ADC
ADC(Analog-Digital Converter)는 연속적인 아날로그 전기 신호를 이산화된 디지털 신호로 변환하는 장치이다. DAC와 반대의 역할을 한다.
아날로그 데이터인 연속적으로 변하는 전압값을 주기적으로 샘플링하여 그것을 n비트의 디지털 데이터에 대응시킨다. 이때 측정 가능한 전압 범위와 결과 데이터의 최소 단위가 출력 비트의 갯수 만큼의 비율을 가진다(이 간격을 분해능이라고 한다).
샘플링 이론에 따르면 대역이 제한된 신호(즉 주파수의 최대값과 최소값이 유한하게 정해진 파동 신호)의 경우 주파수의 두 배 진동수로 샘플링하면 원래 신호를 복원할 수 있다. 따라서 타겟이 되는 주파수 대역을 정할 수 있으며 감지할 필요가 있는 모든 신호(인간의 가청 주파수 대역 안의 소리, 안정적인 전압 변동, 광 신호 등)를 입력할 때에는 지나치게 높은 샘플링 성능의 ADC를 쓸 필요는 없다.
고성능 전자 설비에서는 초당 백만 샘플레이트는 우습게 넘기는 고성능 ADC가 쓰이며, 저전력 전자기기에는 많아야 8에서 18비트 정도의 측정 비트 폭을 가지는 ADC가 사용된다.
짧은 시간 내의 급격한 전압 입력의 변동으로 인해 출력이 왜곡되는 것을 막기 위해 ADC에는 '표본 유지 회로'(Sample and hold circuit)가 있어 안정적인 출력값 산출을 시도한다.
ADC가 붙을 법한 센서 장치로는 안테나, 포토 다이오드와 포토 트랜지스터 및 포토 리지스터(resistor, 저항이라 부르는 그 소자) 등의 전자기파 감지 센서(광 센서 및 적외선 센서), 온도 감지 센서로 서미스터 저항과 서모커플, 압력 센서로 압전 소자를 응용한 차압 센서, 습도를 감지하는 폴리머 센서, 마이크 및 초음파 센서와 자기 센서 등이 있다.
ADC는 크게 다음과 같은 종류로 나뉜다.
- 계수 비교형: 분해능이 되는 단위 전압에 따른 카운터를 하나씩 올리며 전압을 올려 아날로그 전압 이상 되었을 때의 카운터 값을 출력
- 축차 비교형: 비트를 큰 단위부터 수정해가며 입력 신호의 전압과 비교하는 방식, 가장 단순하고 구하기 쉽다.
- 이중 적분형: 적분 계산을 하면서 출력값을 결정
- 병렬 비교형: 가능한 모든 전압과 입력 신호를 동시에 비교한다. 입력부터 출력까지의 처리 속도가 가장 빠르다.
디지털 전기 회로도 결국 전기가 흐르는 도선이기에, 전자기 유도로 인해 장치 외부의 다른 고출력 전자기기, 전기 설비는 물론이고 심지어 출력으로 내보낸 디지털 전기 신호가 아날로그 입력 신호에 간섭할 수 있다. 이것을 노이즈라고 하며, 노이즈의 영향력을 최대한 줄이도록 ADC 장착 기기의 내부 설계 개선(회로 자체의 설계 개선과 전자기파 간섭 차폐 대책을 모두 포함)을 고민할 필요가 있다. 이게 잘 안 되는 싸구려 마이크 등의 장치의 경우 제대로 된 동작을 하지 않는 경우가 있으니 주의해야 한다.