임의 파형 발생기는 이미 획득한 파형을 재생한다거나 여러 가지 다양한 파형들을 DA 변환시켜 임의의 신호를 발생시킬 수 있는 장비이다. 사용자가 원하는 진폭의 증감 및 가감, 주파수의 변환, 신호의 반복적 발생이 가능하고 매우 복잡한 신호에서도 사용자가 원하는 데로 수정하여 신호를 발생시킬 수 있다.
자료제공│제닉슨코리아
기존 펑션 제너레이터의 한계점
기존의 펑션제너레이터들은 아날로그 삼각파의 전압값을 조절하여 제한된 파형들을 발생시키는 정도의 성능밖에는 제공할 수 없었고 다양하게 만들어진 여러 파형들은 모두 기본 삼각파형 형태에서 파생되어 만들어졌다. 한 예로, 구형파는 삼각파형의 중심점에서 교차되는 비교기를 통해 만들어진 아날로그 삼각파를 가지고 만들어 내는데 순수 사인 웨이브 신호를 만드는 다이오드 형태의 구조를 통해서도 왜곡된 삼각파가 만들어진다는 것은 기존 펑션제너레이터들의 한계성을 보여주는 예라고 할 수 있다.
비록 아날로그 제너레이터들이 전체 주파수에 걸쳐 모든 기본적인 스텐다드 파형들을 출력할 수 있다 하더라도 분명 단점들은 있다. 어떤 제품들은 낮은 해상도와 정확도, 또 어떤 제품들은 사용자들의 요구에 적합하지 않는 제한된 파형들만을 만들어내거나 파형의 획득 및 실제 리얼한 파형을 발생시키는 것에서는 분명한 한계성들을 가지고 있다.
임의 펑션제너레이터
임의펑션 제너레이터는 DDS(Digital Direct Synthesis)를 기반으로 고정된 샘플 클럭율과 고정된 메모리 테이블 길이를 기반으로 만들어져 있다. 위상 어큐물레이터로서 알려진 어드레스 구조를 또한 사용하고 있기 때문에 만약 주파수를 증가시키면 메모리 테이블에서의 많은 부분들의 어드레스를 생략하여야만 원하는 주파수로 증가시킬 수 있다. 따라서 주기 및 모양이 정확히 일치하는 파형을 만드는 어플리케이션에서만 실제 파형을 만들 수 있다. 게다가 진폭 변조시에는 지터나 위상노이즈의 발생이 많이 생기는 문제점을 갖고 있다. 따라서 임의 펑션제너레이터(AFG)는 매우 적은 메모리를 사용하고 게다가 메모리를 분할하여 사용할 수 없기 때문에 진정한 실제 파형의 재생 및 순차적으로 반복되는 패턴의 파형을 완벽하게 재생하는데 많은 문제점을 갖고 있다.
임의 파형발생기
임의 파형 발생기는 이미 획득한 파형을 재생한다거나 여러 가지 다양한 파형들을 DA 변환시켜 임의의 신호를 발생시킬 수 있는 장비이다. 사용자가 원하는 진폭의 증감 및 가감, 주파수의 변환, 신호의 반복적 발생이 가능하고 매우 복잡한 신호에서도 사용자가 원하는 데로 수정하여 신호를 발생시킬 수 있다. 임의 파형발생기의 대표적인 특징으로는 매우 다양한 샘플링 클럭율을 가지고 있어 매우 복잡한 주기적 신호의 모양을 반복적으로 재생할 수 있다. 파형의 주파수는 메모리 길이와 샘플링 클럭율에 의하여 결정되는데 주파수에 대한 기본적인 고식은 아래와 같다.
즉, 출력 주파수는 샘플링주파수와 사용메모리 길이에 의하여 정확히 맞춰져서 발생한다. 메모리를 기반으로 임의 파형발생기는 프로그램을 사용하여 메모리를 분할하여 사용할 수 있다. 게다가 임의 파형발생기는 메모리의 할당 주소를 임의로 정하여 사용할 수가 있어 주기적인 파형, 여러 스텝의 혼합된 파형, 매우 다양한 파형들은 효과적으로 발생시킨다. 또한 멀티채널에 대한 활용으로 임의 파형 발생기를 사용하면 다중채널을 동기화 시킬 수 있다.
원더웨이브 시리즈
Tabor사의 기술혁명에 의해 출시된 Wonder Wave 시리즈는 메모리베이스 및 DDS의 기능을 모두 가지고 있는 제품이다. 메모리베이스는 메모리 분할 및 조절을 통하여 복잡한 신호를 자유자재로 발생시킬 수 있고 DDS는 모든 기본적인 변조형식과 빠른 주파수의 신호를 발생시키는 기능을 가진 시스템을 말한다. 원더 웨이브 시리즈는 매우 다양한 시그날, 펑션, 펄스, 패턴, 변조, 스윕, 노이즈 및 각종 비디오 신호들을 만들어 발생시키는데 이러한 것들이 바로 실질적인 임의 파형발생기이다.
진실
세계적인 계측기 업체인 A사 T사는 신호 발생기에 DDS 방식을 사용하고 있다. 거기에다 AFG의 기술에 있어서는 매우 높은 샘플링 율을 갖고 있다. 하지만 불행히도 `샘플링은 대부분의 주요사양에서 가장 중요한 것은 아니다. 다시 한번 설명하자면, 샘플링이 모든 사양을 대변하지 못한다`라고 텍트로닉스의 애플리케이션 엔지니어 존 머케이드씨는 말하고 있다. 사실 AFG는 단순히 고정된 샘플과 똑같은 어드레스 패턴들을 간헐적으로 복사해서 신호를 발생시키기 때문에 신호는 결과적으로 정밀도가 매우 떨어진다.
한편 Pragmagtic Instruments의 대표인 핸리 레인에이크는 그의 논문에서 다름과 같이 밝혔다. - 전통적인 펑션제너레이터 기반의 신호발생기는 임의 하평 발생기와 매우 다른 구조를 갖고 있다. 펑션 제너레이터는 기본적으로 아날로그 회로를 기반으로 신호를 만들지만 AFG가 실제 아날로그 펑션제너레이터를 기반으로 하는 디지털 장비이다. 한 예로 AFG가 20NHz의 삼각파형을 갖고 있다 해도, 20MHz의 어떤 신호를 발생시킬 수 없다. 그 이유는 원하는 주파수를 만들려 해도 AFG가 고정된 샘플링율과 사용하는 paahfl가 포인트에 의해 주파수가 결정되기 때문이다. 비록 AFG는 디지털 장비이지만 과련 실질적인 임의 파형발생기라 볼 수 있겠는가? 대답은 간결하게 `NO`다. 그 이유는 AW는 매우 큰 메모리와 메모리 관리를 갖고서 대부분의 실질적인 파형을 발생시킬 수 있는데 비해 AFG는 고정된 샘플링과 DDS방식의 구조만으로는 리얼 파형의 신호 재생이 어렵기 때문이다.- 실질적인 AWG는 전체 메모리 중에서 어떤 위치에서든지 시작과 끝을 지정(메모리 관리) 할 수 있어 모든 주기에서도 똑같은 파형의 재생이 가능하다. 그 이유는 메모리를 건너뛰거나 반복적으로 파형의 포인트들을 사용하지 않을뿐더러 지터나 위상노이즈가 매우 적기 때문이다.
결론
질문이 생길 것이다. 일반적인 AWG는 과연 신호발생기 시장에서 기다리는 이상적인 제품인가? 불행하게도 대답은 `NO`이다. 사실 일반적인 AWG는 실질적인 리얼 파형을 만들 수 있는 능력을 갖고 있음에도 불구하고 수년동안 단순한 표준신호와 변조신호를 사용하는데 그쳐왔다. 그리고 일반적으로 매우 높은 가격을 형성하고 있다. 그렇다면 다음의 해결책은 무엇인가. 현재까지 고객들은 빠른 납기와 다양하고 실질적인 신호를 발생시킬 수 있는 신호발생기에 관심을 갖고 있었다. Tabor사의 새로운 Wonder Wave 시리즈는 사용자의 모든 면을 충족시킨다. Tabor사의 7가지 새로운 모델들은 단순한 표준 신호를 비롯하여 길고 복잡하거나 어려운 파형을 발생시켜야 하는 무수히 많은 애플리케이션의 해결책이 될 것이다. 
<자료제공: 월간 반도체네트워크 2007년 09월호>