회사 소식 신호 명확성을 위한 ADC를 선택하고 적용하는 가이드

센서가 풍부한 실제 데이터를 수집하지만 디지털 시스템이 이를 정확하게 해석하지 못해 잘못된 결정을 내리는 실망스러운 시나리오에 직면한 적이 있습니까? 근본 원인은 ADC(아날로그-디지털 변환기)를 잘못 선택하거나 적용한 데 있을 가능성이 높습니다. 사물 인터넷(IoT) 기술이 점점 더 보편화됨에 따라 디지털 시스템에서 아날로그 신호를 정확하게 인식하고 이해할 수 있도록 하는 것이 장치 성능을 향상하고 사용자 경험을 최적화하는 데 매우 중요해졌습니다.

물리적 세계에서는 소리, 빛, 온도, 움직임과 같은 신호가 지속적으로 변하는 아날로그 파형으로 존재합니다. 그러나 디지털 시스템은 개별 디지털 신호만 처리할 수 있습니다. ADC는 아날로그 신호를 마이크로컨트롤러가 이해하고 처리할 수 있는 디지털 형식으로 변환하는 중요한 브리지 역할을 합니다. 실내 온도를 정확하게 감지하지 못하는 스마트 홈 시스템을 생각해 보십시오. 에어컨 장치가 지능적으로 조정할 수 없어 편안함이 손상됩니다. 따라서 적절한 ADC를 선택하는 것이 가장 중요합니다.

ADC 변환 프로세스는 세 가지 기본 단계로 구성됩니다.

• 견본 추출:사진을 찍는 것과 유사하게 ADC는 특정 시간 간격으로 아날로그 신호의 "스냅샷"을 캡처하여 일련의 개별 샘플 값을 얻습니다. 샘플링 속도가 높을수록 더 많은 신호 세부정보를 캡처할 수 있습니다.
• 양자화:이는 샘플 값을 사전 정의된 개별 전압 레벨에 매핑합니다. 양자화로 인해 고유한 오류가 발생하지만 ADC 분해능을 높이면 이 효과가 최소화됩니다.
• 부호화:양자화된 레벨은 디지털 시스템 처리를 위해 이진 코드로 변환됩니다.

초당 샘플 수(SPS) 또는 헤르츠(Hz) 단위로 측정되는 샘플링 속도는 ADC가 입력 신호를 샘플링하는 빈도를 정의합니다. 속도가 높을수록 빠르게 변화하는 신호를 수용할 수 있습니다. 샘플링이 충분하지 않은 고주파 음악을 녹음하는 것을 고려해 보십시오. 그 결과 오디오가 왜곡될 수 있습니다. 마찬가지로 ADC 샘플링 속도가 신호의 가장 높은 주파수 구성 요소 아래로 떨어지면 앨리어싱이 발생합니다.

앨리어싱은 부적절한 샘플링으로 인해 재구성된 디지털 신호가 원래 아날로그 파형에서 벗어날 때 나타납니다. Nyquist 샘플링 정리는 해결책을 제공합니다. 즉, 샘플링 속도는 신호의 가장 높은 주파수 구성 요소(fNyquist = 2 × fMax)의 두 배 이상이어야 합니다. 100kHz 신호의 경우 ADC에는 최소 200kSPS 샘플링이 필요합니다. 실제 구현에는 앤티앨리어싱 필터가 통합되어 Nyquist 한계를 초과하는 주파수를 제거하여 시스템 안정성을 보장하는 경우가 많습니다.

ADC 분해능은 비트 깊이에 따라 결정되는 감지 가능한 가장 작은 전압 변화를 지정합니다. 비트 수가 높을수록 해상도가 더 좋아지고 디지털 표현이 아날로그 입력에 더 가깝게 표시될 수 있습니다. 1비트 ADC는 단 2개의 레벨만 구별하는 반면, 12비트 장치는 4096개의 이산 단계를 해결합니다. 향상된 분해능은 전압 변화에 대한 탁월한 감도를 제공합니다.

양자화 정밀도는 다음에서 파생됩니다.

• 단계 크기 = VRef ¼ (2^n)

여기서 VRef는 기준 전압이고 n은 비트 깊이를 나타냅니다. 12비트 분해능을 갖춘 5V 기준의 경우 단계 크기는 약 1.22mV입니다. 동일한 조건에서 2비트 ADC는 1.25V 단계를 생성하므로 정밀도가 크게 감소합니다.

이러한 상호 의존적 매개변수는 전체적으로 ADC 성능을 결정합니다. 높은 샘플링 속도는 빠르게 변화하는 신호에 적합하고, 높은 분해능은 정밀 측정 애플리케이션에 도움이 됩니다. 최적의 ADC를 선택하려면 시스템 요구 사항과 관련된 두 가지 특성을 신중하게 고려해야 합니다.

몇몇 고성능 ADC는 특수 애플리케이션에 고려할 가치가 있습니다.

이 24비트 Σ-Δ ADC는 낮은 대역폭 시나리오에 탁월한 정확도를 제공합니다. 주요 특징으로는 초저잡음, 빠른 정착 시간, 2/4채널 다중화 등이 있습니다. 일반적인 응용 분야에는 공정 제어 시스템, 의료 기기 및 크로마토그래피 분석이 포함됩니다.

1.25GSPS에서 14비트 분해능을 제공하는 이 변환기는 최대 2GHz의 광대역 신호를 처리합니다. 통합 기능에는 4개의 데시메이션 필터와 수치 제어 발진기가 포함되어 있어 소프트웨어 정의 라디오, 위성 수신기 및 레이더 시스템에 이상적입니다.

24비트 분해능과 2.5MSPS 처리량을 결합한 이 Σ-Δ ADC는 앤티앨리어싱 요구 사항을 단순화하면서 100dB 동적 범위를 달성합니다. 진동 분석, 테스트 장비 및 기타 데이터 집약적 애플리케이션에서 탁월한 성능을 발휘합니다.

주요 고려 사항은 다음과 같습니다.

• 신호 특성(주파수 범위, 진폭, 정확도 요구 사항)
• 시스템 요구 사항(샘플링 속도, 해상도, 전력 제약, 인터페이스 유형)
• 애플리케이션 컨텍스트(산업, 의료, 통신)

정확한 애플리케이션 요구 사항과 결합된 ADC 원리에 대한 철저한 이해를 통해 최적의 구성 요소 선택이 가능합니다. 올바른 ADC는 시스템에 예민한 감각 인식 기능을 부여하여 까다로운 기술 환경에서 경쟁 우위를 제공합니다.