ADC에 대해서 알아보자

ADC는 Analog-to-Digital Converter의 약자이다. 말 그래도 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 기능이다. 

아날로그 신호는 저장이나 조작의 편리성이 디지털 신호보다 어렵기 때문에, 초기의 전자공학과는 달리 현재는 디지털화를 많이 한다. 신호전송 시, 일반적으로 아날로그 신호를 디지털 신호를 변환되면 신호의 잡음등에 유리하다. 단지 변환 시 생기는 왜곡은 감수해야 한다. 따라서 아날로그를 디지털화하여 신호를 조작하고 다시 디지털-아날로그 변환회로(DAC)을 통해 아날로그로 변환한다.
예를 들어 초기의 전화기는 아날로그방식으로 신호를 전송하였다. 교환망이 진화하면서 음성신호를 PCM방식으로 디지털화 하고 이것을 전송하고 수신측에서 다시 아날로그로 디코딩 한다. 

아날로그 신호는 sin 신호와 비슷하게 곡선형태로 연속된 신호이고, 디지털 신호는 0과 1의 값만 가진 신호이다.

이러한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 형태는 아래 그림과 같다.

ADC

0~2V의 값을 3bit 디지털로 값을 변환 하는 것이다. 0~2V를 0.25V단위로 8개의 단계로 나누어 진것이다. 그렇기 때문에 디지털로 변환하게 되면 +/-0.125V의 오차율이 생기게 된다. 위 그림의 ADC를 3bit ADC라고 말을하고, ADC의 Resolution을 3bit라고 표현한다.

하지만 4bit 디지털로 값을 변환할 수 있다면, 오차율은 3bit ADC 보다 1/2이 되고, 더욱 정밀한 ADC가 된다.

즉, ADC의 Resolution이 높으면, 측정 전압의 정밀도가 높아지는 것이다. 전압측 분해능이 좋아진다고 표현.

Sampling

ADC에서 샘플링이라는 것은 아날로그 신호가 입력이되어 측정이 되어 디지털로 변환되는 빈도를 말하는 것이다. 샘플링 주파수가 높을 수록 좀더 아날로그와 비슷한 형태의 값을 얻을 수 있다.

아래 그림은 샘플링 속도를 조절해 아날로그 값을 읽은 것을 보여준다.

샘플링 속도가 높을 수록 더욱더 촘촘하게 값을 측정한 것을 알수 있다. 촘촘하게 측정할수록 아날로그 값을 왜곡 없이 디지털화 시킬수 있다. 시간측 분해능이 좋아진다고 표현.

샘플링 주파수는 아날로그 신호의 주파수 성분보다 최소 3~8배 이상의 주파수로 측정을 해야한다.

사실 샘플링 주파수는 높으면 높을수록 좋다.

ADC 내부회로

ADC의 내부 회로는 아래의 회로처럼 되어있다고 보면된다.

여러개의 비교기들이 어레이로 연결되어 있고, 이 비교기들은 각각 검출할수 있는 전압들이 정해져있어 그 전압에 따라 다른 값들으 가지게 된다. 그 값이 엔코더에 입력되어 디지털 값을 출력하게 되는 것이다.

위 그림에서 예로 들면, 2V가 입력되면 아래쪽 비교기 2개는 1이 출력되고, 위쪽 비교기 5개는 0이 출력된다. 비교기의 출력 값은 0000011이라고 생각하면 된다. 7V이면 모든 비교기가 1로 출력이 되어 1111111이 되는 것이다. 이 값은 엔코더를 통해 3bit 변환이 되는 것이다.