CNT-91로 재는 주파수 안정도와 앨런 편차
주파수 안정도는 발진기 주파수가 시간에 따라 얼마나 흔들리는지를 나타내며, 표준편차 대신 앨런 편차(ADEV)로 표시합니다. 일부 잡음에서는 표준편차가 수렴하지 않기 때문입니다. 그래서 안정도는 숫자 하나가 아니라, 관찰 시간에 따라 흔들림이 어떻게 달라지는지로 읽습니다. Pendulum CNT-91은 측정하면서 앨런 편차를 바로 계산해 주는 주파수 카운터·타이머·분석기입니다.
타임베이스
타임베이스, 측정 대상보다 안정한 것으로
카운터는 입력 신호를 자기 타임베이스와 비교해 주파수를 셉니다. 그러니 타임베이스가 측정할 발진기보다 불안정하면 그 흔들림이 결과에 그대로 섞여 들어갑니다. 측정할 발진기보다 안정한 기준을 갖추는 것이 출발점입니다.
| 타임베이스 | 월 노화율 | ADEV(τ=1 s) |
|---|---|---|
| 표준(STD) | <5×10⁻⁷ (년 <5×10⁻⁶) | — |
| 옵션 19/90 OCXO | <6×10⁻⁸ (년 <2×10⁻⁷) | <1×10⁻¹⁰ |
| 옵션 30/90 OCXO | <1×10⁻⁸ (년 <5×10⁻⁸) | <1×10⁻¹¹ |
| 옵션 40/90 OCXO | <3×10⁻⁹ (년 <1.5×10⁻⁸) | <5×10⁻¹² |
| CNT-91R 루비듐 | <5×10⁻¹¹ (년 <2×10⁻¹⁰) | <1×10⁻¹¹ |
내부 타임베이스로 모자라면 후면 EXT REF 입력에 1, 5, 10 MHz 외부 기준을 넣으면 됩니다. 입력 레벨은 0.1~5 Vrms이고, 흔히 GNSS 기준기나 루비듐 표준기를 연결합니다.
기준은 SETTINGS 메뉴의 Timebase Reference에서 Internal, External, Auto 중 하나로 고릅니다. 외부 기준을 쓰면 화면에 EXT REF가 뜹니다. 루비듐 모델은 전원을 켠 뒤 잠금까지 약 5분이 걸리니, 해제 표시가 사라지기 전에는 측정을 시작하지 마세요.
설정
측정 전에 맞출 다섯 가지 설정
준비는 예열, 연결, 기능 선택, 측정 시간, 통계 순서로 진행합니다. 카운터와 발진기의 온도부터 안정시켜야 한다는 점만 기억하면, 나머지는 아래 표를 따라가면 됩니다.
| 단계 | 내용 |
|---|---|
| 01 예열 | 카운터와 피측정 발진기를 충분히 켜 둡니다. 온도가 안정되기 전의 표류는 안정도와 섞입니다. |
| 02 연결 | 신호를 입력 A에 넣고, 외부 기준을 쓰면 EXT REF에 연결합니다. |
| 03 기능 선택 | 주파수 측정(Freq A)을 고르고 트리거가 안정적으로 걸리는지 확인합니다. |
| 04 측정 시간 | SETTINGS > Meas Time에서 정합니다. 기본값은 200 ms입니다. |
| 05 통계 | SETTINGS > Statistics에서 No. of Samples를 정합니다. 최대 2×10⁹개까지 설정할 수 있습니다. |
- 트리거부터 안정하게: Auto 트리거는 1 Hz부터 300 MHz까지 신호에 맞춰 레벨을 잡아 줍니다. 잡음이 섞인 신호라면 Hold-off(기본 200 µs)로 한 주기 안에서 트리거가 여러 번 걸리지 않게 막으세요. 트리거가 흔들리면 안정도 결과도 함께 나빠집니다.
측정 시간은 분해능과 측정 속도를 맞바꾸는 값입니다. 길게 잡을수록 한 번의 값은 정밀해지지만 초당 측정 수는 줄어듭니다. 앨런 편차를 볼 때는 이 측정 시간이 곧 관찰 간격 τ가 된다는 점을 염두에 두고 정하세요.
화면
STAT/PLOT 키의 세 화면, 언제 무엇을 볼까요?
STAT/PLOT 키를 누르면 숫자, 히스토그램, 추세 그래프 화면이 차례로 나옵니다. 보고서에 옮길 값은 숫자 화면에서 읽고, 분포가 이상하거나 표류가 의심될 때 나머지 두 화면을 엽니다.
| 화면 | 보이는 것 | 쓰임 |
|---|---|---|
| Numerical | Mean, Max, Min, P-P, Adev, Std | 보고서에 옮길 대푯값 |
| Histogram | 값의 분포(빈 개수 설정) | 이상값·두 갈래 분포 찾기 |
| Trend Plot | 시간에 따른 값 변화 | 표류·주기적 흔들림 찾기 |
내부 메모리에는 측정 결과를 최대 375만 개까지 저장할 수 있습니다. 오래 측정한 원시값을 PC로 옮겨 다른 통계 도구로 다시 계산해 보는 것도 방법입니다.
표준편차와 앨런 편차가 크게 벌어진다면 신호가 한쪽으로 표류하고 있을 수 있습니다. 이럴 때는 Trend Plot에서 값이 한 방향으로 움직이는지부터 보세요.
데드타임
데드타임, 측정 사이의 빈 시간
측정과 측정 사이에 빈 시간이 생기면 앨런 편차가 한쪽으로 치우칠 수 있습니다. NIST SP 1065가 데드타임 편향이라고 부르는 현상입니다.
CNT-91은 측정을 공백 없이 이어 붙이는 연속(back-to-back) 측정을 쓸 수 있습니다. 측정 사이에 일부러 간격을 두는 Pacing 설정은 안정도를 잴 때 꺼 두는 편이 좋고, 어떤 설정으로 쟀는지는 결과와 함께 적어 두세요.
해석
ADEV 곡선의 기울기로 잡음 가리기
측정 시간을 바꿔 가며 앨런 편차를 여러 번 재면 τ에 따른 곡선이 나옵니다. 이 곡선을 로그-로그 그래프에 올렸을 때의 기울기를 보면 어떤 잡음이 우세한지 가늠할 수 있습니다.
| 잡음 유형 | ADEV 기울기 | 흔한 원인 |
|---|---|---|
| 백색 위상잡음 | −1 | 측정계·증폭기 잡음 |
| 플리커 위상잡음 | 약 −1 | 능동 소자 |
| 백색 주파수잡음 | −1/2 | 수동 공진기(원자 표준기 단기) |
| 플리커 주파수잡음 | 0 (평탄) | 발진기 고유 한계 |
| 랜덤워크 주파수잡음 | +1/2 | 온도·환경 영향 |
다만 백색 위상잡음과 플리커 위상잡음은 기울기가 거의 같아서 앨런 편차만으로는 구분하기 어렵습니다. 이럴 때는 수정 앨런 편차(MDEV) 같은 다른 통계를 함께 봅니다. 결과를 보고할 때는 아래 항목도 같이 적어 두세요.
- 관찰 간격 τ(측정 시간)
- 샘플 수
- 타임베이스 조건(내부 기준 또는 외부 기준의 종류)
- Pacing 설정과 연속 측정 여부
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자주 묻는 질문
주파수 안정도 보고서에는 앨런 편차와 표준편차 중 어느 것을 쓰나요?
앨런 편차를 씁니다. 일부 잡음에서는 샘플 수가 늘수록 표준편차가 계속 커져서 주파수 안정도의 대푯값이 될 수 없습니다.
앨런 편차를 여러 τ에서 보려면 어떻게 재나요?
측정 시간을 바꿔 가며 다시 재세요. τ별 결과를 모아 로그-로그 그래프로 그리면 기울기를 확인할 수 있습니다.
CNT-91 내부 타임베이스로 OCXO를 평가할 수 있나요?
내부 타임베이스가 평가할 발진기보다 안정할 때만 가능합니다. 부족하다면 EXT REF에 GNSS 기준기나 루비듐 기준을 연결하세요. 타임베이스별 ADEV(τ=1 s)는 본문 표에서 비교할 수 있습니다.
앨런 편차 측정에서 샘플은 몇 개면 되나요?
필요한 τ 범위와 측정에 쓸 수 있는 총 시간을 보고 정합니다. τ가 길수록 같은 시간에 얻는 샘플이 줄고, 샘플이 적으면 신뢰구간이 넓어지니 결과에 샘플 수를 꼭 함께 적으세요. No. of Samples는 최대 2×10⁹개까지 설정할 수 있습니다.
CNT-91 측정 결과를 PC로 옮길 수 있나요?
네. USB와 GPIB가 기본 인터페이스이고, 내부 메모리에는 최대 375만 개까지 저장됩니다. 오래 잰 원시값을 PC로 옮겨 다른 통계 도구로 다시 계산할 수도 있습니다.
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제품 상담하기참고 자료
- Pendulum Instruments, CNT-90/91 User's Manual Rev26 (2026.9)
- Pendulum Instruments, CNT-91/CNT-91R Datasheet rev.30 (2026.7)
- Pendulum Instruments, White paper: Continuous measurement with CNT-91 (Zero dead-time)
- W. J. Riley, NIST SP 1065 Handbook of Frequency Stability Analysis (2008)
