ADC의 원리 알고 계셨나요? 안녕하세요!
코스테크의 에디터 Jade👼입니다.
오늘은 계측이론의 기본이라고 할 수 있는,
아주 유용한 이론에 대해 알려드리려고 하는데요!
바로바로 ADC( Analog to Digital Converter )란 무엇인가에 대해
용어부터 원리까지 여러분들에게 설명드리고자 합니다~
이번 편은 계측 이론의 기본이 되는 만큼,
상세하게 1탄과 2탄으로 나누어 소개드릴 예정입니다.
우선 1탄 먼저 시작해볼까요?
Let's Go!! |
ADC를 알아보기 전에 먼저
아날로그(Analog)는 무엇인지, 디지털(Digital)은 무엇인지에 대해
이해할 필요가 있습니다!
먼저 아날로그는 연속적인 시간에서의 연속적인 물리량이라고 표현할 수 있습니다. 여기서 물리량은 실수로 표현할 수 있는 무한한 자리의 수치를 의미하며
이것을 그래프화 할 경우 눈으로 볼 때는 실선의 형태로
끊임없이 이어지는 연속적인 데이터로 표현할 수 있습니다.
오디오 신호나 온도계, 실제 전압이나 압력 등이
아날로그로 표현되는 물리량이라고 할 수 있습니다.
온도를 예로 들면,
우리가 보는 온도는 36.5℃로 수치화 할 수 있는 것처럼 보이지만
소수점 뒤 36.56780012···℃ 로 실제 값은 표현되는 값과
다른 값이라는 의미이고, 시간에 따라서도 이 값은 미세하게
변화하는 것을 이해 할 수 있습니다.
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디지털은 손으로 센다는 의미로
우리가 가진 수 체계로 표현할 수 있는 형식으로,
측정 가능한 물리량들을 수치화 하는 것을 의미합니다.
여기서 물리량도 물론 실수로 표현되는 수치이지만,
실제로 우리가 표현할 수 있도록 36.5 라고 표현하는 것을
디지털의 개념이라고 할 수 있습니다.
체중계나 온도계에 표시되는 숫자 값들과 같이
10진수(소프트웨어에서는 2진수, 또는 16진수 등으로도 표현이 가능)로
표현되는 모든 값들은 디지털화 되어 있다고 할 수 있습니다.
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빨간 선이 아날로그 신호
파란 선이 디지털 신호의 표현.
아날로그는 무한한 값 표현이 가능하지만
디지털 신호는 11, 10, 01, 00으로 표현되는
수치의 고정값으로만 표현 가능 |
사진을 찍는 것은
실제 사물(아날로그)의 형태를
이미지의 형태(디지털)로 저장하는
대표적인 기술 |
실생활에서 두 가지 신호에 대한 사례로
아날로그 시계와 디지털 시계를 상상할 수 있습니다.
아날로그 시계는 시침과 분침(초침)으로 화면에 표시됩니다.
정확하게 눈으로 시, 분, 초를 정밀하게 확인할 수는 없지만
시간이 몇 시인지 우리가 느낄 수 있습니다.
디지털 시계는 시,분,초가 숫자로 정확하게 표현이 되어
순간적인 시간을 정확하게 확인 할 수 있습니다.
또 다른 예로,
기쁨을 아날로그와 디지털로 설명하고자 합니다.
제가 느끼는 기쁨의 감정은 아날로그,
그 기쁨을 0~100으로 수치화해서 생각한다면
그것은 곧 아날로그를 디지털로 변환한 것이라고 할 수 있겠습니다. |
ADC(Analog to Digital Convert)란 무엇인가요? 🗣️ |
그렇다면 아날로그를 디지털화 한다(Analog to Digital Convert)는 것은
어떤 의미일까요?
아래의 그림과 같이 아날로그 신호인 목소리는
마이크를 통해 전기적인 신호로 변환 될 수 있습니다. |
하지만 저장장치나 신호 회로에서는2진수(Binary)로
정형화된 값만을 사용할 수 있습니다.
이렇게 아날로그를 디지털로 수치화 하는 것을
ADC(Analog to Digital Converter) 라고 합니다.
찍고, 녹음을 하고, 전압을 측정하여 저장하고,
온도나 압력, 소음이나 진동을 수치화 하여,
계측하는 모든 기술에는ADC가 포함되어 있다고 생각할 수 있습니다.
추가로 다시 2진수로 표현된 정보를 다시 아날로그 신호로 변환하는 장치는 DAC(Digital to Analog Converter) 라고 할 수 있겠네요.
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LP판과 음원 스트리밍 서비스의 음악처럼 서로 다르지만
사람들의 감성을 자극하는 낭만적인 소리를 표현하는 것은 같죠??
아날로그와 디지털도 표현은 달라도 결국
효율화하고 소형화 하기 위한 인간과 기계의
업그레이드 된 기술이라고 이해 할 수 있습니다.
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계측 분야에서 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 목적은 분명합니다.
현재 측정되는 물리량을 저장하기 위함이죠.
ADC의 과정은 크게
표본화(Sampling), 양자화(Quantization), 부호화(Coding)로 나눌 수 있습니다.
표본화는 원래의 아날로그 신호를 일정한 간격으로
샘플링(Sampling)하는 과정입니다.
아래의 이미지는 아날로그 신호를 1초 간격으로
(물론 1초는 계측에서는 느린 시간입니다)
샘플링하는 과정을 나타낸 것입니다. |
양자화는 지난편 아날로그를 디지털로 변환하는 과정에서처럼,
아날로그 데이터를 수치화 할 수 있는 값으로 근사하여
점으로 표현하는 것입니다.
즉, 아래의 이미지처럼 그래프를 Y축의 값으로 근사하여
점으로 표현하는 방식을 의미합니다.
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부호화란 아날로그 신호의 근사치를 이진수의 형태로
회로가 읽고 저장할 수 있도록 변환하는 것을 의미합니다.
하기 이미지는 2-bit로 근사치를 나누어
0(‘0b00’)~3(0b11)의 형태로 표현하는 방식입니다.
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여기까지 읽어 주신 분들은 눈치 채셨겠지만,
ADC를 기능적으로 풀어놓은 것이
표본화, 양자화, 부호화입니다!!
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오늘은 아날로그, 디지털의 의미와
ADC의 원리에 대해 알아보았는데요~!
더욱 궁금한 점이 생기셨다면?
다음 편을 기대해주세요💙
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오늘의 코스레터는 여기까지입니다!
다음엔 더욱 유용한 콘텐츠로 찾아올게요! :-)
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editor Jade👼 |
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