1. 실험 제목: 실험 28 아날로그-디지털 변환기2. 실험 목적① 이 실험에서는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환해주는 아날로그-디지털 변환기(analog-to-digital converter)의 기본 동작 원리 및 성능 파라미터를 이해하고, 실제회로를 구성하여 이론적인 내용을 확인하고자 한다.② 해상도, 동작 속도, 신호 대 잡음비, 비선형성 등의 개념을 이해하고, 회로를 구성하여 성능을 측정한다.3. 실험 장비① DC 파워 서플라이② 디지털 멀티미터③ 오실로스코프④ 함수 발생기⑤ 연산 증폭기(LM741, LM339)⑥ 저항⑦ 커패시터4. 관련 이론① ADC 의 기본 이론[그림 28-1]의 아날로그-디지털 혼성 신호 시스템이다. 아날로그 입력 신호는 아날로그 전단부에서 증폭기나 필터를 통해서 신호를 처리한 후에 아날로그-디지털 변환기에서 디지털 신호로 변환한다[그림 28-2]는 아날로그 신호를 디지털로 변환하기 위한 샘플링 동작을 보여준다. [그림 28-2]의 왼쪽에서와 같이 일반적으로 아날로그의 신호 스펙트럼은 대역폭이 제한되어 있고, FS 라는 주파수로 샘플링할 경우 FS 마다 스펙트럼이 반복된다. 나이퀴스트 샘플링 이론에 의하면 신호의 대역폭의 두 배 이상으로 샘플링을 해야 앨리어싱을 막을 수 있으므로, 신호의 대역폭이 넓어질수록 동작 속도가 빨라져야 한다
4. 고찰 사항① 아날로그-디지털 변환기의 DNL 과 INL 이 발생하는 원인을 분석하고, 개선 방법을 설명하시오.아날로그 신호를 디지털로 변환할 때 이상적인 아날로그-디지털 변환기와 달리 양자화 오차가 발생하여 DNL 과 INL 이 발생하게 된다. DNL = 1- ( )− ( +1) 로 표현될 수 있는데 LSB 를 줄이기 위해서는 비트 수를 줄여하기 때문에 결과가 달라지므로 LSB 는 줄일 수 없으며 V(x)는 출력 코드가 x 에 해당되는 아날로그 전압의 양 끝 전압으로 이 차이를 줄여서 DNL 을 줄일 수 있다. INL 은 DNL 의 합으로 나타낼 수 있기 때문에 DNL 을 줄이게 되면 INL 도 줄어든다.
3. 고찰 사항① 출력을 차동으로 볼 때에도 공통 모드 전압 이득이 발생하는 원인을 분석하시오.이상적인 상황에서는 출력을 차동으로 보게 된다면 vcm1 과 vcm2 의 값이 같기 때문에 공통모드 전압 이득은 0 이 나오게 되지만 같은 소자여도 다른 파라미터 값들을 가지기 때문에 출력을 차동으로 보더라도 공통 모드 전압 이득이 발생하게 된다.② 공통 모드 제거비(CMRR)의 이론치와 실험 결과가 차이가 나는 원인을 분석하시오.CMRR = 의 식으로 표현되는데 이상적인 이론치에서는 gm 은 0 이므로 Acm = 0 이 되어 CMRR = ∞로 나오게 되지만 실험 결과에서는 같은 소자에서도 다른 gm 값과 다른 파라미터 값도 다르기 때문에 gm 이 0 이 아니므로 CMRR 값이 존재하게 되어 이론치와 실험 결과에 차이가 발생하게 된다.
3. 고찰 사항① 정전류원의 입력 저항이 차동 증폭 회로의 동작에 미치는 영향을 설명하시오.정전류원의 입력 저항이 생기게 되면 IREF 과 ISS 가 MOSFET 의 W/L 의 비율에 따라 전류의 비율도 결정되야 하지만 저항이 생김으로써 전류가 이상적인 상황과 다르게 비율이 달라지게 되어 저항도 고려해줘야 한다.② 채널길이 변조 효과가 정전류원의 전류의 정확도에 미치는 영향을 분석하시오.채널길이 변조 효과는 ID 식이 saturation 영역에서 VGS 의 값만이 아닌 VDS 의 영향도 고려하여 전류식이 결정되기 때문에 원래의 이상적인 ID 보다 실험에 가까운 값을 계산할 수 있다.
3. 고찰 사항① f3dB 의 계산값과 측정값이 다른 이유를 분석하시오.R1 의 값이 계산값은 30Ω 이었지만 실험회로에서는 330 Ω 으로 사용하였다. 또한 Vsin 에 0.005V 를 인가하지 않고 100mV 를 인가하였다. 그리고 계산값과 측정값의 차이는 소자마다 특성이 조금씩 달라지고 저항의 오차값도 존재하므로 달라지게 된다.② 실험회로에서 3dB 주파수(f3dB)를 증가시키기 위한 방법을 설명하시오.Gain bandwidth product(GBP)의 값은 일정하므로 gain 을 줄여주게 되면 3dB 주파수는 증가하게 된다.