ADC방식과 ADC의 오차와 대책

1. ADC방식의 종류

   (1) 계수비교형 ADC

      내부에서 D/A Converter로 발생시킨 전압이 아날로그 입력보다 커질 때까지 비교하는 방식이

   다. D/A Converter의 출력을 만들기 위한 계수기를 사용한다. 이 계수기는 변환을 시작할 때 Res

   et되고 각 Clock이 사이클마다 1씩 증가하는 구조를 갖는다. 비교기는 D/A Converter의 출력이

   아날로그 입력 전압을 초과하는 순간 계수기의 동작을 정지시키며, 이 마지막의 계수값이 디지털

   로 변환된 출력값이 된다. 회로가 비교적 단순하지만 변환시간이 길고 입력 신호의 크기에 따라

   달라지는 단점을 가진다. 입력 신호가 full scale이면 변환시간이 가장 길어져서 Clock 주기가 필

   요하게 된다.

< 계수 비교형 ADC >

 

   (2) 축차비교형 ADC(Successive approximation ADC)

      축차비교형 ADC는 SAR(successive Approximation Register)을 사용하여 최상위 비트로부터

   순서대로 하위 비트 쪽으로 수정하여 가는 방법으로 DAC의 출력을 훨씬 빨리 아날로그 입력 전

   압에 근사시킨다. 비교적 변환시간이 빠르고 회로도 간단하여 현재 저가형이면서 분해능이 비교

   적 높은 범용 A/D Converter에 가장 널리 사용되고 있다. 변환 중에 아날로그 입력전압이 일정하

   게 유지되어야 하므로 샘플/홀드가 반드시 필요하다.

< 축차 비교형 ADC >

 

   (3) 이중적분형 ADC (Dual-slope integrating ADC)

      이는 일정한 시간동안 아날로그 입력신호를 적분하고 나서 계수기를 Reset한 후에 다시 기준

   전압을 적분기의 출력이 0이 될 때까지 적분하여 그 시간을 측정한다. 이것은 일정한 시간동안 아

   날로그 입력 신호를 적분하므로 입력신호의 잡음에 대하여도 안정된 변환특성을 가지지만 2번의

   적분시간 때문에 변환시간이 늦은 것이 단점이다. 따라서 이 방식은 저속으로 동작하는 시스템에

   많이 사용된다.

< 이중 적분형 ADC >

 

   (4) 병렬 비교형 ADC (flash ADC)

      아날로그 입력신호를 여러개의 저항으로 나눈 기준 전압과 각각의 비교기로 비교하는 방식을

   사용하므로 한 단계에 비교가 완료되어 매우 빠른 변환시간을 갖는다. 그러나 높은 분해능을 갖

   게 하려면 정밀저항 회로와 비교기의 수가 많아져 회로가 복잡해지고 가격이 비싸지는 것이 단점

   이다. 비교기로는 OP-amp가 사용된다. 이 방식은 가격이 비싸지만 매우 빠른 처리속도가 요구되

   는 분야에 사용된다.

< 병렬 비교형 ADC >

 

2. ADC과정에서 발생한 오차와 대책

      ● 양자화 Error
         이는 이상적인 ADC에서도 발생한다. 이는 아날로그입력 신호의 디지털화와 관련된 오류이

      다. 1/2LSB에서 첫 번째 코드 변환이 될 때 까지는 그 값이 0으로 나타난다. 이 Error는 잡음성

      형 기법을 사용하여 최소화 시킬수 있다. 이 기법은 잡음을 줄이거나 제거할수 없지만 저주파

      수에서 보다 높은 주파수로 잡음을 밀어냄으로서 억제시킬수 있다.
     
      ● Offset Error and Gain Error
         Offset Error는 0V의 차동 입력 전압이 ADC에 들어올때 이상적인 코드와 실제 코드의 편차이

      다. Gain Error는 -Full Scale 입력에서 +Fullscale입력까지의 이상적인 기울기와 실제 기울기

      사이의 편차이다. 이 두가지 Error는 ADC의 가장 중요한 Error이다. 선형보정법으로 역함수를

      이용하여 Error가 난 차이만큼의 값을 더해 Error값을 상쇄하거나 보강하여 교정한다.

      

               

      ● Differntial Nonlinearity Error(D.N.L)
         DNL Error는 하나의 디지털 코드로 변환되는 아날로그 입력 범위가 일정하지 않아서 생기는

      오류이다. 아날로그 입력의 증가에 따라 코드는 같거나 증가한다. 이런 경우라면 ADC는 모노

      토닉(monotonic)이다. ADC가 출력 코드값을 넘으면 손실 코드(missing code)로, 코드 출력값

      이 감소하면 비모노토닉(non-monotonic)으로 정의된다. 히스토그램을 보면 손실 코드가 있는

      지 그리고 상대적 코드폭은 얼마인지를 알 수 있다. 손실 코드가 없는 정규 분포라면 이는 균일

      한 코드 폭임을 의미한다.

 

      ● Integral Nonlinearity Error(I.N.L)
         INL Error는 출력코드가 이상적인 출력과 얼마나 다른지를 나타내며 Offset Error와 Gain Err

      or를 보정시킨다. 실제 끝점과 이상적인 선과의 최대 오차로써 측정된다.

 

      ● Aperture Error
         ADC가 Signal을 Sample and hold 할때 걸리는 잠깐의 시간에 의한 Error이다.

  

 

 

<출처 : 네이버 블로그>