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KR102201178B1 - 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치 및 방법 - Google Patents

동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치 및 방법 Download PDF

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KR102201178B1
KR102201178B1 KR1020200122133A KR20200122133A KR102201178B1 KR 102201178 B1 KR102201178 B1 KR 102201178B1 KR 1020200122133 A KR1020200122133 A KR 1020200122133A KR 20200122133 A KR20200122133 A KR 20200122133A KR 102201178 B1 KR102201178 B1 KR 102201178B1
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KR
South Korea
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measurement
measurement channels
channels
synchronized
simulated
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Active
Application number
KR1020200122133A
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English (en)
Inventor
박유광
이운문
김복기
Original Assignee
단암시스템즈 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Abstract

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치 및 방법은, 시간 해상도를 기반으로 결정된 주기를 가지는 모사 신호를 통해 서로 동기화된 복수의 계측 채널에 대해 동시 계측함으로써, 복수의 계측 채널의 성능을 평가할 수 있다.

Description

동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치 및 방법{Apparatus and method for evaluating performance through simultaneous acquisition on synchronized acquisition channels}
본 발명은 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 서로 동기화된 복수의 계측 채널에 대해 모사 신호를 통해 동시 계측하여 복수의 계측 채널의 성능을 평가하는, 장치 및 방법에 관한 것이다.
원격 측정 시스템은 원격의 비행체로부터 데이터 획득(data acquisition, DAQ)을 진행하고 획득한 데이터를 지상으로 송신하는 시스템이다. 지상에서는 수신한 데이터를 바탕으로 비행체의 현재 상태를 모니터링하거나 분석하기 위한 정보로 사용한다. 원격 측정 시스템뿐만 아니라 여러 응용 분야에서도 데이터 획득이 사용되고 있으며, 기술이 발전함에 따라 높은 정확도와 많은 양의 데이터를 처리할 수 있도록 개발이 진행되고 있다. 이에 따라, 다채널을 통한 데이터 획득 및 처리를 위한 시스템이 여러 응용 분야에서 제안되고 있다. 다채널 데이터 획득에 대한 제어가 용이하고 하드웨어 크기를 줄이며 성능에서도 뛰어난 FPGA(field programmable gate array)를 사용한 데이터 획득 시스템이 많이 사용되고 있다.
많은 채널에 대하여 데이터 획득을 위해서는 시스템이 분산되어 있을 수 밖에 없다. 또한, 획득한 데이터의 정확한 분석을 위해서는 모든 채널이 동기화된 샘플링에 의해 데이터 획득이 진행되어야 한다. 고정밀도 시각 동기화를 위한 IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers) 1588 PTP(precision time protocol) 및 실시간 프로토콜의 산업용 네트워크인 EtherCAT, PROFINET, EtheNET/IP, PROFIBUS 등을 이용한 계측이 이미 산업 분야에서 널리 사용되고 있다.
동기화된 샘플링에 의한 데이터 획득이라도 분산된 시스템에서는 계측 데이터의 시간적인 오차가 존재한다. 이러한 오차는 케이블 길이 및 시스템을 구동시키는 오실레이터의 클록 오차와 지터뿐만 아니라 각 채널의 인쇄 회로 기판(printed circuit board, PCB) 패턴, ADC(analog-to-digital converter)의 성능 오차 등에 의해 발생된다. 하지만, 시간적인 오차를 정밀하게 측정하여 동시 계측에 대한 성능을 확인하기 위한 방안은 현재 없는 상황이다.
본 발명이 이루고자 하는 목적은, 시간 해상도를 기반으로 결정된 주기를 가지는 모사 신호를 통해 서로 동기화된 복수의 계측 채널에 대해 동시 계측하여 복수의 계측 채널의 성능을 평가하는, 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치는, 서로 동기화된 복수의 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능을 평가하는 장치로서, 상기 복수의 계측 채널의 차이를 측정하기 위한 시간 단위인 시간 해상도를 설정하는 시간 해상도 설정부; 상기 시간 해상도를 기반으로 결정된 주기를 가지는 모사 신호를 생성하고, 생성한 모사 신호를 상기 복수의 계측 채널 각각에 입력하는 모사 신호 입력부; 상기 모사 신호로부터 복원된 데이터를 상기 복수의 계측 채널 각각으로부터 제공받고, 상기 복수의 계측 채널로부터 제공받은 복수의 복원된 데이터를 비교하여 상기 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 획득하는 계측 데이터 비교부; 및 상기 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 기반으로 상기 복수의 계측 채널의 성능을 평가하는 성능 평가부;를 포함한다.
여기서, 상기 모사 신호로부터 복원된 데이터는, 계측 채널에 의해, 상기 모사 신호를 기반으로 미리 설정된 샘플링 주기에 따라 데이터를 샘플링하여 획득되며, 상기 복수의 계측 채널 각각의 샘플링 주기는, 상기 미리 설정된 샘플링 주기와 동일할 수 있다.
여기서, 상기 모사 신호 입력부는, 상기 미리 설정된 샘플링 주기와 상기 시간 해상도의 차이를 상기 모사 신호의 주기로 하여, 상기 모사 신호를 생성할 수 있다.
여기서, 상기 시간 해상도 설정부는, 상기 미리 설정된 샘플링 주기보다 작은 값을 가지는 상기 시간 해상도를 설정할 수 있다.
여기서, 상기 계측 데이터 비교부는, 상기 복수의 계측 채널로부터 제공받은 복수의 복원된 데이터를 기반으로, 상기 복수의 계측 채널 각각에 대하여 트랜지션이 발생하는 시점을 획득하고, 상기 복수의 계측 채널 각각의 트랜지션 발생 시점을 비교하여 상기 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 획득할 수 있다.
여기서, 상기 성능 평가부는, 미리 설정된 시스템 요구 규격과 상기 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 비교하여, 상기 복수의 계측 채널의 성능을 평가할 수 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 방법은, 서로 동기화된 복수의 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능을 평가하는 방법으로서, 상기 복수의 계측 채널의 차이를 측정하기 위한 시간 단위인 시간 해상도를 설정하는 단계; 상기 시간 해상도를 기반으로 결정된 주기를 가지는 모사 신호를 생성하고, 생성한 모사 신호를 상기 복수의 계측 채널 각각에 입력하는 단계; 상기 모사 신호로부터 복원된 데이터를 상기 복수의 계측 채널 각각으로부터 제공받고, 상기 복수의 계측 채널로부터 제공받은 복수의 복원된 데이터를 비교하여 상기 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 획득하는 단계; 및 상기 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 기반으로 상기 복수의 계측 채널의 성능을 평가하는 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 모사 신호로부터 복원된 데이터는, 계측 채널에 의해, 상기 모사 신호를 기반으로 미리 설정된 샘플링 주기에 따라 데이터를 샘플링하여 획득되며, 상기 복수의 계측 채널 각각의 샘플링 주기는, 상기 미리 설정된 샘플링 주기와 동일할 수 있다.
여기서, 상기 모사 신호 입력 단계는, 상기 미리 설정된 샘플링 주기와 상기 시간 해상도의 차이를 상기 모사 신호의 주기로 하여, 상기 모사 신호를 생성하는 것으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 시간 해상도 설정 단계는, 상기 미리 설정된 샘플링 주기보다 작은 값을 가지는 상기 시간 해상도를 설정하는 것으로 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 계측 시간 차이 획득 단계는, 상기 복수의 계측 채널로부터 제공받은 복수의 복원된 데이터를 기반으로, 상기 복수의 계측 채널 각각에 대하여 트랜지션이 발생하는 시점을 획득하고, 상기 복수의 계측 채널 각각의 트랜지션 발생 시점을 비교하여 상기 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 획득하는 것으로 이루어질 수 있다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장되어 상기한 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 방법 중 어느 하나를 컴퓨터에서 실행시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치 및 방법에 의하면, 시간 해상도를 기반으로 결정된 주기를 가지는 모사 신호를 통해 서로 동기화된 복수의 계측 채널에 대해 동시 계측함으로써, 복수의 계측 채널의 성능을 평가할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모사 신호의 주기를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 계측 시차 발생의 일례를 설명하기 위한 도면으로, 아날로그 회로 상의 경로에 의한 지연 발생 시 계측 시차를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 계측 시차 발생의 다른 예를 설명하기 위한 도면으로, 동기화 오차에 의한 지연 발생 시 계측 시차를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 성능 평가 동작의 성능 실험의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 5에 도시한 성능 실험의 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 성능 평가 동작의 성능 실험의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7에 도시한 성능 실험의 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 성능 평가 동작의 성능 실험의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9에 도시한 성능 실험의 결과를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 도 10에 도시한 계측 채널 간 서로 다른 구간을 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 명세서에서 각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 명세서에서, "가진다", "가질 수 있다", "포함한다" 또는 "포함할 수 있다"등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.
또한, 본 명세서에 기재된 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터 구조들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로 더 분리될 수 있다.
이하에서 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치 및 방법의 바람직한 실시예에 대해 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치(이하 '성능 평가 장치'라 한다)(100)는 시간 해상도를 기반으로 결정된 주기를 가지는 모사 신호를 통해 서로 동기화된 복수의 계측 채널에 대해 동시 계측하여 복수의 계측 채널의 성능을 평가한다.
이를 위해, 성능 평가 장치(100)는 시간 해상도 설정부(110), 모사 신호 입력부(130), 계측 데이터 비교부(150) 및 성능 평가부(170)를 포함할 수 있다.
시간 해상도 설정부(110)는 시간 해상도를 설정한다.
여기서, 시간 해상도는 복수의 계측 채널의 차이를 측정하기 위한 최소한의 시간 단위를 말하며, 1ns, 10ns, 100ns, 1us, 10us, 100us 등일 수 있다. 즉, 시간 해상도는 모사 신호의 주기를 결정하는 요인이며, 시간 해상도의 값이 작을수록 동시 계측 성능 평가를 위한 데이터 저장이 길어져야 한다.
이때, 시간 해상도 설정부(110)는 복수의 계측 채널의 샘플링 동작 시 이용되는 미리 설정된 샘플링 주기보다 작은 값을 가지는 시간 해상도를 설정할 수 있다.
모사 신호 입력부(130)는 시간 해상도 설정부(110)에 의해 설정된 시간 해상도를 기반으로 결정된 주기를 가지는 모사 신호를 생성한다.
이때, 모사 신호 입력부(130)는 미리 설정된 샘플링 주기와 시간 해상도의 차이를 모사 신호의 주기로 하여, 모사 신호를 생성할 수 있다. 이와 같이, 모사 신호의 주기는 계측 채널의 샘플링 주기보다 작으므로, 각 샘플링 마다 시간 해상도만큼의 시간이 줄어 들어 일정 시간이 지났을 때 트랜지션이 발생하게 된다.
그리고, 모사 신호 입력부(130)는 생성한 모사 신호를 복수의 계측 채널 각각에 입력한다.
계측 데이터 비교부(150)는 모사 신호 입력부(130)를 통해 계측 채널에 입력된 모사 신호로부터 복원된 데이터를 복수의 계측 채널 각각으로부터 제공받는다.
여기서, 모사 신호로부터 복원된 데이터는 계측 채널에 의해, 모사 신호를 기반으로 미리 설정된 샘플링 주기에 따라 데이터를 샘플링하여 획득될 수 있다. 아울러, 복수의 계측 채널 각각의 샘플링 주기는 미리 설정된 샘플링 주기와 동일하다.
그리고, 계측 데이터 비교부(150)는 복수의 계측 채널로부터 제공받은 복수의 복원된 데이터를 비교하여 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 획득한다.
즉, 계측 데이터 비교부(150)는 복수의 계측 채널로부터 제공받은 복수의 복원된 데이터를 기반으로, 복수의 계측 채널 각각에 대하여 트랜지션이 발생하는 시점을 획득하고, 복수의 계측 채널 각각의 트랜지션 발생 시점을 비교하여 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 획득할 수 있다.
이와 같이, 계측 채널에 의해 복원된 데이터는 한 샘플링마다 시간 해상도 만큼 줄어들게 된다. 즉, 복원된 데이터는 일정한 주기를 가지는 신호가 되게 되고, 복원된 데이터의 서로 다른 구간의 시간을 확인하고, 이를 통해 계측 시간 차이(즉, 계측 시차)를 획득할 수 있다.
성능 평가부(170)는 계측 데이터 비교부(150)를 통해 획득한 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 기반으로 복수의 계측 채널의 성능을 평가한다.
즉, 성능 평가부(170)는 미리 설정된 시스템 요구 규격과 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 비교하여, 복수의 계측 채널의 성능을 평가할 수 있다. 예컨대, 계측 시간 차이가 미리 설정된 시스템 요구 규격에 따른 값보다 작으며, 해당 계측 채널들은 요구되는 성능을 충족하는 것으로 판단할 수 있다.
그러면, 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 동작에 대하여 보다 자세하게 설명한다.
일반적으로 데이터 획득을 위해, 각 센서의 아날로그 신호는 ADC(analog-to-digital converter)를 통해 디지털 신호로 변환된다. 이 과정에서 모든 계측 채널의 ADC는 동시다발적으로 제어 및 샘플링되어야 한다. 여기서, 샘플링은 ADC 내부적으로 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 것을 말하며, 샘플링 시점은 사용자에 의해 제어될 수 있다. 또한, 샘플링은 주기적으로 반복되며, 이를 샘플링 주파수(sampling frequency) 또는 샘플링 속도(sampling rate)라고 한다. 변환된 디지털 신호는 사용자가 분석하는 데 사용되게 된다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 모사 신호의 주기를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 동시 계측 성능 확인을 위해, 계측 채널 간 계측 시차를 측정하기 위해서는 비교하고자 하는 동기화된 계측 채널의 샘플링 속도가 서로 같아야 한다. 그리고, 도 2에 도시한 바와 같이, 계측 채널의 샘플링 주기(TS)보다 짧은 주기의 모사 신호를 동시에 각 계측 채널에 인가해야 한다. 샘플링 주기(TS)와 모사 신호 주기의 차이는 시간 해상도(TR)를 나타낸다. 시간 해상도(TR)의 배수로 계측 시차를 측정할 수 있다. 예컨대, 두 계측 채널의 시차가 10us를 갖는 경우, 두 계측 채널의 계측 시차를 측정하기 위해서는 적어도 10us의 시간 해상도를 가져야 하며, 시간 해상도의 배수로 계측 시차를 측정할 수 있다. 이렇게 인가된 모사 신호는 샘플링에 따라 복원된 신호가 생성된다. 복원된 신호는 시간 해상도(TR)의 누적으로 T'/2 지점마다 변화가 발생한다. 복원된 신호의 주기(T')는 아래의 [수학식 1]을 통해 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112020100578816-pat00001
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 계측 시차 발생의 일례를 설명하기 위한 도면으로, 아날로그 회로 상의 경로에 의한 지연 발생 시 계측 시차를 나타내고, 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 계측 시차 발생의 다른 예를 설명하기 위한 도면으로, 동기화 오차에 의한 지연 발생 시 계측 시차를 나타낸다.
도 3 및 도 4는 하나의 모사 신호를 두 계측 채널에 동시에 인가하였을 때 시차가 발생할 수 있는 원인들에 대한 예시이다. 도 3은 ADC에서 데이터 변환이 되기 전까지의 경로에서 입력 신호의 지연이 발생하였을 때의 계측 시차(TD1)를 나타낸다. 도 4는 동기화 오차로 인해 발생하는 샘플링 지연에 의한 계측 시차(TD2)를 나타낸다. 총 계측 시차(TD)는 두 가지 계측 시차의 합으로 아래의 [수학식 2]와 같다.
[수학식 2]
TD = TD1 + TD2 (sec)
총 계측 시차(TD)는 복원된 신호를 비교하여 아래의 [수학식 3]에 따라 계산되며, 비교하는 계측 채널들의 복원된 신호가 서로 다른 구간 내의 샘플 수와 시간 해상도의 곱으로 정의된다. 이는 하나의 샘플 마다 시간 해상도만큼 오차가 발생하도록 모사 신호를 인가하였기 때문이다.
[수학식 3]
TD = (RD/TS) * TR (sec)
RD = Time difference of recovery signals (sec)
그러면, 도 5 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 동작의 성능에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 성능 평가 동작의 성능 실험의 일례를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 도 5에 도시한 성능 실험의 결과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 성능 평가 동작의 성능을 실험하기 위해, PSpice A/D 툴을 통해, 도 5에 도시된 바와 같이, 디지털 회로를 통한 시뮬레이션을 진행하였다. ADC를 대신하여 디지털 값을 샘플링하기 위한 플립 플롭(flip flop)을 구성하였다. 각 계측 채널의 플립 플롭을 통해 출력되는 신호를 비교하기 위해 XOR(exclusive OR) 게이트를 구성하였다. XOR 게이트를 통해 두 신호가 다른 구간에서는 로직 레벨에서 하이를 나타낼 것이다. 시뮬레이션을 위한 설정 값은 아래와 같다.
- 플립 플롭의 클록 주기(= 샘플링 주기) : 1ms
- 모사 신호 주기 : 0.9999ms
- 시간 해상도 : 100ns
- 입력 신호 지연에 따른 시차 : 10us
- 샘플링 지연에 의한 시차 : 10us
- 총 계측 시차 : 20us
계측 채널 1과 계측 채널 2를 통해 출력된 신호의 주기는 위의 [수학식 1]을 통해 계산한 값인 10초가 나왔다. 그리고, 두 계측 채널의 출력을 비교하기 위한 XOR 게이트의 출력에서 두 출력이 서로 다른 값을 나타내는 구간이 200ms 발생하는 것을 확인할 수 있다. 서로 다른 출력 구간의 시간과 샘플링 주기 및 시간 해상도를 통해 위의 [수학식 3]을 계산하였을 때 계측 시차는 20us가 나온다. 설정한 총 계측 시차와 같은 값이 나오는 것을 확인할 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 성능 평가 동작의 성능 실험의 다른 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 도 7에 도시한 성능 실험의 결과를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 성능 평가 동작의 성능을 실험하기 위해, 다음으로 아날로그 회로와 ADC를 통한 계측 시차를 확인하는 시뮬레이션 진행을 위해, 도 7에 도시된 바와 같이 구성하였다. 동일한 주기의 0 ~ +4V의 펄스 모사 신호를 계측 채널 1과 계측 채널 2에 인가하였다. 또한, 인가된 아날로그 모사 신호는 ADC를 통해 1ms 주기로 샘플링되고, 복원 신호를 이용하여 분석하기 위해 DAC(digital-to-analog converter)를 통하여 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변경하였다. 시뮬레이션을 위한 설정 값은 아래와 같다.
- 샘플링 주기 : 1ms
- 모사 신호 주기 : 0.9999ms
- 시간 해상도 : 100ns
- 입력 신호 지연에 따른 시차 : 10us
- 샘플링 지연에 따른 시차 : 10us
- 총 계측 시차 : 20us
시뮬레이션 결과는 도 8과 같다. 디지털 회로에서의 시뮬레이션과 동일한 결과가 나오는 것을 확인할 수 있다. 아날로그 신호의 비교 분석은 두 계측 채널의 출력의 차이의 절대 값으로 진행하였다. 두 신호의 차이는 200ms의 구간동안 발생하였으며, 샘플링 주기 및 시간 해상도에 따라 계측 시차는 20us가 된다.
위와 같은 아날로그 회로 및 디지털 회로에서의 시뮬레이션을 통해, 본 발명에 따른 성능 평가 동작의 원리를 통해 계측 채널 간 계측 시차를 측정할 수 있음을 확인하였다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 성능 평가 동작의 성능 실험의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이고, 도 10은 도 9에 도시한 성능 실험의 결과를 설명하기 위한 도면이며. 도 11은 도 10에 도시한 계측 채널 간 서로 다른 구간을 나타내는 그래프이다.
본 발명에 따른 성능 평가 동작의 성능을 원격 측정 시스템에서 실험하기 위해, 도 9와 같이 구성하였다. 싱크 마스터(Sync Master)에서 1ms 주기의 동기화 신호를 각 계측 채널에 인가하고, 각 계측 채널에서는 동기화 신호를 통해 입력되는 모사 신호를 ADC로 샘플링한다. 샘플링 데이터는 PC에서 1ms 주기로 요청하여 전송된다. PC에서 수신한 데이터를 분석하여 두 계측 채널의 계측 시차를 측정한다. 성능 실험을 위한 설정 값은 아래와 같다.
- 샘플링 주기 : 1ms
- 펄스 신호 전압 : 0 ~ +3.3V
- 모사 신호 주기 : 0.9999ms
- 시간 해상도 : 100ns
도 10은 PC에서 수신한 계측 데이터를 복원하여 그래프로 나타낸 결과이다. 복원된 두 신호의 주기는 10초이며, 위의 [수학식 1]을 통해 계산된 값과 같음을 확인할 수 있다. 이상적인 펄스 신호를 제공하는 시뮬레이션과는 다르게 모사 신호의 상승 구간과 하강 구간의 시간이 존재한다. 그로 인해 상승 및 하강 구간의 값도 데이터로 획득될 것이다. 용이하게 두 계측 채널의 데이터를 비교하기 위해 아래의 [수학식 4]를 통해 두 신호를 비교한다.
[수학식 4]
DiffCh1-Ch2 = (Ch1conv = Ch2conv)? 0:1
Ch1conv = (Ch1data > Vth)? 1:0
Ch2conv = (Ch2data > Vth)? 1:0
Vth = (|Vsim+peak| - |Vsim-peak|) / 2
여기서, Vth(threshold voltage)는 모사 신호 전압 범위의 중간 값이다. 각 계측 채널의 복원된 신호의 전압이 Vth 이상이면 '1', 그렇지 않으면 '0'을 나타내도록 데이터를 변환한다. 두 계측 채널의 변환된 데이터를 비교하여 서로 같으면 '0', 같지 않으면 '1'을 나타내도록 하여 서로 다른 구간을 확인한다. 이렇게 얻은 결과 그래프는 도 11과 같다. 두 계측 채널이 서로 다른 값을 나타내는 1 ~ 11 지점에서 각 구간의 시간과 시간 해상도 및 샘플링 주기를 위의 [수학식 3]을 통해 계산한 계측 시차는 아래의 [표 1]과 같다.
section time
resolution 		sampling
period 		number of
samples 		time
difference
1





100ns





1ms		 5 500ns
2 6 600ns
3 4 400ns
4 5 500ns
5 2 200ns
6 6 600ns
7 3 300ns
8 5 500ns
9 4 400ns
10 6 600ns
11 5 500ns
max time difference 600ns
min time difference 200ns
average time difference 464ns
두 계측 채널에서는 최대 계측 시차는 600ns, 최소 계측 시차는 200ns, 평균 계측 시차는 약 464ns를 나타낸다. 앞서 설명한 본 발명에 따른 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 동작을 통해 원격 측정 시스템의 계측 시차를 측정하여 동시 계측 성능을 확인할 수 있다.
그러면, 도 12를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 방법에 대하여 설명한다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 성능 평가 장치(100)는 복수의 계측 채널의 차이를 측정하기 위한 최소한의 시간 단위인 시간 해상도를 설정한다(S110). 이때, 성능 평가 장치(100)는 복수의 계측 채널의 샘플링 동작 시 이용되는 미리 설정된 샘플링 주기보다 작은 값을 가지는 시간 해상도를 설정할 수 있다.
그런 다음, 성능 평가 장치(100)는 시간 해상도를 기반으로 결정된 주기를 가지는 모사 신호를 생성하고, 생성한 모사 신호를 복수의 계측 채널 각각에 입력한다(S130). 이때, 성능 평가 장치(100)는 미리 설정된 샘플링 주기와 시간 해상도의 차이를 모사 신호의 주기로 하여, 모사 신호를 생성할 수 있다.
이후, 성능 평가 장치(100)는 모사 신호로부터 복원된 데이터를 복수의 계측 채널 각각으로부터 제공받고, 복수의 계측 채널로부터 제공받은 복수의 복원된 데이터를 비교하여 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 획득한다(S150). 여기서, 모사 신호로부터 복원된 데이터는 계측 채널에 의해, 모사 신호를 기반으로 미리 설정된 샘플링 주기에 따라 데이터를 샘플링하여 획득될 수 있다. 아울러, 복수의 계측 채널 각각의 샘플링 주기는 미리 설정된 샘플링 주기와 동일하다.
즉, 성능 평가 장치(100)는 복수의 계측 채널로부터 제공받은 복수의 복원된 데이터를 기반으로, 복수의 계측 채널 각각에 대하여 트랜지션이 발생하는 시점을 획득하고, 복수의 계측 채널 각각의 트랜지션 발생 시점을 비교하여 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 획득할 수 있다.
그런 다음, 성능 평가 장치(100)는 복수의 계측 체널 사이의 계측 시간 차이를 기반으로 복수의 계측 채널의 성능을 평가한다(S170).
즉, 성능 평가 장치(100)는 미리 설정된 시스템 요구 규격과 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 비교하여, 복수의 계측 채널의 성능을 평가할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록 매체로서는 자기기록매체, 광 기록매체 등이 포함될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 성능 평가 장치,
110 : 시간 해상도 설정부,
130 : 모사 신호 입력부,
150 : 계측 데이터 비교부,
170 : 성능 평가부

Claims (12)

  1. 서로 동기화된 복수의 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능을 평가하는 장치로서,
    상기 복수의 계측 채널의 차이를 측정하기 위한 시간 단위인 시간 해상도를 설정하는 시간 해상도 설정부;
    상기 시간 해상도를 기반으로 결정된 주기를 가지는 모사 신호를 생성하고, 생성한 모사 신호를 상기 복수의 계측 채널 각각에 입력하는 모사 신호 입력부;
    상기 모사 신호로부터 복원된 데이터를 상기 복수의 계측 채널 각각으로부터 제공받고, 상기 복수의 계측 채널로부터 제공받은 복수의 복원된 데이터를 비교하여 상기 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 획득하는 계측 데이터 비교부; 및
    상기 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 기반으로 상기 복수의 계측 채널의 성능을 평가하는 성능 평가부;
    를 포함하는 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 모사 신호로부터 복원된 데이터는,
    계측 채널에 의해, 상기 모사 신호를 기반으로 미리 설정된 샘플링 주기에 따라 데이터를 샘플링하여 획득되며,
    상기 복수의 계측 채널 각각의 샘플링 주기는, 상기 미리 설정된 샘플링 주기와 동일한,
    동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 모사 신호 입력부는,
    상기 미리 설정된 샘플링 주기와 상기 시간 해상도의 차이를 상기 모사 신호의 주기로 하여, 상기 모사 신호를 생성하는,
    동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치.
  4. 제2항에서,
    상기 시간 해상도 설정부는,
    상기 미리 설정된 샘플링 주기보다 작은 값을 가지는 상기 시간 해상도를 설정하는,
    동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치.
  5. 제2항에서,
    상기 계측 데이터 비교부는,
    상기 복수의 계측 채널로부터 제공받은 복수의 복원된 데이터를 기반으로, 상기 복수의 계측 채널 각각에 대하여 트랜지션이 발생하는 시점을 획득하고, 상기 복수의 계측 채널 각각의 트랜지션 발생 시점을 비교하여 상기 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 획득하는,
    동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치.
  6. 제2항에서,
    상기 성능 평가부는,
    미리 설정된 시스템 요구 규격과 상기 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 비교하여, 상기 복수의 계측 채널의 성능을 평가하는,
    동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 장치.
  7. 서로 동기화된 복수의 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능을 평가하는 방법으로서,
    상기 복수의 계측 채널의 차이를 측정하기 위한 시간 단위인 시간 해상도를 설정하는 단계;
    상기 시간 해상도를 기반으로 결정된 주기를 가지는 모사 신호를 생성하고, 생성한 모사 신호를 상기 복수의 계측 채널 각각에 입력하는 단계;
    상기 모사 신호로부터 복원된 데이터를 상기 복수의 계측 채널 각각으로부터 제공받고, 상기 복수의 계측 채널로부터 제공받은 복수의 복원된 데이터를 비교하여 상기 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 획득하는 단계; 및
    상기 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 기반으로 상기 복수의 계측 채널의 성능을 평가하는 단계;
    를 포함하는 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 방법.
  8. 제7항에서,
    상기 모사 신호로부터 복원된 데이터는,
    계측 채널에 의해, 상기 모사 신호를 기반으로 미리 설정된 샘플링 주기에 따라 데이터를 샘플링하여 획득되며,
    상기 복수의 계측 채널 각각의 샘플링 주기는, 상기 미리 설정된 샘플링 주기와 동일한,
    동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 방법.
  9. 제8항에서,
    상기 시간 해상도를 기반으로 결정된 주기를 가지는 모사 신호를 생성하고, 생성한 모사 신호를 상기 복수의 계측 채널 각각에 입력하는 단계는,
    상기 미리 설정된 샘플링 주기와 상기 시간 해상도의 차이를 상기 모사 신호의 주기로 하여, 상기 모사 신호를 생성하는 것으로 이루어지는,
    동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 방법.
  10. 제8항에서,
    상기 시간 해상도 설정 단계는,
    상기 미리 설정된 샘플링 주기보다 작은 값을 가지는 상기 시간 해상도를 설정하는 것으로 이루어지는,
    동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 방법.
  11. 제8항에서,
    상기 계측 시간 차이 획득 단계는,
    상기 복수의 계측 채널로부터 제공받은 복수의 복원된 데이터를 기반으로, 상기 복수의 계측 채널 각각에 대하여 트랜지션이 발생하는 시점을 획득하고, 상기 복수의 계측 채널 각각의 트랜지션 발생 시점을 비교하여 상기 복수의 계측 채널 사이의 계측 시간 차이를 획득하는 것으로 이루어지는,
    동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 방법.
  12. 제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 동기화된 계측 채널에 대한 모사 신호를 통한 동시 계측 성능 평가 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위하여 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장된 컴퓨터 프로그램.
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