차무건의 인생공부

 정말 원초적인 질문이죠? 사실 숙련자라면 별 감흥없이 dB단위를 사용하는데 익숙해서 이런 의문이 떠오르지 않을지도 모릅니다. 하지만 대부분의 초보자들은 dB단위를 쓰는데 많은 혼란을 겪으며, 왜 dB를 쓰는즈에 대한 이유같은 것은 찾기가 어려울 것입니다. 여기서 한번 그 의문을 풀어보도록 하지요. dB의 정의 dB, 즉 Decibel의 정의를 모르는 분은 없으리라 생각됩니다. 고등학교 수학시간에 배우는 LOG값을 부르는 단위니까요. 어떤 수치값 X에 대해 10 * log x 한 값을 dB라고 부르지요. 10 * log 10 = 10dB 10 * log 100 = 20dB 10 * log 1000 = 30dB 10 * log 10000 = 40dB 뭐 다 아실테지만, 결국 dB 값이란 대상수치를 10을 밑수로 한 지수값 * 10 값을 말하는 것이죠. 왜 10을 곱하냐구요? 그냥 기준값 10을 넣을때 10이 나오게 하려고, 즉 계산이 편하자고 붙인 수치입니다. 한마디로 dB란 측정값(전압,전력)을 log스케일로 본 값입니다. dB의 어원 dB는 데시벨(Decibel)이라고 읽습니다. 물론 대부분은 편의상 그냥"디비"라고 읽긴하지요. 이것은 Deci + bel의 합성어인데, 앞의 Deci는 '10'을 의미하는 접두사이고, 두 번째 단어인 bel은 미국의 오랜 전통의 통신회사인 Bell lab을 의미합니다. Bell lab에서는 넓은 범위의 값들을 한눈에 보기도 어렵고 계산하기도 귀찮기 때문에, 밑수를 10을 사용하는 log로 변환하여 사용하기 시작했다고 합니다. 이때 log를 취한 값들이 너무 작아지기 때문에, 여기서 추가적으로 10을 곱하여 사용하게 되었습니다. 그래서 접두어로 'Deci'가 붙게 된 것이지요. 결국 dB는 어떤 자연계의 단위가 아닌, 인간이 쓰기 편하려고 만들어낸 어떤 가상의 지표이기도 합니다. 그저 인간이 편하려고 만든것이기 때문에, 그 원리를 이해하기 보다는 사용법을 잘익히는게 중요하다는 의미가...

7-3 기본값 7-4 키워드값 7-5 가변인자 7-7 퀴즈 #6

  S파라미터는 RF/Microwave를 하는 사람으로써 늘상 마주쳐야 하는 가장 중요한 특성 값입니다. 자주 쓰는 사람은 무덤덤하게, 즉 익숙하게 사용하지만 처음 고주파를 접하는 분들은 많이 당황해 합니다. 전압, 전류, 이런 어떤 전기적 파라미터에 익숙하다가 갑자기 S파라미터를 쓴다고 하면 의문을 가지기 마련이죠. RF에서 S파라미터는 가장 널리 사용되는 특성 지표입니다. S파라미터에 대한 정의는 매우 간단하므로 S파라미터란?을 참조바라며, 이글은 S파라미터가 익숙치 않은 분들을 위한 설명입니다. 고로 S파라미터를 잘 아시는 간단하게 읽어보세요. S 파라미터 = S 행렬(Matrix) 자, 여기서 간단한 질문을 해보지요. S31이 의미하는 것이 무엇인가요? 답은 ' 1번 포트에서 입사된 전압이 3번포트로 얼마나 전달되느냐'  입니다. 이렇듯 뒤에 있는 숫자가 입력, 압에 있는 숫자가 출력 포트를 의미하죠. 사실은 이것 만으로 S파라미터의 의미나 사용하는 이유는 극명하게 밝혀집니다. 바로 각 포트간의 전압/전력배분을 보기 위한 목적이라는 점입니다. 그리고 이것은 모든 포트에 대해 자신을 포함한 행렬로 표현됩니다. 그래서 S mitrix(행렬)이라는 표현을 쓰지요. 예를 들어 포트가 3개짜리 소자의 S파라미터는 아래와 같이 표현될 것입니다.                                                포트수의 제곱에 해당하는 S파라미터 갯수가 나오게 되지요. 이렇게 하면 각 포트간의 입사된 전력이 다른 포트로는 얼마나 가느냐? 가 일목요연하게 나타납니다. 여기서 눈치챌 수 있는 것은 대각선 행렬값은 반사계수를 의미하게 되죠. 그리고 많은 수동소자들은 이 행렬이 reciprocal 하다구 하죠. S21 = S12...

  5-2 사전 5-3 튜플 5-4 세트 5-5 자료구조의 변경 5-6 퀴즈 #4 6-1 if 6-2 for 6-3 while 6-4 continue 와 break  6-5 한 줄 for 6-6 퀴즈 #5 내꺼는 왜 매칭 실패한  손님 안알려주는지 잘 모르겠습니다. 7-2 전달값과 반환값

 4-5 탈출문자 4-6 퀴즈#3 5-1 리스트 점점 어려워지네요..

  적분기와 미분기 / op-amp 응용회로 (tistory.com)  참조

 4-1 문자열 4-2 슬라이싱 4-3 문자열처리함수 4-4 문자열포맷

 RF를 오래 하다보면 이런 질문이 우문처럼 들릴 수 있습니다. 하지만 경우에 따라 누군가에겐 매우 궁금한 질문이 될 수 있겠죠. 임피던스 매칭은 원래 당연히 해야하는 것이지, 왜 하느냐의 문제가 아니라고 봐야 하겠지만, 만약 아직까지 임피던스 매칭의 전반적 개념에 대해 아리까리한 사람은 이글에 나온 다양한 설명을 참조하여 개념을 익히기 바랍니다. 임피던스 매칭(Impedance Matching)이란? 일단 임피던스의 의미를 알고 있다는 가정하에, 임피던스 매칭 또는 정합에 대해 간략한 정의를 내려보죠. 어떤 하나의 출력단과 입력단을 연결할때, 서로 두 연결단의 임피던스차에 의한 반사를 줄이려는 모든 방법을 임피던스 매칭이라 부릅니다.  보통은 두개의 연결단 사이에 별도의 매칭단(matching unit)를 삽입하여 두 연결단 사이의 임피던스 차이를 보정해줍니다. RF에서 임피던스 매칭이란 '중요'하다는 단어로도 절대 부족합니다. '필수'또는 당연히 거쳐야 할 문제입니다. 저주파 회로에서 거의 사용하지 않는 개념이라 저주파 설계하시던 분들이 어려워 하는 개념일 수 밖에 없죠. 어쨌든 RF에서 임피던스 매칭은, 그중요성을 논하는 것 자체가 부질없을 정도로 고주파 설계의 원초적 기본중의 기본 그자체라고 볼 수있습니다. 도로 이론 임피던스를 설명할 때 많이 나오는 이론 중의 하나가 바로 도로이론이며, 실제 전기에너지의 흐름과 아주 유사합니다. 도로이론에서 나온 중요한 개념은 도로의 폭(=임피던스의 크기)와 한꺼번에 일렬로 통과하는 자동차의 통행량(전류), 자동차의 통행속도(전압)로 정리됩니다. 자, 선로의 폭이 좁으면 임피던스가 커질까요? 작아질까요? 이것에 대한 확실히 답을 못하는 분이라도, 이것은 아실겁니다. 도로의 폭이 좁으면 차들이 잘 지나갈 수 있을까요? 없을까요? 당연히 통행량은 줄어들고 힘들어집니다. 임피던스의 원어인 Impede를 사전에서 찾아보시면, '방해하다'의 뜻입니다. 원래 임피던스의 사전적인 정의는 ...

 3-2 간단한 수식 3-3 숫자처리함수 3-4 랜덤 함수 3-5 퀴즈 # 2          

 공학적인 구분 단자나 포트는 일반적으로 구분할 수 있는 식의 말은 아니죠. 공학적으로 구분해야 합니다. 그럼 일단 오실로스코프를 가정해보지요. 저주파회로는 오실로스코프의 probe(측정용 탐침)을 그냥 갖다 대면 전압파형이 측정됩니다. 하지만 아시다시피 초고주파 RF에서는 그런 측정방법이 먹히지 않습니다. 그것에 대한 이유는 여러가지로 게시판에서 거론되었지요. 고주파에서는 교류전류측정이 매우 어려운 일이기 때문이라고 할수도 있고,,, 그렇다면, 이렇게 단순히 probe를 갖다 대는 것만으로 측정이 어려운 단자를 '포트'라고 부르는 것인가? 라는 의문이 생깁니다. 어느정도 맞는 말입니다만, 여기서 실제 '포트'의 정의는 무엇인지 알수는 없습니다. 또한 비슷한 관점에서 DC신호의 끝단은 '단자',AC측정의 끝단은 '포트'라고 알고 계신 분도 있을 겁니다. 분명히 그것도 틀린 정의는 아닙니다. 'Port'란? 본론입니다. 일반적으로 '포트'라 불리우는 것은. 신호선 + GND가 일정한 조건으로 유지되는 교류단자 의 한 종류를 말하는 것입니다. 동축선의 예를 든다면, 동축선(Coaxial Cable)은 중심도체와 외곽도체사이에 일정한 유전체를 삽입하여, 단면에서 보았을 때 하나의 신호가 완전하게 전송될 수 있게 되어 있습니다. RF에서 신호를 전송하기에는 왼쪽과 같은 동축선 구조가 적합하고 무난하기 때문에 가장 많이 쓰이게 되죠. 일반적인 단자라고 부르는 것은, 그냥 금속선의 끝 또는 중간부위를 말합니다. 그것은 보통 GND가 아닌 신호선만을 지칭하며, 그런 이유로 DC와 저주파에서 통용되는 말입니다. 앞부분의'Microstrip'은 왜 쓰는가? 라는 단원에서 계속 강조된 것이 무엇인가요? 바로 고주파에서는 신호와 GND간의 조건이 명확 해야 한다는 점입니다. 즉 신호선과 GND는 저주파에서 처럼 완전히 분리되어선 안됩니다. 고로 초고주파 RF에서는 신호선에 prob...

2-1 숫자 자료형 2-2 문자열 자료형 2-3 boolean 자료형 2-4 변수 2-6 퀴즈 #1 3-1 연산자

 Microstrip은 과연 많이 쓰이는가? 보통 300Mhz 대역 이상이 되면 점차 일반 PCB가 아닌 Microstrip 구조를 고려하게 됩니다. 900Mhz 정도면 Microstrip 구조의 회로를 주로 생각해야 되지만, 이런저런 이유로 회로구조가 아주 작다면 Microstrip가 아닌 일반 PCB 형태로 만들기도 합니다. 그렇지만 Ghz 대역을 넘어서기 시작하면? 어떤 식으로든 Microstrip  형태가 아니면 구현이 매우 어려워집니다. 왜냐구요? 이제부터 그 이유를 알아봐야죠. 어쨌든 Microstrip은 고주파 RF에서 가장 기본적으로 쓰이는 기판이라는 점 기억하시길. Microstrip은 일반 PCB와 무엇이 다른가? 엄밀히 말해서 마이크로 스트립은 PCB의 한 형태일 뿐입니다. 자세히 보지 않으면 보통 전자회로 기판과 그 차이를 모를 수도 있죠. 바로 그 일반 PCB와 Microstrip의 차이를 알면 그게 곧 Microstrip을 쓰는 이유와 직결될 것입니다. 저주파대역에서 사용되는 일반 PCB에서는, 각소자와 소자간의 패턴(레이아웃), 즉 선로의 형상이나 길이에 의해 그 회로가 영향을 받긴 합니다. 주로 안정성과 동작 에러와 관련된 부분에서 영향을 주게 되며, 주파수가 올라갈수록 선로간의 간섭이 심해지기 때문에 소자배치를 어떻게 하느냐가 아주 중요한 관건이 됩니다. 고주파대역에선 선로의 형상이나 길이가 엄청나게 아주아주 무지막지하게 회로 성능에 영향을 줍니다. 여러번 설명되었지만 파장이 짧아서 선로의 위치마다 전압과 위상이 오락가락하기 때문이죠. 좀더 강하게 말하면, 선로의 형상과 길이가 회로에 '영향'을 주는 정도가 아니라. 동작 성능과 기능 모든 것을 '결정'하게 됩니다. 저주파 PCB를 설계하던 사람이라면, 전체 회로도를 짜고, 부품을 적당히 배치하고, 그 부품들을 연결할 PCB line을 CAD tool등을 이용하여 적당히 정하겠죠. 고주파대역에선 이런 방법 순서가 씨가 먹히지 않습니다. 우선 전체 회로도...

 고전적인 정의 원래 microwave engineering에서 전자파 에너지의 전략 전송(Power transfer) 특성이 가장 좋은 임피던스는 33옴, 신호파형의 왜곡(distortion)이 가장 작은 임피던스는 75옴 정도이죠. 그래서 그 중간정도가 49옴 정도인데, 계산의 편의성을 위해 50옴을 사용하게 되었다고 하지요. 50옴의 의미 실제로 50옴이 가지는 의미는 '기준점'입니다. 고주파에서 임피던스는 신호 부하에 아주 중요한 역할을 하게 되지요. 그러한 임피던스가 연결단에서 서로 조금이라도 안맞으면 신호의 반사가 발생합니다. 그래서 늘상 임피던스 매칭을 해야 하며, 이것때문에 머리아프죠. 그렇다면 암묵적으로 일단 기준 임피던스를 만들면 어떨까요? 그런 생각에 50옴이라는 기준점이 생기게 된 것일겁니다. 모든 회로의 입력단과 출력단을 50옴으로 만들어준다면 연결할때마다 일일히 임피던스 매칭을 할 필요가 없겠죠. 실제로 50옴이 가지는 의미는 바로 이러한 기준점을 만들어서 증폭기, 필터 등의 회로를 만든 후 연결할 때 편하자고 쓰는 거지요. 75옴은 왜? 그런데 가끔보면 기준이 75옴인 경우가 있습니다. 이것은 전력전달성능보다는 신호왜곡을 최소화하기 위한 경우에 쓰이지만, 주로 안테나, 그중에서도 TV 안테나같은 다이폴 관련 안테나에서 쓰입니다. 다이폴 안테나는 그 길이가 0.473* 파장, 즉 보통 반파장일때 주변의 리액턴스 성분이 0이 되는데, 그때의 임피던스가 73.XX옴이 됩니다. 그래서 그런 안테나에서 나오는 케이블들은 75옴 동축선로인 경우가 많습니다. 그런 이유로 케이블 TV 시스템에서도 선로 임피던스를 75옴으로 사용하기도 하구요. RF 시스템에서 대부분의 선로는 이러한 연유로 50옴 아니면 75옴을 사용하게 됩니다. 다른 임피던스를 쓰면 안되는 이유 물론 이런 질문이 나올 수 있죠. 전체 시스템 회로단을 50옴이 아니라 40옴으로 전부 기준 설계하고 만들어도 되지 않느냐. 당연히 됩니다. 왠만큼 동작 잘 할 수 있습니다....

 RF에 대한 재정의 여기 RF/Microwave란에도 RF란 무엇인가? 라는 설명 코너가 있습니다. 거기 말대로라면 RF라는 것은 아래와 같이 정의됩니다. "전자기파 주파수대역을 이용하여 무선통신 및 고주파를 이용하는 장비설계, 연구 공학분야 일체를 지칭한다." 이 말에서도 한가지 알 수 있는것은 RF가 다 통신은 아니란 것입니다. 실제로 RF하시는 분이 통신장비 일만 하냐면 그렇지 않습니다. 물론 통신쪽에 가장 다양하게 응용되는 것은 사실이지만, 의외로 RF분야는 넓고 방대합니다. 그리고 중요한 것은 RF라 함은 보통 소프트웨어적 구조가 아닌 물리적 질량을 갖는 '하드웨어'설계는 의미하는 경우가 많습니다. 아무리 전자파이론을 공부해도 공학에서는 결국 그것을 이용하는 모종의 장비를 설계하는 것이니까요. 하지만 우리가 흔히 학문에서 '통신'이라고 부르는 분야는 하드웨어가 아닌 통신 프로토콜 수준의 개념적인 것들을 주로 지칭합니다. 이것은 굉장히 큰 차이입니다. 통신은 보통 유선과 무선으로 나뉘며, 유선이건 무선이건 신호의 전달차원에서 보면 기초는 같습니다. 다만 유선보다는 무선환경에서 발생하는 통신변수가 매우 많기 때문에 보통 '통신'이라고 말해버리면 대체로 무선통신을 말하는 것처럼 되기도 하는 듯 합니다. 그러다보니 무선통신단에 사용되는 RF단을 그냥 '통신'이라는 용어와 구분이 안되게 된 걸까요? 정확히 표현한다면 RF의 일부가 통신분야에 응용되고 있다 라고 말할 수 있습니다. RF = 통신은 절대 아닙니다.

OP AMP가 무엇인가? OP AMP는 (Operational Amplifier): 연산 증폭기입니다.  고입력 저항, 저출력 저항, 높은 개방 이득이 (오픈 루프 게인)이 특징이며, +입력단자와 -입력단자간 전압차를 증폭시키는 기능을 지닌 차등 증폭기입니다. ※일방적으로 단자의 명칭은 전원, 입력, 출력이라는 분류 이외에는 통일되어 있지 않습니다. OP Amp 콤퍼레이터 기호도 OP Amp 전원단자명 예 OP Amp에 요구되는 기능으로는 높은 입력저항 (임피던스), 낮은 출력저항이 있습니다. 그림 [전압 제어 전압원 증폭기 모델]에서 입력 전압과 출력전압의 관계는 다음 식으로 나타냅니다. 전압 제어 전압원 증폭기 모델 신호접압Vs 신호원 저항 Rs와 OP Amp의 입력저항 Ri에 의해 저항 분할되어 분압되므로 감쇄된 신호가 OP Amp에 입력됩니다. 그러나, Rs보다 Ri가 충분히 크면 (Ri=무한대), 식의 제1항은 1에 가까워지므로 Vs=Vi라고 생각할 수 있습니다. 다음 제2항에서 증폭된 입력전압 AvVi는 OP Amp의 출력저항 Ro와 부하저항 Rl로 분압되어 출력됩니다. 이 때, Rl보다 Ro가 충분히 작으면 (Ro=0), 제2항은 1에 가까워지므로 신호가 감쇄되지 않고 출력됨을 알 수 있습니다. 이러한 OP Amp를 이상적으로 OP Amp라고 합니다. 통상적 OP Amp는 높은 입력저항, 낮은 출력 저항이 요구되며, 회로 구성은 이상적 OP Amp에 가까워지도록 설계합니다. OP Amp는 +입력단자와 -입력단자간 미세한 전압차를 증폭하여 출력합니다. 따라서, OP Amp는 높은 증폭률이 요구됩니다. 그 이유는 [전압 플로어 회로]를 사용하여 해설할 수 있습니다. 전압 플로어 회로란 입력전압과 출력전압이 같아지는 회로입니다. 주로 전압 버퍼로서 사용되며, 높은 입력저항 및 낮은 출력저항의 특성을 살린 회로로서, 입력전압 Vs와 Vout은 같아집니다. OP Amp는 단자간 전압차를 OP Amp의 증폭률로 증폭하므로, 출력전압은 다음과 같이 나타...