ADC/DAC IC의 원리와 아날로그·디지털 변환 과정

ADC/DAC IC는 아날로그와 디지털 신호 사이를 연결하는 핵심적인 집적회로입니다. 현실 세계의 물리적 신호는 연속적인 아날로그 형태이지만, 디지털 시스템은 이를 이진수로만 처리할 수 있습니다. 따라서 신호 변환을 담당하는 ADC(Analog-to-Digital Converter)와 DAC(Digital-to-Analog Converter)는 전자 시스템에서 없어서는 안 될 중요한 역할을 합니다.

1. ADC란?

ADC는 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환하는 회로입니다. 예를 들어 온도 센서에서 발생하는 전압 신호를 디지털 숫자로 바꿔 마이크로컨트롤러에서 처리할 수 있게 합니다.

• ✔ 연속적인 신호 → 이산적 디지털 데이터
• ✔ 변환 속도와 분해능(Resolution)이 성능을 결정
• ✔ 센서 인터페이스, 오디오 입력, 계측 장비에 사용

2. DAC란?

DAC는 디지털 데이터를 아날로그 신호로 변환하는 회로입니다. 예를 들어 디지털 음악 파일을 아날로그 오디오 신호로 변환하여 스피커로 출력할 수 있게 합니다.

• ✔ 디지털 값 → 연속적인 아날로그 신호
• ✔ 정확도와 샘플 속도가 품질 결정
• ✔ 오디오 출력, 영상 신호, 제어 시스템에 사용

3. 아날로그·디지털 변환 과정

ADC와 DAC의 변환 과정은 다음과 같이 요약됩니다.

1. 아날로그 신호 입력 (예: 전압, 전류, 음성)
2. ADC가 신호를 샘플링 및 양자화하여 디지털 데이터 생성
3. 디지털 시스템에서 연산·저장·전송
4. DAC가 디지털 데이터를 다시 아날로그 신호로 변환
5. 출력 장치(스피커, 디스플레이, 모터 등) 구동

4. ADC의 주요 방식

• 직병렬(Flash) ADC: 초고속 변환, 고비용·고전력 소모
• 연속적 근사(SAR) ADC: 중속·중해상도, MCU에 널리 사용
• Σ-Δ(Sigma-Delta) ADC: 고분해능, 오디오·계측 장비에 사용

5. DAC의 주요 방식

• 가중 저항 DAC: 단순 구조, 저가형
• R-2R Ladder DAC: 널리 쓰이는 구조, 정밀도 우수
• Σ-Δ DAC: 고음질 오디오 장비에 사용

6. 응용 분야

ADC/DAC IC는 다양한 분야에서 활용됩니다.

• 오디오: 마이크 입력(ADC), 스피커 출력(DAC)
• 영상 처리: 디지털 영상 신호를 아날로그 디스플레이로 출력
• 통신: 무선 신호의 디지털 변조·복조
• 산업 제어: 센서 신호 처리 및 기계 제어
• 의료 기기: ECG, MRI 등 아날로그 데이터를 디지털화

7. 미래 전망

앞으로 ADC/DAC IC는 더 높은 분해능과 빠른 속도를 지원하며, 저전력 설계와 SoC(System on Chip) 통합이 가속화될 것입니다. 특히 AI와 IoT 기기의 확산으로 센서 데이터 처리를 위한 ADC와 오디오·영상 출력을 위한 DAC의 중요성은 더욱 커질 것으로 보입니다.

결론

ADC/DAC IC는 아날로그와 디지털 세계를 연결하는 다리와 같은 존재입니다. ADC는 아날로그 신호를 디지털화해 연산과 저장을 가능하게 하고, DAC는 디지털 데이터를 다시 현실 세계로 출력합니다. 두 IC는 오디오, 영상, 통신, 산업 및 의료 분야 전반에서 없어서는 안 될 핵심 부품입니다. 지금까지 “Circuit DesZ” 였습니다.