파수에서는 이 저항비 9:1로 신호가 나뉩니다. 주파수가 올라가면 커패시터 쪽 임피던스가 지배하므로, 프로브 팁의 커패시턴스와 스코프 입력 커패시턴스의 비도 저항비와 같아야 합니다. 이 조건이 R1·C1 = R2·C2입니다.
| 항목 | 값 | 근거 |
|---|---|---|
| 프로브 입력 저항 | 10 MΩ | GTP-100B-4 사양 |
| 스코프 입력 | 1 MΩ, 16 pF | GDS-2000E 채널 |
| 팁 쪽 필요 용량 | 약 1.78 pF | 케이블 용량 무시한 단순 계산 |
| 보상 가능 범위 | 5~30 pF | GTP-100B-4·200B-4 사양 |
GDS-2000E 채널 입력이 1 MΩ에 16 pF이니, 케이블 용량을 무시하고 단순 계산하면 팁 쪽에 약 1.78 pF가 있어야 균형이 맞습니다. 실제로는 케이블과 스코프마다 용량이 조금씩 달라서, 그 차이를 프로브의 보상 트리머로 흡수합니다. GW Instek 사양서에 나온 GTP-100B-4와 GTP-200B-4의 보상 가능 범위는 5~30 pF입니다.
GDS-2000E 내장 신호로 보상하는 순서
GDS-2000E는 앞면의 프로브 보상 단자에서 기본 2 Vpp, 1 kHz 사각파를 내보내므로 따로 신호원이 없어도 보상할 수 있습니다. 매뉴얼의 첫 사용 절차는 프로브를 CH1과 보상 단자에 연결하고, 감쇠를 바꿀 수 있는 프로브라면 x10에 둔 뒤 Autoset을 누르는 것으로 시작합니다. 화면 가운데에 사각파가 뜨면 Display에서 Vector를 고르고, 윗면과 아랫면이 평평해질 때까지 프로브의 조정점을 돌립니다.
- 프로브 스위치를 x10으로 두고, 스코프의 프로브 감쇠 설정도 10X로 일치시킵니다.
- 프로브 팁은 보상 단자에, 접지 클립은 옆의 접지 단자에 연결합니다.
- Autoset을 눌러 1 kHz 사각파를 화면에 띄웁니다.
- Display 메뉴에서 Vector를 선택합니다.
- 비금속 조정 드라이버로 트리머를 조금씩 돌려 윗면이 수평이 되는 지점에서 멈춥니다.
- 같은 프로브를 다른 채널에 사용할 계획이면 그 채널에서도 한 번 확인합니다.
트리머는 조금만 돌려도 모양이 바뀌니 한 번에 크게 돌리지 마세요. 보상 신호 주파수는 Utility 메뉴에서 1 kHz~200 kHz 사이로 바꿀 수 있지만, 매뉴얼의 기본 보상 절차는 1 kHz에서 시작합니다.
과보상과 부족 보상, 모서리 모양으로 구분하기
사각파의 앞 모서리가 위로 솟으면 과보상, 둥글게 처지면 부족 보상입니다. 윗면이 수평이면 맞게 보상된 상태입니다.
| 상태 | 사각파 모양 | 측정에 주는 영향 |
|---|---|---|
| 과보상 | 앞 모서리 오버슈트 | 고주파 진폭 과대, 상승 시간이 짧게 측정 |
| 정상 | 윗면 수평 | 대역 안 진폭 평탄 |
| 부족 보상 | 앞 모서리 둥글게 처짐 | 고주파 진폭 과소, 상승 시간이 길게 측정 |
Rohde & Schwarz 자료는 보상이 틀어지면 낮은 주파수에서도 진폭이 눈에 띄게 달라지고, 펄스의 상승·하강 시간이 바뀐다고 설명합니다. 보상을 건너뛰면 파형 모양만이 아니라 진폭과 시간 측정값까지 함께 틀어진다는 뜻입니다.
트리머를 어느 쪽으로 돌려야 할지 헷갈린다면 한쪽으로 조금 돌린 뒤 모서리가 더 솟는지, 더 처지는지를 보세요. 맞는 지점은 오버슈트와 처짐이 함께 사라지는 좁은 구간이라, 지나쳤다 싶으면 반대로 아주 조금만 되돌리는 편이 빠릅니다.
스코프를 바꾸면 보상을 다시 합니다
입력 커패시턴스는 스코프마다 다르기 때문에 프로브를 다른 스코프로 옮기면 보상을 다시 해야 합니다. Rohde & Schwarz도 프로브를 처음 쓸 때와 중요한 측정 전에 보상하고, 다른 스코프로 옮길 때는 반드시 다시 하라고 안내합니다. 같은 스코프의 다른 채널로 옮길 때는 대개 차이가 작지만, 채널마다 확인해 두면 진폭 비교 측정에서 생길 의문을 미리 없앨 수 있습니다.
- 1:1 위치에서는 GTP-200B-4의 대역이 DC~10 MHz로 크게 줄어들고 보상도 의미가 없습니다
- 보상과 고주파 측정은 10:1 위치에서 합니다
- 프로브 종류를 고르는 기준은 「오실로스코프 프로브, 수동·차동·전류 고르는 법」에서 이어집니다
고주파 신호에는 접지선을 짧게
긴 접지선의 인덕턴스는 프로브 입력 용량과 직렬 공진을 일으켜, 빠른 모서리에 회로에는 없는 링잉을 만듭니다. ROHM 앱노트는 접지선을 1 mm당 약 1 nH로 어림하고, 160 mm 접지선이면 160 nH가 등가 회로의 입력 용량 4 pF와 만나 약 200 MHz에서 공진한다고 설명합니다.
같은 어림을 입력 용량 15 pF 안팎의 GTP 10:1 프로브에 적용하면 아래 표와 같습니다. 어림값이니 경향을 보는 용도로만 쓰세요.
| 구분 | 접지 길이 | 입력 용량 | 공진 어림 |
|---|---|---|---|
| ROHM 예 | 160 mm(160 nH) | 4 pF | 약 200 MHz |
| GTP 적용 | 160 mm(160 nH) | 15 pF 안팎 | 약 100 MHz |
| GTP 적용 | 접지 스프링 15 mm(15 nH) | 15 pF 안팎 | 약 335 MHz |
보상은 1 kHz처럼 느린 신호로 하기 때문에 긴 접지 클립을 써도 결과에 큰 차이가 없습니다. 문제는 그다음, 실제 회로의 스위칭 파형을 볼 때입니다. 상승 시간이 수 ns 수준인 신호라면 접지 스프링이나 팁 어댑터로 바꿔서 재야 링잉을 회로 문제로 오해하지 않습니다.
파형이 이상할 때 확인하는 순서
프로브 설정에서 접지까지 측정 쪽 요인을 먼저 지워 나가면, 회로의 문제인지 측정의 문제인지 빨리 가릴 수 있습니다.
- 프로브 스위치와 스코프 감쇠 설정이 같은 배율인지 확인합니다.
- 보상 단자에서 1 kHz 사각파의 윗면이 수평인지 확인합니다.
- 다른 스코프에서 온 프로브라면 그 자리에서 다시 보상합니다.
- 빠른 모서리의 링잉은 접지 스프링으로 바꾼 뒤 다시 확인합니다.
- 보상과 접지 조건을 측정 기록에 함께 남깁니다.
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자주 묻는 질문
오실로스코프 프로브 보상은 언제 해야 하나요?
프로브를 처음 쓸 때, 다른 스코프로 옮겼을 때, 중요한 측정을 앞두었을 때 합니다. 같은 스코프 안에서 채널만 바꿀 때는 대개 차이가 작지만, 진폭을 비교하는 측정이라면 채널마다 확인하세요.
GDS-2000E 보상 신호는 어떤 신호인가요?
기본값은 2 Vpp, 1 kHz 사각파입니다. 앞면의 프로브 보상 단자에서 나오며, 주파수는 1 kHz~200 kHz 사이에서 바꿀 수 있습니다.
보상 중에 사각파 모서리가 위로 솟으면 무엇이 문제인가요?
과보상입니다. 트리머를 반대 방향으로 조금씩 돌려 사각파 윗면이 수평이 되는 지점에 맞추세요.
GTP-200B-4는 1:1 위치에서도 보상해야 하나요?
아닙니다. 보상은 10:1 위치에서 합니다. GTP-200B-4는 1:1에서 대역이 DC~10 MHz로 줄어 고주파 측정에 맞지 않습니다.
프로브 접지선 길이가 측정값에 영향을 주나요?
고주파에서는 영향을 줍니다. 1 mm당 1 nH로 어림하면 160 mm 접지선은 약 160 nH이고, 이 인덕턴스가 프로브 입력 용량과 수백 MHz 이하에서 공진해 링잉이 생길 수 있습니다.
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제품 상담하기참고 자료
- GW Instek, GDS-2000E Series User Manual(First Time Use, Probe Compensation)
- GW Instek, Oscilloscope Passive Probes Specifications(GTP 계열)
- Rohde & Schwarz, Understanding probe compensation
- ROHM, Method for monitoring switching waveform(Application Note)
