1. 디지털과 아날로그

디지털신호와아날로그신호

 

1. 아날로그(analog) 양과 디지털(digital) 양

■ 아날로그 양

 시간에 따른 신호 크기(진폭)가 연속적(continuous)

 소리, 압력, 온도와 같은 물리적양 (목소리를 예를 들면 된다.)

 

 

 

■ 디지털 양

 시간에 따른 신호 크기가 ‘1’ 상태(HIGH)와 ‘0’상태(LOW) 두 가지

 이산 집합의 값을 가짐

 컴퓨터(computer) 내 동작 신호

 

 

■ 아날로그 양 에서 디지털 양으로 바뀌는 간단한 예시

*시간에 구멍이 뚫린게 없다. 연속적인 신호에 따라 아날로그의 양을 나타냈다.

 

*시간에 따라 구멍이 뚫려있다. 디스크립트하다고 표현한다.

*이유는, 일정한 시간 간격을 두고 샘플링했기 때문이다. (한마디로 시간별로 온도의 숫자를 뽑음.)

*빨간 막대 사이의 시간을 샘플링 시간(샘플링 주파수)이라고 한다.

*여기서 위의 샘플링한 온도를 디지털 코드로 바꾸면 디지털 양이 된다.

 

 

■ 디지털의 장점

 아날로그 신호보다 잡음(noise)에 강함 : 더 많은 데이터를 보낼 수 있어 집약적이다. 

 신호 저장 후 재생에 크게 유리(디지털의 메모리 특성)

 다양한 신호처리에 따른 다양한 응용이 가능 : 디지털을 다른 신호로 바꾸기 편하다.

 데이터는 계산에 사용될 수 있음

 디스플레이 기술들과 호환

 컴퓨터 기술들과 호환

 시스템들은 프로그램 될 수 있음

 디지털 IC군(family)들은 보다 쉽게 설계 할 수 있음

*결론 : 변환, 저장, 전송하기 편하다.

 

 

■ 근데 왜 아날로그를 씀?

 대부분의 “현실세계”의 사건들은 실제적으로 아날로그 특성을 가짐

 아날로그 처리는 대체로 더 간단함

 아날로그 처리는 대체로 더 빠름

 기존의 전자시스템은 대부분 실제적으로 아날로그 였음 왜

*결론 : 아날로그, 디지털 둘다 상호보완적으로 사용해야한다.

 

 

■ 아날로그 전자시스템: PA(Public Address) 시스템  (확성기)

*대표적인 아날로그 시스템이다.

*왜씀? 소리를 키우고 멀리 보내기 위해

*선형증폭기 : 앰프

 

 

■ 디지털과 아날로그 방법을 이용한 시스템: CD Player

*중간에 디지털 아날로그 변환기가 핵심포인트

 

 

■ 아날로그 회로와 디지털 회로의 상호 연결

	>> 아날로그를 아날로그로
	여기서 서로 변환이 이루어진다.
	>> 디지털을 디지털로

*A/D 컨버터 : 아날로그를 디지털로

*D/A 컨버터 : 디지털을 아날로그

 

 

 

2진숫자, 논리레벨및 디지털펄스파형

■ 2진 숫자

 디지털 전자공학에서는 두 가지의 상태만을 갖는 회로 및 시스템 다룸

 두 상태는 HIGH(1)와 LOW(0)

 2진 숫자: 두 개의 숫자인 1과 0이 사용

 2진수: 2진 자릿수(binary digit / 바이너리 디짓트)

 비트(bit): 한 개의 이진 숫자

 양 논리(positive logic): 1을 HIGH로, 0을 LOW로 표현

 

 

■ 논리레벨: 1과 0을 표현하기 위하여 사용되는 전압 (디지털 회로에서 어떻게 인식되는가?)

*위 아래 그림 둘다 같은 것이다.  아래는 내가 풀어 그린것.

*이 전체를 IC 칩이라고 본다.

*0.0v~0.8v 가 들어오면 LOW라고 인식 / 2.0v~5.0v 까지는 HIGH로 인식.

*0.0v~0.4v 는 low로 출력 / 2.7v~5.0v 는 high로 출력

*결론: 이렇게 구분짓는걸 논리레벨이라 한다.

*그리고 저 사이에 있는 값들은 허용되지 않는 전압 범위이다. 예를들면 1.0v는 아무런 효과가 없다. 그리고 이를 High-impedance (하이 임피던스)라고 부른다.

*high와 low를 나타내는 전압의 범위는 중복될 수 없다. 왜냐? 중복지점에 있는 전압v을 쏘면 high low둘다 인식이 되버리니까. 1 or 0이 되어야 한다!

 

 

■ 디지털 정보의 표현 단위

 1nibble = 4bit

 1byte = 8bit

 1byte = 1character (영문자 하나를 표현하는데 1바이트가 필요하니까! A=1byte 이런)

 영어는 1byte로 1 문자 표현, 한글은 2byte가 필요

 1word: 특정 CPU에서 취급하는 명령어나 데이터의 길이에 해당하는 비트 수

*LSB : 가장 낮은 비트

*MSB : 가장 높은 비트

 

■ SI단위와 IEC단위 비교

*그냥 알아만 두자.

*메가 기가 테라 페타 엑사 제타 정도만 기억하자

*IEC는 2진수로 SI를 표현한 것.

 

 

■ 디지털 파형

 HIGH와 LOW 레벨 또는 상태를 반복하는 전압 레벨

 양의 펄스, 음의 펄스 (클록 펄스라고도 함.)

 

■ 이상적인 펄스

*로우 > 하이 : 양의 펄스

*하이 > 로우 : 음의 펄

 

■ 실제 펄스: 비 이상적인 펄스

*오버슈트 : high에 올랐는데 더 올라간 현상

*언더슈트 : 0으로 내려갈떄 딱 끝나는게 아닌 더 내려간 현상

*링잉 : 어 너무 내가 high보다 너무 올랐네? 살짝 떨어져야지 하면서, 진동하는 과정을 통해 high가 되는 100%쪽으로 맞춰주기 위해 감쇠가 되는 것. 즉 점점 안정화 되는 형태다. 레벨링이라고 함. 단계를 맞추듯이 해당 low or high의 100%에 근접하게 맞추는 것을 말한다.

*펄스폭 : 상승 or 하강의 50% 지점 '폭'을 말함. (하강과 상승의 중간 지점을 이은 폭이다)

 

 

■ 펄스의 특징

 주기 펄스: 일정한 간격으로 같은 파형이 반복

 주파수: 주기의 반복 율 단위, hertz(Hz)

 주파수(f)와 주기(T)사이의 관계: f= 1/T

*T : 주기 / Sec / 초 (즉, 시간을 뜻함)

*f : 주파수

 

*T(주기/Sec) = 1 / f 

*f(주파수) =  1 / T

*즉, 주파수와 주기는 반비례 관계다.

 

 

■ 𝐷𝑢𝑡𝑦 𝐶𝑦𝑐𝑙𝑒=(𝑡𝑤∕𝑇)100%

 주기에 대한 펄스 폭(tw)의 비를 100분율로 나타낸 것

 데이터를 갖고 있는 그 부분이 비율로 얼마인가를 말함.

*주기적인 파형이다 (T1, T2, T3 폭이 같다.)

*그래서 여기서는 100%로 표현하면  duty Cycle이 50%다. high와 low와 같기 때문에

*폭이 제각각이다.

*duty cycle을 표현하지 못한다.

 

 

■ 문제

*주기적인 파형이다. 그래서 duty cycle이 있다.

*T는 0에서 10이니까, T=10

*tw는 0에서 1이니까 tw=1

*위의 숫자를 대입하자. (tw/T)100%  = (1/10)100% = 10%

 

 

■ 클록(CP:Clock Pluse)

 디지털 시스템에서 모든 파형은 기본 타이밍 파형과 동기됨

*동기화란 : 한 bit동안 동일한 펄스의 간격을 갖고 있는 주기적인 파형

 한 비트 시간과 동일한 펄스 간격을 갖는 주기적인 파형

 

 

■ 타이밍도

 여러 파형의 상호 시간 관계와 각 파형이 다른 파형들과 관련되어 어떻게 변하는지를 나타내는 디지털 파형의 그래프

*7번째 클럭에서 abc 모두 high의 값을 갖는다.

 

 

■ 데이터 전송

 데이터란 어떤 형태의 정보를 전달하는 비트들의 그룹

 아래는 데이터 전송의 2가지이다.

(a) 컴퓨터로부터 모뎀으로 직렬 전송되는 8-비트의 2진 데이터(t0와 t1 사이의 비트가 첫 번째임)

*왼쪽 그림

*가는 길이 1개다. 직렬전송되는 8bit다.

*시리얼 통신 

 

(b) 컴퓨터로부터 프린터로 병렬 전송되는 8-비트의 2진 데이터(전송은 t0 에서 시작됨)

*오른쪽 그림

*가는 길이 8개다. 병렬전송되는 8bit다.

*페러렐 포트

 

 

■ 문제

a) 파형 A에 포함되어 있는 8-비트의 정보를 직렬로 전송하는데 필요한 총 시간을 구하고 비트열을 기술하여라. 가장 좌측의 비트가 먼전 전송되고, 1㎒ 클록이 사용된다.

b) 동일한 8개의 비트를 병렬로 전송하는데 필요한 총 시간은?

a) 𝑇=1   /    𝑓=1   /   1𝑀𝐻𝑧=1𝜇𝑠𝑒𝑐, 총 전송 시간=8×1𝜇𝑠𝑒𝑐=8𝜇𝑠𝑒𝑐

*문제의 1㎒ 클록 = 클럭이 1주기가 1M헤르츠이다. 그래서 T=1이다.

*문제의 8비트 = 그림의 클럭을 보면 총 8개이다. (1MHz를 8개의 클럭이 동작해서 8bit를 쫘악~보내는 것이다.)

* 𝜇𝑠𝑒𝑐 = 마이크로 세컨드라고 읽는.

 

b) 1𝜇𝑠𝑒

*각 한개씩 전송되게 하니까 1 𝜇𝑠𝑒𝑐면 충분하다.  즉 한 클럭만 동작하면 된다.

*1클럭만에 전송된다 / 1 𝜇𝑠𝑒𝑐만에 보내진다. / 1Hz만에 보내진다.

 

 

 

디지털기본논리회로및 고정기능의집적회로

 

■ 기본 논리 연산자 종류 : NOT, AND, OR

 

 

■ AND

 모든 입력이 HIGH일 때만 출력은 HIGH

*논리곱 / 곱셈처럼 생각하자.

*무슨 말인가? 0(LOW)가 있으면 그냥 죄다 0이 된다.

 

 

■ OR

 입력들 중 어느 하나라도 HIGH이면 출력은 HIGH

*논리합

*무조건 high가 있으면 high다.

 

 

■ NOT

 입력의 반대

*부정 = 반대

*입력한거가 반대가 된다.

 

 

 

■ 고정 기능의 집적회로 (모노리딕 집적회로(monolithic IC)라고도 함)

 한 개의 작은 실리콘 칩(chip)에 구현된 전자회로

 이 회로는 트랜지스터, 다이오드, 저항, 캐패시터 등으로 구성

*한개의 IC칩에 전부다 집어 넣은거!

 

 

■ IC 패키지: PCB에 장착되는 방법에 따라 분류

① 쓰루-홀(through-hole) 삽입형: DIP 패키지

*구멍에 넣어서 고정

 

② 표면 실장(surface mount)형: 표면 실장 기술 (surface-mount technology:SMT)

 SOIC(small-outline IC)

 PLCC(plastic leaded chip carrier)

 LCCC(leadless ceramic chip carrier)

 FP(flat pack)

*표면에 붙여서 납땜해서 붙인다.

 

 

■ 핀번호

 

 

■ IC 집적도에 따른 분류 (한마디로 성능이 얼마나 좋냐에 따른 분류)