Prof. Seewhy Lee Presents Ch. 1 Introduction 정적 평형 Prof. Seewhy Lee Presents

아날로그 신호와 디지털 신호의 개념을 이해할 수 있다. 디지털 정보의 표현방법을 이해하고 이를 활용할 수 있다. 주기적인 파형에서 주파수와 주기의 개념을 이해하고 계산할 수 있다. 디지털 회로의 장점과 단점에 대해 설명할 수 있다. ADC와 DAC의 개념을 이해할 수 있다.

Contents 디지털과 아날로그 디지털 정보의 표현 논리 레벨과 펄스파형 디지털 집적회로 ADC와 DAC

1. 디지털과 아날로그

1. 디지털 신호 vs. 아날로그 신호 아날로그 신호(Analog Signal) 디지털 신호(Digital Signal) 자연계에서 일어나는 물리적인 양은 시간에 따라 연속적으로 변화 온도, 습도, 소리, 빛 등은 시간에 따라 연속적인 값을 갖는다. 분명히 구별되는 두 레벨의 신호값 만을 갖는다. 디지털 테스터기 아날로그 테스터기

2. 디지털 시스템 vs. 아날로그 시스템 디지털 시스템 아날로그 시스템 이산적인 정보를 가공하고 처리해서 최종 목적으로 하는 정보를 출력하는 모든 형태의 장치 아날로그 시스템 연속적인 정보를 입력받아 처리해서 연속적인 형태의 정보를 출력하는 시스템

기존 아날로그 시스템은 디지털 시스템으로 대체 디지털 시스템의 장점 Noise Robust 설계하기가 쉬움 유연성 정보의 저장과 가공이 쉬움 Accurate & Precise 경박단소 디지털 시스템의 많은 장점으로 인해 기존 아날로그 시스템은 디지털 시스템으로 대체

아날로그 회로와 디지털 회로의 상호 연결

2. 디지털 정보의 표현

1. 디지털 정보의 전압레벨 디지털 정보를 표현하기 위해 2진수 체계(binary system)를 사용 “0”과 “1”만의 2종류의 디지트(digit)를 사용 <디지털 시스템의 전압레벨>

2. 디지털 정보의 표현 단위 bit 1nibble = 4bit 1byte = 1B = 8bit 1byte = 1character 영어 한 글자는 1B, 한글 한 글자는 2B MSB(most significant bit) : 최상위비트 LSB(least significant bit) : 최하위비트

SI 단위와 IEC 단위 비교 SI(10진 단위) IEC(2진 단위) 값 기호 이름 10진 변환 크기 (103)1=103 k, K kilo- (210)1=210≃103.01 Ki kibi- 1,024 (103)2=106 M mega- (210)2=220≃106.02 Mi mebi- 1,048,576 (103)3=109 G giga- (210)3=230≃109.03 Gi gibi- 1,073,741,824 (103)4=1012 T tera- (210)4=240≃1012.04 Ti tebi- 1,099,511,627,776 (103)5=1015 P peta- (210)5=250≃1015.05 Pi pebi- 1,125,899,906,842,624 (103)6=1018 E exa- (210)6=260≃1018.06 Ei exbi- 1,152,921,504,606,846,976 (103)7=1021 Z zetta- (210)7=270≃1021.07 Zi zebi- 1,180,591,620,717,411,303,424 (103)8=1024 Y yotta- (210)8=280≃1024.08 Yi yobi- 1,208,925,819,614,629,174,706,176 (예) 4Mib=4Mebibit, 4MiB=4Mebibyte

3. 전자소자를 이용한 논리 표현 쌍극성 트랜지스터에 의한 스위칭 NMOS 트랜지스터에 의한 스위칭

3. 논리 레벨과 펄스 파형

1. 정논리와 부논리 양논리 또는 정논리(positive logic) 음논리 또는 부논리(negative logic) 일반적으로 정논리를 많이 사용 전압레벨 정논리 부논리 +5V High=1 High = 0 0V Low=0 Low = 1

2. 펄스파형 이상적인 펄스파형 펄스파형은 Low 상태와 High 상태를 반복하는 전압레벨로 구성 주기 펄스(periodic pulse) & 비주기 펄스(non-periodic pulse)로 분류 이상적인 펄스파형 이상적인 주기 펄스는 두 개의 에지(edge)로 구성 리딩 에지(leading edge) = 상승에지(rising edge) 트레일링 에지(trailing edge) = 하강에지(falling edge)

실제적인 펄스파형 상승시간(rise time) : 하강시간(fall time) : 펄스 폭(pulse width) :

3. 주기, 주파수 및 듀티 사이클 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 1 회 반복하는데 걸리는 시간을 의미

주파수와 주기와의 관계 주파수 : f 주 기 : T Duty Cycle ☞ 듀티 사이클을 충격계수라고도 한다.

Pspice: digClock

digClock 주의사항 STARTVAL vs. OPPVAL : 서로 반대로 지정해야 함! DELAY만큼 STARTVAL, 그 직후에는 OPPVAL 나타남. OFFTIME: STARTVAL 지속시간, 0이 아님에 주의! ONTIME: OPPVAL 지속시간, 1이 아님에 주의! 가급적 DELAY, STARTVAL, OPPVAL은 Default로!

4. 디지털 집적회로

조합논리회로 (combinational logic circuit) 순서논리회로 (sequential logic circuit) 기본 게이트의 조합으로 구성되는 논리회로 조합논리회로에 플립플롭(flip-flop) 또는 메모리를 부가한 논리회로 조합논리회로 순서논리회로

1. 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 납 땜으로 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 하락 시킴. DIP SOIC QFP PLCC <제작 형태에 따른 IC 패키지의 종류>

디지털 시스템의 장점 디지털 시스템의 소형화 및 경량화 생산가격의 저렴화 소비전력의 감소 동작속도의 고속화 디지털 시스템의 신뢰도 향상

2. 소자 수에 따른 집적회로의 분류 SSI(Small Scale IC) 100개 이하 MSI(Medium Scale IC) 100 ~ 1,000개 LSI(Large Scale IC) 1,000 ~ 10,000개 VLSI(Very Large Scale IC) 10,000 ~ 1,000,000개 ULSI(Ultra Large Scale IC) 1,000,000 개 이상

5. ADC / DAC

아날로그-디지털 변환과정의 블록도 표본화 (sampling) 양자화 (quantization) 부호화 (coding) 샤논(Shannon)의 표본화 정리(sampling theorem) : 신호의 최고 주파수의 2배 이상의 빈도로 샘플링하면 샘플링된 데이터로부터 본래 데이터를 재현 가능 사람의 음성인 경우 1초 동안에 8000번 샘플링 필요 (2×4KHz=8KHz) 양자화 (quantization) 펄스의 진폭의 크기를 디지털 양으로 변환 이 과정에서 불가피한 양자화 잡음이 발생 양자화 잡음은 미리 정한 신호레벨의 수를 늘리거나 줄일 수 있으나, 데이터의 양이 많아지는 단점이 있다. 부호화 (coding) 부호화는 양자화한 값을 2진 디지털 부호로 변환 일반적으로 전화 음성에서는 8비트로 부호화 수행

Harry Nyquist (1889 Sweden – 1976 USA)

아날로그-디지털 변환과정의 예

<CD 오디오 시스템에서의 신호처리과정> ADC와 DAC 과정의 예 ADC : Analog-to-Digital Converter DAC : Digital-to-Analog Converter <CD 오디오 시스템에서의 신호처리과정>

ADC

DAC 이 부분은 디지털 데이터로 표현하기 위함

1111 1101 1110

Thanks for your attention~!! Prof. Seewhy Lee