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차동증폭기의 Vout은 다음과 같다.

이상적인 차동증폭기는 차동 입력신호만 증폭하고 동상 모드 입력신호는 완전히 제거한다.

반전 증폭기의 구성의 이득 = R2/R1

비반전 증폭기 구성의 이득 = R4/(R3+R4)*(1+R2/R1)

여기서 동상 모드의 신호를 제거하기 위해서는 반전 구성에서의 이득과 비반전 구성에서의 이득을 같게 해줘야 한다.

R2/R1 = R4/(R3+R4)*(1+R2/R1)

R4/(R3+R4)=R2/(R1+R2)

여기서 R4=R2, R3=R1 임을 알 수 있다.

이제 반전 증폭기의 구성(Vout1,Vin1)과 비반전 증폭기의 구성(Vout2,Vin2)을 동시에 생각하면

Vout=Vout1+Vout2=-R2/R1Vin1+R2/R1Vin2=R2/R1Vid

따라서 Ad=R2/R1

Orcad 시뮬레이션을 돌려보았다.

Input으로 진폭이 1인 사인파를 넣어주었다.

그 결과 4배 증폭이 되었다.

op-amp 연산증폭기(operational amplifier)

전자공학을 전공하면서 자주 등장하는 opamp, 증폭기, 발진기 등 활용도가 높다.

먼저 연산증폭기 그 자체를 살펴 보겠습니다.

이상적인 연상증폭기(ideal op-amp)일때의 조건입니다. 

1. V+=V-, 열린이득 G=∞

2. V+, V-의 전류는 모두 0이다, Rin=∞

시험문제를 풀때 V+=V-, V=와 V-의 전류는 0 이 두 조건은 매우 중요합니다.

그리고 op-amp는 정궤환(positive feedback)이면 발진기, 부궤환(negative feedback)이면 증폭기로 사용됩니다.

이제 다뤄볼 내용은 반전증폭기입니다.(op-amp는 이상적이라고 가정합니다.)

직관적으로 생각하면 먼저 Vin이 +가 걸리면 V+,V-가 모두 0이기 때문에 Rin에 해당 방향으로 +전류가 걸립니다.

그리고 V+,V- 전류가 0이기 때문에 그대로 Rf에 가기 때문에 Vout은 -전압이 걸립니다. (아래 그림 보면서 생각해주세요~)

위의 방식대로 식을 정리해보면 다음과 같은 식을 도출할 수 있습니다. 

다음은 비반전 증폭기입니다.

여기도 직관적으로 V+,V-에 Vin이 걸립니다. Vin이 +일 때 전류는 해당 방향으로 -값입니다.

V+,V- 전류는 0이기 때문에 그대로 R2에 걸립니다. 따라서 Vout도 +입니다.

따라서 비반전 증폭기가 되는것입니다.

위의 방식대로 식을 정리해보면 다음과 같은 식을 도출할 수 있습니다. 

다음 글에서는 발진기나 차등 증폭기에 대해서 알아보겠습니다.

오실레이터 OSC

레조네이터(크리스탈, 콘덴서 등) + 발진회로로 구성되어있다.

발진회로 내장해서 전원만 넣으면 파형이 나온다.

주변회로가 간단하고 편하다.

주로 수십Mhz 이상의 고주파 사용시 사용한다.

주파수 조정이 불가하다.

크리스탈에 비해 가격이 비싸다.

크리스탈 X-TAL

정밀한 주파수가 필요할 때 사용한다.(트리머 사용) 

오실레이터에 비해서 저비용이다.

두께에 따라 주파수가 다르고 얇을수록 주파수가 높다. 

따라서 가공하기 어려워 고주파는 비싸다.

결론

오실레이터와 크리스탈은 모두 일정 주파수 클럭을 발생시키는 소자입니다.

위와 같이 두 개의 차이점이 있고

크리스탈과 소자 구분 시 점(o)으로 구분한다.(왼쪽 하단에 o이 표시되어있음)

Passive Filter(수동필터)

Active Filter(능동필터)

능동소자와 C,R에 의해 구성된 필터 회로

주로 opamp를 사용하여 저주파(10kHz정도 이하) 영역에서 널리 사용됨

본래의 필터 회로(LC, L의 값이 큼)에서 L을 추방하기 위하여 고안됨, L은 크기가 크고 Q값을 저하함

장점

-높은 전압이득

-높은 입력 임피던스, 낮은 출력 임피던스

단점

-DC전압 필요

-opamp의 주파수 응답에 따라서 고주파 사용 제한

*능동소자: 작은 신호를 넣어 큰 출력 신호로 변화시킬 수 있는 소자 (진공관, opamp, 다이오드, 트랜지스터 등)

*수동소자: 공급된 전력을 소비 또는 방출하는 소자 (인덕터, 저항, 커패시터 등)

Active LPF(Low Pass Filter)

Active HPF(High Pass Filter)

Active BPF(Band Pass Filter)

EMC

Electro Magnetic Compatibility

전자파 적합성

EMI EMS 통칭

전자파를 얼마나 방출해서 방해를 하는가와 전자파로부터 얼마나 방해를 받는가를 둘다 고려합니다.

EMI

Electro Magnetic Interference

전자파 장해 기기가 주변으로 방출하는 전자파의 영향

전자파가 얼마나 방출되는지를 측정

RE(Radiated Emission) 복사방출

전자파가 자유공간상에서 복사되어 전달되는 전자파 노이즈

CE(Conducted Emission) 전도방출 

전자파가 신호선 또는 전원선을 통해 외부로 전달되는 노이즈

회로가 엉망이거나 접지를 잘못했을 경우 크게 나올 가능성이 있습니다.

EMS

Electro Magnetic Susceptibility

전자파 내성 주변의 전자파로부터 받는 영향

전자파, 전압 변동, 정전기 등을 가해 정상작동을 하는지 확인

RS(Radiated Susceptibility) 방사내성

자유공간으로부터 전파되어 들어오는 전자파 간섭의 내성

CS(Conducted Susceptibility) 전도내성

신호선 및 전원선을 통해 들어오는 전자파 간섭의 내성

전자제품을 팔려고 하면 EMI 와 EMS 검사를 통과해야합니다.

일본과 미국은 EMI만 규제하고 우리나라를 비롯한 대부분의 국가들이 EMI EMS 모두 규제한다고 합니다.

주파수가 낮으면 자기장의 영향이 큽니다. 주파수가 높으면 전자파의 영향이 큽니다.

따라서 주파수가 높은 경우 EMI EMS를 통과했는지가 중요합니다.

전자파는 인체에 확실히 해롭다는 연구결과가 많지만 자기장은 아직 잘 모른다고 합니다.

EMS EMI를 잘 해결해야하는데 해결하는 방법에는 다양한 방법이 있습니다.

하지만 케이스가 많아 아직 경험에 의존을 많이 한다고 합니다.

EMS EMI 회로 밖에서 영향을 주고, 받는 내성도 중요하고 회로 내에서 간섭이 생기지 않는 것도 중요합니다.

SI(Signal Integrity) : 신호 무결성,  PI(Power Integrity) : 전원 무결성

Spacing, Length 조절, 회로 패턴 변경의 방법이 있습니다.

L을 나란히 배치하면 서로 간섭을 줄 수 있기 때문에 수직으로 배치합니다. 

버스형 (Bus)

일부 고장시 전체에 영향을 줍니다.

추가 변경 제거 용이합니다.

망형 (Mesh)

많은 양의 통신에 강하고 많이 쓰입니다.

통신선로의 총길이가 가장 깁니다.

안정적이지만 설치어렵고 유지보수 비용이 많이 듭니다.

공중통신망에 사용됩니다.

스타형 (Star)

중앙 집중형이고 중앙엔 허브같은게 위치합니다.

문제 빠르게 파악 가능합니다.

중앙에 문제 생기면 모든 네트워크 문제가 됩니다.

링형 (Ring)

Single Ring = 단방향

Dual Ring = 쌍방향

구조 간단하지만 링 제어 복잡합니다.

장비 추가 삭제시 연결을 절단해야합니다.

트리형 (Tree)

스타형에 비해 배선절약을 절약할수 있지만 전송거리가 증가될 수 있다

통신선로의 총 길이가 짧습니다.

구성은 복잡하지만 신뢰도가 높고 분산처리 시스템에 적합합니다.

부모노드가 고장나면 자식노드 연결 단절됩니다.

오늘은 LTI시스템에 대하여 알아보겠습니다.

LTI(Linear Time Invariant System) 선형 시불변 시스템

인과성 + 선형성 + 시불변성을 가지는 시스템

인과성 = input신호가 들어간 이후에 output신호가 나와야합니다.

선형성 = 중첩의 원리를 만족해야합니다.(Homogeneity, Additivity를 만족해야한다!)

            H(ax+by)= aH(x)+bH(y)

시불변성 = 어떠한 시간에도 같은 input신호가 들어가면 동일한 output신호가 나와야합니다.

y(t)=S(x(t))=h(t)*x(t)            

y[n]=S(x[n])=h[n]*x[n]            

만약 LTI시스템이 아니라면 선형성, 시불변성이 만족되지 않기 때문에 생각하기 매우 복잡해집니다.

와이파이 Wi-Fi

소비전력이 높다

2.4GHz, 5GHz 대역을 사용한다.

광대역 인터넷,  무선랜에 사용한다.

블루투스 Bluetooth

단거리 고속에 적합하다.

2.4GHz 대역을 사용한다.

일대일, 일대다 연결이다.

데이터 전송에 강하여 기기간 무선연결, 웨어러블 디바이스에 사용한다.

작품활동을 하며 가장 많이 사용한 통신

비콘도 블루투스 4.0 기반 통신이다.

지그비 ZigBee(Zigzag+Bee)

저비용 완전저전력 망사형

장거리 저속에 적합

토폴로지 Adhoc, mesh, star, point to point 등

868MHz(유럽)

900~928MHz(미국 및 오스트레일리아)

2.4GHz(전세계)

스마트홈 산업제어 모니터링 센서 네트워크 빌딩자동화 등에 사용

IrDA (Infrared Data Association) 

적외선 통신

속도가 빠르고 에러가 적다.

리모콘에 사용

요새는 연구가 적다.

데이터는 오류에 민감합니다.

은행을 예로 들면 10만 원을 송금했는데 100만 원이 송금되면 큰일 나겠죠.

오류가 1개 났을 뿐인데 말이죠.

반면에 음성신호는 오류에 민감하지 않은 편입니다.

따라서 데이터 전송 시에 오류가 있으면 안 됩니다.

보통 통신에서는 에러를 검출하고 에러가 검출되었다면 재전송을 합니다.

이때 CRC와 패리티 비트라는 용어가 나옵니다.

먼저 CRC란 Cyclical Redundancy Check의 줄임말로 패킷에 데이터(Payload)와 함께 넣어보냅니다.

패킷에 Payload와 CRC가 들어있는 거죠. Header(데이터 정보)도 패킷에 포함되어 있습니다.

이 패킷을 송신하고 수신을 한 뒤 CRC를 먼저 확인해서 오류 유무를 파악합니다. 

CRC 오류가 검출되었으면 Packet을 재전송합니다.

CRC가 틀리면 Payload도 틀릴 확률이 높기 때문입니다.

CRC는 다항식을 통해서 값을 구합니다.

이 계산식은 복잡한데 위키백과에 친절하게 계산방법이 단계별로 설명되어 있습니다.

https://ko.wikipedia.org/wiki/%EC%88%9C%ED%99%98_%EC%A4%91%EB%B3%B5_%EA%B2%80%EC%82%AC

CRC는 다항식의 종류에 따라 CRC-16, CRC-32, CRC-64 등이 존재합니다.

이번엔 패리티 비트를 알아보겠습니다.

패리티 비트는 데이터의 1의 총개수로 오류를 검출합니다.

패리티 비트는 데이터의 1의 총개수를 짝수로 맞춰줍니다.

위의 그림을 예로 들면 첫 번째 데이터의 1의 개수를 3개로 홀수개이므로 패리티 비트를 1로 설정하여 짝수로 설정합니다.

두 번째 데이터의 1의 개수는 2개로 짝수이므로 패리티 비트를 0으로 설정하여 짝수로 유지합니다.

이렇게 만든 데이터를 송신하고 수신하여 받으면 1의 총개수를 확인합니다.

1의 총개수가 홀수면 데이터에 오류나 났다고 판단하고 재전송을 합니다.

CRC와 패리티 비트 차이는 CRC가 연산은 훨씬 복잡하지만 패리티 비트가 잡아내지 못하는 오류를 잡아낼 수 있습니다.

이렇게 CRC와 패리티 비트에 대해서 알아보았습니다~~~ㅎ

기숙사에서 와이파이가 너무 안터져서 공유기를 바꿨습니다!

iptime A604M 제품입니다.

2.4GHz 5GHz 모두 지원하는 제품입니다.

이렇게 와이파이가 2개 잡힙니다!

현재 차세대이동통신표준 수업을 듣고 있는데 교수님께서 2.4GHz와 5GHz를 비교해주셔서 

좀 더 검색해본 뒤 정리해보았습니다.

이해하기 쉽게 장단점 위주로 정리하겠습니다.

2.4GHz 장점 : 파장이 길어 장애물을 피하는 굴절 능력이 좋아 5GHz에 비해 장애물의 영향을 적게 받습니다.

2.4GHz 단점 : 대다수의 공유기, 블루투스 기기, RF방식의 마우스, 키보드, 드론, 그리고 전자렌지가 2.4GHz를 사용하기 때문에 간섭이 심함

                    간섭이 생기면 속도가 느려진다.

5GHz 장점 : 5GHz를 사용하는 기기가 적어 간섭이 별로 없다. 

                  비중첩 채널이 2.4GHz보다 많아 겹칠 확률이 적어 속도가 떨어질 확률이 적다.

5GHz 단점 : 직진성이 강해 장애물의 영향을 많이 받는다.

                  파장이 짧아 수증기 등의 영향을 많이 받는다.

이전에는 5GHz를 지원하는 기기가 적었지만 요새는 대부분의 기기가 지원합니다. (ex) 아이폰 5부터 지원함)

많은 블로그 후기들을 보면 2.4GHz 랑 5GHz의 속도를 어플을 사용해서 비교를 한 자료가 많네요.

결과는 5GHz가 더 좋네요. 간섭의 영향이 큰가봅니다.