아날로그-디지털 변환 (ADC)

해당 블로그의 내용은 학교에서 배운 내용을 개인적으로 정리한 내용이므로, 잘못된 부분이 있을 수도 있습니다. 

 

 

아날로그 대 디지털 변환 (Analog-to-Digit conversion)

• 펄스 코드 변조 (PCM)
• 델타 변조 (DM)

펄스 코드 변조 (PCM, Pulse Code Modulation)

• 아날로그 신호를 디지털 데이터로 바꾸기 위한 기법
  • 표본 채집
  • 계수화 (양자화)
  • 부호화

표본 채집 (Sampling)

• PCM의 첫 단계
• 아날로그 신호를 매 T초마다 채집
• 3가지 채집 방법 사용
  • 이상적 채집
  • 자연적 채집
  • 꼭지치기 채집
• 표본 채집률
  • 나이퀴스트 정리에 의하면, 채집율은 최소한 신호에 포함된 최고 주파수의 두 배가 되어야 함.

계수화 (= 양자화, Quantization)

• 채집된 값의 근삿값을 만드는 과정 
• 계수화 과정
  1. 아날로그 신호의 최솟값과 최댓값을 단위 구간($\Delta$) L개로 나눔
  2. 각 구간의 중간점에 0부터 L-1까지의 계수화된 값을 지정
  3. 채집된 신호의 진폭 값을 계수화한 값의 하나로 근사값을 지정 
• 계수화 준위
  • 준위의 개수는 아날로그 신호의 진폭 구간에 따라 다름
    • 음성은 256개
    • 화상은 수천 개
  • 낮은 값의 L을 선정하면 신호의 진폭 변동이 많아져서 계수화 오차가 커짐
• 계수화 오차
  • 계수화 과정에서 생기는 오차
  • 입력 값과 출력 값의 차이

$$ SNR = 6.02n_b + 1.76 dB $$

 

부호화 (Encoding)

• PCM의 마지막 단계
• 각 표본이 $n_b$ 비트의 부호로 바뀌는 것
• 비트율 = 표본채집률 $\times$ 표본당 비트의 수 = $f_s \times n_b$

 

델타 변조 (DM, Delta Modulation)

• PCM의 복잡도를 낮추기 위해 개발
• PCM 방식보다 간단
• 직전 표본 값과의 차이 값을 찾음
• 델타 변조 요소
  • DM 변조기
• 델타 복조 요소
  • DM 복조기

델타 변조기 (Delta modulator)

델타 복조기 (Delta demodulator)

 

데이터 전송 방식

• 병렬
• 직렬

병렬 전송 (Parallel)

• 한 번에 n개의 비트를 그룹으로 전송하는 것
• n 비트를 전송하기 위해 n개의 전선을 이용
  • 직렬 전송에 비해 n배만큼 전송속도 증가
  • 가격이 비싸고, 가격으로 인해 짧은 거리로 제한

직렬 전송 (Serial)

• 한 번에 1개의 비트 전송
• 하나의 채널만이 필요
  • 병렬 전송에 비해 $\frac{1}{n}$만큼의 비용 절감
  • 전송 속도가 병렬 전송보다 느림
• 비동기식
• 동기식
• 등시식

비동기식 전송 (Asynchronization)

• 신호의 타이밍이 중요하지 않음
• 정보 교환은 약속된 패턴으로 수신되고 변환
• 링크를 따라 한 단위로 전송
• 송신 시스템은 타이머와는 무관, 각 그룹을 독립적으로 다룸
• 바이트 통신
  • 시작 비트(0)
  • 종료 비트(1)

동기식 전송 (Synchronization)

• 비트 스트림(Bit stream)은 여러 바이트가 들어있는 길이가 긴 '프레임'으로 구성
• 바이트와 다음 바이트 사이의 간격이 없음
• 연속된 1과 0의 문자열로 전송
• 수신자는 이 정보를 재구성하기 위해 바이트나 문자들로 분리
• 속도 빠르고, 고속 응용에 유리

등시성 전송 (Isochronous)

• 실시간 음성이나 화상 전송
• 전체 비트 스트림 동기화 보장
• 정해진 시간에 데이터 도착 보장