디지털 오류를 만드는 진짜 원인과 오실로스코프 선택 기준

디지털 회로를 측정하다 보면 이런 경험을 자주 하게 됩니다.

• 로직은 맞는데 동작이 불안정하다
• 특정 조건에서만 오류가 발생한다
• 파형은 정상처럼 보이는데 데이터가 틀린다

이럴 때 많은 엔지니어는 디지털 로직이나 펌웨어부터 의심합니다. 하지만 실제 현장에서 발생하는 디지털 오류의 상당수는 아날로그 신호 품질 문제에서 시작됩니다.

디지털 측정이 어렵게 느껴진다면, 지금 보고 있는 파형을 ‘아날로그 관점’에서 다시 봐야 합니다.

디지털 오류는 왜 아날로그에서 시작될까?

디지털 신호는 논리적으로는 0과 1로 표현되지만, 실제 하드웨어에서는 전압과 시간이라는 연속적인 물리량으로 존재합니다.

즉, 디지털 오류의 원인은 대부분 “논리 값이 틀려서”가 아니라 “전압과 타이밍이 흔들려서” 발생합니다.

아래는 디지털 측정이 어려워질 때 가장 먼저 점검해야 할 핵심 요소들입니다.

오실로스코프의 수직 해상도(bit)는 파형을 얼마나 세밀하게 분해해 표현할 수 있는지를 결정하는 핵심 지표로, 특히 노이즈, 리플, 미세 신호 측정 정확도에 직접적인 영향을 미칩니다.

1. Setup / Hold Violation – 가장 흔한 디지털 오류의 출발점

디지털 시스템에서 데이터는 클럭의 특정 순간에 저장됩니다. 이때 데이터는 클럭 에지 이전(Set-up)과 이후(Hold)에 일정 시간 동안 안정적으로 유지되어야 합니다.

하지만 실제 시스템에서는

• 에지 지터
• 전압 노이즈
• 상승/하강 시간 열화

로 인해 이 조건이 쉽게 깨집니다.

그 결과:

• 데이터가 잘못 저장되거나
• 간헐적인 오동작이 발생하거나
• 특정 조건에서만 오류가 재현됩니다.

Setup/Hold violation은 디지털 타이밍 문제처럼 보이지만, 본질은 아날로그 파형 문제입니다.

2. 클럭 지터 증가 – 모든 디지털 기준이 흔들린다

클럭은 디지털 시스템의 기준 신호입니다. 하지만 전원 노이즈, PLL 불안정, EMI 등의 영향으로 클럭 에지는 시간 축에서 미세하게 흔들립니다.

클럭 지터가 증가하면:

• 타이밍 기준이 불확실해지고
• Setup/Hold 마진이 감소하며
• 고속 인터페이스에서 오류 확률이 급격히 증가합니다.

클럭 지터는 보이지 않지만, 디지털 오류를 가장 먼저 유발하는 요인입니다.

3. 아이 다이어그램 열림 감소 – 디지털 신호 품질의 결과표

아이 다이어그램(Eye Diagram)은 디지털 신호의 전압 여유와 타이밍 여유를 한눈에 보여주는 분석 도구입니다.

아이(Eye)가 잘 열려 있으면:

• 노이즈가 적고
• 지터가 작으며
• 샘플링 마진이 충분합니다.

반대로 아이가 닫히기 시작하면:

• 전압 노이즈 증가
• 지터 누적
• 에지 품질 저하

이 모든 문제가 한 화면에 집약되어 나타납니다.

아이 다이어그램은 Setup/Hold violation과 지터 문제를 가장 직관적으로 보여주는 지표입니다.

4. EMI 증가 – 디지털 파형이 거칠어졌다는 신호

디지털 신호의 에지가 빨라질수록 고주파 성분은 증가합니다. 링잉, 오버슈트, 급격한 전류 변화는 PCB 패턴과 케이블을 안테나처럼 동작하게 만듭니다.

그 결과:

• 방사·전도 EMI 증가
• 주변 회로 간섭
• 인증 실패 및 시스템 오동작

EMI 문제는 디지털 신호를 아날로그적으로 제어하지 못했을 때 나타나는 대표적인 결과입니다.

5. 간헐적 오동작 – 가장 위험한 디지털 문제

가장 해결하기 어려운 오류는 항상 재현되지 않는 오류입니다.

• 특정 온도에서만 발생
• 전원 전압이 바뀌면 발생
• 특정 보드에서만 재현

이런 문제의 대부분은 타이밍과 전압 마진이 이미 한계선에 걸려 있기 때문입니다.

조건 변화로 아날로그 특성이 조금만 변해도 디지털 오류가 발생합니다.

디지털 측정이 어렵다면, Eye-Diagram은 반드시 확인하세요

Eye-diagram은 디지털 신호의 상태를 “지금 이 신호가 안전한가?”라는 질문에 즉시 답해주는 도구입니다.

• Setup/Hold 마진
• 지터 영향
• 노이즈 여유
• 샘플링 안정성

Eye-diagram 없이 디지털 신호를 평가하는 것은 속도계 없이 자동차를 운전하는 것과 같습니다.

RIGOL Eye-Diagram 측정 솔루션

RIGOL의 Eye-diagram 지원 오실로스코프는 고해상도 ADC 기반으로 디지털 신호 품질을 직관적으로 분석할 수 있습니다.

• 지터·노이즈 영향 시각화
• 고속 인터페이스 신뢰성 검증
• 디지털 신호 품질 평가에 최적

"디지털 측정이 어렵게 느껴진다면, 논리가 아니라 파형부터 다시 확인해야 합니다."