1.3 아날로그 신호와 디지털 신호, 그리고 Ground

1.3. 아날로그 신호와 디지털 신호, 그리고 Ground

디지털 신호는 아날로그 신호의 일종이다. 앞서 배운 것처럼 디지털 신호는 대부분의 DC 성분과 약간의 AC 성분으로 이루어진 아날로그 신호이다. 

 

DC는 주파수가 0이고, AC는 주파수 성분을 조금이라도 가진 것들은 나머지 것들이다.

 

디지털 신호는 High와 Low 두 개의 Logic Level만을 가질 수 있다. 그 Level은 엔지니어가 정할 수 있다.

ex) 1V(High)/0V(Low), 2V(High)/-2V(Low), ...

일반적으로 말하면, 특정 임계값(Threshold) 이상이면 High, 이하이면 Low로 판단한다.

ex) 1.5V Threshold일 때, 값이 1.5V 이상이면 High, 1.5V 이하이면 Low.

 

디지털 신호의 Transition( 0 -> 1, 1 -> 0)에 원치 않는 AC 성분들(Bounce)이 포함된다. 여담으로, 최근들어 Clock이 점점 고주파로 빨라짐에 따라 이 AC 성분이 문제가 된다고 한다. 특히 PCB에서 이 AC 성분이 EMI(전자파 방해)를 발생시킨다. 즉, AC 성분이 만들어낸 자기장이 PCB 상의 다른 Component에 영향을 주어 말썽을 일으킨다.

 

이 Transition Noise는 전원 라인에서 자주 볼 수 있다. 예를 들어, 칩 동작 시점에 많은 전류를 갑자기 끌어다 쓸 때 발생할 수 있다. 이는 칩의 VDD(Power 선)와 VSS(GND 선) 사이에 Bypass 커패시터 또는 Decoupling 커패시터를 달아서 방지한다. 커패시터가 전하를 저장하고 있다가 칩의 전압이나 전류가 순간적으로 낮아졌을 때 보충해주는 역할을 한다.

 

GND(Ground)는 모든 전위에 대하여 기준이 되는 0V를 의미한다. GND는 전류를 빨아들이는 곳이다.

 

 

• Analog GND(AGND)와 Digital GND(DGND)

AGND와 DGND는 성질이 달라서 서로 맞물리면 안 되고 분리해야 한다. 그 이유는, Digital System에서 급변하는 전압은 Analog System에 악영향을 미칠 수 있기 때문이다. 두 시스템을 분리하기 위해, AGND와 DGND 사이에 비드(Bead)를 단다. 여기서 비드는 일종의 인덕터인데, 고주파를 제거하는데 특화된 인덕터이다.

 

엄밀하게 말하면 인덕터와 비드는 다르다고 한다. 그 내용은 아래 링크를 참고하면 될 것 같다. 비드가 고주파 신호를 제거해준다는 것만 기억하면 되겠다.

 

https://e-circuit.tistory.com/13

Bead (비드)

https://programfrall.tistory.com/90

[전자 하드웨어 기초] 21. 인덕터, 코일 (칩 페라이트 비드 인덕터 란, Ferrite Bead 란, 비드 란)

 

1. 디지털 신호는 Threshold Voltage 기준으로 High와 Low 두 개의 값만 가질 수 있다.
2. 디지털 신호의 Transition에는 원치 않는 AC 성분이 있다. 이는 시스템에 악영향을 미칠 수 있는데, 칩의 VDD와 GND 사이에 바이패스 커패시터나 디커플링 커패시터를 달아서 방지한다.
3. AGND와 DGND는 성질이 다르기때문에 비드(Bead)를 사용해서 분리한다.