이진 신호의 유형

마지막 업데이트: 2022년 3월 2일 | 0개 댓글
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연속 근사 형 ADC
이미지 크레디트 : White Flye, SA ADC 블록 다이어그램, CC BY-SA 2.5

측정 시스템에 적합한 DAQ 하드웨어를 선택하는 방법

선택할 수 있는 데이터 수집 (DAQ) 디바이스가 많기 때문에 어플리케이션에 적합한 디바이스를 선택하기 어려울 수 있습니다. 이 백서에서는 하드웨어를 선택할 때 확인해야 하는 다섯 가지 사항을 살펴봅니다.

적절한 DAQ 하드웨어를 선택하는 데 도움이 되는 5가지 질문

  1. 어떤 유형의 신호를 측정하거나 생성해야 합니까?
  2. 신호 컨디셔닝이 필요합니까?
  3. 신호의 샘플을 얼마나 빠르게 수집하거나 생성해야 합니까?
  4. 감지해야 하는 신호의 가장 작은 변화는 얼마입니까?
  5. 어플리케이션에 허용되는 측정 에러는 어느 정도인가?

1. 어떤 유형의 신호를 측정하거나 생성해야 합니까?

신호 유형이 다르면 측정이나 생성 방법도 달라야 합니다. 센서(또는 트랜스듀서)는 물리적 현상을 전압 또는 전류 같은 측정 가능한 전기 신호로 변환하는 디바이스입니다. 또한 측정 가능한 전기 신호를 센서로 보내어 물리 현상을 만들어 낼 수도 있습니다. 이 때문에 각기 다른 신호 유형과 그에 따른 속성을 이해하는 것이 중요합니다. 어플리케이션의 신호를 고려하면 어떤 DAQ 사용할 것인지 결정할 수 있습니다.

DAQ 디바이스의 기능

  • 아날로그 신호를 측정하는 아날로그 입력
  • 아날로그 신호를 생성하는 아날로그 출력
  • 디지털 신호를 측정하고 생성하는 디지털 입출력
  • 디지털 이벤트를 세거나 디지털 펄스/신호를 생성하는 카운터/타이머

디바이스 중에는 위 목록의 기능 중 한 가지만 전용으로 하는 디바이스도 있고 모든 기능을 지원하는 다기능 디바이스도 있습니다. 아날로그 입력, 아날로그 출력, 디지털 입출력, 또는 카운터 같은 단일 함수에 채널 개수가 고정된 DAQ 디바이스를 사용할 수도 있지만, 필요 시에 채널 개수를 늘릴 수 있도록 현재 필요한 채널 개수보다 더 많은 채널의 디바이스를 구매하는 것이 좋습니다. 현재 어플리케이션을 위한 기능만을 갖춘 디바이스를 구입하면 새로운 어플리케이션에 하드웨어를 사용하기 어려울 것입니다.

다기능 DAQ 디바이스에는 채널 개수가 고정되어 있지만, 아날로그 입출력, 디지털 입출력, 카운터를 조합하여 사용할 수 있습니다. 다기능 디바이스는 각 다른 I/O 유형을 지원하므로 단일 기능 DAQ 디바이스에 비해 더욱 다양한 어플리케이션을 해결할 수 있습니다.

다른 옵션으로는 요구에 맞게 직접 사용자 정의할 수 있는 모듈형 플랫폼이 있습니다. 모듈형 시스템은 타이밍 및 동기화를 제어하기 위한 섀시와 다양한 I/O 모듈로 구성됩니다. 모듈형 시스템을 사용할 때의 장점은 고유한 목적을 위해 제작된 여러 모듈을 선택할 수 있기 때문에 더욱 다양한 구성이 가능하다는 점입니다. 이 옵션을 사용하면 사용자는 다기능 디바이스보다 한 가지 기능을 더욱 정밀하게 수행하는 모듈을 사용할 수 있습니다. 모듈형 시스템의 또 다른 장점은 섀시의 슬롯 개수를 선택할 수 있다는 것입니다. 섀시에는 슬롯 개수가 고정되어 있지만, 미래에 확장할 수 있도록 현재 필요한 개수보다 더 많은 슬롯이 있는 섀시를 구입할 수 있습니다.

2. 신호 컨디셔닝이 필요합니까?

일반적인 범용 DAQ 디바이스는 +/-5V 또는 +/-10V를 측정하거나 생성할 수 있습니다. 일부 센서는 이런 DAQ 디바이스 유형으로 직접 측정하기에 너무 어렵거나 위험한 신호를 생성합니다. 대부분의 센서는 DAQ 디바이스가 신호를 효율적이고 정밀하게 측정할 수 있도록, 측정 이진 신호의 유형 이전에 증폭 또는 필터링과 같은 신호 컨디셔닝이 필요합니다.

예를 들어, 열전쌍은 mV 범위로 신호를 출력하므로 아날로그-디지털 컨버터 (ADC)의 한계값을 최적화하기 위해 증폭이 필요합니다. 또한 열전쌍 측정에는 고주파수 노이즈를 제거하는 저역 통과 필터링이 유용합니다. 신호 컨디셔닝은 DAQ 시스템의 성능과 측정 정확도를 동시에 개선하므로 DAQ 디바이스만을 사용하는 것보다 분명히 유리합니다.

표 1은 여러 센서 및 측정에 일반적인 신호 컨디셔닝을 표로 간략히 나타낸 것입니다.

증폭 감쇠 절연 필터링 구동 선형화 CJC 브리지 완성
열전쌍 x x x x
써미스터 x x x x
RTD x x x x
변형률 게이지 x x x x x
로드, 압력, 토크 (mV/V, 4-20mA) x x x x
x x x x
가속도계 x x x x
마이크 x x x x
근접 프로브 x x x x
LVDT/RVDT x x x x
고전압 x x


표 1. 각 센서 및 측정 유형을 위한 신호 컨디셔닝

현재 사용 중인 센서가 표 1에 있다면 이진 신호의 유형 신호 컨디셔닝을 고려하는 것이 좋습니다. 외부 신호 컨디셔닝을 추가하거나 신호 컨디셔닝이 내장된 DAQ 디바이스를 사용할 수 있습니다. 또한 많은 디바이스에는 편리한 센서 통합을 위해 특정 센서를 위한 연결이 내장되어 있습니다.

3. 신호의 샘플을 얼마나 빠르게 수집하거나 생성해야 합니까?

DAQ 디바이스의 ADC가 신호의 샘플을 얻는 속도인 샘플링 속도는 DAQ 디바이스의 가장 중요한 사양 중 하나입니다. 일반적인 샘플링 속도는 하드웨어 또는 소프트웨어 타이밍에 의한 것이며 최대 2MS/s입니다. 어플리케이션의 샘플링 속도는 측정하거나 생성하려는 신호의 최대 주파수 성분에 의해 결정됩니다.

나이퀴스트 정리에 따르면 관심 최고 주파수 성분 2배를 샘플링하면 신호를 정확하게 재구성할 수 있습니다. 그러나, 실제에서는 신호의 모양을 표현하기 위해 최고 주파수의 최소 10배를 샘플링해야 합니다. 관심 신호 주파수의 최소 10배를 샘플링하는 DAQ 디바이스를 선택하면 신호를 더욱 정확한 모습으로 측정하거나 생성할 수 있습니다.

예를 들어, 어플리케이션에서 주파수가 1kHz인 사인파를 측정한다고 생각해봅시다. 나이퀴스트 정리에 따라 최소 2kHz로 샘플링해야 하지만 더욱 정확하게 신호를 측정하거나 생성하려면 10kHz로 샘플링하는 것이 좋습니다. 그림 1은 2kHz와 10kHz로 측정된 1kHz 사인파를 비교한 것입니다.

그림 1. 1kHz 사인파가 10kHz와 2kHz로 측정된 모습 비교

측정하거나 생성하고자 하는 신호의 최고 주파수 성분을 알고 있다면, 어플리케이션에 적합한 샘플링 속도를 제공하는 DAQ 디바이스를 선택할 수 있습니다.

4. 감지해야 하는 신호의 가장 작은 변화는 얼마입니까?

신호에서 감지할 수 있는 가장 작은 변화는 DAQ 디바이스에 필요한 분해능을 결정합니다. 분해능은 ADC가 신호를 표시하기 위해 사용하는 이진 단계의 수를 나타냅니다. 설명을 돕기 위해 분해능이 다른 ADC를 통해 사인파가 통과될 때 사인파가 어떻게 표시되는지 생각해보십시오. 그림 2는 3비트 이진 신호의 유형 ADC와 16비트 ADC를 비교한 것입니다. 3비트 ADC는 8 단계, 즉 2 3 단계로 전압을 나타낼 수 있습니다. 16비트 ADC는 65,536 단계, 즉 2 16 단계로 전압을 나타낼 수 있습니다. 3비트 분해능으로 표현한 사인파는 계단 함수처럼 나타나지만 이진 신호의 유형 16비트 ADC는 부드럽게 사인파를 그립니다.

그림 2. 16비트 분해능과 3비트 분해능 사인파 비교 차트

일반적인 DAQ 디바이스의 전압 범위는 +/-5V 또는 +/-10V입니다. 표현되는 전압 레벨은 전체 분해능을 활용할 수 있도록 선택된 범위에서 균등하게 분배됩니다. 예를 들어, +/-10V 범위와 12비트의 분해능 (2 12 또는 4,096 단계)을 가진 DAQ 디바이스는 5mV의 변화를 감지할 수 있으며, 16비트의 분해능 (2 16 또는 65,536 단계)을 가진 디바이스는 300μV의 변화를 감지할 수 있습니다. 많은 어플리케이션 요구사항은 12, 16 또는 18비트 분해능 디바이스로 충족 가능 합니다. 그러나, 작고 큰 전압 범위의 센서를 측정할 때에는 24비트 디바이스에 있는 동적 데이터 범위가 유용할 것입니다. 어플리케이션에 요구되는 전압 범위와 분해능은 적합한 디바이스를 선택할 때 고려해야 할 주요 요소입니다.

5. 어플리케이션에 허용되는 측정 에러는 어느 정도인가?

정확도는 측정된 신호값을 계측기가 충실하게 표시하는 능력을 측정한 수치입니다. 정확도는 분해능과 관련된 용어가 아니지만 정확도는 계측기의 분해능 보다 높을 수 없습니다. 측정의 정확도를 명시하는 방법은 측정 디바이스의 유형에 따라 다릅니다. 이상적인 계측기는 100 퍼센트 확실성으로 값을 측정하지만, 현실적으로 계측기는 제조업체에서 명시한 불확실성과 함께 값을 나타냅니다. 불확실성은 시스템 노이즈, 게인 에러, 오프셋 에러, 비선형성 등 여러 요소에 의해 결정됩니다. 제조업체에서 제공하는 불확실성에 대한 일반적인 스펙으로 절대 정확도가 있습니다. 이 스펙은 특정 범위에서 DAQ 디바이스의 최악의 에러 값을 제공합니다. NI 다기능 디바이스의 절대 정확도의 한 계산 예는 다음과 같습니다.

절대 정확도 = ([읽은 값*게인 에러] + [전압 범위*오프셋 에러] + 노이즈 비확실성)
절대 정확도 = 2.2mV

계측기의 정확도는 계측기에 의해서만 결정되는 것이 아니라 측정되는 신호 유형에 의해서도 결정된다는 것을 명심해야 합니다. 측정되는 신호에 노이즈가 있다면 측정 정확도에 악영향을 끼칩니다. DAQ 디바이스의 정확도와 가격은 다양합니다. 일부 디바이스는 정확도 향상을 위해 자가 교정, 절연 등의 회로를 제공합니다. 기본 DAQ 디바이스는 100mV 이상의 절대 정확도를 제공하지만, 정확도 향상을 위한 기능을 갖춘 고성능 디바이스는 1mV 내외의 절대 정확도를 제공합니다. 어플리케이션의 정확도 요구사항을 이해하면, 적합한 절대 정확도를 제공하는 DAQ 디바이스를 선택할 수 있습니다.

이진 신호의 유형

대부분의 전자회로는 입력과 출력 관계로 설명되는데, 이는 입력 신호가 전자회로에 인가되었을 때 이에 따른 출력 신호가 나오도록 회로가 설계된다는 것을 의미한다. 여기서의 신호는 시스템의 동작을 일으키는 물리량을 말하며, 전압이나 전류가 전기적인 신호의 대표적인 예라 할 수 있겠다. 통신의 관점에서의 신호의 종류에 대해서는 다음 글을 참고하도록 한다.

위에 링크한 글을 읽었다면 알 수 있겠지만, 아날로그(analog) 신호는 연속적인 물리량을 나타내는 데에 사용된다. 자연에서 얻는 신호들이 대개 아날로그 신호이며, 전압이나 전류 역시도 연속적으로 변화하는 물리량이므로 아날로그 신호에 포함된다.

아날로그 신호는 정보의 관점과 신호의 관점에서 구분하여 표현할 수 있는데, 정보의 관점에서는 음성이나 영상 신호와 같이 실생활에서 다루는 대부분의 정보 신호의 표현을 말하고, 신호의 관점에서는 위에서 링크한 글과 같이 시간에 따라 크기와 패턴이 계속해서 바뀌는 전자기파나 정현파와 같이 신호에 대한 표현을 의미한다.

디지털 이진 신호의 유형 신호는 아날로그 신호와는 대비되는 개념으로, 이산적인(discrete) 물리량을 나타내는 데에 사용된다. 임의의 시간값을 최소값의 정수배로 표현하고, 그 이외의 값은 취하지 않음으로써 디지털 신호를 나타낸다. 오늘날 사용하는 대부분의 컴퓨터는 디지털 신호를 다루며, 이는 0과 1을 기본 단위로 하는 이산적인 물리량이다. 신호의 관점에서는 양자화(quantization)된 신호라 표현하기도 한다.

디지털 신호 역시 정보의 관점과 신호의 관점에서 구분하여 표현할 수 있다. 정보의 측면에서는 문자나 정수, on/off, 0/1 과 같은 표현이 있으며, 신호의 관점에서는 불연속적인 신호 변화나 이진 펄스(binary pulse) 정보 등과 같은 표현이 사용된다.

아날로그-디지털 변환기 | 작동 중 | 중요한 유형 및 용도

아날로그 신호는 시간 연속 및 연속 진폭 신호로 정의됩니다. 동시에 디지털 신호는 이산 시간 및 이산 진폭 신호로 정의됩니다. 아날로그 신호는 아날로그-디지털 변환기를 통해 디지털 신호로 변환됩니다. 그만큼 변환에는 여러 단계가 있습니다., 샘플링, 양자화 등과 같은 것입니다. 프로세스는 연속적이지 않습니다. 대신 주기적이며 입력 신호의 허용 대역폭을 제한합니다.

Nyquist-Shannon을 기반으로 작동하는 아날로그-디지털 변환기 샘플링 정리. 샘플링 속도가 입력 신호에 존재하는 가장 높은 주파수 성분보다 두 배 크거나 같으면 입력 신호가 샘플링된 출력에서 ​​복구될 수 있다고 명시되어 있습니다.

아날로그-디지털 변환기의 성능을 측정하기위한 몇 가지 매개 변수가 있습니다. 출력 신호의 대역폭, 신호 대 잡음비는 일부 매개 변수입니다.

ADC의 전기 기호

아래 기호는 아날로그-디지털 변환기 (ADC)를 나타냅니다.

아날로그-디지털 변환기의 유형

입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 것은 다양한 프로세스를 통해 달성할 수 있습니다. 몇 가지 논의해 보자. 자세한 유형 -

A. 플래시 ADC

플래시 ADC는 직접 변환 유형의 아날로그-디지털 변환기로 알려져 있습니다. 가장 빠른 유형의 아날로그-디지털 변환기 중 하나입니다. 전압 분배기 래더에 연결된 반전 단자와 아날로그 입력 신호에 연결된 비 반전 단자가있는 일련의 비교기로 구성됩니다.

회로에서 알 수 있듯이 잘 정합 된 저항의 래더는 기준 또는 임계 전압으로 연결됩니다. 저항기 래더의 각 탭에는 비교기가 사용됩니다. 그런 다음 증폭 단계가 있으며 그 후 코드는 이진 값 (0 및 1)으로 생성됩니다. 증폭기도 사용됩니다. 증폭기는 비교기의 전압 차이를 증폭하고 비교기 오프셋을 억제합니다.

측정 된 전압이 임계 전압보다 높으면 이진 출력은 0이되고 측정 된 전압이 이진 작업보다 작 으면 XNUMX이됩니다.

최근 개선 된 ADC는 디지털 오류 수정 시스템, 오프셋 교정으로 수정되며 크기도 더 작습니다. ADC는 이제 집적 회로 (IC)로 제공됩니다.

이러한 유형의 아날로그-디지털 변환기는 샘플링 속도가 높습니다. 따라서 고주파 장치에 적용됩니다. 레이더, 광대역 라디오, 다양한 테스트 장비를 사용한 탐지가 그중 일부입니다. NAND 플래시 메모리는 또한 플래시 유형의 아날로그-디지털 변환기를 사용하여 셀에 최대 3 비트를 저장합니다.

플래시 유형 ADC는 작동 속도가 가장 빠르고 회로가 이진 신호의 유형 간단하며 변환이 순차적이 아니라 일치합니다. 그러나 이러한 경우에는 다른 유형의 ADC보다 상당한 수의 비교가 필요합니다.


플래시 유형 ADC
이미지 크레딧 : Jon Guerber, 플래시 ADC, 3.0 BY CC

B. 연속 근사 형 ADC

연속 근사 유형 ADC는 디지털 도메인으로 변환하기 전에 양자화 레벨을 통한 이진 검색을 사용하는 또 다른 유형의 아날로그-디지털 변환기입니다.

전체 프로세스는 다른 하위 프로세스로 나뉩니다. 아날로그 입력 Vin을 취하는 충분한 홀드 회로가 있습니다. 그럼 있다 입력 아날로그 전압을 비교하는 비교기 내부 디지털-아날로그 변환기. 입력을 클록 펄스 및 비교기 데이터로 사용하는 연속 근사 레지스터(SAR)도 있습니다.

SAR은 기본적으로 MSB (최상위 비트)를 로직 하이 또는 1로 만들기 위해 초기화됩니다.이 코드는 샘플링 된 아날로그 입력 신호와 비교하여 비교기 회로와 동등한 아날로그를 이진 신호의 유형 제공하는 디지털-아날로그 변환기에 제공됩니다. . 전압이 입력 전압보다 크면 비교기가 비트를 재설정합니다. 그렇지 않으면 비트가 그대로 남아 있습니다. 그 후, 다음 비트는 디지털 비트로 설정되고 연속 근사 레지스터의 모든 비트가 테스트 될 때까지 전체 프로세스가 다시 수행됩니다. 최종 출력은 아날로그 입력 신호의 디지털 버전입니다.

두 가지 유형의 연속 근사 형 아날로그-디지털 변환기를 사용할 수 있습니다. 카운터 유형과 서보 추적 유형입니다.

이러한 유형의 ADC는 다른 유형의 ADC보다 가장 정확한 결과를 제공합니다.

연속 근사 형 ADC
이미지 크레디트 : White Flye, SA ADC 블록 다이어그램, CC BY-SA 2.5

C. 통합형 ADC

이름에서 알 수 있듯이 이러한 유형의 ADC는 연속 시간 및 연속 진폭 입력 아날로그 신호를 적분기(적분기)를 사용하여 디지털 신호로 변환하여 적용합니다. 연산 증폭기 그것은 일반적인 입력 신호를 취하고 시간 적분 출력 신호를 제공합니다).

식별되지 않은 아날로그 입력 전압이 입력 단자에 적용되고 런업 기간으로 알려진 특정 기간 동안 램프가 허용됩니다. 그런 다음 반대 극성의 미리 결정된 기준 전압이 적분기 회로에 적용됩니다. 또한 적분기가 출력을 XNUMX으로 제공하지 않는 한 램프가 허용됩니다. 이 시간을 런 다운 기간이라고합니다.

런 다운 시간은 일반적으로 ADC 클록 단위로 측정됩니다. 따라서 통합 시간이 길수록 해상도가 높아집니다. 이러한 유형의 컨버터의 속도는 솔루션을 손상시킴으로써 향상 될 수 있습니다.

속도와 해상도가 반비례하기 때문에 이러한 유형의 변환기는 디지털 신호 처리 또는 오디오 처리 애플리케이션을 찾지 못합니다. 바람직하게는 디지털 측정 미터 (전류계, 전압계 등) 및 높은 정확도가 중요한 기타 기기에 사용됩니다.

이 유형의 ADC에는 아날로그-디지털 변환기와 듀얼 슬로프 ADC의 두 가지 종류가 있습니다.

ADC 통합, 이미지 크레딧 : 스코트9 영어 위키 피 디아, 향상된 런업 이중 경사, 위키 미디어 공용

D. 윌킨슨 ADC

– DH Wilkinson은 1950 년에 이러한 유형의 아날로그-디지털 변환기를 처음으로 설계했습니다.

처음에는 커패시터가 충전됩니다. 비교기는이 조건을 확인합니다. 지정된 레벨에 도달하면 이제 커패시터가 선형으로 방전을 시작하여 램프 신호를 생성합니다. 그 동안 게이트 펄스도 시작됩니다. 게이트 펄스는 커패시터가 방전되는 동안 나머지 시간 동안 켜져 있습니다. 이 게이트 펄스는 고주파의 발진기 클록으로부터 입력을 더 수신하는 선형 이진 신호의 유형 게이트를 추가로 작동시킵니다. 이제 게이트 펄스가 ON 일 때 여러 클럭 펄스가 주소 레지스터에 의해 계산됩니다.

E. 시간 확장 아날로그-디지털 변환기 (TS – ADC) :

이러한 유형의 아날로그-디지털 변환기는 전자 및 기타 기술의 결합 된 기술에서 작동합니다.

일반 ADC로는 수행 할 수없는 매우 높은 대역폭 신호를 디지털화 할 수 있습니다. 이를 종종 "Photonic Time Stretch Digitizer"라고합니다.

아날로그-디지털뿐만 아니라 이미징 및 분광기와 같은 고 처리량 실시간 장비에도 사용됩니다.

  • 델타 인코딩 ADC
  • 파이프 라인 ADC,
  • 시그마-델타 ADC,
  • 시간 인터리브 ADC 등

ADC의 응용

아날로그-디지털 변환기는이 현대 시대에서 가장 중요한 전자 장치 중 하나입니다. 지금은 디지털화의 시대이지만 우리 세상은 실시간으로 아날로그입니다. 디지털 도메인에서 아날로그 데이터를 변환하는 것이이 시간의 필요입니다. 그것이 그들이 그렇게 중요한 이유입니다. ADC의 중요한 애플리케이션 중 일부는 다음과 같습니다.

A. 디지털 신호 처리

– 아날로그-디지털 변환기는 아날로그 필드에서 디지털 영역으로 데이터를 편집, 수정, 처리, 저장 및 전송하는 데 필수적입니다. 마이크로컨트롤러, 디지털 오실로스코프 및 중요 소프트웨어는 이 영역에서 응용 프로그램을 찾습니다. 다음과 같은 장치 디지털 오실로스코프 아날로그 오실로스코프는 저장할 수 없는 반면 나중에 사용하기 위해 파형을 저장할 수 있습니다.

B. 마이크로 컨트롤러

– 마이크로 컨트롤러는 장치를 스마트하게 만듭니다. 현재 거의 모든 마이크로 컨트롤러에는 내부에 아날로그-디지털 변환기가 있습니다. 가장 일반적인 예는 Arduino 일 수 있습니다. (ATMega328p 마이크로 컨트롤러에 구축) 아두 이노는 아날로그 입력 신호를 받아 ADC에서 생성 한 디지털 데이터를 반환하는 'analogRead ()'의 유용한 기능을 제공합니다.

C. 과학 기기

- ADC는 필요한 다양한 전자 기기 및 시스템을 만드는 데 이진 신호의 유형 유용합니다. 픽셀, 레이더 기술 및 많은 원격 감지 시스템의 디지털화를위한 디지털 이미징이 그 예입니다. 센서와 같은 장치는 온도, 광도, 빛 감도, 공기 습도, 기압, 용액의 pH 등을 측정하기위한 아날로그 신호를 생성합니다. 이러한 모든 아날로그 입력은 ADC에 의해 변환되어 비례적인 디지털 출력을 생성합니다.

D. 오디오 처리 :

-ADC는 오디오 처리 분야에서 중요한 응용 프로그램을 가지고 있습니다. 음악의 디지털화는 음악 품질을 향상시킵니다. 아날로그 음성은 마이크를 통해 녹음됩니다. 그런 다음 ADC를 사용하여 디지털 플랫폼에 저장됩니다. 많은 음악 녹음 스튜디오에서 녹음 PCM 또는 DSD 형식으로 변환한 다음 디지털 오디오 제작을 위해 다운샘플링합니다. 그들은 텔레비전과 라디오 방송에 사용됩니다.

아날로그-디지털 변환기 테스트

아날로그-디지털 변환기를 테스트하려면 먼저 신호를 전송 및 제어하고 디지털 출력 데이터를 수신하기위한 아날로그 입력 전압 소스와 전자 장비가 필요합니다. 일부 ADC에는 기준 신호 소스도 필요합니다. ADC를 테스트하기위한 몇 가지 매개 변수가 있습니다.

ADC IC

ADC는 시장에서 IC로 상업적으로 이용 가능합니다. 일반적으로 사용되는 ADC IC 중 일부는 다음과 같습니다. ADC0808, ADC0804, MPC3008, 등. 그들은 Rasberry pi 및 기타 프로세서와 같은 장치에서 응용 프로그램을 찾거나 디지털 전자 ADC가 필요한 회로.

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이진 신호의 유형

전기 통신 , 과학 및 전자기 수단으로 정보를 전송하는 실습. 현대 통신은 소음 및 간섭으로 인한 손실없이 장거리에 걸쳐 많은 양의 정보를 전송하는 것과 관련된 문제를 해결합니다. 현대 디지털 통신 시스템의 기본 구성 요소는 음성, 데이터, 라디오 및 텔레비전 신호를 전송할 수 있어야합니다. 높은 신뢰성을 달성하고 디지털 스위칭 시스템의 비용이 아날로그 시스템 의 비용보다 훨씬 낮기 때문에 디지털 전송 이 사용 됩니다. 그러나 디지털 전송을 사용하려면 대부분의 음성, 라디오 및 TV 통신 을 구성하는 아날로그 신호를 아날로그에서 디지털로 변환해야합니다. ( 데이터 전송 에서이 단계는 신호가 이미 디지털 형식이기 때문에 생략됩니다. 그러나 대부분의 텔레비전, 라디오 및 음성 통신은 아날로그 시스템을 사용하며 디지털화되어야합니다.) 대부분의 경우 디지털화 된 신호는 소스를 통해 전달됩니다. 중복 을 줄이기 위해 여러 공식을 사용하는 인코더 이진 정보. 소스 인코딩 후 디지털화 된 신호는 채널 인코더에서 처리되어 오류를 감지하고 수정할 수있는 중복 정보를 제공합니다. 인코딩 된 신호는 변조 에 의해 반송파 로의 전송에 적합 하게 만들어지며 다음과 같은 프로세스에서 더 큰 신호의 일부가 될 수 있습니다. 멀티플렉싱 . 그런 다음 다중화 된 신호는 다중 액세스 전송 채널로 전송됩니다. 전송 후 수신단에서 위의 과정을 반대로하고 정보를 추출한다.

디지털 통신 시스템의 블록 다이어그램.

사무실, 전화, 휴대 전화에서 휴대 전화에 대 한 얘기는 행복 한 비즈니스 우먼

이 기사에서는 위에서 설명한 디지털 통신 시스템의 구성 요소에 대해 설명합니다. 통신 시스템을 사용하는 특정 응용 프로그램에 대한 자세한 내용은 전화 , 전신 , 팩스 , 라디오 및 텔레비전 기사를 참조하십시오 . 전선 , 전파 및 광섬유를 통한 전송 은 통신 매체 에서 논의됩니다 . 정보 전송에 사용되는 네트워크 유형에 대한 개요는 통신 네트워크를 참조하십시오 .

아날로그에서 디지털로 변환

음성 , 오디오 또는 비디오 정보를 전송할 때 대상은 고 충실도입니다. 즉, 신호로 인한 저하 없이 원본 메시지를 최상의 상태로 재현 할 수 있습니다. 왜곡 및 소음 . 상대적으로 잡음이없고 왜곡이없는 통신의 기초는 이진 신호. 메시지를 전송하는 데 사용할 수있는 모든 종류의 가장 간단한 신호 인 이진 신호는 가능한 두 값으로 만 구성됩니다. 이 값은 이진수로 표시됩니다. 비트 , 1 및 0. 전송 중에 포착 된 잡음과 왜곡이 이진 신호를 한 값에서 다른 값으로 변경할만큼 충분히 크지 않으면 수신기 가 정확한 값을 결정하여 완벽한 수신이 발생할 수 있습니다.

아날로그-디지털 변환의 기본 단계 아날로그 신호는 일정한 간격으로 샘플링됩니다. 각 간격의 진폭은 양자화되거나 값이 할당되며 값은 일련의 이진수 또는 비트로 매핑됩니다. 정보는 디지털 신호로 수신기에 전송되며, 여기서 디코딩되고 아날로그 신호가 재구성됩니다.

아날로그-디지털 변환의 기본 단계 아날로그 신호는 일정한 간격으로 샘플링됩니다. 각 간격의 진폭은 양자화되거나 값이 할당되며 값은 일련의 이진수 또는 비트로 매핑됩니다. 정보는 디지털 신호로 수신기에 전송되며, 여기서 디코딩되고 아날로그 신호가 재구성됩니다.

전송할 정보가 이미 이진 형식 (데이터 통신에서와 같이) 인 경우 신호를 디지털로 인코딩 할 필요가 없습니다. 그러나 전화를 통해 이루어지는 일반적인 음성 통신은 이진 형식이 아닙니다. 우주 탐사선에서 전송하기 위해 수집 된 정보의 대부분도 위성 링크를 통해 전송하기 위해 수집 된 텔레비전이나 라디오 신호도 아닙니다. 값의 범위에 따라 지속적으로 변하는 이러한 신호는 아날로그라고하며 디지털 통신 시스템에서 아날로그 신호는 디지털 형식으로 변환되어야합니다. 이 신호 변환 과정을 아날로그-디지털 (A / D) 변환이라고합니다.

견본 추출

아날로그-디지털 변환은 샘플링 또는 아날로그 진폭 측정으로 시작됩니다. 동일한 간격의 이산 순간에서 파형 . 지속적으로 변화하는 파동의 샘플을 사용하여 파동을 나타낼 수 있다는 사실은 파동이 변동률에 제약이 있다는 가정에 의존합니다. 통신 신호는 실제로 복잡한 파 (본질적으로는 모두 자체 정확한 진폭과 위상을 가진 여러 구성 요소 사인파의 합)이기 때문에 복잡한 파의 변동률은 모두의 진동 주파수로 측정 할 수 있습니다. 그 구성 요소. 신호를 구성하는 사인파의 최대 진동 속도 (또는 최고 주파수)와 최소 진동 속도 (또는 최저 주파수)의 차이는 신호의 대역폭 ( B ). 따라서 대역폭 은 신호가 차지하는 최대 주파수 범위 를 나타냅니다 . 최소 주파수가 300 헤르츠이고 최대 주파수가 3,300 헤르츠 인 음성 신호의 경우 대역폭은 3,000 헤르츠 또는 3 킬로 헤르츠입니다. 오디오 신호는 일반적으로 약 20 킬로 헤르츠의 대역폭을 차지하고 표준 비디오 신호는 약 6 백만 헤르츠 또는 6 메가 헤르츠를 차지합니다.

대역폭의 개념은 모든 통신의 중심입니다. 아날로그-디지털 변환에서는 아날로그 신호가 대역폭의 두 배 (1/2 B )에 걸쳐 1 개 이하의 간격을 둔 개별 샘플로 고유하게 표현 될 수 있다는 기본 정리가 있습니다 . 이 정리는 일반적으로 샘플링 정리 , 샘플링 간격 (1/2 B 초)은 Nyquist 간격 (스웨덴 태생의 미국 전기 엔지니어 Harry Nyquist 이후 ). Nyquist 간격의 예로서, 과거 전화 관행에서 일반적으로 3,000 헤르츠로 이진 신호의 유형 고정 된 대역폭은 최소 1 / 6,000 초마다 샘플링되었습니다. 현재 연습에서는 주파수 범위와 음성 표현 의 충실도 를 높이기 위해 초당 8,000 개의 샘플을 수집 합니다.

샘플링 된 신호를 디지털 형식으로 저장하거나 전송하려면 각 샘플링 된 진폭을 유한 한 수의 가능한 값 또는 레벨 중 하나로 변환해야합니다. 이진 형식으로 쉽게 변환 할 수 있도록 레벨 수는 일반적으로 필요한 정밀도의 정도에 따라 2의 거듭 제곱입니다. 즉, 8, 16, 32, 64, 128, 256 등입니다. 디지털 전송에서 음성, 256 레벨이 일반적으로 사용되는 이유는 테스트 결과 평균 전화 청취자에게 적절한 충실도를 제공하기 때문입니다.

양자화기에 대한 입력은 무한대 가있는 샘플링 된 진폭의 시퀀스입니다. 가능한 값의 수. 반면 양자화 기의 출력은 한정된 수의 레벨로 제한되어야합니다. 제한된 수의 레벨에 무한 가변 진폭을 할당하면 필연적으로 부정확성이 발생하고 부정확하면 해당하는 신호 왜곡이 발생합니다. (이러한 이유로 양자화는 종종 "손실"시스템이라고합니다.) 부정확성의 정도는 양자화 기가 사용하는 출력 레벨 수에 따라 다릅니다. 더 많은 양자화 수준은 표현의 정확도를 높이지만 필요한 저장 용량이나 전송 속도도 증가시킵니다. 출력 레벨과 진폭 임계 값 을 신중하게 배치하면 동일한 수의 출력 레벨로 더 나은 성능을 얻을 수 있습니다. 이러한 수준을 할당하는 데 필요합니다. 이 배치는 양자화되는 파형의 특성에 따라 달라집니다. 일반적으로 최적의 양자화 기는 신호가 발생할 가능성이 높은 진폭 범위에 더 많은 레벨을 배치하고 신호가 발생할 가능성이 낮은 레벨은 적습니다. 이 기술은 다음과 같이 알려져 있습니다. 비선형 양자화. 비선형 양자화는 신호의 약한 성분을 증폭 하고 강한 성분을 감쇠시키는 컴프레서 회로를 통해 신호를 전달하여 수행 할 수도 있습니다 . 이제 더 좁은 동적 범위를 차지하는 압축 된 신호 는 임계 값과 출력 레벨의 균일 한 또는 선형 간격으로 양자화 할 수 있습니다. 전화 신호의 경우 압축 된 신호는 256 레벨에서 균일하게 양자화되며 각 레벨은 8 비트 시퀀스로 표시됩니다. 수신단에서 재구성 된 신호는 원래 진폭 범위로 확장됩니다. 이 압축 및 확장 시퀀스는 companding은 13 비트에 해당하는 효과적인 동적 범위를 생성 할 수 있습니다.

입력: 작업 파일 로드

이 기능을 사용하려면 저장된 잡이 하나 이상 있어야 하며 0-31 사이의 숫자 접두사가 포함된 #jobfilename.job의 형식으로 잡을 저장해야 합니다(예: 2PinInspection.job).

    입력 라인 0을 선택하고 신호 유형작업 수정(펄스)로 설정합니다.

센서에 2PinInspection.job을 로드하려면 PLC와 같은 외부 장치가 In-Sight 2000 센서에 일련의 펄스를 발행합니다.

  1. 외부 장치가 펄스 갭에 이어 시작 펄스를 발행합니다.
  2. 그리고 외부 장치는 3개의 카운트 펄스를 발행합니다. 각 카운트 펄스 사이와 마지막 카운트 펄스 뒤에 펄스 갭이 포함됩니다. 발행된 카운트 펄스의 수는 로드할 잡의 숫자 접두사와 일치해야 합니다(예를 들어, 2PinInspection.job을 로드하려면 2개의 카운트 펄스가 있어야 합니다).
  3. 외부 장치가 중지 펄스를 발행합니다. 모든 펄스와 펄스 갭이 지정된 펄스 길이와 일치하는 경우 잡 수정 요청이 정상 완료되고 2PinInspection.job이 센서에 로드됩니다. 조건 중 하나라도 만족하지 않으면, 즉 펄스가 올바르지 않거나 펄스 갭 타이밍이 부정확할 경우 잡이 수정되지 않습니다.
  • SetSystemConfig("PulseJobChangeTiming") 전용 모드 명령을 사용하여 시작 펄스, 카운트 펄스, 펄스 갭 및 중지 펄스의 펄스 폭을 구성할 수 있습니다.
  • 선택적으로, 잡 로드 정상 또는 잡 로드 실패 유형으로 개별 출력 라인을 구성해 출력을 펄스하고 잡 수정 요청의 성공 또는 실패를 보고할 수 있습니다. 지정한 입력 펄스 길이가 사용되지 않을 경우 출력이 펄스되지 않고 잡 로드 실패를 나타냅니다.

In-Sight 비전 시스템

이 기능을 사용하려면 저장된 잡이 하나 이상 있어야 하며 로드할 잡을 0-127의 숫자 접두사를 사용해 저장해야 합니다(예: 1PinInspection.job).

  1. 구성할 입력 라인을 선택하고 신호 유형잡 로드 스위치로 설정합니다. 로드할 잡 파일은 잡 ID 번호로 설정된 다른 입력 라인의 상태(0 또는 1)로 표시됩니다.
  2. 하나 이상의 다른 입력 라인의 신호 유형잡 ID 번호로 설정하십시오.
  3. 잡 ID 번호로 설정된 입력은 이진 숫자의 1비트를 나타냅니다. 잡 ID 번호로 설정된 후속 라인 입력은 이진 숫자의 추가 비트를 나타냅니다. 전체 이진 숫자는 #jobfilename.job 형식으로 저장된 잡 파일의 숫자 접두사(10진 #)를 나타냅니다.

3개의 개별 입력이 잡 ID 번호로 설정되어 3비트 이진 숫자를 나타냅니다. 3개 입력의 상태가 각각 0, 1, 0일 경우 이진 숫자 010은 접두사가 2(10진수로 010)인 잡 파일이 로드됨을 나타냅니다.

이름이 3inspection.job, 6inspection.job, 9inspection.job인 3개의 잡 파일이 있습니다. 센서가 PLC에서 높음 신호를 수신하면 6inspection.job 파일을 로드하도록 지정하려고 합니다. 현재 개별 입력 1이 영상 취득 트리거로서 사용되고 있습니다.

  1. 입력 라인 1을 PLC에 연결합니다.
  2. 입력 라인 1의 신호 유형잡 로드 스위치로 설정합니다.
  3. 잡 파일 이름 접두사의 범위가 3~9이므로 4개의 입력을 잡 ID 번호로 설정해야 합니다. (9는 이진으로 1001임)

잡 ID 번호 라인의 상태가 각각 1, 1, 0, 0(6은 이진으로 1100)이고 입력 라인 2의 상태가 높음 (1)이면 이름이 6inspection.job인 잡이 로드됩니다.


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