웨이브폼 생성을 위한 DAC 선택 방법

작성 날짜: 오월 20, 2022
업데이트 날짜: 칠월 1, 2024

MCU/SoC 사양을 볼 때 DAC이 주요 기능으로 나열되지 않는 경우가 많습니다. DAC이 ADC와의 인기 경쟁에서 언제 패배했는지 확실하지 않지만, 결과적으로 DAC은 별도의 구성 요소로 선택해야 하는 경우가 많습니다. 다양한 애플리케이션, 데이터 속도 및 대역폭에 대한 ADC 선택에 대한 조언이 많지만, 제가 본 DAC 선택에 대한 대부분의 조언은 오디오 재생에 중점을 둡니다. 산업 자동화, 통합 테스트 및 측정 장비, 소프트웨어 정의 라디오 또는 기타 특수 아날로그 애플리케이션을 위한 설계를 진행하는 경우, DAC을 선택할 때 고려해야 할 사항은 다음과 같습니다.

DAC 대 ADC 선택 기준

ADC 및 DAC 프로세스는 서로 반대이지만, 디지털과 아날로그 세계 사이의 인터페이스를 위해 두 프로세스와 두 유형의 변환기 모두 중요합니다. 각 변환 프로세스에 대한 사양은 올바른 맥락에서 고려되어야 하지만, 두 프로세스 모두에서 동일한 사양이 적용됩니다. 아날로그 신호의 저잡음 획득 및 재생을 보장하기 위해 사용되는 일부 표준 기술도 DAC 선택에 적용됩니다.

ADC 선택에 능숙하다면 DAC 선택에도 능숙할 가능성이 높습니다. Nyquist의 정리(샘플링 정리로도 알려짐)에 대한 철저한 이해는 DAC을 선택하는 방법을 배울 때 시작하기 좋은 곳입니다. 데이터 속도와 관련하여 Nyquist 주파수를 생각할 수 있다면, DAC을 선택하는 길에 이미 한 발짝 나아간 것입니다. 이제 파형 생성의 성능에 영향을 미치는 DAC 선택의 관련 사양을 살펴보겠습니다.

파형 생성을 위한 DAC 사양

파형 생성을 위해 필요한 사양은 ADC에 필요한 사양과 유사합니다. 다음은 이러한 파형 생성 작업을 위해 DAC을 선택할 때 고려해야 할 중요한 사양입니다:

인터페이스. 아날로그 신호를 생성하기 위해 DAC으로 데이터를 전송해야 합니다. 일반적인 인터페이스는 SPI(직렬 입력), 병렬 또는 PWM입니다.
해상도 및 단조성. 해상도는 DAC이 견딜 수 있는 노이즈 수준과 아날로그 신호 재생의 정확도를 결정합니다. 단조성은 입력 데이터의 방향을 따라 아날로그 출력을 유지할 수 있는 DAC의 관련 정확도 사양입니다. 입력 레벨이 감소할 때 DAC 출력이 상승한 후 하락하는 경향이 없어야 합니다.
샘플링 속도. 모든 DAC 및 ADC는 샘플링 속도로 정의된 대역폭을 가지고 있습니다. 샘플 속도는 정확하게 재현될 수 있는 최대 주파수(나이퀴스트 주파수)를 결정합니다. 그러나 DAC에서 사용되는 충동 열은 샘플링 속도로 정의된 대역폭을 넘어 추가 주파수 내용을 도입합니다. 따라서 DAC에 대한 대역폭은 잘 정의되어 있지 않습니다; 이에 대해 아래에서 더 자세히 살펴보겠습니다.
동적 범위. 모든 아날로그 구성 요소는 잘 정의된 동적 범위(데시벨로 측정)를 가지고 있습니다. 이는 최대 및 최소 출력 신호 레벨 간의 차이를 지정합니다.

웨이브폼 생성을 위한 DAC 선택 시 주요 사양은 해상도와 샘플링 속도인데, 이는 재구성된 신호의 정확성을 위한 기초입니다. 고급 DAC에서는 샘플 속도가 Gsps에 이를 수 있음을 유의하세요. 이러한 사양은 아날로그 신호의 정확한 재생을 보장하기 위해 재구성된 신호 대역폭과 비교해야 합니다. 그러나 신호 재구성 과정으로 인해 ADC 회로에서는 찾을 수 없는 정확한 신호 재구성을 위한 추가 회로가 필요합니다.

DAC 웨이브폼 생성에서의 스퓨리어스 이미지

ADC와 DAC가 역방향 과정을 수행하지만, 정확히 동일한 웨이브폼을 재현하지는 않습니다. 아날로그 신호에서 디지털-아날로그 변환 과정에 도입된 부정확성은 아래에 나타나 있습니다. 재구성된 아날로그 신호의 양자화로 인해 DAC의 출력 신호에는 Nyquist 주파수보다 높은 주파수에서 나타나는 일부 신호 이미지가 있습니다.

위 이미지에서, DAC 출력에 나타나는 싱크(sinc) 엔벨로프는 신호 재생을 위한 임펄스 열 사용으로 인한 것으로, 싱크 파워 스펙트럼을 가집니다. 임펄스 열의 사용은 재구성된 아날로그 신호의 고차 이미지를 생성하는데, 이 이미지들은 재구성된 아날로그 신호의 푸리에 스펙트럼의 고차 하모닉을 포함한다고 생각하십시오. 이 이미지들의 진폭은 위에 나타난 것처럼 싱크 엔벨로프에 의해 가중됩니다.

오버샘플링

ADC에서 오버샘플링이 노이즈를 더 넓은 대역폭으로 퍼뜨리고 전체 노이즈 바닥을 줄이는 것처럼, 오버샘플링은 이미지 콘텐츠를 더 높은 대역폭으로 퍼뜨립니다. 즉, 더 높은 샘플링 속도를 사용하면 재구성된 신호의 이미지를 더 높은 주파수로 밀어냅니다. 이는 출력 신호의 필터링 요구 사항을 완화시켜 낮은 차수의 필터를 사용하여 평활화할 수 있습니다.

필터링

이미지를 제거하려면, 출력 아날로그 신호를 고롤오프가 높은 저역통과 또는 대역통과 필터를 통과시켜야 합니다. 고엔드 컷오프는 원하지 않는 이미지를 억제하기 위해 원하는 대역폭의 가장자리 근처에 있어야 합니다. 고차 액티브 필터는 표준 폼 팩터로 IC로 구매할 수 있거나, 필터는 이산 구성 요소로 설계될 수 있습니다. 웨이브폼 생성 중 샘플링과 필터링에 관련된 전체 과정은 아래에 나타나 있습니다.

아날로그 신호 처리를 위한 기타 구성 요소

DAC를 찾을 때 주요 제조업체에서 다양한 구성 요소를 찾을 수 있습니다. 이러한 구성 요소의 비트 해상도는 유사한 샘플 속도를 가진 ADC에서 사용되는 것보다 크며, 이는 두 구성 요소가 동일한 신호를 정확하게 샘플링하고 재현할 수 있음에도 불구하고 현대 ADC에서 낮은 해상도를 인위적으로 보상하고 재구성 시 샘플링 정확도를 높이기 위해 디더링을 사용하기 때문입니다.

아날로그 신호 처리 시스템을 다루고 있다면, 신호 취득, 조작 및 재구성을 위해 필요한 다른 중요한 구성 요소들이 많습니다. 여기 시스템에 필요할 수 있는 다른 구성 요소들이 있습니다:

DAC를 선택하는 방법을 배우는 것은 정확한 파형 생성 및 신호 재구성의 첫 단계이며, Octopart의 고급 검색 및 필터링 기능을 사용하여 새 제품에 필요한 다양한 구성 요소를 찾을 수 있습니다. Octopart의 전자 부품 검색 엔진을 사용하면 현재 유통업체 가격 데이터, 부품 재고 및 부품 사양에 접근할 수 있으며, 모두 사용자 친화적인 인터페이스에서 자유롭게 접근할 수 있습니다. DAC 집적 회로 페이지를 살펴보아 필요한 구성 요소를 찾아보세요.

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