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차동신호

차동신호라 하믄 두 신호의 차를 말하는 겁니다. 왜 신호를 2개를 쓰느냐!!!! 잡음에 대해 영향을 받지 않기 때문이죠. 그냥 5v의 신호를 보내고 싶다.. 그면 opamp 한쪽 단자에만 5v의 신호를 보내면 됩니다.

그런데 이때 잡음이 타게되면 에러가 생김니다. 이럴경우 차동신호로 5v를 보내면 됩니다. 그러므로

차동신호는 당연히 신호가 2개 단자로 들어가야겠지요 차동신호로 5v를 만들려면 한쪽에는10v 한쪽에는 5v

넣어도 되고 한쪽에 7v 한쪽에 2v넣어도 됩니다. (10-5=5, 7-2=5 ->둘다 5v)

약간 다른 얘기를 해보면...

전선 2가닥 꼬아서 쓰는거 보셨을 겁니다. 거기에도 차동신호를 보냄니다. 꼬아진 2가닥 전선에

노이즈가 탄다고 해 봅시다... 수치상 노이즈가 원래 신호를 2v 증가시킨다고 가장 해보죠..(실제 노이즈는

가우시안함수라 저런경우는 없겠지만... 가정이란 전제하에..) 그면 꼬아진 2가닥 신호 모두 노이즈에 영향을 받겠죠.. 예를 들어 5v의 신호를 보내고 싶은데 차동신호로 꼬아진 두 전선에 한쪽에는 10v 한쪽에는 5v를 주었다고 해봅시다. 그러면 받는 쪽에선 10v-5v해서 5v의 신호를 받는건데 중간에 노이즈가 끼었으니 한쪽 전선은 10v +2v

해서 12v가되고 나머지 한쪽 전선은 5v+2v 해서 7v가되겠죠... 그면 출력단에서 출력 접압은 어떻게 되겠나요?

출력단에선 두 입력 신호의 차를 출력신호로 한다고 했으니깐 12v에서 7v를 빼면 똑같이 5v가 되죠...

즉, 중간에서 노이즈를 받았는데도 두 입력신로 라인 모두 똑같이 노이즈의 영향을 받았으니 출력단신호는

노이즈 영향을 안 받은거와 같게 되잖아요...그죠?? 왜 전화선이 꼬아진 2가닥으로 되었는지도 알겠죠??

그렇기 때문에 알아 둘것은 차동신호를 입력으로 쓸때 우리는 2개의 입력신호 값에는 관심이 없습니다.

우리가 알고 싶은 것은 두 신호의 차이가 얼마이냐 이것만 관심대상이 되겠죠...

이것이 differential input signal 개념입니다.

그러면 common-mode input signal은 무엇이냐.... 두 입력단에 같은 신호를 보내는 겁니다.

차이는 당연히 0(이상적인 경우, 실제 op amp는 아주 민감하므로 반응하게 됩니다.)이 되겠죠... 그게 바로  common-mode input signal 이죠...

출처 : http://blog.naver.com/crashfor/20109664935

분해능 이란?

분해능 ( Resolution )이란  일반적으로 해상도, 정밀도 라고 표현하기도 합니다.

분해능, 해상도, 정밀도, 모두 같은말 이지만 씌이는 분야에 따라 조금씩 다른 표현을 쓰지요.

통상적으로는 Resolution 으로 부릅니다.

예를들어  디지털 카메라의 경우의 분해능이란?  픽셀상 그림크기를 말하겠지요?

현미경이나 질량분석기, 분광기의 경우는 해상력이라고도 표현 합니다.

얼마나 대상을 세밀하게 분리할수 있냐의 뜻으로 쓰입니다.

보통 ADC 에서는 BIT라는 단위로 분해능을 표시합니다.

분해능의 종류로는 크게 2가지가 있습니다.

(최영철 박사님 논문 내용중)

1. 시간영역에서의 분해능

시간영역에서의 분해능이란 것은 샘플링, 즉 아래 그림처럼 ㅿt 을 의미한다.

          그림 1. 시간영역에서 신호데이터 샘플링. ㅿt 가 분해능(resolution)에 해당한다.

ADC에서

분해능의 수치 = 눈금에 따른 용량

샘플링 : 시간의 흐름에 따른 변하는 전압의 점하나를 추출

2. 주파수 영역에서의 분해능

주파수 영역에서 분해능은 두 가지 의미로 쓰인다.

(1) 주파수 영역에서 분해능이란 시간 영역에서와 같이 이산 신호의 주파수 변환에 따른 스펙트럼선 사이의 주파수 간격을 말한다. ㅿt 간격으로 n개의 이산화된 신호를 취하면 주파수 분해능은 ㅿf=1/(nㅿt)가 된다. 분해능의 증가 즉 상세한 스펙트럼 선을 얻기 위해서는 nㅿt 즉 전체 신호의 길이가 길어야 함을 할 수 있다.

(2) 더욱 일반적인 의미에서의 분해능이란 주파수 영역에서 근접한 두 개의 주파수를 얼마나 잘 분간할 수 있는 능력을 의미한다.

그림 2. 주파수 영역에서의 분해능.

두 주파수 성분이 떨어져 있을 경우 (a)와 같이 분별할수 있으나, 너무 가까이 붙어 있으면 (b)와 같이 두 주파수 성분이 마치 한 개의 주파수 처럼 보이게 된다.

위 그림(a)와 같이 2개의 주파수 성분인 1 f 과 2 f 이 떨어져 있을 경우 스펙트럼을 예측하여 보면 그림과 같이 두 개의 주파수 성분을 구분할 수 있다. 하지만 그림 2. (b)와 같이 두주파수 성분이 너무 근접해 있으면 마치 한 개의 주파수가 존재하는 것처럼 보이게 된다.

이러한 경우 분해능이 좋지 않다고 말할 수 있다.

좀 어렵나요? 

정말 쉽고 간단히 말씀드리죠. 

8비트 분해능이다? 혹은 16비트 분해능이다, 24비트 분해능이다. 이런말씀 많이들 들어보았을 것입니다.

명암으로 따지자면 블랙에서 화이트로의 명암 단계가 얼마나 세밀하게 나뉘어져 있느냐이고

음으로 따지자면 정말 작은소리로 부터 정말 큰소리까지를 몇단계로 나누어져 있느냐 입니다.

비트수가 작을수록 나눌수 있는 단계가 작다고 생각하시면 됩니다.

비트수가 크면 클수록 아날로그 값에 가까워 지겠죠?

예를 들어 8비트의 소리를 예를 들자면,

8비트는 2의 8승이 되겠습니다.

Byte로 따지면 1byte 이지요. 그럼 16bit는 2byte 겠죠?

8bit = 2의8승= 256

즉 8bit는 256 개로 소리를 쪼갠다는 말이죠.

시간축에서 음을 1초에 8bit인 256개로 쪼개느냐, 아니면 16비트인 65,536 개로 쪼개느냐 어떤것이 아날로그 음에 가까울까요?

결국 비트수가 높을수록 분해능이 높다는 것입니다.

또한 분해능이 높을수록 db(소리나 신호의세기) 또 한 커집니다.

1bit는 6db의 값을 가집니다.

그렇다면 16bit는 96db를 가지게 됩니다.

출처 : http://kama1204.tistory.com/entry/%EC%9A%A9%EC%96%B4-%EB%B6%84%ED%95%B4%EB%8A%A5-%EC%83%98%ED%94%8C%EB%A7%81-%EC%9D%B4%EB%9E%80

샘플링이란?

흔히들  샘플을 체취한다는 말들을 많이 씁니다.

요즘 미드에서 많이 나오지 않습니까?

형상을 알아볼수 없는 사람의 DNA 샘플의 체취로 그사람이 누구인지 쉽게 알수 있잖습니까? 하물며 요즘은 복제까지 가능하다죠?

마찬가지로 A/D 처리에서도 샘플링을 하면 원신호가 무엇인지? 그리고 원신호를 복구 시킬수 있습니다.

단 제약사항이 있습니다.

조선후기때의 나이키스트란 사람이  

"어떤 신호를 샘플링할때 그것의 2배이상의 주파수로 샘플링하면  원래의 신호로 재생할 수 있다."

라고 말합니다.

만약 사람이 들을수 있는 가청주파수 2000Hz를 재생하기위해선 4000Hz 이상으로 샘플링을 해야한다는 말이죠.

샘플링 율이 높다면 아날로그 신호에 가까운 신호라고 보시면 됩니다.

이유는 엘리어싱을 막기 위해서 입니다.

음 아직도 좀 어렵죠?

에니메이션을 예로 들자면 초당 몇 컷의 그림을 넘겨서 영상이 되느냐?  하는것과 같습니다.

컷의 수가 많아 질수록 영상이 부드럽고 자연스러워지죠?

즉 샘플링을 많이 한다는 것은 원신호에 가까워 진다는 말입니다.

신호처리에서의 샘플링

위의 그림을 참고하자면,

샘플링속도가 증가하면, 시간축상 샘플의 증가와 더불어 분해능이 좋아 지는걸 볼수 있습니다.

즉 샘플링 속도가 증가해서 취득한 샘플의 갯수가 많아야지만 센서단에서 나온 원신호와 가까워지는 것이지요.

이때 주의해야할것이 나이키스트 이론입니다.

엘리어싱을 막기위해 최소한 센서단에서 나오는 출력 신호중 가장 빠른 주파수성분 보다 

최소 2배이상 빠른 속도로 샘플링 해야만 합니다.

일반적으로는 3~8배 정도 빠른 주파수 샘플링을 선택합니다.

h를 측정하기 위해서 사용될 sensor 선정

1. GP2Y0A41SK0F 모델 (psd sensor)

데이터 시트를 보면 한번 거리를 측정하는데에 걸리는 시간이 이다. ATmega128의 ADC 변환속도를 봐야 알겠지만 매우 느릴 것으로 생각됨 따라서 적외선 센서 사용 안함

2. 가변저항과 ADC 사용

일단 가변저항에서 저항값이 변할때에는 시간이 소모되지 않는다. 그 다음으로 가변저항의 값을 디지털 값으로 바꾸는 ADC과정에서 소모되는 시간을 알아봐야 한다. Analog -> Digital에는 샘플링 시간을 봐야한다.

sps (Samples per second): 1초 동안 샘플링 갯수. 

ATmega128 같은 경우에는 Up to 76.9 kSPS (Up to 15 kSPS at Maximum Resolution) : 최대 76.9kSPS 이지만 최대 분해능(resolution)을 사용하기 위해서는 15 kSPS 속도가 나옴. 참고로 ATmega128에서 최대 분해능을 사용하기 위해서 사용되는 ADC clock frequency : By default, the successive approximation circuitry requires an input clock frequency between 50kHz and 200kHz to get maximum resolution. if a lower resolution than 10 bits is needed, the input clock frequency to the ADC can be higher than 200kHz to get a higher sample rate.

MCP3204 라는 chip을 사용하면 (외부 ADC) 최대 100 kSPS 까지 사용할 수 있다. MCP3204는 analog 신호를 digital 신호로 바꿔주고 그 신호를 SPI통신을 통해서 전달해준다. 100 kSPS면 1초에 샘플링을 100 000 번 하므로 한번 샘플링 하는데에 0.1 us가 걸리는 것. 적외선 센서와는 차원이 다르게 빠른다