디지털 신호와 아날로그 신호

디지털 신호와 아날로그 신호

전자 및 통신 산업의 핵심인 디지털 시스템은 반도체 집적회로 기술과 시스템 기술이 눈부시게 발전하면서 방송, 통신, 컴퓨터가 융합되는 정보화 사회로 진전하는 데 커다란 역할을 하고 있다. 디지털 시스템이 아날로그 시스템과 대조되는 점은 이산적인 단위량의 정수배로 표시하고, 이산량을 이용하여 정보를 처리한다는 점이다. 현실 세계의 물리적인 양은 시간에 따라 연속적으로 변화하는 것이 많다. 예를 들어 온도, 습도, 소리, 빛 등은 시간에 따라 연속적인 값을 갖는다. 이러한 물리적인 양을 전기, 전자적으로 측정하기 위해 트랜스듀서를 이용하여 전기, 전자적 신호로 변환하면 원래의 물리적인 양과 유사한 연속적인 값을 갖는다. 이러한 전기, 전자 신호를 아날로그 신호라고 한다. 이에 반해 디지털 신호는 분명히 구별되는 두 레벨의 신호값만을 갖는다. 아날로그 신호와 디지털 신호를 그림으로 표현하면 아래와 같다.

일상생활에서 사용하는 전자기기는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 사용한다. 시계를 예로 들면, 초침과 분침이 회전하는 형태의 눈금 시계는 아날로그 시계이며, 시간이 숫자로 표시되는 형태의 시계는 디지털 시계이다. 디지털과 아날로그를 구분하는 정말 간단한 방법이 있다. 아날로그 시계와 디지털 시계를 생각해보면 쉬운데, 바로 cpu의 유무이다. 다시 본문으로 돌아가 우리 생활 주변에서도 온도계, 습도계, 시계, 회로시험기 등 아날로그 형태와 디지털 형태의 다양한 기기를 발견할 수 있다.

디지털 시스템과 아날로그 시스템

전기 전자회로는 취급하는 신호의 성격에 따라 아날로그 시스템과 디지털 시스템으로 구분되며, 각각 아날로그 신호와 디지털 신호를 통해 동작한다. 이산적인 정보를 가공 및 처리하여 최종적으로 얻으려는 정보를 출력하는 몯느 형탱릐 장치를 디지털 시스템이라고 한다. 원래 시스템이란 임의의 종합된 형태의 작업이나 기능을 수행하는 일정한 체계를 갖춘 기기의 집합체로 정의된다. 디지털 시스템은 간단한 산술연산을 수행하는 장치에서부터 컴퓨터나 방송, 통신 시스템처럼 매우 복잡한 시스템에 이르기까지 다양하게 정의될 수 있다. 이에 비해 아날로그 시스템은 디지털 시스템에 대응하는 것으로 연속적인 정보를 입력받아 처리하여 연속적인 형태의 정보를 출력하는 시스템으로 정의된다. 오늘날에는 대부분의 전자 시스템이 디지털화되었지만, 그 전에는 아날로그 시스템이었다. 연속적으로 변하는 다양한 정보를 이산적인 정보로 변환하기 위해서는 아날로그-디지털 변환기를 사용하는데, 아날로그 시스템에 비해 디지털 시스템은 다음과 같은 장점이 있다. 첫째, 디지털 시스템은 내부와 외부 잡음에 강하다. 일반적으로 아날로그 시스템은 외부 잡음이나 온도 변화, 부품의 사용 기간 등에 민감하게 반응하지만, 디지털 시스템에서의 전기 전자 신호는 이산적인 정보를 사용하기 때문에 내,외부 잡음의 영향을 줄일 수 있다. 둘째, 디지털 시스템은 설계하기 용이하다. 디지털 시스템에서 사용되는 회로는 off 또는 on 상태만이 중요한 스위칭회로이다. 따라서 회로의 전압이나 전류의 정확한 값보다 전압이나 전류가 일정한 범위 내에 있으면 off 또는 on 상태를 쉽게 인식할 수 있다. 또 디지털 시스템은 좀 더 규모가 작은 서브시스템으로 분해하는 것이 가능하고, 높은 레벨에서 낮은 레벨에 이르기까지 다양한 시스템 모델로 나타낼 수 있으며 계층 구조를 갖춘 시스템 설계도 가능하다. 셋째, 디지털 시스템은 프로그래밍으로 전체 시스템을 제어할 수 있어서 규격이나 사양 변경에 쉽게 대응할 수 있다. 또 기능 구현의 유연성을 높일 수 있고, 개발 기간을 단축할 수 있다. 넷째, 디지털 시스템에서는 디지털 정보의 이산적인 특징 때문에 정보를 저장하거나 가공하기 쉽다. 다섯째, 디지털 시스템에서는 정보 처리의 정확성과 정밀도를 높일 수 있으며, 아날로그 시스템으로는 다루기 어려운 비선형 처리나 다중화 처리 등도 가능하다. 여섯째, 디지털 시스템은 전체 시스템 구성을 소형화하고 저렴한 가격에 구성할 수 있다. 여러 가지 디지털 회로나 기능을 하나의 칩에 집적하면 인쇄회로기판의 크기나 사용하는 부품의 수를 줄일 수 있기 때문이다. 이러한 디지털 시스템의 장점들 때문에 기존 아날로그 시스템이나 새로운 시스템을 대부분 디지털 시스템으로 구성한다. 하지만 시스템에서 관측하고 동작, 제어되는 정보의 물리적인 양은 대부분 아날로그 양이다. 사람드링 아날로그 정보인 물리적인 양에 좀 더 익숙하기 떄문에 디지털 시스템으로 처리한 정보라고 해도 궁극적으로는 아날로그 형태의 정보로 다시 변환해야 한다. 이를 위한 장치가 디지털-아날로그 변환기다. 이와 같이 디지털 시스템은 아날로그와 인터페이스를 필요로 하기 때문에 전체 시스템을 효율적으로 구축하기 위해 아날로그 신호의 본질이나 특성을 좀 더 철저하게 이해해야 한다.