예비_A_D변환기와 D_A변환기

소개글

예비_A_D변환기와 D_A변환기에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1 Pre-Lab(예비실험): 기본 이론 조사
2 Pre-Lab(예비실험): Multisim 사용한 모의 실험(시뮬레이션)
3 Pre-Lab(예비실험): 실험 절차
4 Pre-Lab(예비실험): 검토 및 느낀점

본문내용

거쳐 이진 디지털 신호(Binary Digital Signal)로 변환시키는 과정
●A/D 변환 및 D/A 변환 과정의 핵심 이론
ㅇ H. Nyquist의 표본화정리(Sampling Theorem)
원 신호가 대역제한되어 있다고 가정하면,
- `원 신호 대역폭의 2배 이상으로 표본화하면 원 신호를 완전히 재생할 수 있다는 정리`
●A/D 변환기(AD 컨버터) 구성
-샘플링(Sampling) : Digitizer,Sampler
- 시간축 방향에서 일정 간격으로 샘플 추출하여 이산신호로 변환시키는 과정
-양자화(Quantization)
- 샘플된 진폭치를 특정 대표값으로 바꾸는 과정
☞ 양자화 레벨, 양자화 잡음 참조
-부호화(Coding)
- 기계적 신호처리가 용이한 디지털 코드(Binary Code) 형태로 변환하는 과정
●A/D 변환기 구분
클럭 동작 속도에 따른 구분 : 저속, 중속, 고속 ADC
샘플링율에 따른 구분
- Nyquist-rate ADC
. 입력 신호의 최대주파수의 2배로 데이터 샘플링 수행
- 시그마 델타(ΔΣ) ADC
. 오버샘플링 기법, 디지털 필터, 부궤환 등을 이용
●A/D 변환기 대표 사양
동적범위 및 양자화 분해능
- Δ = (최대 입력범위) / (양자화 스텝의 개수) = (최대 동적범위) / (디지털 코드 개수)
= FSR / 2n
. Δ : 양자화 단위
. n : 양자화 분해능
. FSR : 동적 범위
소요 비트 수
- 아날로그 입력 신호의 `동적 범위 FSR` 및 `양자화 분해능 n`에 의존함
- 일반적으로, 표본화된 표본치를 8 비트 등으로 부호화 함 (3 비트 A/D 컨버터)
- 이때, 8 비트 등으로 부호화된 신호 전달 시간구간을 `타임슬롯`이라고 함
2. 3비트 ADC의 입력-출력 특성 곡선을 그리시오
3. 연산증폭기의 가산기 기능을 응용한 디지털-아날로그 변환기에 대해서 설명하시오.
디지털-아날로그 변환회로(영어:DAC, digital-to-analog converter)는D/A컨버터라 하며, 부호화된디지털전기 신호를아날로그전기 신호(전압, 전류 등)로 변환하는전자 회로이다.ADC의 역방향 처리 과정이다.
부호화 과정에서 정해진 비트수가 결정되어 있어 정밀도는 제한적이다. 제한된 정밀도를 갖는 아날로그 신호의 크기로 바꾸어 스텝 신호를 출력하면 필터회로를 사용하여 원래 신호에 가깝게 복원한다. ADC와 DAC는 주로 이진수로 표현되면 정해진 비트를 미리 결정한다. 비트수가 많으면 신호의 표현상분해능이 높아져 정밀성이 높아지고 원래신호 복원에 유리하다. 그러나 처리회로가 복잡해진다.
전자산업의 발전과정 상 디지털화되면서 많은 부분에서 응용한다. 음악 플레이어는 처음에 아날로그 방식으로 처리되었지만, 디지털화 되면서 많은 유연성을 갖는 등 이점(저장, 통신, 변환 등)이 있어 보편화되었다. 아날로그의 처리에서 DAC는 많이 사용하는 요소가 되었다.
Digital 신호는 0과 1에 해당하는 두 종류의 신호의 조합으로 표현된 신호이고, analog 신호는 임의의 크기를 가질 수 있는 신호이다. 신호 처리과정에서 이 두 종류의 신호를 상호 변환할 필요가 생기는데, digital 신호를 analog 신호로 변환하는 회로가 D/A 변환회로이다.
D/A 변환회로는 여러 가지 종류가 있을 수 있는데, 여기서는 연산 증폭기를 이용한 weighted-resistor 4-bit D/A converter 회로에 대해 생각해 본다. 그림 1에 그려진 이 회로의 4개의 입력 A, B, C, D에 digital 신호를 입력한다. 즉 1에 해당하는 신호인 전압 Vo이거나 0에 해당하는 전압 0을 건다. 연산 증폭기의 회로를 분석하면
(1)
로부터
(2)
가 된다. 즉 출력신호 Va는 이진법으로 표기된 4자리수 (DCBA)2에 비례하는 analog 신호가 되게 된다. 실험에서는 Vo를 8 V로 하여 Va가 그냥 analog 값을 십진수로 표현한 값이 되도록 하였다.
4. 3비트 DAC의 입력-출력 특성 곡선을 그리시오
2 Pre-Lab(예비실험): Multisim 사용한 모의 실험(시뮬레이션)
■ 모의실험회로 1 : 연산증폭기의 A/D 변환기 회로
- 모의실험 결과 그래프 및 표 :
1) 정현파 입력
XSC1XSC2
2. 삼각파 입력
XSC1XSC2
■ 모의실험회로 2 :
- 모의실험 결과 그래프 및 표 :
D3
D2
D1
D0
0
0
0
0
5.349mV
0
0
0
1
-1.370V
0
0
1
0
-2.743V
0
0
1
1
-4.120V
0
1
0
0
-5.495V
0
1
0
1
-6.869V
0
1
1
0
-8.244V
0
1
1
1
-9.619V
1
0
0
0
-10.994V
1
0
0
1
-12.369V
1
0
1
0
-13.748V
1
0
1
1
-13.748V
1
1
0
0
-13.748V
1
1
0
1
-13.748V
1
1
1
0
-13.748V
1
1
1
1
-13.748V
3. Grapher View를 이용해서 위에 시뮬레이션한 연산증폭기의 A/D와 D/A변환기 회로들의 입,출력 파형에 대해서 Excel에 export해서 Excel에서 그래프로 출력하시오
1. A/D 컨터버
1) 정현파 입력
2) 삼각파 입력
2. D/A 컨버터
3 Pre-Lab(예비실험): 실험 절차
- DMM을 이용하여 실험에 필요한 소자를 모두 측정한다.
- LM741CN와 74LS393D, 저항, 오실로스코프, 함수발생기, 로직분석기를 이용하여 회로를 구성한다.
- 회로를 오실로스코프, 로직분석기를 이용하여 측정한다 .
- 완성된 회로를 조금씩 변경하여 원하는 회로로 설정한다.
4 Pre-Lab(예비실험): 검토 및 느낀점이번 실험을 통해서 A/D 컨버터와 D/A컨버터의 기능을 알게 되었으며, 그 회로를 구성할 때 연산증폭기가 어떠한 역할을 하게 되는지 알게 되었다. 먼저 이론조사를 통해 A/D와 D/A 변환기의 기능을 먼저 조사하고 난 뒤에 멀티심으로 실험을 해보니 실험하는 과정이 훨씬 수월하였고, 올바른 결과값을 찾아낼 수 있었다. 이러한 예비실험을 통하여 실제 ELVIS에서 직접 회로를 구성한 뒤, 제대로 된 결과가 나오도록 최선을 다하겠다.

키워드

멀티심,   전자회로실험,   전자회로설계,   회로,   예비보고서