1. ADC방식의 종류
1) 계수비교형 ADC
내부에서 D/A Converter로 발생시킨 전압이 아날로그 입력보다 커질때까지 비교하는 방식이다.
D/A Converter의 출력을 만들기 위한 계수기를 사용한다. 이 계수기는 변환을 시작할때 Reset되고 각 clock이
사이클마다 1씩 증가하는 구조를 갖는다. 비교기는 D/A converter의 출력이 아날로그 입력 전압을 초과하는 순간
계수기의 동작을 정지시키며, 이 마지막의 계수값이 디지털로 변환된 출력값이 된다. 회로가 비교적 단순하지만
변환시간이 길고 입력신호의 크기에 따라서 달라지는 단점을 가진다. 입력신호가 Full Scale이면 변환시간이 가장
길어져서 Clock주기가 필요하게 된다.
2) 축차비교형 ADC(Successive approximation ADC)
축차비교형 ADC는 SAR(Successive Approximation Register)를 사용하여 최상위 비트로부터 순서대로
하위 비트쪽으로 수정하여 가는 방법으로 DAC의 출력을 훨씬 빨리 아날로그 입력전압에 근사시킨다.
비교적 변환시간이 빠르고 회로도 간단하여 현재 저가형이면서 분해능이 비교적 높은 ADC에 가정 널리 사용되고
있다. 변환중에 아날로그 입력전압이 일정하게 유지되어야하므로 샘플/홀드가 반드시 필요하다.
3) 이중적분형 ADC(Dual-slope integrating ADC)
이는 일정한 시간동안 아날로그 입력신호를 적분하고 나서 계수기를 Reset한 후에 다시 기준전압을 적분기의
출력이 0이 될때까지 그 시간을 측정한다.
이것은 일정한 시간동안 아날로그 입력신호를 적분하므로 입력신호의 잡음에 대하여도 안정된 변환특성을
가지지만 2번의 적분시간때문에 변환시간이 늦은것이 단점이다. 따라서 이 방식은 저속으로 동작하는
시스템에 많이 사용된다.
4) 병렬비교형 ADC(Flash ADC)
아날로그 입력신호를 여러게의 저항으로 나눈 기준 전압과 각각의 비교기로 비교하는 방식을 사용하므로
한단계에 비교가 완료되어 매우 빠른 변환시간을 갖는다.
그러나 높은 분해능을 갖게 하려면 정밀저항회로와 비교기의 수가 많아져 회로가 복잡해지고 가격이 비싸지는 것
이 단점이다. 비교기로는 OP-amp가 사용된다. 이 방식은 가격이 비싸지만, 매우 빠른 처리속도가 요구되는 분야
에 사용된다.
2. ADC과장에서 발생한 오차와 대책
1) 양자화 Error
이는 이상적인 ADC에서도 발생한다. 이는 아날로그입력 신호의 디지털화와 관련된 오류이다.
1/2LSB에서 첫번째 코드변환이 될때까지는 그값이 0으로 나타난다. 이 Error는 잡음성형 기법을 사용하여 최소화
시킬수 있다.
이 기법은 잡음을 줄이거나 제거할수 없지만 저주파수에서보다는 높은 주파수로 잡음을 밀어냄으로써 억제시킬수
있다.
2) Offset Error & Gain Error
Offset Error는 0V와 차동입력 전압이 ADC에 들어올때 이상적인 코드와 실제코드의 편차이다.
Gain Error는 -Full Scale 입력에서 +Full Scale 입력까지의 이상적인 기울기와 실제 기울기 사이의 편차이다.
이 두가지 Error는 ADC의 가장 중요한 Error이다. 선형 보정법으로 역함수를 이용하여 Error가 난 차이만큼의
값을 더해 Errorr값을 상쇄하거나 보상하여 교정한다.
3) Differntial Nonlinerity Error(D.N.L)
DNL Error는 하나의 디지털 코드로 변환되는 아날로그 입력범위가 일정하지 않아서 생기는 오류이다.
아날로그 입력의 증가에 따라 코드는 같거나 증가한다. 이런 경우라면 ADC는 모노토닉(Monotonic)이다.
ADC가 출력코드값을 넘으면 손실코드(Missing Code)로, 코드 출력값이 감소하면 비모노토닉(Non-Monotonic)
으로 정의된다.
히스토그램을 보면 손실코드가 있는지 그리고 상대적 코드폭은 얼마인지를 알수 있다.
손실코드가 없는 정규분포라면 이는 균일한 코드폭임을 의미한다.
4) Integral Nonlinearity Error(I.N.L)
INL Error는 출력코드가 이상적인 출력과 얼마나 다른지를 나타내며 Offset Error와 Gain Error를 보정시킨다.
실제 끝점과 이상적인 선과의 최대오차로써 측정된다.
5) Aperture Error
ADC가 Signal을 Sample And Hold할때 걸리는 잠깐의 시간에 의한 Error이다.