나는 전자공학과를 전공했지만, 학부 시절에는 각 과목을 수강 하는 의미, 필요성 이런 것들을 생각 안하고 학점 따려고 만 수강 했었죠. 당연히 학기 끝나고 방학이 지나면 머리속에 남아있는 것은 0… ㅜ_ㅜ
이 책은 임베디드 쪽으로 공부하려고 검색을 하다가 찾게 된 책인데, 가볍게 훑어봤더니 굉장히 짜임세 좋았고, 어려운 임베디드 분야를 최대한 가볍게 설명해주고 있고, 그런데 내용은 묵직한 느낌이 드는 책이었습니다.
이번에는 내 머리속에 지식을 조금이라도 집어넣고 싶어서 블로그로 책의 내용을 정리해보려 합니다!!!
1장 Hardware Collage -회로도 읽기
1. 신호와 주파수
모든 신호는 Cos or Sin 의 합으로 나타낼 수 있다!! → 결국 신호를 주파수 별로 분리한다.
사각 함수의 주파수관점에서 보면 sinc함수가 되는데 이소리는 즉, 사각함수는 연속된 수많은 사인파가 합쳐져 이루어져 있고, 주파수 0주변의 사인파의 진폭과 주기가 길고, 먼 사인파 일수록 진폭과 주기가 짧다는것을 알수 있다.
이렇게 주파수 관점에서 보면 하나의 신호가 몇개의 주파수로 이루어져 있나 확인 가능하고, 그 각 신호의 크기와 진폭을 분석가능하다.
이 사이트에 들어가면 푸리에 변환에대해 조금더 쉽게 이해 가능하다!!! (사각파 바꿔서 보시면 좋아요!)
2. Analog 신호&Digital 신호 & Ground
아날로그 신호는 보동 AC와 DC(교류와 직류) 성분으로 이루어져있는데, AC는 극성이 바뀌는 신호이고, DC는 steady한 상태를 의미한다. 1편에서 모든 신호는 여러개의 주파수를 가진 신호를 더해서 만들수 있다는 것을 학습했다. 즉 모든 아날로그 신호는 여러개의 주파수 성분을 더해서 만들어 낼수 있다.
Digital 신호는 대부분 DC성분으로 이루어진 신호이다. 즉, 디지털 신호도 아날로그 신호의 일종이다. 다만, 일정 threshold 값을 정해놓고 그값 이상이면 High 그값 아래이면 Low로 판단한다.
Digital 신호는 0 → 1, 1→ 0. 으로 변할때, Bounce를 일으키면서 변하게 되는데 이부분이 digital system에서 문제를 일으 킬수 있다 (전압이 더 적게 들어가거나, 인식 오류 발생) 따라서 이부분을 고려하려 설계 해야한다.
GND = GROUND는 기준이 되는 0V를 의미하며, 전지의 -극을 의미하기도 합니다. GND는 모든 전류가 몰려드는 부분으로 0과1을 구분하는 기준점이 된다.
3. 초간단 회로이론
저항 : 저항은 회로의 흐르는 전류의 양을 제한할 수 있다! 저항을 지나면 저항 x전류값만큼의 전압이 빠지게 된다. 식으로 표현한다면 V=IR
캐패시터 : 커패시터는 교류성분(AC)은 통과, 직류성분(DC)은 통과를 못하게 만드는 소자인데, 즉 교류성분과 직류성분 주파수에 따라 저항값이 다르게 작용하는 것입니다. dV/dt = I / C 즉 전압의 시간에 따른 변화율이 클수록 더 잘 통과 시키고 저항이 작다. C값이 커지면 전류는 많이 흐르게 됩니다!!
또 다른 성질로는 전류를 충전했다가 방전하는 성질도 지닌다.
인덕터 : 인덕터는 전류가 변화하지 못하도록 합니다. V = L dI/dt 즉 저주파의 전류만이 통과 됩니다. 이말은 즉 , 급격한 신호의 흐름을 막는다고 할 수 있습니다. 즉 L이 클수록 전류는 작아집니다!!
정리하면, 어떤 원하는 정해진 전압에 대해서, 전류량을 정할 수 있는데,
R의 경우 R이 클수록 전류를 더 조금 흐르게 할 수 있고,
C의 경우 C가 작을 수록 전류는 더 조금 흐르게 할 수 있고,
L의 경우 L이 클수록 전류는 더 조금 흐르게 합니다.
주파수 측면에서 바라보면, 정해진 RLC값에서
R은 주파수를 타지 않고,
C는 높은 주파수 일수록 저항이 작고, (전류가 더 많이 흐르고)
L은 높은 주파수 일수록 저항이 큽니다. (전류가 흐르기 어렵죠)
Low Pass Filter(LPF) : 저주파 성분만 통과 시키는 필터인데, 보통 노이즈가 고주파 성분이어서 LPF를 많이 사용합니다.
커패시커는 DC를 통과 시키지 못하기 때문에 끊어진 Open회로가 됩니다. 즉, VinDC = DoutDC
커패시터가 AC를 통과 시킬때는 short되어 폐회로가 됩니다. 여기서는 R의 저항값에 따라 흐르는 전류의 값이 달라집니다. 따라서, 전류의 흐름 즉 발열을 줄이기 위해 R의 성분의 크기를 키울수도 있습니다.
Transistor
트렌지스터의 용도는 전류를 마음껏 조절할 수 있게 하는 소자입니다!
B는 base, E는 Emitter, C는 Collector라고 부르는데 B에의해 스위치가 켜지면 E-C를 연결시켜 전류를 흐르게 하고, 아니면 차단을 시킵니다. 여기서 어떻게 흐르는 전류의 양을 결정하냐고 한다면, B-E사이에 얼마나 전압을 세게 주냐에 따라 달라집니다!!
base의 넣어주는 전압량에 따라 포화영역, 활성영역, 차단영역이 생기는데, 활성영역 : C-E간의 전류가 B의 입력에의해 큰폭으로 변해주는 영역! 차단영역 : B의 전압이 너무 낮아서 C-E간의 전류가 흐르지 못하는 영역! 포화영역 : B의 전압이 너무 높아서 C-E사이에 전류가 더이상 흐르지 못하는 영역!
트렌지스터 2가지 기능은 여기서 나옵니다 증폭기능 & 스위칭!
스위칭은 차단영역과 포화영역을 이용해 표현하고
증폭기능은 활성영역을 이용해 표현할수 있습니다.
4. Pull up, Pull down, & Open Collector
Low Active 는 CS(chip Select)_, / 등으로 표기하묘 전압이 Low샅애에서 동작하는것을 의미합니다. 반대로 1에서 동작하는것은 High Active라 합니다.
그림과 같이 만약 Digital Chip이 큰 저항이라면, Low Active에서 Pull up은 스위치가 On되었을때, 0값이 Digital Chip에 인가되는것이고 Pull down은 스위치가 꺼졌을때 high값이 칩에 인가되는것이다. High Active에서는 그와 반대이다!!
pull up &pull down은 default level 값을 어떤 것으로 둘것이냐에 따라 달라지는 작동이라 할수 있습니다. 실제 세상의 칩은 위의 예시와 같다면 작은 정전기에도 모터가 작동할수도 있습니다. 그 모터가 대포라고 생각하면 아주 큰일입니다.
pull up& pulldown과 같은 역할을 하는 것이 바로 Transistor 입니다.