ADC란? ADC의 기초 resolution, sampling
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.
 |
 |
 |
 |
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.