축차 비교형 아날로그-디지털 변환회로

축차 비교형 ADC 기능도

아날로그-디지털 변환회로 방식중에 축차 비교형 아날로그-디지털 변환회로(Successive approximation ADC)는 이진 탐색 방식으로 양자화하는 변환 방식이다. 내부에 DAC와 비교기를 사용하여, 각각의 비트에 대해 한클럭에 상위 MSB 부터 LSB쪽으로 결정해 간다.

기능도

용어

• DAC = 디지털-아날로그 변환회로
• EOC = 변환완료
• SAR = 축차 비교 레지스터
• S/H = 샘플 및 홀더
• V_in = 입력 전압
• V_ref = 기준 전압

변환방법

레지스터 또는 하드웨어 방법으로 변환시작 신호가 전달되면, 제어회로는 상위비트(MSB) 부터 변환을 시작한다. 우선설정된 비트에 따라 DAC는 아날로그 전압으로 바꾸고, 이것과 입력전압을 비교한다.

우선 SAR을 최상위 비트를 0로 설정하고 나머지를 1으로 설정한다.

SAR의 초기값 = 0111...1111 (또는 1000...0000) => DAC => $V_{DAC}$는 $V_{REF}/2$ 근처.

만약 DAC 전압보다 입력전압이 작다면 기준전압의 반이하라는 말이 된다. 비교기의 논리 1로 출력되고 이것을 보고 SAR을 0으로 설정한다.

최상위비트는 기준전압의 1/2을 의미한다. 즉,

• 최상위 비트 1 : 입력전압이 기준전압의 반 보다 크다. $V_{IN} > V_{REF}/2$
• 최상위 비트 0 : 입력전압이 기준전압의 반 보다 작다. $V_{IN} < V_{REF}/2$

는 뜻이 된다. 따라서 비교기의 결과에 따라 최상위 비트를 결정하면 된다.

이것은 한 클럭동안 결정된다. 따라서 DAC 속도와 비교기의 속도보다 한클럭이 빠르면 문제가 된다. 안정적인 변환속도 안에 들어오도록 클럭의 속도를 결정한다.

한클럭 동안 고려해야할 변환 지연:

클럭의 주기 > DAC 변환 시간 + 비교기 전파시간 + SAR 논리회로 전파시간 + 안정적 여유(칩의 특성에 따른 최대 지터)

만약 $V_{REF}$=10이고 입력전압 $V_{IN}$=3이면 최상위 비트는 0이다.

최상위 비트가 0으로 결정되면 다음 비트를 결정한다.

0 011...1111

다음 비트는 다시 1/2의 분해능으로 결정한다. 전체의 1/4 로 다시 0과1을 결정한다. 다시 3V는 2.5V 보다 크므로 다음 비트는 1로 설정 된다.

 5 < 3 <= 2.5

이므로 1로 결정 한다.

이제 다음비트는

01 01...1111

이런식으로 전체 비트수 만큼 클럭을 진행하면 모든 비트를 결정한다.

같이 보기

• 아날로그-디지털 변환회로
• 디지털-아날로그 변환회로
• 표본화 정리