ADC란? ADC의 기초 resolution, sampling
ADC는 Analog to Digital Converter로 아날로그 신호를 디지털 신호로 변경해 주는 변환기입니다.
아날로그 신호는 여러가지가 있지만, MCU로 수신되는 아날로그 신호는 기본적으로 전압입니다. 이 전압값을 기준으로 아날로그 신호를 재해석해야 한다. 재해석한 결과로 전류, 온도, 압력 등 여러 가지 값들을 도출해 낼 수 있습니다.
이 전압을 MCU에서 측정하는 것은 SAR, Delta-Sigma, Integrating 등으로 여러가지 방법이 있고, 각각의 방법에는 장, 단점이 있습니다. 각 방법에 대해서는 추후 알아보기로 하고, ADC의 기본을 알아보겠습니다.
Sampling Rate
ADC는 아날로그 신호로써 아래와 그래프를 생각하시면 됩니다.
이 아날로그 신호를 디지털로 측정할 때, 아날로그 신호를 아주 완벽하게 디지털로 측정할 순 없습니다. 그러나 활용이 가능할 정도로 측정하는 것은 가능합니다. 아래의 측정예시들을 살펴보겠습니다.
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위의 그림에서 파란색이 디지털신호로 측정한 것이라면, 1→4로 갈수록 점점 더 아날로그 신호에 근접하는 것을 보실 수 있습니다. 여기에서 가로축이 시간으로 1 →4로 갈수록 샘플링이 많이 했다(=짧은 시간에 더 많은 표본을 수집했다)라고 하고 1초당 샘플링하는 횟수를 샘플링 레이트라고 합니다. 보통 오디오 CD 품질은 44.1kHz(=1초에 44100회)으로 사용하고, 수 KHz부터 수 GHz까지 산업 분야나 목적에 따라 다양한 샘플링 레이트를 적용합니다.
Resolution
샘플링 레이트 말고 아날로그 신호를 정확하게 측정하기 위한 요소가 하나 더 있습니다. 아래 그림을 보시겠습니다.
1,2과 그림은 가로축이 더 촘촘한가, 그렇지 않은가의 차이가 있습니다. 위 가로축이 촘촘할 경우(2번 그림)에 아날로그 신호에 더 근접했음을 볼 수 있습니다. 이 가로축의 의미는 해상도(resolution)입니다. 동일한 샘플링 레이트라면 해상도가 높을수록 아날로그 신호에 근접할 수 있을 것입니다.
보통 산업분야나 목적에 따라 1비트에서 24비트 범위를 주로 사용하고 가장 많은 것은 12비트이다. 해상도가 12 비트라는 것은 2^12 = 4096개로 칸이 나눠져 있다는 것을 의미합니다. 해상도의 비트수가 높다면 더 많은 칸으로 나뉘어 있어서 더 정확한 측정이 가능하다는 뜻이 됩니다.
Offset
추가로 Offset에 대해서 설명드리면, ADC에서 Offset이라는 것은 측정값과 실제 값 사이에 오차(error)가 있어서 그 차이를 보정해 주기 위한 값입니다.
예를 들어서 실제 값과 측정값이 1.5°C 만큼 전체 범위에서 차이가 난다고 한다면, 이 값을 보정해 주면 실제 값을 정확하게 계산해 낼 수 있습니다.