STUDY/Embedded
1. Hardware 꼴라쥬 (a-d)
sohexz
2024. 12. 12. 21:44
임베디드 레시피 - 친절한 임베디드 시스템 개발자 되기 강좌
친절한 임베디드 개발자되기 강좌입니다. 임베디드 레시피
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신호와 주파수 영역 Specturm Analysis
주파수(Frequency)
- 진동운동에서 단위시간당 같은 것이 일어난 회수 또는 자주 일어남, 빈번, 빈도
- 얼마나 자주?
Cos(2πt)
- 1초에 1번의 주기가 있는 함수
- = Cos(2πft)라는 함수에 주파수 f = 1 Hz을 넣고서 만들어낸 함수
- f=20kHz 일때 cos(2π(20kHz)t)는 주파수 영역에서는 20KHz 하나만의 성분만 가짐

AC
- 보통 cos과 같이 주기를 갖는 신호
DC
- 주파수를 갖지 않는 같은 크기의 레벨을 가지는 신호
- 주파수 = 0Hz
Fourier Transform
- 시간이나 공간에 대한 함수를 시간 또는 공간 주파수 성분으로 분해하는 변환
- 사각 함수는 (Rect(t))는 풀어 헤치면 무한히 많은 cos 함수의 합으로 풀어 헤칠 수 있다는 것
Rectangular 함수(신호)
- Amplitude (크기 또는 높이)가 1이고, Width (길이)는 -τ/2에서부터 τ/2까지 즉 τ의 Width를 가지는 함수
- 보통 Embedded system에서의 디지털 신호
- 주파수 영역에서 보면 주파수가 0인 부분, 즉 DC 성분이 가장 큰 portion을 차지 하며, 이 크기는 Retangular 신호의 시간 영역에서의 넓이와 같음
- 주파수 영역의DC 성분의 크기가 가장 크면서 1/τ Hz마다 (1/τ의 Harmonics)의 주파수 성분은 0이고, 나머지는 양쪽 축으로 무한히 퍼진 주파수 성분
결론
- 모든 신호는 Cos과 Sin의 합으로 나타낼 수 있음
- DC 쪽에 가까운 완전 저주파 신호와 - DC를 포함한 - AC라고 불리우는 약간의 중주파 신호들로 표시
- 보통 디지털 신호는 이런 rectangular function의 모양이니까, 여전히 DC + AC와 완전 필요 없는 전대역에 걸쳐 있는 자잔한 고주파 신호로 생김
Analog신호와 Digital 신호, 그리고 Ground.
Digital 신호 ∈ Analog 신호
대부분 DC성분으로 이루어진 있다 없다의 Boolean Logic 값
Analog 신호
- AC와 DC (교류와 직류) 성분으로 이루어짐
- AC는 주파수를 가지기만 하면 AC라고 부름
- 교류신호: 극성이 바뀌는 신호
- DC: 극성이 바뀌지 않고, steady한 상태의 신호
Digital 신호
- High Low 두개의 Logic value만 가질 수 있음
- 크기 (Level)은 정하기 나름
- 결국 신호가 있느냐, 없느냐의 문제( 그 신호가 있느냐 없느냐는 원래는 DC성분만을 가지고 따짐)
- 한계값 또는 임계값 (Threshold)라는 특정 값 이상이면, High, 그 값 이하이면 Low로 판단
- 0 → 1, 1 → 0 으로 변할 때, 그냥 변하는게 아니고, 나 바뀐다~ 하고 완전 요동 난리를 치면서 변하게 됨
- Bounce라는 걸 하면서 변하게 됨
- 이런 요동이 얼마나 크냐에 따라 시스템에 영향을 줄것이냐 아니냐를 판가름하기도 함
GND (Ground)
- 모든 전기, 전자 회로에서 다른 모든 전위에 대하여 기준이 되는 0V
- 일반적으로는 전지의 - 극을 의미
- system 내부에서 모든 current가 몰려드는 곳
- symbol은
- symbol에 연결되어 있는 회로상의 모든 point는 0V로 같다는 것을 의미
- Ground는 Earth와 signal ground로 나뉨
- 이 Earth는 실제 전위 0V를 의미하지는 않으나, 결국 0V 처럼 생각할 수 있다는 말
- signal ground는 Hardware측면에서 어떤 전자기기의 GND를 의미하게 되는데 이는 system내부의 모든 전위에 대해서 기준이 되는 점
- 보통은 전지의 -극을 저항이 적은 넓은 모양의 case나 PCB 기판의 뒷면등에 연결하여 전류가 몰려들 수 있는 환경을 만들어 놓은 후, 전위 기준으로 사용
초간단 회로이론 R (저항) L (인덕터) C (캐패시터)
저항
- 저항의 양단에 전압이 V로 걸렸을 때 저항 R에 흐르는 전류 I의 양은 V=IR에 의하여, I=V/R
- 저항의 단위는Ω 으로 "그리고",옴이라고 읽음
- R은 전류에 대하여 수도 꼭지인 셈
- 전류가 흐르는 것을 방해하는 특수 소자인데, 이는 저항을 무처럼 딱 잘랐을 때 단면적에 반비례하여 저항의 크기가 정해짐
- 전류가 저항을 지나고 나면 그만큼의 전압이 원래 전압에서 빠지게 됨
- 위치 에너지와 똑같이 어떤 전압과 전압사이에 전위차 (전압차)가 있고, 전압은 그 사이에 저항이 있으면 ( 저항 X 전류) 만큼의 에너지를 슬그머니 소비해 버림 -> 그래서 전압을 potential이라고 부름
- 직렬
- 전류가 흘러 가는데, 계속 길게~ 저항이 늘어서 있으니까, 전체 저항의 크기는 커짐
- 병렬
- 전류가 흘러가는데, 길이는 그다지 문제가 안되고 전류가 갈 수 있는 길이 많아 진거죠. 그러니까 전체 저항의 크기는 작아짐
캐패시터와 인덕터는 주파수를 가진 전압 , 전류(교류 전압, 전류)입장에서 보았을 때 주파수에 따라 저항값이 틀리게 보임
캐패시터
- 높은 주파수의 전압 일수록 저항을 못 느낌
- Capacitor는 전기장에 의한 효과가 major하니까 전압에 관련
- 교류전압이 캐패시터를 쳐다보면 높은 주파수 일수록 저항을 못느낀다고 했으니까, 교류성분은 통과, 직류성분은 통과 못함
- dV/dt = I / C
- C는 캐패시터 용량으로서 상수
- 어떤 정해진 주파수에서 보면 C값이 크면 클수록 저항이 적게 느껴짐
- 일정한 전류를 흘리기 위한 주파수 성분을 가진 전압에 대한 저항
- DC성분과 AC성분을 분리해 내는 능력을 가지고 있음
- AC만 통과시킴
- 결국 C값이 클수록 전류는 많이 흐를 수 있음
- 교류전압만 통과시키는 역할을 하니까 DC block, bypass cap 이라고도 부름
인덕터
-
- 높은 주파수의 전류 일수록 저항을 더 크게 느낌
- 인덕터의 경우는 자기장에 의한 효과가 major하니까 전류에 관련
- 전류가 변화하지 못하도록 함
- 교류성분의 전류가 쳐다보면낮은 주파수의 전류일수록 저항을 못느낌
- V = L dI/dt
- 저주파의 전류만이 통과 할 수 있음
- 즉 급격한 신호의 흐름을 막는다 - 정해진 주파수에서 L이 크면 클 수록 전류가 작아지며, 전류의 시간에 대한 변동을 전압이라는 형태로 품고 있음
- 캐패시터와 반대로 AC blocking, choke라고도 함
- C와는 반대로 L의 경우 L값이 커지면 전류가 더 못 흐름
- 작은 크기의 고주파 흡수용으로 사용되는 인덕터는 Bead (비드)라고도 부름
- 인덕터의 단위는 H라고 쓰고 헨리라고 읽음
결론
- 어떤 원하는 정해진 전압에 대해서, 전류량
- R의 경우 R이 클수록 전류를 더 조금 흐르게 할 수 있음
- C의 경우 C가 작을 수록 전류는 더 조금 흐르게 할 수 있음
- L의 경우 L이 클수록 전류는 더 조금 흐르게 함
- 주파수 측면에서 바라보면, 정해진 RLC값에서
- R은 주파수를 타지 않음 -> 저항
- C는 높은 주파수 일수록 저항이 작음(전류가 더 많이 흐름) -> 캐패시터
- L은 높은 주파수 일수록 저항이 큼(전류가 흐르기 어려움) -> 인덕터