ADC 비트와 ENOB에 대한 이해 | 키사이트 Keysight
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오실로스코프 신호 무결성: 1부
ADC 비트 vs. ENOB(Effective Number of Bits)
오실로스코프에서 아날로그-디지털 변환기(ADC) 비트 수는 가장 널리 알려진 중요한 스펙 중 하나입니다. 오실로스코프의 품질을 결정하는 중요한 사양이기 때문에 결과적으로 많은 엔지니어들이 이 사양에 의존하고 있습니다. 그러나 ADC 비트에만 의지하고, 신호 무결성에 대한 또 다른 중요한 지표를 간과하는 경향이 있습니다.
ADC 비트 수만큼이나 중요한 것은 시스템의 유효 비트 수(시스템 ENOB)입니다. 시스템 ENOB는 측정 중에 실제로 유효한 비트의 수입니다. 오실로스코프에서는 ADC 비트가 모두 측정에 사용 되지 않고, 일부는 노이즈로 적용됩니다. 따라서 ADC 비트가 아닌, 'ENOB'가 오실로스코프의 측정 품질을 결정합니다. 측정 품질이 나쁘면 결과가 부정확하고 측정값이 일정하지 못합니다. 그로 인해 설계에서 올바르지 않은 결과가 일어날 수 있습니다.
ENOB는 시스템 오류를 고려하기 때문에 신호 무결성에 대한 보다 나은 지표입니다.
하지만 시스템 ENOB에 대해 알고 있는 엔지니어는 많지 않을 것입니다. 왜냐하면 ENOB를 높이는 설계는 높은 ADC 비트를 설계하는 것보다 훨씬 어려워서, ENOB 스펙이 잘 공개되지 않기 때문입니다. ADC와 관련한 프런트 엔드와 회로는 높은 수준의 품질로 설계되어야 하는데, 이는 쉬운 작업이 아닙니다.
오실로스코프 제조업체들은 당연히 가장 그럴듯해 보이는 사양을 시장에 내놓습니다. 그것이 바로 ADC 비트 입니다. 그러나 신호 무결성에 영향을 미치는 다른 중요한 요소들도 살펴보아야 합니다. ADC는 전체 시스템의 한 부분에 불과하기 때문입니다.
ADC 비트 또는 ENOB에 대해 관심을 가져야 하는 이유는 무엇일까요?
ADC 비트 수가 중요한 이유는 양자화 수준(Q-Level) 때문입니다. 비트 수가 많을수록 Q-Level이 높습니다. Q-Level이 높으면 오실로스코프가 실제 신호의 디테일한 부분을 더 많이 캡처하고 표시할 수 있어 정확도가 더 높아집니다.
ADC는 아날로그에서 디지털로 신호를 변환할 때 특정 수준에서만 변환할 수 있습니다. 신호를 양자화하기 위해 11, 10, 01, 00과 같은 네 가지 신호 레벨로 표현할 수 있습니다.
이제 3-비트 ADC를 비교해보겠습니다. 이 경우 오실로스코프에 23(즉, 8개)의 레벨이 제공됩니다. 2-비트 ADC와 3-비트 ADC로 동일한 신호를 측정하는 경우, 3-비트 오실로스코프는 아날로그 신호의 더 많은 부분을 디지털로 변환할 수 있습니다. 그 결과 디지털 방식으로 재구성해서 화면에 표시될 때 신호 디테일이 상당히 개선됩니다.
키사이트 Infiniium S-시리즈와 같은 고성능 오실로스코프는 10-비트 ADC이므로 1024개 Q-Level의 높은 정확도를 달성할 수 있습니다. 하지만 이 뿐 아니라, 오실로스코프의 다른 설계 부분 역시 정확도에 영향을 미친다는 점을 기억하십시오.
측정 시스템의 나머지 부분 때문에 ENOB(Effective Number Of Bits)가 ADC 비트 사양과 크게 달라질 수 있습니다. S-시리즈는 10-비트 ADC를 사용하는데, 평균적으로 약 8-비트인 ENOB 데이터를 보여주고 있습니다. 10-비트 ADC를 가지고 있는데 ENOB로는 왜 8-비트만 사용할 수 있을까요?
한 예로 1.8 Vpp 신호를 살펴보겠습니다. 그 신호를 측정하려면, 수직 스케일을 약 2 V 전체 화면으로 설정해야 합니다. 10-비트 ADC의 경우, 이론적인 감도는 양자화 레벨 당 1.95 mV입니다. 즉, 수직 분해능이 1.95 mV여야 합니다.
그러나 측정 시스템의 다른 구성 요소들 때문에 측정에서 실제로 ADC 비트 10개 모두가 유효하지는 않습니다. 유효 비트 수에 주로 영향을 미치는 요인은 노이즈와 왜곡입니다.
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