오실로스코프에서는 파형을 측정할 수 있는 다양한 방법이 있습니다. 기본으로 제공하고 있는 파라미터들을 이용하면 화면에서 확인하고 있는 신호의 다양한 특성들을 쉽게 파악할수 있습니다. 이번 포스팅에서는 모든 파라미터 레벨의 기준을 제공하는 TOP과 BASE에 대해서 말씀드리겠습니다.
아마 이 글을 읽고 있는 많은 독자분들은 TOP, BASE를 별도로 측정해보신 분들은 많지 않을 것입니다. 이 두개의 파라미터 이름을 처음 들어 본 분들도 계실 것입니다. 하지만 주파수, 진폭, 상승시간, 하강 시간등을 측정할 때도 오실로스코프는 TOP과 BASE를 항상 기준으로 삼고 있습니다.
그림1은 펄스의 특성을 파악할 때 주로 사용되는 파라미터들 중의 일부입니다. 그림 1에서 보이고 있는 파라미터들의 특징들은 대부분이 뭔가를 기준으로한 퍼센트(%) 레벨에서 측정하고 있다는 것입니다. 예를 들어 펄스폭(Pulse Width)의 경우, 상승 에지의 50%부터 다음 하강 에지의 50%까지의 시간으로 정의됩니다. 펄스 폭은 펄스 지속시간(Pulse Duration)이라고 부르기도 합니다. 상승 시간, 하강 시간의 경우에도 10% ~ 90% 레벨 사이의 시간으로 정의합니다.
퍼센트(%)라면 0%와 100%의 기준을 두고 있을 텐데, 그 기준은 어디일까요? 그 기준이 바로 TOP과 BASE입니다. 펄스 측정을 다루는 파라미터 측정은 IEEE의 STD 181-2011에서 트랜지션, 펄스 및 파형에 관련한 측정을 결정하는 방법을 정의하고 있습니다.
그림 2에서는 포착된 하나의 펄스와 해당 파형의 샘플들의 전압 값의 분포를 나타낸 히스토그램입니다. 오른쪽에 보이는 히스토그램에서 알 수 있듯이 높은 전압에서 도미넌트하게 나타나는 전압 값이 히스토그램 상에서 윗쪽에 크게 나타나고 또한 아랫 쪽에서도 낮은 전압에서의 도미넌트하게 보이는 전압이 크게 보이고 있습니다. 이 들중 위쪽에 많이 발생하는 전압 값을 TOP으로 정의하고 있으며, 낮은 전압에서 많이 발생한 값을 BASE로 정의합니다. 그리고 이 두 가지의 전압 레벨이 모든 퍼센트 레벨들의 기준이 됩니다. TOP(100%), BASE(0%)로 정의 되는 것입니다.
오실로스코프를 이용하여 펄스 측정, 주파수 측정, 진폭 등 을 측정하면, 오실로스코프는 별도로 측정을 하도록 설정하지 않더라도, TOP과 BASE를 히스토그램 상에서 가장 먼저 정의하고, 측정을 수행합니다. 결국, 측정에서 TOP과 BASE가 잘 못 선정되면 원하는 값을 정확하게 측정하지 못 할 수도 있다는 말과 같습니다.
여러 분들이 자주 측정하는 진폭(Amplitude), 상승/하강(Rise/Fall)시간,주기(Period),주파수(Frequency),펄스 폭(Pulse Width), 듀티비(Duty Cycle),오버슛(Overshoot), 언더슛(Undershoot)을 비롯한 대부분의 시간에 대한 측정 파라미터들은 모두 TOP과 BASE에 기준을 두고 있습니다. 참고로, 진폭은 TOP 레벨 값과 BASE 레벨 사이의 전압 차를 진폭이라고 정의하고 있습니다.
그렇다면, TOP과 BASE의 결정이 어려운 파형의 경우에는 오실로스코프가 어떻게 TOP과 BASE값을 결정할까요? 이 부분은 그림 3의 삼각파형을 예로 들어 설명드리겠습니다.
그림 3에서는 삼각파형과 그의 히스토그램을 보이고 있습니다. 히스토그램에서 양쪽 끝에서 피크를 볼 수 있으며, 전반적으로 데이터 값들이 고르게 분포하고 있음을 확인할 수 있습니다. 파형에서 TOP와 BASE를 구분할 수 없는 경우, 오실로스코프는 TOP을 파형의 최대 값으로 BASE를 파형의 최소값으로 결정합니다. 그림 3의 파라미터 측정 값에서 Amplitude가 295.5mV로 측정되었고, pkpk(C1) 값이 295.52mV로 일치하는 것을 볼 수 있습니다. 그리고 P1:ampl(c1)의 status의 기호가 체크 기호가 아닌 다른 모양으로 표시되어 펄스 모양이 아니어서 피크-피크 값을 TOP-BASE로 측정하고 있음을 나타내고 있습니다.
진폭 및 타이밍 측정의 기준은 TOP,BASE 입니다. 하지만, ESD 펄스와 같이 특별히 측정 레벨을 지정하여 측정해야 하는 경우에는 오실로스코프에서 다른 설정 파라미터에서 측정 기준 값을 다양하게 변경할 수도 있습니다. 참조 링크는 아래에 있습니다.
이 번 포스팅을 요약해서 다시 말씀드리면, 오실로스코프는 모델 또는 공급 회사와 관계없이, 측정 파라미터의 기준을 IEEE에서 정의하고 있는 기준을 따르며, 모든 측정 레벨의 기준은 TOP과 BASE 레벨을 기준으로 측정을 수행합니다. TOP과 BASE를 결정할 수 없는 파형의 경우,최대 값과 최소 값을 100%와 0%의 기준으로 하여 측정을 수행합니다.
오실로스코프에서의 TOP과 BASE의 정의는 아래와 같습니다. TOP : 바이모달 파형에서 가장 빈도가 많은 높은 상태의 값(전압 값) BASE : 바이모달 파형에서 가장 빈도가 많은 낮은 상태의 값(전압 값)
[출처] 파라미터 측정의 정석-1회, TOP, BASE|작성자 텔레다인르크로이