ADC(아날로그-디지털 변환기) 실험 및 설계

본 내용은 " 디지털 회로 실험 및 설계 - ADC(Analog to Digital Converter) 실험 1 " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.09.25

문서 내 토픽

• 1. 아날로그-디지털 변환(AD 변환)

  AD 변환은 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 과정입니다. 자연의 소리, 온도 변화 등 시간에 따라 연속적으로 변화하는 아날로그 신호를 컴퓨터에서 처리하기 위해 1과 0의 두 가지 상태를 가진 디지털 신호로 변환합니다. 이 과정에서 일정 시간마다 아날로그 신호의 크기를 읽어 디지털 신호로 바꾸는 샘플링 작업이 필요하며, 샘플링 주기를 짧게 할수록 원래의 아날로그 신호를 더 정확히 복원할 수 있습니다.

• 2. 샘플링(Sampling)

  샘플링은 주기 T마다 아날로그 신호를 측정하여 저장하는 작업입니다. 연속적인 아날로그 신호로부터 불연속적인 신호를 추출하며, 각 샘플링 값을 연결하면 원 신호를 복원할 수 있습니다. 샘플링된 아날로그 신호를 디지털 코드로 바꾸는 작업이 AD 변환입니다. 샘플링 주기를 짧게 할수록 원래의 아날로그 신호를 더 정확히 복원 가능하지만, 처리해야 할 디지털 데이터가 많아집니다.

• 3. ADC0809 칩 특성 및 핀 구성

  ADC0809는 8비트 ADC로 256개의 수를 표현할 수 있습니다. 입력 핀은 26, 27, 28, 1, 2, 3, 4, 5번이고, 출력 핀은 17, 14, 15, 8, 18, 19, 20, 21번입니다(17번이 LSB, 21번이 MSB). 11번 핀은 VCC, 10번 핀은 클럭, 12번 핀은 REF+, 13번 핀은 그라운드입니다. 정상 작동을 위해 약 5V가 인가되어야 합니다.

• 4. 레솔루션과 기준 전압의 관계

  한 비트당 전압의 크기는 VCC/256으로 결정됩니다. 기준 전압(Vref+)이 3V일 때가 5V일 때보다 한 비트당 전압의 크기가 작아지므로 레솔루션이 더 크다는 차이점이 있습니다. 이는 같은 입력 전압에 대해 더 세밀한 디지털 값으로 변환될 수 있음을 의미합니다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 아날로그-디지털 변환(AD 변환)

  AD 변환은 현대 전자 시스템의 핵심 기술로서 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 과정입니다. 이는 센서로부터 수집한 연속적인 물리량을 컴퓨터가 처리할 수 있는 이산적인 값으로 변환하므로 매우 중요합니다. AD 변환의 정확도는 시스템 전체의 성능을 결정하는 중요한 요소이며, 변환 속도와 해상도 사이의 균형을 맞추는 것이 설계의 핵심입니다. 특히 의료기기, 음성 처리, 산업 제어 등 다양한 분야에서 필수적이므로, 응용 분야에 맞는 적절한 AD 변환기 선택이 중요합니다.

• 2. 샘플링(Sampling)

  샘플링은 AD 변환 과정에서 연속 신호를 일정한 시간 간격으로 측정하는 기본 단계입니다. 나이퀴스트 정리에 따르면 샘플링 주파수는 신호의 최고 주파수의 2배 이상이어야 원래 신호를 정확히 복원할 수 있습니다. 샘플링 주파수가 너무 낮으면 에일리어싱 현상이 발생하여 신호 손실이 발생하고, 너무 높으면 불필요한 데이터 처리 부하가 증가합니다. 따라서 응용 분야의 신호 특성을 정확히 파악하고 최적의 샘플링 주파수를 결정하는 것이 효율적인 시스템 설계의 필수 요소입니다.

• 3. ADC0809 칩 특성 및 핀 구성

  ADC0809는 8채널 8비트 AD 변환기로서 저가형 마이크로컨트롤러 시스템에서 널리 사용되는 칩입니다. 병렬 출력 방식과 간단한 제어 신호로 구현이 용이하며, 다중 채널 입력을 지원하여 여러 센서를 동시에 처리할 수 있습니다. 핀 구성은 전원, 그라운드, 아날로그 입력, 디지털 출력, 제어 신호 등으로 명확하게 구분되어 있어 회로 설계가 직관적입니다. 다만 변환 속도가 상대적으로 느리고 8비트 해상도로 인한 정확도 제한이 있으므로, 고속 고정밀 응용에는 더 고급 칩을 선택해야 합니다.

• 4. 레솔루션과 기준 전압의 관계

  레솔루션은 AD 변환기가 구분할 수 있는 최소 전압 차이를 나타내며, 기준 전압과 비트 수에 의해 결정됩니다. 레솔루션 = 기준 전압 / 2^(비트 수) 공식에서 보듯이, 같은 비트 수에서 기준 전압이 작을수록 더 세밀한 측정이 가능합니다. 반대로 측정 범위를 넓히려면 기준 전압을 증가시켜야 하지만, 이는 레솔루션 저하를 초래합니다. 따라서 측정 대상의 신호 범위와 필요한 정확도를 고려하여 최적의 기준 전압을 설정하는 것이 중요하며, 기준 전압의 안정성도 전체 변환 정확도에 직접적인 영향을 미칩니다.