같은 비트의 ADC라도 단순 비교 어려워…온라인 세미나서 해법 제시

데이터의 중요성이 높아지면서 ADC(아날로그-디지털 컨버터)를 선택하는 엔지니어의 고민도 깊어지고 있다. 다양한 산업과 분야의 전자기기 디바이스에 필수적으로 쓰이는 ADC가 속도와 정밀도에 많은 영향을 미치고 있기 때문이다.

엔지니어는 여러 종류의 ADC와 특정 회사의 제품을 두고 분해능과 정밀도, 속도, 환경 변화에 따른 반응 등을 꼼꼼히 따져봐야 한다.

현재 폭넓게 쓰이고 있는 ADC는 SAR(축차비교형) ADC와 델타-시그마 ADC를 꼽을 수 있다. SAR ADC는 속도가 빠르지만, 10~12비트 정도로 분해능이 떨어진다는 단점이 있고 반면 델타-시그마 ADC는 오버 샘플링을 통해 오차를 줄여 평균적으로 24비트의 분해능을 제공하지만 샘플링 속도가 느리다는 지적이다.

예를 들어, 공장자동화나 로봇 개발에는 더욱 정밀한 디지털멀티미터(DMM)의 중요성이 높아지면서 ADC의 역할도 중요해지고 있다. 이럴 때는 정밀도와 신호대잡음비(SNR) 성능이 높은 델타시그마 ADC를 사용하는 게 적합하다.

SAR ADC는 빠른 속도를 지원하되 떨어지는 분해능은 필요에 따라 비교기를 추가 설치해 사용해왔다. TI 코리아의 문순자 대리는 “비교기를 설치한 만큼 속도는 느려지고, 가격도 높아져 연구 설계자의 고민이 많았다”고 했다. 분해능이 높으면 지속성이나 SNR이 떨어질 수 있기 때문이다.

이에 대해 문 대리는 이상적인 ADC 조건으로 ‘높은 분해능과 속도, 그리고 낮은 가격’을 꼽았다. 설계자 입장에서 성능도 중요하지만 빼놓을 수 없는 게 가격이라는 것. TI의 SAR ADC인 ADS8900B가 연산 증폭기 버퍼를 내부에 통합한 것도 이 부분을 주목했기 때문이다. ADS8900B는 ADC의 특징인 1msps 빠른 속도와 20bit 분해능, 100db SNR과 플러스 마이너스 1ppm이하의 노이즈를 갖췄다. 외부에 있던 버퍼를 통합했지만 공정 과정의 미세화로 외부에 있는 것보다 작은 크기로 제작할 수 있다.

그는 “내부에서 공정 트리밍 과정을 거치기 때문에 오차와 왜곡을 줄여 정확한 레퍼런스 값을 공급할 수 있게 됐다”고 했다.

관련 레퍼런스 중에는 초음파 시스템 회로 설계를 들었다. 문 대리는 “회로 설계 디자인 중 CW Doppler Path에서 실시간으로 주파수 변화를 받아들여 디지털화해 전달하는 리얼타임이 중요하다.”며 신호를 왜곡 없이 보내는 높은 해상도와 빠른 속도를 강조했다. 이처럼 같은 비트의 ADC라도 속도나 퍼포먼스가 다 달라서 단순 비교가 어렵다.

어떤 동작 원리로 작동하기에 단순 비교가 어려운지, SAR ADC와 델타-시그마 ADC의 동작 원리와 관련 애플리케이션을 설명하는 온라인 세미나(eeWebinar)가 이번 달 30일(화)에 열린다. 또한, 초음파 시스템의 CW Doppler path에 어떤 아키텍처의 ADC가 디자인될 수 있는지 직접 ADC를 설계하는 시간을 갖는다.