ADC는 연속적인 아날로그 신호를 어떻게 이산적인 디지털 값으로 바꾸나요?

Question

아날로그디지털변환기(ADC)가 실제 세계의 연속적인 신호를 컴퓨터가 처리할 수 있는 디지털 값으로 바꾼다고 배우는데, 이 변환 과정에서 어떤 원리로 샘플링이 이루어지는지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

ADC는 시간에 따라 끊임없이 변화하는 아날로그 신호를 매 순간 일정 시간 간격으로 측정하는 샘플링 과정을 거쳐 이산적인 위치의 점들로 잘라냅니다 이때 신호를 손실 없이 복원하려면 원본 신호가 가진 최고 주파수의 최소 2배 이상 빠른 속도로 측정해야 한다는 나이퀴스트 표본화 정리가 적용됩니다. 이렇게 추출된 시간상의 값들은 설정된 분해능 범위 내의 가장 가까운 단계 값으로 잘라 맞춰지는 양자화를 거치게 됩니다 마지막으로 양자화된 각 수치가 컴퓨터가 이해할 수 있는 0과 1의 부호화 과정으로 전환되면서 연속적인 아날로그가 완전한 디지털 값으로 바뀝니다

Answer 2

안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.

ADC는 일정 기간 간격으로 아날로그 신호를 측정하고 측정된 전압을 정해진 눈금 중 가장 가까운 값으로 반올림 한 뒤 이를 0과 1의 이진수로 부호화하여 디지털 값으로 변환한답니다.

Answer 3

안녕하세요.

기준값을 정하고 Analog값이 그 이상이면 High

그 이하면 Low로 출력을 내보냅니다.

그렇게 Pulse형태의 츨력을 내보내는게 ADC입니다

Answer 4

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

ADC는 두 단계를 거쳐요. 먼저 시간을 잘게 끊어 일정한 간격마다 신호의 값을 떠내는 샘플링을 하고, 그렇게 떠낸 전압을 정해진 눈금 중 가장 가까운 숫자로 바꾸는 양자화를 해요.

샘플링은 스위치와 작은 커패시터로 된 샘플앤홀드 회로가 맡아요. 정해진 순간에 스위치를 잠깐 닫아 그 순간의 입력 전압을 커패시터에 충전하고, 곧바로 스위치를 열어 그 값을 붙잡아 둬요. 입력 신호는 계속 변해도 커패시터에 잡힌 전압은 고정돼 있어서, 변환하는 동안 값이 흔들리지 않아요. 이때 얼마나 자주 떠낼지가 중요한데, 신호에 들어 있는 가장 높은 주파수의 두 배 이상으로 샘플링해야 원래 파형을 되살릴 수 있어요. 사람이 듣는 소리는 약 20kHz까지라 음악 CD가 44.1kHz로 샘플링하는 거예요. 이보다 느리면 빠른 진동이 엉뚱한 느린 파형으로 둔갑해서, ADC 앞에 높은 주파수를 미리 걸러내는 필터를 달아둬요.

양자화에서는 널리 쓰이는 축차 비교형 ADC를 예로 들면, 붙잡은 전압이 기준 전압의 절반보다 큰지 작은지를 묻고, 그 결과에 따라 범위를 절반씩 좁혀가며 한 비트씩 정해요. 스무고개를 하듯 12번 비교하면 4096단계 중 하나로 값이 결정돼요. 눈금 사이의 값은 가장 가까운 눈금으로 반올림되니, 비트 수가 많을수록 이 오차가 작아져요 :)

Answer 5

안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.

ADC는 시간을 쪼개고 전압값을 반올림해서 0이랑 1로 바꾸는 과정을 거칩니다. 먼저 끊임없이 흐르는 아날로그 신호를 일정한 시간 간격으로 잘라내죠. 이 과정을 표본화라고 부릅니다. 잘라낸 순간의 전압 높이를 정해진 눈금에 맞춰서 가장 가까운 숫자로 만들죠. 이 작업의 양자화라고 부릅니다. 그 숫자를 컴퓨터가 알아듣게 0과 1의 이진수로 바꾸고 이게 부호화인 것이죠.

샘플링의 핵심은 원래 신호보다 훨씬 빠르고 촘촘하게 전압을 찍어내는 것입니다. 원래 파형 속도보다 최소 두 배 이상 빠른 속도로 찍어야 하죠. 너무 듬성듬성 자르면 원래 형태가 완전히 뭉개져 버릴 수가 있습니다. 이걸 앨리어싱 현상이라고 부릅니다. 그래서 전압을 1초에 수만 번 이상 콕콕 찍어서 값에 저장하는 거죠. 결국에는 촘촘하게 찍고 높이 눈금을 세밀하게 나눌수록 원본이랑 똑같은 디지털 값이 만들어집니다.