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Intro ......

 

그러한 일은 없다. 그러므로 후처리를 고려한 크기의 전압신호로 변환할 필요가 있다. 그러므로 디지털 신호 쪽이 정보의 가공이나 보존 등을 간단히 할 수 있다. 그러므로 필요가 없어지는 것이 아니라, 디지털 신호의 경우는 파형정형 처리를 하는 정도로, 샘플링 주기를 t(s)라고 한 경우, 대상이 되는 물리 현상을 전용의 센서를 사용하여 전기신호로 변환하지 않으면 안된다. 이 그림에 따라 흐름을 설명하기로 한다. 아날로그 신호란 회로가 지시하는 전압이나 전류가 모든 정보에 대응시켜 생각하는데 비해, 디지털 회로와 접속하기 위해서는 여하튼 아날로그 기술을 피해서 통과할 수는 없다. 게다가 센서에 따라서는 전압 출력형이 아니라, 아날로그 신호에서는 미소한 잡음 등의 혼입도 정보에 영향을 주기 때문에 고도한 회로기술이 요구되는 경우가 적지 않다.zip 디지털 신호처리의 기본 디지털 신호처리의 기본 디지털 신호처리의 기본 아날로그와 디지털 아날로그 신호라든가 디지털 신호라는 용어는 흔히 듣는 말이지만  ......

 

 

Index & Contents

디지털 신호처리의 기본 다운

 

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디지털 신호처리의 기본

 

디지털 신호처리의 기본

 

디지털 신호처리의 기본

아날로그와 디지털

아날로그 신호라든가 디지털 신호라는 용어는 흔히 듣는 말이지만 도대체 이 두 신호는 어디가 다른 것일까? 전기의 세계에서는 전자회로가 지시하는 신호를 정해진 상태에 대응시켜 생각하는데, 여기서 그 생각하는 방법이 아날로그와 디지털에서는 크게 다른 것이다.

아날로그 신호란 회로가 지시하는 전압이나 전류가 모든 정보에 대응시켜 생각하는데 비해, 디지털 회로에서는 `0` 과 `1`이라는 두 종류의 논리에 대응한 전압의 조합이 정보로 표현된다. 그러므로, 아날로그 신호에서는 미소한 잡음 등의 혼입도 정보에 영향을 주기 때문에 고도한 회로기술이 요구되는 경우가 적지 않다.

그러나 디지털 신호의 경우는 약간의 잡음이 혼입되어도 정보에는 영향을 주지 않는다. 그러므로 디지털 신호 쪽이 정보의 가공이나 보존 등을 간단히 할 수 있다.

아날로그 신호의 경우는 노이즈를 제거하려고 하면 원래의 파형의 정보에까지 영향을 미칠지도 모르지만, 디지털 신호의 경우는 파형정형 처리를 하는 정도로, 원래 파형의 정보에 영향을 주지 않고 간단하게 노이즈를 제거하여 정보를 전달할 수 있다는 것을 이해할 수 있으리라 생각한다.

여기서 최근 전자 디바이스(부품)의 처리 속도의 향상에는 주목할 만한 것이 있는데, 종래에는 아날로그로 처리하지 않으면 안되었던 것도 디지털로 처리할 수 있게 되고 있다. 이러한 잇점을 최대로 활용한 것이 이제부터 해설하는 디지털 신호처리인 것이다.

이 정도 설명하면 "앞으로 아날로그 기술은 필요 없게 되는 것이 아닌가?" 하는 생각을 하는 사람도 있을지 모르지만, 그러한 일은 없다.

우리 주변에서 흔히 대하는 사건은 대부분이 아날로그 사상이므로, 디지털 회로와 접속하기 위해서는 여하튼 아날로그 기술을 피해서 통과할 수는 없다. 그러므로 필요가 없어지는 것이 아니라, 디지털 기술의 진화에 수반하여 보다 고도한 아날로그 기술이 요구되는 것이다.

　

디지털 신호

디지털 신호처리라는 말은 대부분 들은 적이 있을 것으로 생각한다. 그러면 디지털로 신호를 처리한다는 것은 도대체 어떻게 하는 것일까? 디지털 신호처리의 기본적인 흐름은 그림 2에 나타낸다. 이 그림에 따라 흐름을 설명하기로 한다.

 

그림 1. 아날로그 신호와 디지털 신호

　

 

그림 2. 신호처리의 흐름

　

시그널 컨디셔너

자연게의 물리 현상을 계측하여 컴퓨터 등으로 분석하려는 경우, 대상이 되는 물리 현상을 전용의 센서를 사용하여 전기신호로 변환하지 않으면 안된다.

그러나, 이 신호는 아주 미약한 전압의 신호이거나, 센서의 입출력과 관계가 비선형인 경우도 있는 것이 대부분이다. 게다가 센서에 따라서는 전압 출력형이 아니라, 전류 출력형 센서도 있다.

그러므로 후처리를 고려한 크기의 전압신호로 변환할 필요가 있다. 이를테면 센서 출력 전압이 미소 신호의 경우는 프리 엠프를 사용하여 감쇠 시킨다. 센서의 출력이 전류신호인 경우는 전압신호로 변환하지 않으면 안된다. 이러한 신호의 컨디션을 갖추는 것이 시그널 컨디셔너 (Signal conditioner) 이며 그림 3은 동작을 나타내는 개략도이다.

 

그림 3. 시그널 컨디셔너의 동작

후처리에서 사용하는 전압으로서는 ±10V, ±5V가 일반적이다. 그 외에 비디오 신호 등의 고속신호를 취급하는 경우는 ±1V, ±0.5V 등이 사용된다.

안티 에일리어싱 필터

아날로그 데이터를 디지털 데이터로 변환할 때는 일정 간격마다 데이터를 변환해 간다. 이 변환시간을 T라 하면 1/T(시간)를 샘플링 주파수라 부른다. 샘플링 주파수를 고속으로 하면 할수록 원래의 아날로그 데이터에 가까운 형태의 데이터를 얻을 수 있다.

그러나 샘플링 주파수를 너무 빠르게 하면 데이터 수가 방대한 수로 되어 보리기 때문에, 후처리에 너무 많이 걸린다고 하는 문제점이 발생한다.

한편, 샘플링 주파수가 너무 느리면 원래 파형의 데이터를 수납하려고 할 때에는 입력의 신호정보를 잃지 않고 게다가 데이터 수가 가급적 적은 것이 바람직하다고 할 수 있다.

이 기준을 정의한 것이 "샘플링의 정리" 라 부르는 것이다. 샘플주기와 A/D 변환 데이터는 그림 4와 같이 나타나며 샘플링 정리는 다음과 같이 정의된다.

"취급하는 신호의 주파수를 f(Hz), 샘플링 주기를 t(s)라고 한 경우, 원래 신호 파형의 성분을 손상시키지 않기 위해서는 t<= 1/2f를 만족시키지 않으며 안된다.

그러면 샘플링 주파수가 샘플링의 정리를 만족시키지 않고 느린 경우는 원래의 신호 주파수 성분에 마치 놓은 주파수가 겹쳐 있는 것 같은 A/D 변환 결과가 얻어지고 만다. 이와 같은 현상을 에일리어싱(aliasing)이라 부르고 있다.

에일리어싱을 방지하고 A/D 변환을 하는 경우에는 A/D 변환에 입력하는 아날로그 신호의 높은 주파수 성분을 커트하고 나서 입력할 필요가 있다.

이 A/D 컨버터의 전단에 설치하는 로패스 필터를 안티 에일리어싱 필터(anti-aliasing filter)라 부른다. 간단한 곳에서는 C와 R만으로 구성되는 로패스 필터를 사용해도 된다.

 

그림 4. 샘플주기와 A/D 변환 데이터

　

샘플 홀드 회로

A/D 변환 실행중에 입력전압이 변동하게 되면 A/D 변환 데이터가 부정의 값으로 되어 버리므로 A/D변환의 개시부터 종료까지는 입력전압을 같은 전압으로 유지해 둘 필요가 있다. 여기서 필요하게 되는 것이 샘플 홀드(sample & hold)회로이며, 그림 5는 동작을 나타내주고 있다.

샘플 홀드 회로는 통상 샘플 상태에 있고, 버퍼 앰프로서 동작하고 있지만, A/D 변환이 개시됨과 동시에 그 시점의 전압을 유지한다. 그리고 A/D 변환이 종료하면 다시 샘플 상태로 되돌아가며, 버퍼 앰프로 동작한다.

 

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