효율성과 잡음여유로 본 디지털 이산시간 신호의 장점

• 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸려면 샘플링과 양자화를 거쳐야 한다.
• 잡음여유가 큰 디지털 회로는 잡음에 강하다.
• 디지털 시스템은 단점이 있지만 장점이 훨씬 크다.

서론

• 21세기는 디지털 시대로 일컬어진다.
• 디지털은 모든 신호를 숫자의 나열로 바꾸어 처리한다.
• 영상, 문자, 이미지, 음성을 하나의 틀에서 통합적으로 다룰 수 있다.
• 소프트웨어의 힘으로 하드웨어 단독으로는 어려운 처리를 제공할 수 있다.

아날로그와 디지털 신호

• 신호는 시간을 독립변수로 하는 함수로 표현된다.
• 시간에 대해 끊어지지 않는 신호를 연속시간 신호라 한다.
• 특정 시간에만 나타나는 신호를 이산시간 신호라 한다.
• 시간과 크기가 모두 연속인 신호가 아날로그 신호, 모두 이산인 신호가 디지털 신호다.
• 이산신호는 숫자열이어서 컴퓨터로 처리하기에 적합하다.
• 샘플링은 특정 시간마다 순간의 신호 값을 취하는 과정이다.

잡음여유 비교

• 잡음여유는 여유분만큼의 잡음이 생겨도 다음 입력의 논리값에 영향을 주지 않는 정도다.
• TTL의 low 출력전압 최대값은 0.4V, low 입력전압 최대값은 0.8V다.
• TTL의 high 출력전압 최소값은 2.4V, high 입력전압 최소값은 2.0V다.
• 74HC 시리즈를 5V에서 쓰면 잡음여유는 1.45V다.
• CMOS 소자는 더 높은 전원전압에서 잡음여유가 더 커진다.

디지털 시스템의 장점

• 처리가 덧셈, 곱셈, 시간 지연에 기초해 신호 조작이 쉽다.
• 프로그램 교체로 전혀 다른 신호처리를 수행할 수 있다.
• 데이터 손상 없이 동일한 동작을 무한히 반복하고 재현할 수 있다.
• 잡음의 외란과 유동을 감소시킬 수 있다.
• 시분할, 다중화로 여러 신호를 동시에 처리할 수 있다.
• 반도체 발달로 시스템을 저렴하고 작고 가볍게 만들 수 있다.
• 정확도와 감도를 특정 수준으로 보장하고 조절하기 쉽다.
• 아날로그 신호처리는 융통성이 부족하고 부품 성능 오차와 동작 환경에 민감하다.

결론

• 샘플링 간격 사이의 정보는 활용하지 못한다.
• 양자화로 얻은 근삿값을 쓰므로 정보 손실과 왜곡이 생긴다.
• 단점을 보완하면서 장점을 최대한 살리는 방안에 관심을 기울여야 한다.

자주 묻는 질문

• Q. 디지털 신호를 얻기 위한 과정은?
  A. 샘플링과 양자화다.
• Q. 잡음여유가 크면 어떤 의미인가?
  A. 잡음에 대해 안정적으로 동작해 잡음에 강하다는 뜻이다.
• Q. 74HC 시리즈의 잡음여유는?
  A. 5V 전원에서 저전압과 고전압 레벨 모두 1.45V다.
• Q. 디지털 신호처리의 단점은?
  A. 샘플링 간격 사이 정보 손실과 양자화 근삿값으로 인한 왜곡이다.

정리

아날로그 신호와 디지털 신호를 정의하고 효율성과 잡음여유 측면에서 비교해 디지털 시스템의 장점과 한계를 정리했다.