디지털 시스템 개념 - 논리레벨 Logic Level, 파형 waveform

디지털 개념

- 아날로그 신호(Analog Signal)

   자연계에서 일어나는 물리적인 양의 변화

   시간에 따라 연속적으로 변화

   온도, 습도, 소리, 빛 등

   * 아날로그 양(Analog Quantities): 시간에 따라 연속적이며 정확한 값을 갖는다.

 

- 디지털 신호(Digital Signal)

   1과 0 두 레벨 전압의 신호만 사용

   낮은 전압 – 0 / 높은 전압 –1

   * 디지털 양(Digital Quantities): Sampling(표본화)된 시간에 따라 불연속적인 값을 갖는다.

Sampling(표본화): 주기적으로 값들을 측정, 저장

Quantizing(양자화): 디지털로 저장하기 좋은 값으로 변환, 근삿값

Encoding(부호화): 이진수로 바꿔 저장

 

 

디지털 시스템의 장점

 - 아날로그 데이터보다 효율적이고 안정적으로 처리하고 전송할 수 있다.

 - 저장이 필요할 때 큰 이점이 있다.

   ( 1,0으로 표현되므로 저장이 간편, 더 조밀하게 저장 가능, 더 정확하고 선명하게 재생 가능)

 - 내/외부 잡음에 강하다. ( 디지털 데이터에 영향을 미치지 않는다)

 

이진수와 전압 

디지털: 오직 2개의 상태(값)만을 갖는다.

 2진수의 digit: 0,1 

  -> 1과 0을 표현하는 데 사용되는 전압을 논리 레벨(Logic Level)이라 한다.

    하나의 전압 레벨이 HIGH를 나타내고 다른 전압 레벨은 LOW을 나타낸다.

 

 

 

디지털 파형(waveform)

 : 디지털 파형을 HIGH와 LOW 레벨 또는 상태 사이를 왔다 갔다 하는 전압 레벨로 이루어진다.

 : 전압이 보통 LOW 레벨에 있다가 HIGH 레벨로 바뀌고 다시 LOW 레벨로 되돌아 갈 때 생성되는 단일 양의 진행

   펄스(pulse)를 보인다.

양의 진행 펄스

 

펄스(pulse)

 

 

펄스가 LOW에서 HIGH레벨로 가는 데 필요한 시간을 상승 시간(rising time), HIGH에서 LOW로 가는 데 필요한 시간을 하강 시간(fall time)이라 한다.

펄스 진폭(amplitude)의 10%~90%까지 측정하는 것이 일반적이다. 펄스의 바닥 10%와 정상 10%는 파형의 비선 성형으로 인하여 상승과 하강 시간에 포함되지 않는다. 

펄스폭(pulse width)은 펄스 지속 시간의 측정값이며, 상승과 하강 에지의 50% 지점 사이의 시간 간격으로 종종 정의 된다.

 

 

 

파형의 특성

 

파형(waveform): 시간의 흐름에 따른 신호의 모양과 형태를 보여준다.

주기(period, T): 일정한 간격으로 파형이 반복한다.

주파수(frequency, f ) : 반복되는 속도이며 hz(헤르츠) 단위로 측정된다.

** 펄스(디지털) 파형의 주파수( f )는 주기(T)의 역수이다.     => T = 1/ f

    ex. T = 1ms  -> f = 1/ 1ms = 1kHz

듀티 사이클(duty cycle): 펄스 폭(w) 대 주기(T)의 비율이다. 이는 백분율로 표시된다. => D = (w/T)*100% 

ex.

(a) Period : T = 10ms

(b) Frequeny: f = 1/10ms = 100Hz

(c) Duty cycle = 2ms/10ms *100% = 20%

 

 

Clock(클록)

 : 디지털 시스템에서 모든 파형은 클록(clock)이라 불리는 기본 타이밍 파형과 동기화된다.

 : 클록은 주기적 파형이며, 펄스 사이의 간격(주기)이 한 비트의 시간과 같다.

Data Transfer (데이터 전달)

- 직렬(serial): 단일 선로를 따라 한 시점에 한 비트가 보내진다. t0~t1시간 간격 동안 첫 비트가 보내지고, t1~t2 시간 간격 동안 두 번째 비트가 전송된다. 직렬로 8비트 전송하려면 8개의 시간 간격이 필요하다. 

- 병렬(parallel): 모든 비트가 동일한 시간에 별개 라인으로 보내진다. 8비트 전송하려면 하나의 시간 간격이 필요하다.

    -> 병렬 전송이 직렬 전송보다 빠르다.

 

논리회로의 종류

- 조합논리회로(combinational logic circuit)

   : 기본 게이트의 조합으로 구성되는 논리 회로 ( 저장 소자가 포함 x)

- 순차논리회로 (sequential logic circuit)

   : 플립플롭(flip-flop) 등 저장소자가 포함된 논리회로 

     ex. 리모콘 

           번호 누르는 곳 : 조합논리회로 ( 11번 눌러 -> 11번으로 이동 : 입력으로 출력!)

          채널 이동 up down 하는 곳: 순차논리회로 ( 현 채널이 9번 -> up 10번 채널로 이동 : 현재+입력으로 출력)

 

   * 저장소자 

       Latch, Filp/flop

       Register

       메모리: SRAM, DRAM (휘발성 메모리)