table of contents
아날로그와 디지털
- 아날로그/디지털 신호와 시스템의 비교: 연속성과 이산성(only 두 종류 신호)
- 디지털 시스템의 장점
- 내·외부 잡음에 강하다.
- 설계하기가 용이하다.
- 프로그래밍으로 전체 시스템을 제어할 수 있어서 규격이나 사양의 변경에 쉽게 대응할 수 있어서 기능 구현의 유연성을 높일 수 있고 개발기간을 단축시킬 수 있다.
- 정보를 저장하거나 가공하기가 용이하다.
- 정보처리의 정확성과 정밀도를 높일 수 있으며, 아날로그 시스템으로는 다루기 어려운 비선형 처리나 병렬 처리 등도 가능하다.
- 전체 시스템을 소형화, 저가격화로 구성할 수 있다.
- 아날로그-디지털 / 디지털-아날로그 컨버터(ADC/DAC)
논리 레벨과 펄스 파형
- 디지털 정보는 전압 레벨을 이용해 신호를 표현함. 보통 0V와 5V 사이에서 낮은 전압과 높은 전압으로 구분.
- MSB와 LSB: 전자는 수에서 가장 큰 정보값을 가진 첫 번째 자리, 후자는 수에서 가장 작은 정보값을 가진 마지막 자리.
- 정논리와 부논리: 보통 정논리를 많이 사용함
- 정(양)논리: 낮은 전압이 0, 높은 전압이 1
- 부(음)논리: 낮은 전압이 1, 높은 전압이 0
- 펄스 파형: low 상태와 high 상태를 반복하는 전압 레벨로 구성, 주기 펄스와 비주기 펄스로 분류
- 이상적인 펄스 파형
- 이상적인 주기 펄스는 두 개의 에지(edge)로 구성
- 리딩 에지(leading edge) = 상승 에지(rising edge)
- 트레일링 에지(trailing edge) = 하강 에지(falling edge)
- 실제 펄스 파형은 상승과 하강에 시간이 다소 걸림.
- 상승하는 시간과 하강하는 시간을 각각 rising time, falling time이라고 하고, 상승 시간과 하강 시간의 중간점 사이의 시간을 펄스 폭이라고 한다.
- 주파수(frequency)
- 주기적인 파형이 1초 동안에 진동한 횟수를 의미
- 단위는 전파를 처음으로 발견한 독일의 헤르츠의 이름을 따서 헤르츠(Hz)를 사용
- 주기(Period)
- 주기적인 파형이 1회 반복하는데 걸리는 시간을 의미
- 듀티 사이클(충격계수): 전체 주기에서 펄스 폭이 차지하는 비율
디지털 집적회로
- IC 패키지
- PCB(Printed Circuit Board)에 장착하는 방법에 따라 삽입 장착(through-hole mounted)형과 표면 실장(surface-mounted)형으로 구분
- 삽입 장착형 IC는 PCB 보드의 구멍에 끼우는 핀을 가지고 있어 뒷면의 도체에 납땜으로 연결할 수 있으며, DIP 형태를 갖는다.
- 표면 실장형 IC는 PCB 표면의 금속 처리된 곳에 직접 납땜 처리
- SMD는 DIP 형태의 논리회로의 크기를 70% 가량 줄이고, 무게를 90%만큼 감소. 또 SMD는 PCB의 제조 가격을 크게 하락시킴.
- 디지털 시스템의 장점: 시스템 소형화+경량화, 생산 가격 저렴화, 소비 전력 감소, 동작 속도 고속화, 시스템 신뢰도 향상 (시스템 신뢰도가 왜 향상되는지 잘 모르겠지만 디지털 신호가 잡음에 강한 것과 연관이 있는 것 같음)
- 집적 회로는 소자의 수에 따라 소규모, 중규모, 대규모, 초대규모, 극초대규모로 구분한다.
ADC와 DAC
아날로그 → 디지털
- 표본화: 원본 데이터를 일정한 주기로 샘플링해서 연속적인 데이터를 이산적인 데이터로 만듦. 샤논의 표본화 정리에 따르면 신호의 최고 주파수의 2배 이상의 빈도로 샘플링하면 원본 데이터 재현 가능.
- 양자화: 샘플링된 데이터를 디지털 값으로 변환. 표본화가 x값에 따라 원본 데이터를 잘라내는 과정이었다면 양자화는 y값에 따라 값을 잘라냄. 예를 들면 소수 데이터를 정수로 바꾸는 것.
- 부호화: 양자화된 데이터를 이진 디지털 부호로 변환.