비용 측면에서 정밀도, 속도, 동적 범위 따져봐야
SNR 낮고, 전압 레퍼런스 고려해야…ADC 앞단 설계 중요해
 
ADC가 높은 분해능과 빠른 샘플링 속도만 가졌다고 좋은 제품일까, 여기에 가격이 저렴하면 가장 이상적인 ADC라고 할 수 있을까.
 
아나로그디바이스(ADI) FAE 황선화 부장은 ‘꼭 그런 것은 아니다’라고 말한다. “어떤 조건을 갖춰야 이상적이라고 딱 하나를 꼬집기 보다는 내가 설계하려는 애플리케이션에 맞는 ADC가 가장 좋은 제품이다.”  
 
예를 들면 이런 것이다. 빛, 소리, 비디오 등 어떤 신호를 디텍트 할 것인지에 따라 센서가 다른데 이런 신호의 종류에 따라 ADC 앞에 쓰이는 센서단도 달라진다. 센서에서 중요한 것은 감도와 동적 범위(Dynamic Range)이다. 검출하려는 소리가 어떨 때는 크고, 어떤 때는 작다면 ‘디텍트’ 범위가 넓어야 한다.

이에 따라 센서에서 보내주는 신호를 ADC가 가진 허용범위와 맞지 않는다면 잘못된 선택을 한 것이다. 그렇다고 마냥 허용 범위가 넓다고 좋은 것일까. 이에 대해서도 황 부장은 ‘그렇게 볼 수는 없다’고 잘라 말한다.
 
비용 측면에서 세 가지를 봐야 한다. 어느 정도 정밀한지, 어느 정도 빠른지, 어느 정도 동적 범위를 가져야 하는 지의 문제이다. ‘한정된 대역의 주파수를 가진 신호의 경우, 아날로그 신호 최대 주파수의 2배 이상으로 샘플링하면 복원한 디지털 신호는 원 신호를 충실하게 재현할 수 있다’는 나이퀴스트 샘플링 법칙에 따라 속도는 무조건 빠르기보다 2배 이상만 되면 된다. 일반적으로 10Mbps를 기준으로 고속과 저속으로 나뉜다.
 
컨버터 자체의 입력 동적 범위는 애플리케이션마다 다르지만 파형이 크면 속도를 처리하는데 한계가 있다. 고속을 처리하는 컨버터는 2V로 승압과 감압의 차(피크투피크)가 정해져 있다.
 
정밀도를 보려면 비트 레졸루션(Bit Resolution)을 고려해야 한다. 아날로그 신호의 사인파 한 주기의 한 점을 몇 개의 코드로 표현하느냐의 문제로 비트수가 올라갈수록 분해능이 높다. 이는 원음과 가깝다는 의미가 된다.
 
애플리케이션에 따라 다르기는 하지만 기본적으로 어떤 점이 이상적인 ADC의 조건이라고 보는지에 대해 황 부장은 “속도나 입력 동적 범위는 선택할 수 있어 이런 부분을 제외한다면 스테틱 퍼포먼스(Static performance)가 이상적으로 나오는게 좋다. ADC는 기본적으로 노이즈에 따라 성능에 변화가 오는 디바이스”라며 “시스템 노이즈 관점에서 ADC의 신호대잡음비(SNR)가 시스템 내 노이즈보다 무조건 낮아야 한다”고 설명했다.
 
ADC가 제대로 동작하려면 전압 레퍼런스를 고려해야한다고 덧붙였다. 전압 레퍼런스는 컨버터가 표현하는 모든 신호의 최대 범위 값이다. 예를 들어, 비트 레졸루션을 좋게 하고 싶다면 전압 레퍼런스를 낮춰야 한다. 단 전압 레퍼런스를 무한정 낮추면 컨버터의 허용 신호범위 자체가 좁아지므로 주의해야 한다.
 
황 부장은 “ADC가 할 수 있는 일은 제한적이다. 가격 측면에서 볼 때 ADC에 많은 투자를 하는 것이 결코 좋은 방법은 아니다. ADC 앞단을 어떻게 설계하느냐에 따라서 효율성이 달라진다”고 전했다.