디지털 회로로 2진법 구현하기
디지털정보는 0,1 혹은 Low, High로 표현할 수 있고 이를 다이오드나 트랜지스터의 off,on으로 표현할 수 있다.
0,1로 이루어진 2진법을 전자회로를 사용해서 구현할 때는 BJT(Bipolar junction transistor) 영문 번역시 쌍극성 트랜지스터를 사용하거나 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-effect Transistor) 을 사용한다.
위의 MOSFET과 BJT을 활용한 전자 회로는 입력전압이Vi=VccV_i = V_{cc}이면 output 전압이 0V가 되어 NOT 게이트가된다.
Pulse
디지털 시스템에서는 전압레벨이 High와 Low의 반복이다. 이를 일련의 펄스로 구성된다고 하고 이를 Periodic Pulse 와 Non-periodic Pulse로 구분할 수 있다. 이는 주기적이냐 비주기적 펄스를 나눈것이다.
위 그림은 이상적인 주기의 모양이다. Pulse는 Rising Edge와 Falling Edge로구성된다. 실제 Pulse는 그림과 같이 수직으로 신호가 상승하지 않고 완만하게 상승한다.
신호가 상승하는데 걸리는 시간을 rising time (t_s)로 표기하고 하강하는데 걸리는 시간을 falling time (t_f)로 표현한다. 이전에 제어공학에서 배운 내용가 같이 Pulse의 진폭이 10% 에서 90%까지 증가하는 시간을 상승시간으로 정의하고 그 반대도 마찬가지이다.
주기와 주파수, 듀티사이클
주파수(Frequency)는 주기적인 파형이 1초간 진동한 횟수를 의미한다. 단위는 Hz로 전파를 발견한 헤르츠의 이름을 사용한다.
주기(Period)는 주기적인 파형이 1회 반복하는데 걸리는 시간을 의미한다.
여기서 매우 중요한 사실은 주파수와 주기는 역수관계로 다음과 같다.
T=1f,f=1TT = \frac {1} {f}, f = \frac {1} {T}
듀티사이클(Duty Cycle)은 주기적인 펄스 파형의 특성을 나타낸다. 식은 다음과 같다.
DutyCycle=twT∗100%Duty Cycle = \frac {t_w} {T} * 100\%
twt_w는 펄스의 폭을 뜻한다.
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디지털 집적회로
IC(Integrated Circuit)은 전자 회로를 작은 실리콘 위에 여러 단계의 공정을 거쳐서 내부적으로 연결한것이다.
IC Package
IC 패키징의 종류는 크게 삽입 장착형과 표면 실장형으로 구분한다.
위와 같은게 표면실장형 IC 이고 이의 약자는 SMD(Surface Mounted Device)로 흔히 말하는 납땜 되어 나오는 칩에 해당한다.
이게 삽입 장착형 패키징이다. 이는 사용자가 보드의 구멍에 끼우거나 핀을 도체에 납땜이 가능한 형태이다.
삽입 장착형 IC는 DIP(Dual-in-line package)형태를띄고있고, 표면실장형(SMD) IC는 SOIC(Small outline integrated circuit), QFP(Quad flat package), PLCC(Plastic leaded chip carrier)가 있다.
집적회로의 분류
- SSI(Small Scale IC)
- MSI(Medium Scale IC)
- LSI(Large Scale IC)
- VLSI(Very Large Scale IC)
- ULSI(Ultra Larg Scale IC)
SSI는 복잡하지 않은 IC로 게이트나 플립플롭으로 구성
MSI는 좀 더 복잡한 기능으로 디코더, 인코더, 멀티플렉서, 디멀티플렉서, 카운터, 레지스터 등의 기능을 가진다.
LSI는 대부분의 기억장치로 1000~10000개의 등가게이트로 구성
VLSI는 단일 칩에 1만에서 100만개에 이르는 등가 게이트들로 구성되어 대용량 메모리, 단일칩 프로세서이다.
ULSI는단일 칩에 소자가 100만개이상 들어있다. 보통 CPU라 볼 수 있다.
모든 집적회로는 BJT, MOSFET으로 구현된다.
BJT를 활용한 디지털 회로는 TTL(Transistor-transistor logic), ECL(Emitter-coupled logic)이 있다.
MOSFET을 활용한 기술은 CMOS(Complementary MOS), NMOS(N-channel MOS)가있다.
ADC와 DAC
ADC(Analog to Digital converter)
DAC(Digital to Analog converter)
아날로그를 디지털화하기위해서는 표본화(Sampling)이중요하다. 표본화를 하기 위해서는 신호 최고 주파수의 두배 이상의 빈도로 Sampling해야한다.
만약 10~2000Hz의 대역을 디지털화하려면 4000Hz 즉 1초에 4000번 표본화작업이 필요하다.
- 양자화(Quantization)
펄스의 진폭 크기를 디지털 양으로 변환하는것
정해진 값에서 가장 가까운 값으로 근사화 하므로 양자화 잡음이 발생하는데 이를 해결하기 위해서는 분해능을 늘려야 한다.
- 부호화(Encoding)
양자화한 값을 2진 부호로 전환하는 절차이다.
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