혼합 신호 오실로스코프(Mixed Signal Oscilloscope)는 최근 증가하고 있는 임베디드 설계에 이상적인 솔루션이다. 16개의 디지털 채널을 추가한 텍트로닉스 혼합 신호 오실로스코프는 임베디드 디자인의 궁극적인 툴이라고 할 수 있다. 텍트로닉스 MSO4000는 스코프처럼 운영되며, 아날로그와 디지털 채널 모두를 제공하지만, 다중 장비 솔루션이 가지고 있는 복잡함은 없다. MSO4000은 적어도 열 가지가 넘는 이유에서 성능 및 사용 편리성에 대한 새로운 기준을 세운다.
자료제공│한국텍트로닉스
오실로스코프는 사실상 전세계 전자공학 연구실 어디에서나 찾아볼 수 있다. 많은 사람들이 아마도 오실로스코프는 전자 디자인 엔지니어들을 위한 최고의 장비이라고 말할 것이다. 엔지니어들은 자신들이 오실로스코프를 운영하는 방식을 신뢰하며, 그 결과에 대해 확신을 가지고 있다. 그러나, 오실로스코프는 일반적으로 2개나 4개의 아날로그 채널 밖에 가지고 있지 않다. 엔지니어들은 오실로스코프가 제공하는 채널보다 때로는 더 많은 채널이 필요한 경우에 직면하기도 한다. 8비트 아웃풋을 모니터링하면서 동시에 A/D 변환기 인풋을 관찰하는 경우나 마이크로프로세서의 주소 및 데이터 라인을 관찰하고자 하는 경우가 더 많은 채널이 필요한 예로 들 수 있다. 두 가지 경우 모두 해당 작업을 실시하기에는 오실로스코프의 채널 수가 부족하다. 엔지니어들은 연구실을 돌아다니면서 몇 개의 스코프를 더 찾아내거나 아니면 로직 분석기를 써야 하는 선택을 해야 한다. 어떤 선택을 하든지 간에, 측정 작업이 상당히 복잡해 지는 결과를 낳는다. 이 시점에 다다르면, 엔지니어는 `내 스코프에 채널이 몇 개만 더 있으면 좋을 텐데…`라는 생각을 하게 된다.
혼합 신호 오실로스코프(Mixed Sig-nal Oscilloscope)는 이러한 계측상의 문제를 해결하는데 이상적인 솔루션이다. 엔지니어들이 이미 신뢰하고 이용 방법도 숙지하고 있는 장비(오실로스코프)에다 16개의 디지털 채널을 추가한 텍트로닉스 혼합 신호 오실로스코프는 임베디드 디자인의 궁극적인 툴이라고 할 수 있다. 텍트로닉스 MSO4000는 스코프처럼 운영되며, 아날로그와 디지털 채널 모두를 제공하지만, 다중 장비 솔루션이 가지고 있는 복잡함은 없다. MSO4000은 적어도 열 가지가 넘는 이유에서 성능 및 사용 편리성에 대한 새로운 기준을 세운다.
작업을 단순화시켜주는 디자인
MSO4000는 엔지니어들이 디지털 데이터를 관찰하는 방식을 혁신적으로 변화시키는 세부적인 면에 주의를 기울여 디자인되었다. 예를 하나 들면, 디지털 파형이 만들어지는 방식이 그러하다. 컬러를 사용하여 디지털 파형의 논리적 상태를 표시한다. 논리적 상태가 `높음` 일 경우는, 파형은 초록색으로 표시되고, `낮음` 일 때는 파란색으로 표시된다. 이러한 특징은 디지털 채널이 디스플레이 전체에서 동일한 상태에 있는 지점에 줌인 되었을 때, 그 상태가 `높음`인지 `낮음` 인지를 보여주어 특히 더 유용하다.
MSO4000에는 다중-변환 탐지 하드웨어가 있다. 시스템이 다중 변환을 탐지하면, 화이트 엣지(White Edge)가 디스플레이 된다. 화이트 엣지는 줌-인을 하거나 더 빠른 샘플 레이트를 확보하면 더 많은 정보를 얻을 수 있다는 것을 의미한다. 그림 1에 나타난 바와 같이, 대부분의 경우에서 줌잉을 하게 되면 이전 셋팅에서는 보이지 않던 펄스가 드러나게 된다. 만약, 가능한 멀리까지 줌잉을 한 뒤에도 화이트 엣지가 여전이 사라지지 않고 있다면, 이는 다음 데이터 습득 시에 샘플 레이트를 높이면 전 셋팅에서 확보 할 수 있었던 것보다 더 높은 주파수의 정보가 드러나게 된다는 의미이다.
검색 엔진 이용, 확보한 데이터에서
쉽게 관심 영역 찾기
MSO4000 시리즈는 각각의 16개 디지털은 물론 2개나 4개의 아날로그 채널에서 채널 하나 당 최대 1천만 포인트까지 확보할 수 있다. 이러한 롱 레코드 길이(Long Record Length)가 고해상도의 롱타임 윈도우(long time window)를 캡쳐하는데 매우 유용하긴 하지만, 그 자체의 문제를 제기한다. 사실, 만약 작업을 할 수 있는 유용한 툴이 없다면, 수 천 스크린에 해당하는 정보를 습득한다 하더라도 무슨 소용이 있겠는가? MSO4000는 롱 레코드 길이로 습득한 데이터 작업하는데 필요한 완전한 기능/툴 세트를 제공하는 최초의 MSO이다.
- 줌(Zoom)/팬(Pan): 전용 이중 프론트 채널 노브(Knob)가 줌잉(Zooming)과 패닝(panning)에 대한 직관적인 컨트롤을 제공한다. 내부 노브는 줌 확대율을 조절한다. 시계방향으로 돌리면, 줌이 활성화되고 점차적으로 확대율이 높아진다. 시계 반대방향으로 돌리면, 줌 확대율이 낮아지고 결국 줌이 비활성화 된다. 외부 노브는 파형 전반에 걸쳐 줌 박스를 패닝하여 파형 중 관심이 가는 부분으로 재빨리 이동한다. 또한, 외부 노브는 포스 피드백(Force-Feedback)을 이용하여 그 파형에 얼마나 빨리 패닝 할지 결정한다. 외부 노브가 멀리 돌려져 있을수록, 줌 박스가 더 빨리 움직인다. 레코드 길이가 10M이더라도, 엔지니어는 습득한 데이터의 한쪽 끝에서 다른 끝으로 수 초 내에 이동할 수 있다. 간단히 노브를 반대 방향으로 돌리면, 팬 방향을 바꿀 수 있다. 줌 방향을 조절하기 위해 여러 개의 메뉴를 이리저리 왔다 갔다 할 필요가 없다.
- 재생(Play)/일시정지(Pause): 엔지니어가 변형 신호나 관심 있는 이벤트를 찾는 동안 신호 프론트 패널에 있는 전용 재생/일시정지 버튼을 사용해 자동으로 MSO 파형 전체를 스크롤 할 수 있다. 재생 속도 및 방향은 직관적인 팬 노브를 이용해서 컨트롤한다. 노브를 멀리 돌리면, 파형 스크롤 속도가 빨라지고, 방향은 노브를 반대 방향으로 돌려 간단히 바꿀 수 있다.
- 사용자 마크(User Marks): 파형에서 뭔가 흥미로운 것을 보았다면, 프론트 패널에 있는 마크 설정(Set Mark) 버튼을 눌러 파형에 한 개 이상의 `북 마크(Bookmarks)`를 해둔다. 프론트 패널의 이전(Previous)과 다음(Next) 버튼을 누르면 간단하게 북 마크 사이에서 이동할 수 있다.
- 검색 마크(Se-arch Marks): 관심 있는 이벤트를 찾기 위해 레코드 길이 전체를 검사하면서 시간을 소비하고 싶지 않을 것이다. MSO4000은 펄스 폭, 논리 상태 또는 심지어 병렬 및 직렬 버스 콘텐츠 등과 같은 사용자가 정의한 기준으로 수집한 긴 레코드를 검색하는 강력한 파형 검색 기능을 갖추고 있다. 발생한 이벤트는 모두 검색 마크로 강조 표시되며, 프론트 패널의 이전 및 다음 버튼을 이용하여 쉽게 이동할 수 있다. 이는 긴 레코드 길이에 널리 퍼져있는 여러 가지 검색 이벤트 발생 비교 작업을 아주 간단하게 만들어 준다.
병렬 버스 트리거링 및 분석
많은 엔지니어들은 오실로스코프에서 시스템 버스 활동을 디코드하는데 수 없이 많은 시간을 할애한다. 이 과정은 일반적으로 각 클럭 엣지(clock edge)의 데이터 상태 및 주소 라인을 평가하는 작업이 따른다. MSO4000는 병렬 버스를 만드는 기능을 제공함으로써 이 작업을 단순화 한다. 어떤 채널이 클럭이고 데이터 라인인지 구분함으로써 사용자는 그림 2에 나타난 바와 같이 버스 콘텐츠를 자동으로 디코드하는 병렬 버스 디스플레이를 만들 수 있다.
MSO4000 시리즈는 한꺼번에 최대 4개의 병렬 버스까지 정의 및 디스플레이 할 수 있어서, 엔지니어들이 쉽게 시간에 따른 디코드된 병렬 버스 데이터를 볼 수 있다. 그리고, 사용자는 버스 값에 따라 스코프를 트리거 할 수 있다. 뿐만 아니라, 웨이브 인스펙터(Wave Inspector)의 검색 기능에는 긴 디지털 습득을 검색하는 기능이 포함되어 관심이 가는 아날로그 이벤트는 물론 디지털 이벤트 식별 작업을 단순화 한다. 
직렬 버스 트리거링 및 분석
I2C, SPI, RS-232 및 CAN 등과 같은 직렬 버스는 현대의 임베디드 시스템에서는 사실상 어디서나 발견된다. 직렬 버스는 기기 간의 통신, 온도 모니터, 팬 속도 컨트롤 및 다양한 기기의 상태 초기화를 하는데 사용된다. 버스를 통과하는 관심 대상의 특정 트래픽을 분리하는데 따르는 어려움과 한번에 하나씩 메시지를 디코딩하는 지루한 프로세스 때문에 일반적으로 하나 이상의 직렬 버스를 포함하는 시스템 레벨 이슈를 디버깅하는 데는 오랜 시간이 소요된다.
MSO4000를 이용하면, 엔지니어는 쉽게 스코프의 인풋을 I2C, SPI, RS-232, 또는 CAN 버스로 정의 할 수 있다. 이렇게 하면 3가지 주요 혜택을 누릴 수 있다. 우선, 그림 3에 나타난 바와 같이, 사용자는 구체적인 주소, 데이터, 식별자, 승인 누락(missing ACK) 등의 패킷 레벨 정보에 기반하여 스코프를 트리거 할 수 있다. 두 번째로는 각각 정의된 버스는 디스플레이 상의 직관적인 버스 파형에 나타난 모든 패킷 컨텐츠와 함께 자동으로 디코드된다. 세번째로, 웨이브 인스펙터(Wave Inspector)의 검색 기능을 이용해 습득한 긴 직렬 버스 데이터 검색하여 식별한 관심 대상 이벤트를 즉시 찾을 수 있다. 
이벤트표를 통해 디코드된 데이터 열람
장비에 디스플레이 된 버스가 있을 때마다 해당 버스 활동을 살펴보기 위해 이벤트표가 작동한다. 이벤트표를 통해 리스트 형식으로 디코드된 병렬 또는 직렬 버스 데이터를 열람할 수 있다. 이벤트표는 파형의 주요 이벤트를 열람할 수 있는 빠른 표 형식의 방식을 제공한다. 그림 4는 디코드된 식별자, 데이터 길이 코드(DLC), 데이터, CRC 및 승인 누락 등을 포함한 CAN 버스 습득의 일 예를 보여준다. 또한, 각 패킷은 시각을 쉽게 측정하기 위해 타임 스탬프 처리 된다.
최대 4개까지 직렬 또는
병렬 버스 디스플레이
임베디드 시스템에는 일반적으로 직렬 버스와 병렬 버스 두 가지 모두가 들어있다. 시스템 레벨 문제가 발생할 경우, 엔지니어는 하드웨어에서 코드 실행을 추적해야 한다. 소프트웨어나 하드웨어 엔지니어는 최대 4개의 I2C, SPI, RS-232, CAN와 병렬 버스를 쉽게 모니터 하여 오류 원인을 파악하는데 MSO4000을 사용할 수 있다. 예를 들어 FPGA에서 나온 데이터 아웃풋에 따라 트리거하면서 여러 개 IPC 버스를 모니터 할 수 있다. 직렬 및 병렬 버스를 어떠한 방식으로든 결합할 수 있는 기능을 통해 엔지니어들은 테스트 대상 기기 운영에 대한 엄청난 유연성 및 가시성을 확보한다.
매그니뷰, 초 미세 60.6ps 타이밍
해상도 제공
차세대 마이크로컨트롤러가 100MHz+ 클럭 속도를 달성하기 때문에 빽빽한 타이밍 문제를 해결하기 위해 적절한 해상도의 장비를 확보하는 것이 중요하다. MSO4000는 매그니뷰(Magni-Vu)TM 초고해상도 신호 습득 기술을 제공하는 유일한 혼합 신호 오실로스코프이다. 매그니뷰는 10,000 샘플에 대해 최고 60.6 ps 해상도로 모든 디지털 채널을 샘플한다. 이러한 초고해상도 덕분에 디자이너들은 단순히 분명한 문제를 해결하다가 실질적으로 빽빽한 타이밍 마진을 검증하는 문제로 이동할 수 있다. 그림 6에는 매그니뷰 타이밍 해상도의 예로 초미세 해상도를 이용하여 셋업(Setup) 및 홀드(Hold) 타임 위반사례를 검증하는데 이용된 경우이다. 
멀티 채널 셋업 및 홀드 트리거링
셋업 및 홀드 타임 측정은 현대 디지털 시스템의 공통 작업이다. 셋업 타임은 클럭의 능동 엣지(Active Edge) 전에 동기 인풋이 안정되어야 하는 시간을 의미하며, 홀드 타임은 클럭 능동 엣지 후에 동기 인풋이 반드시 안정되어야 하는 시간을 뜻한다.
셋업 및 홀드 위반 테스트는 대부분의 오실로스코프 경우 엔지니어가 한번에 데이터 라인 하나만을 확인할 수 있기 때문에 때로는 시간이 많이 소요되는 작업이 되기도 한다. 이는 단순한 JK플립플롭에는 적절할 수도 있겠지만, 8이나 16비트 버스를 테스트하는 경우는 이는 동일한 작업을 반복적으로 수행하여 한번에 버스 한 비트씩 검증한다는 의미이다. MSO4000는 다중 채널 셋업 및 홀드 트리거링 기능을 제공하는 최초의 혼합신호 오실로스코프이다. 이제 사용자는 한번에 한 비트씩이 아니라 그림 7에서 보듯이 한꺼번에 전체 병렬 버스를 모니터, 디버그 및 테스트 할 수 있다.
혼합 신호 오실로스코프 프로브 `P6516`디자인 실현
프로빙은 최적의 계측 결과를 달성하기 위해 필요한 중요한 단계이다. 어떤 경우에는, 회로기판 디자인에는 테스트 포인트가 포함되지만, 중요한 신호에 대한 액세스를 확보하기 위해서는 많은 경우에 선을 결합해야 한다.
P6516 혼합 신호 오실로스코프 프로브는 혼합 신호 환경의 요구를 충족하기 위해 디자인되었다. 우선, P6516 프로브는 회로기판이나 시스템의 여러 곳에서 신호에 쉽게 액세스 할 수 있도록 해주는 2개의 3피트 섹션으로 이루어져있다. 둘째, 프로브는 스코프 인풋에서 프로브 팁(Tip)까지 확장되는 동축 케이블로 만들어져 있다. 이러한 특징으로 최상의 신호 무결성과 ~3pf의 최소의 브로브 로딩을 제공한다. 셋째, 8개 채널 그룹의 인풋 모두가 `포신(Gun Barrel)` 팁에서 끝난다. 얇은 모양의 새로운 P6516 프로브는 테스트 대상 기기에 연결되는 과정을 단순화한다.
커먼 그라운드(Common Ground)는 자동차식의 커넥터를 이용하여 쉽게 커스텀 그라운드(Custom Ground)를 만들어 낸다. 스퀘어 핀에 연결할 때 P6516에는 프로브 헤드에 부착되는 어댑터가 있어서 프로브 그라운드 플러쉬(Probe Ground Flush)를 프로브 팁으로 확대하여 엔지니어가 헤더(Header)에 붙일 수 있다. 테스트될 판에 옵션 NEX-HD2HEADER 인AMP Mictor 커넥터가 있다면 34채널 어디에나 쉬운 액세스를 제공한다.
채널 당 스레시홀드가
혼합 신호 디자인 실현
일반적인 혼합 신호 오실로스코프는 8디지털 채널 당 하나의 로직 스레시홀드(Threshold)만 허락한다. 이는 16개의 디지털 채널을 가지고 있음에도 불구하고 일반적인 MSO는 모두 동일한 하나 또는 두 개의 로직 제품군을 사용하지 않는 한 2개 이상의 관심 대상 영역은 프로브 할 수 없다는 뜻이다. 예를 들어, 디자인은 TTL에 덧붙여 3.3V와 5V CMOS 를 사용할 수도 있다. 이 문제를 해결하기 위해서는 모든 신호를 프로빙해야 한다. 기존의 MSO는 2개 스레시홀드 제한 때문에 해당 신호를 모두 관찰하는 것은 불가능하다.
그러나, MSO4000를 사용하면 사용자는 채널 당 개별 스레시홀드를 설정할 수 있어 문제 식별 및 해결 능력을 크게 향상시킨다. 채널 당 스레시홀드 설정이 가능하기 때문에 MSO4000는 시장에 출시된 혼합 신호 오실로스코프 중 그 어떤 것보다 유연성과 편리성이 뛰어나다.
폼 팩터(form factor)
MSO4000 모델은 크기가 크고 해상도 우수한 10.4 인치, XGA 컬러 디스플레이를 제공한다. MSO4000는 해당 시장 세그먼트에서 가장 기능이 뛰어난 오실로스코프일 뿐만 아니라, 폭이 단지 5.4 인치로 MSO4000는 시장에서 가장 작은 오실로스코프이기도 하다. 이러한 특징으로 경쟁 제품보다 벤치 공간을 적게 차지하며, 무게가 11파운드 밖에 되지 않아서 휴대하기 편리하다.
성능
MSO4000 오실로스코프 제품군은 350MHz 에서 1 GHz까지 2개나 4개 아날로그 채널 및 16개의 디지털 채널로 구성되어 최대 20개 시간 연동된 채널을 제공하는 4가지 모델로 이루어져있다. MSO4032 와 MSO4034는 2개 아날로그 채널과 4개의 아날로그 채널에 각각 350 MHz의 대역폭을 제공한다. MSO4054는 4개 아날로그 채널 모두에 500MHz 대역폭을 제공하며, MSO4104는 4개 아날로그 채널에 1GHz 대역폭을 제공한다. MSO-4104는 모든 채널에 5GS/s 샘플링을 제공하며, 다른 모델은 모든 채널에 2.5GS/s 샘플링을 제공한다. 4가지 모델 모두 모든 아날로그 및 디지털 채널에 10M 레코드 길이가 기본 기능으로 제공된다.
결론
텍트로닉스 MSO4000 혼합 신호 오실로스코프는 사용편리성과 성능면에서 새로운 기준을 세운다. MSO4000은 임베디드 디자이너를 위한 최고의 통합(All-In-One) 혼합 신호 디자인 및 디버그 툴 이라고 할 수 있다. 친숙하고 사용하기 편리하게 운영되는 검증된 컴팩트 폼 팩터 오실로스코프 플랫폼을 기반으로 구축된 MSO4000는 16개 디지털 채널과 버스 디코딩 기능을 첨가하여 로직 분석기의 고급 기능에 따르는 복잡성 없이 혼합 신호 디자인 디버깅을 단순화 한다.
MSO4000는 최상의 스펙, 모든 채널의 긴 레코드 길이, 친숙한 운영, 혁신적인 문제해결 기능, 업계 최고 가격 대비 성능 및 병렬 버스와 임베디드 디자인에 가장 흔히 이용되는 I2C, SPI, CAN, RS-232 등의 직렬 버스의 모니터링, 트리거링, 디코딩에 대한 포괄적인 지원을 모두 결합한 오실로스코프이다.
현재 시장에 나와 있는 MSO의 기능을 뛰어 넘는 다수의 업계 최초이자 최고의 기능을 갖춘 MSO4000시리즈는 운영을 단순화하며, 측정에 대한 신뢰감을 주는 오실로스코프로 임베디드 디자인을 보다 효율적으로 디자인, 디버그 및 테스트하려는 엔지니어들에게 이상적이다. MSO4000 시리즈는 혼합 신호 오실로스코프에 대한 기준을 최고 수준으로 높이는 최상의 디버그 기능을 제공함으로써 성능 및 사용 편리성 측면에서 새로운 기준을 세운다.
<자료제공: 월간 반도체네트워크 2007년 09월호>