DA 컨버터란?
DA 컨버터는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 전자회로입니다.
컴퓨터, 태블릿, 스마트폰 등의 디지털 기기에서는 다양한 처리가 디지털 신호로 이루어집니다. 하지만 그 결과를 소리나 빛과 같은 형태로 출력하는 경우, 이들은 아날로그 양이기 때문에 디지털 신호에서 아날로그 신호로 변환을 해야 합니다.
아날로그 양은 연속적인 값이고, 이산값인 디지털 양을 엄격하게 아날로그 양으로 변환하기 위해서는 무한한 자릿수가 필요하기 때문에 DA 컨버터에서 출력되는 값은 필연적으로 근사치가 될 수밖에 없습니다. 반대로 아날로그 양을 디지털 양으로 변환하는 회로를 AD 컨버터라고 합니다.
DA 컨버터의 사용 용도
DA 컨버터는 아날로그 신호를 출력해야 하는 모든 디지털 기기에서 사용됩니다.
스피커가 탑재된 PC, 스마트폰, 디지털 오디오, TV는 물론 스마트 스피커로 대표되는 음성합성 기능을 갖춘 기기에도 탑재되어 디지털 데이터를 아날로그 음성신호로 변환합니다. 최근에는 USB 연결 등의 외장형 DA 컨버터도 개발되어 고해상도 음원 등 고음질의 음성 출력을 위해서도 사용되고 있습니다.
또한, PC 모니터나 프로젝터 등 일부 영상기기에는 아날로그 데이터를 입력하는 VGA 단자나 RCA 단자가 있으며, DA 컨버터에 의해 디지털 데이터에서 변환된 아날로그 영상 신호가 입력됩니다.
산업용 기기에서는 특히 고정밀도의 연속적인 제어가 필요한 장면 등에서 DA 컨버터에서 출력되는 아날로그 신호가 필요합니다.
DA 컨버터의 원리
DA 컨버터의 변환 방식은 여러 가지가 있지만, 가장 간단하고 저렴한 방식은 저항 분할 방식입니다. 저항 스트링스라고 부르기도 합니다.
저항 분할 방식은 기준 전압과 접지 사이에 2^n 개의 등가 저항을 직렬로 연결하고 저항 사이의 노드를 출력으로 하여 기준 전압의 1/2^n의 정수배의 전압을 만듭니다. 디지털 신호를 디코딩하여 이 출력 노드 중 하나를 선택하여 임의의 전압을 출력할 수 있습니다. 이때 분해능은 n에 의해 결정되며, n비트의 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환할 수 있게 됩니다.
저항분할 방식은 매우 단순하고 단조로운 증가성이 보장되기 때문에 선형성이 있고 정확도가 높은 반면, 해상도를 높이기 위해 비트 수를 늘리면 회로 규모가 기하급수적으로 커진다는 단점이 있습니다.
저항 분할 방식 이외의 변환 방식으로는 커패시터를 이용하는 방식, 전류원을 이용하는 방식, 저역 통과 필터를 이용하는 방식 등이 있습니다.
DA 컨버터의 기타 정보
1. DA 컨버터 사용 시 주의사항
DA 변환의 출력은 원칙적으로 이산값이기 때문에 변환 정밀도를 높여도 원래의 아날로그 신호와는 다른 값이 됩니다. 이 차이가 노이즈가 되어 아날로그 신호의 품질에 영향을 미칩니다. 또한, DA 컨버터 끝에 연결되는 스피커 등 전자부품의 품질도 아날로그 신호의 품질에 영향을 미칩니다.
이처럼 회로도의 파라미터만으로는 표현할 수 없는 부분이 존재할 수 있으며, 전체 균형을 염두에 두고 사용 부품을 검토하고 조정해야 합니다.
2. DA 컨버터의 정확도
DA 컨버터는 산업용 시스템, IoT 시스템, 각종 측정 시스템, 각종 미디어 시스템 등 다양한 경우에 활용되지만, 각 시스템의 고도화에 따라 보다 높은 정밀도가 요구되고 있습니다.
DA 컨버터에는 몇 가지 오차가 발생하는데, 주요 오차로는 다음과 같은 것들이 있습니다.
- 오프셋 오차 (OE)
- 게인 오차 (GE)
- 적분 비선형성 오차 (INL)
DA 컨버터의 정확도는 이 세 가지 오차를 모두 포함하여 평가되며, 종합 미수정 오차는 (OE^2+GE^2+INL^2)의 제곱근으로 표현됩니다.
세 가지 오차 중 OE와 GE는 시스템에서 간단한 코드를 사용하여 교정할 수 있지만, INL은 일반적으로 복잡한 코드가 되고, 오차 자체도 함수로 표현할 수 없는 오차이기 때문에 많은 파라미터를 메모리에 저장해야 합니다.
또한 캘리브레이션 코드 자체가 시스템 전체에 무시할 수 없는 부하를 줄 수 있기 때문에 INL 오차를 억제하는 것이 중요합니다.