고해상도 또는 고주파수 ADC 선택하기

다음 디지털 시스템은 센서를 통하거나 무선으로 아날로그 세계와 인터페이스해야 할 가능성이 높습니다. 시스템 디자이너로서 통합 ADC가 있는 SoC나 MCU를 사용하지 않을 계획이라면, 시스템에 적합한 고해상도 또는 고주파수 ADC를 선택함으로써 더 비싼 시스템과 비교할 수 있는 성능을 얻을 수 있습니다. 해상도와 샘플링 속도 사이에는 일반적으로 상충 관계가 있지만, 시장에는 여러분의 요구를 충족시킬 수 있는 다양한 옵션이 많습니다.

샘플링 속도 대 해상도

ADC 시장을 살펴보면, 주파수와 해상도 사이에 상충 관계가 있음을 알 수 있습니다. 해상도는 아날로그 신호의 전압 레벨을 인코딩하는 데 사용되는 비트 수를 의미합니다. 더 높은 비트 깊이는 시간에 따른 아날로그 신호의 동작을 더 잘 나타낼 수 있음을 의미합니다. 예를 들어, 사인파 신호를 다룰 것이라면 일반적으로 해상도를 낮춰도 되며, 일부 디지털 신호 처리 기술을 사용하여 누락된 정보를 수정할 수 있습니다. 광학 전력 측정과 같은 저주파에서의 고정밀 측정을 위해서는 샘플링 속도에 대해 걱정하기보다는 찾을 수 있는 가장 높은 해상도의 ADC를 선택하고자 할 것입니다.

이와 대조적으로 샘플링 속도는 단위 시간당 ADC로 수집된 디지털 신호의 수입니다. 고주파 신호를 디지털 숫자로 변환하는 데 사용할 ADC를 선택할 때는 Nyquist 정리 덕분에 더 높은 샘플링 속도의 ADC를 사용해야 합니다. ADC의 샘플링 속도는 ADC로 측정하려는 주파수의 최소 두 배 이상이어야 합니다. 특정 주파수 대역에서 작업한다면, 원하는 대역의 상단 주파수를 기준으로 ADC를 선택해야 합니다.

RF 트랜시버 모듈과 SoC는 일반적으로 무선 시스템의 수신 측에서 아날로그 신호를 수집하기 위해 통합 ADC를 포함합니다. 센서 노드용 마이크로컨트롤러와 같은 다른 애플리케이션도 다른 장치로부터 아날로그 측정값을 수집하고 일부 디지털 데이터를 처리해야 합니다. 어느 경우든, 아날로그 세계와 인터페이스하도록 설계된 모든 장치는 SoC에 통합되어 있든 별도의 IC로 있든 적어도 하나의 ADC가 필요합니다.

고주파 ADC 선택하기

샘플링 속도와 해상도 외에도, 디자이너는 ADC를 선택할 때 다음과 같은 몇 가지 측면을 고려해야 합니다:

• 대역폭. 다른 구성 요소와 마찬가지로 대역폭은 ADC를 사용할 수 있는 주파수 범위를 결정합니다. 무선 애플리케이션 또는 첩형 레이더 시스템을 다루고 있다면, ADC는 시스템에서 사용하려는 주파수 대역을 약간 넘어서 포함해야 합니다. 이는 복잡한 신호를 여러 주파수 구성 요소로 분해하여 샘플링할 때 에일리어싱을 피하기 위해 특히 중요합니다.
• 채널 수. 일부 ADC는 내부 멀티플렉서와 함께 여러 채널을 포함하여 단일 IC에서 여러 신호를 변환할 수 있어, SoC나 마이크로컨트롤러를 기본으로 사용하지 않고도 맞춤형 시스템을 구축할 수 있습니다.
• 전력 소비 및 온도 안정성. 이는 귀하의 애플리케이션에 유용한 범위를 결정합니다.
• RMS 노이즈. 이는 출력 디지털 신호의 오류 수준을 결정합니다. 이 값은 일반적으로 고해상도 ADC의 경우 nV 단위입니다. 이상적으로, 이 값은 시스템의 노이즈 플로어보다 낮아야 합니다.

Texas Instruments, ADS1262IPWR

ADS1262IPWR ADC는 7 nV의 낮은 RMS 노이즈와 최대 130 db의 50/60 Hz 노이즈 거부를 가진 11 채널 장치입니다. 32비트 해상도로, 이 ADC는 단일 장치로 여러 아날로그 신호의 정확한 측정을 제공합니다. 이 ADC는 TSSOP-28 패키지에서 2.5 Sps에서 38.4 kSps까지 가변 샘플링 속도를 가지고 있습니다. 전력 소비는 높은 샘플링 속도에서도 낮습니다. 이 ADC는 아날로그 계측기에서 정밀 측정을 수집하기에 좋은 선택입니다. 아래 회로는 온도 보상 브리지 측정 회로의 예를 보여줍니다.

데이터시트에서 가져온 ADS1262IPWR을 사용한 온도 보상 브리지 측정 예.

Texas Instruments, ADC12J4000NKET

ADC12J4000NKET 12비트 ADC는 최대 4 GSps의 높은 샘플링 속도를 제공합니다. 이는 무선 신호나 기타 RF 신호의 수신 및 변환을 요구하는 맞춤형 시스템에 더 적합한 선택입니다. 이 ADC는 낮은 전압(1.2에서 1.9 V)에서 작동하며 4 GSps에서 2 W의 전력을 소비합니다. 이 특정 ADC는 1 채널만 운영되므로 센서 노드 애플리케이션에는 그다지 유용하지 않습니다. 일부 예제 애플리케이션에는 RF 샘플링 장비, 군사 통신, 저주파 레이더 및 라이다, RF 테스트/측정 장비가 포함됩니다.

데이터시트에서 찾을 수 있는 ADC12J4000NKET ADC의 삽입 손실.

Analog Devices, AD9680BCPZ-1000

AD9680BCPZ-1000 14비트, 듀얼 채널 ADC는 샘플링 속도, 해상도 및 채널 수 사이의 더 나은 절충을 제공합니다. 이 ADC는 두 채널 모두에서 차동 입력으로 최대 1 GSps의 샘플링 속도로 작동합니다. 또한 광범위한 온도 및 샘플링 속도 범위에서 약 3W의 합리적인 전력 소모를 가지고 있습니다(아래 참조). 이 제품은 SPI 인터페이스를 사용하여 구성할 수도 있습니다. 네 개의 통합된 광대역 감쇠 필터와 NCO 블록은 다중 대역 수신기를 지원하여 이 시스템을 다양한 응용 프로그램에 적응시킬 수 있습니다.

AD9680BCPZ-1000 데이터시트에서 가져온 AD9680BCPZ-1000의 전력 출력

아날로그 응용 프로그램이 부활하고 있으며, 디지털 세계와 인터페이스하려면 시스템에 고해상도 또는 고주파 ADC를 최소한 하나 포함해야 합니다. 다음 시스템에 적합한 ADC를 찾고 있다면, 다음 제품에 가장 적합한 옵션을 결정하기 위해 Part Selector 가이드를 사용해 보세요.

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