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아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC 과정에서 표본화와 양자화란 무엇인가요?
연속적인 형태의 아날로그 전압 파형을 컴퓨터가 처리할 수 있도록 일정한 시간 간격으로 끊어 읽고 숫자로 변환하는 세부 공정이 무엇인가요?
4개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
아날로그 신호를 컴퓨터가 처리하는 디지털 신호로 변환하는 과정은 연속적인 파형을 이산적 데이터로 바꾸는 표본화와 양자화 세부 공정으로 이루어집니다. 먼저 표본화는 끊임없이 이어지는 아날로그 전압 파형을 일정한 시간 간격으로 잘게 쪼개어 신호의 순간값들을 추출해내는 시간 축의 이산화 과정입니다 이어서 양자화는 추출된 표본들의 전압 높낮이를 미리 정해진 유한한 단계의 구간으로 나누어 가장 가까운 고유의 숫자로 변환하는 값 축의 이산화 과정입니다. 이 두 공정을 거쳐 연속적이고 무한한 정보였던 아날로그 파형은 컴퓨터가 완벽하게 연산하고 저장할 수 있는 정밀한 디지털 데이터로 재탄생하게 됩니다
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채택된 답변안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
ADC는 표본화(시간 축을 일정 간격으로 끊어 읽기) , 양자화(읽은 전압을 가장 가까운 숫자 눈금에 맞추기), 부호화 ( 그 숫자를 2진수로 변환) 순서로 동작한답니다.
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
ADC는 시간을 끊는 표본화, 크기를 끊는 양자화, 그 값을 2진수로 바꾸는 부호화 순서로 동작해요.
표본화는 정해진 클럭마다 그 순간의 전압을 읽는 과정이에요. 샘플 앤 홀드 회로가 커패시터에 전압을 담아 변환이 끝날 때까지 붙잡아두는데, 나이퀴스트 정리에 따라 신호의 최고 주파수보다 2배 이상 빠르게 읽어야 원래 파형을 복원할 수 있어요. CD도 사람 귀가 듣는 20kHz까지 담으려고 44.1kHz로 샘플링해요. 이보다 느리면 빠른 신호가 느린 신호처럼 잘못 기록되는 에일리어싱이 생겨서, ADC 앞에 고주파를 걸러내는 필터를 달아둬요.
양자화는 붙잡은 전압을 가장 가까운 눈금에 맞추는 과정이에요. n비트 ADC는 입력 범위를 2ⁿ칸으로 나누는데, 3.3V 범위의 12비트라면 4096칸으로 한 칸이 약 0.8mV예요. 1.2345V가 들어오면 1532번째 칸 근처로 반올림되고, 이때 생기는 최대 반 칸의 오차가 양자화 잡음이에요. 비트가 1개 늘 때마다 칸이 두 배로 촘촘해져 신호 대 잡음비가 약 6dB씩 좋아져요. 마지막으로 그 칸 번호를 2진수로 내보내면 마이크로컨트롤러가 숫자로 읽어 처리해요 :)
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
표본화는 연속적인 아날로그 파형을 일정한 시간 간격으로 찍어서 샘플을 건져내는 과정입니다. 그리고 양자화는 그렇게 건져낸 애매한 전압값을 가장 가까운 정수 단계의 숫자로 맞춰서 끊어 주는 과정이죠. 왜냐하면은 컴퓨터는 연속적인 선을 그대로 읽지 못합니다. 대신 딱 떨어지는 이상적인 숫자만 처리할 수 있죠.
그래서 아날로그를 디지털로 바꿀 때는 이 두 가지 단계를 거쳐서 컴퓨터가 이해할 수 있는 데이터로 변환하는 것입니다. 따라서 시간 간격을 얼마나 촘촘하고 단계를 얼마나 잘게 쪼겠느냐에 따라서 원래의 파형과 얼마나 비슷하게 복원되는지가 결정되겠습니다.