KR100731030B1 - 아날로그-디지털 변환회로 및 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 아날로그-디지털 변환회로는 입력되는 아날로그 신호를 선택하여 출력하는 먹스부; 상기 먹스부의 출력과 기준신호를 비교하는 비교부; 상기 비교부의 비교 결과 상기 아날로그 신호와 상기 기준 신호가 동일하지 않으면 상기 아날로그 신호에 상응하는 복수 비트의 디지털 신호 중 노이즈에 민감한 소정의 비트만을 변경한 복수 비트의 디지털 신호를 출력하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서에서 출력되는 디지털 신호에 상응하는 아날로그 신호로 변환하여 상기 비교부의 기준신호로 전달하는 디지털/아날로그 변환부를 포함하며, 상기 마이크로프로세서는 상기 소정의 비트만을 변경한 복수개의 디지털 신호를 상기 비교부의 비교결과가 일치할 때까지 변경하여 출력하는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 방법은 입력되는 아날로그 신호와 기준신호를 비교하는 제 1 단계와, 상기 아날로그 신호와 기준신호가 동일하지 않으면 상기 입력되는 아날로그 신호에 상응하는 복수 비트의 디지털 신호 중 노이즈에 민감한 소정의 비트만을 변경한 복수 비트의 디지털 신호를 출력하는 제 2 단계와, 상기 디지털 신호에 상응하는 아날로그 신호와 상기 입력되는 아날로그 신호를 비교하는 제 3 단계와, 상기 입력되는 아날로그 신호와 기준신호가 일치할 때까지 상기 제 2, 3 단계를 반복하는 제 4 단계를 포함하며, 상기 2 단계는 상기 소정의 비트만을 변경한 복수개의 디지털 신호를 상기 입력되는 아날로그 신호와 기준신호가 일치할 때까지 변경하여 출력하는 것을 특징으로 한다.

AD 변환회로, 아날로그 디지털 변환방법

Description

아날로그-디지털 변환회로 및 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 방법 {Analogue to Digital Converter and Method of Conversion in Analogue to Digital}

도 1은 종래 기술에 따른 마이컴을 이용한 A/D 변환회로도.

도 2는 본 발명에 따른 마이컴을 이용한 A/D 변환회로도.

도 3은 본 발명에 따른 마이컴을 이용한 A/D 변환방법을 설명하기 위한 순서도.

표 1은 신호전압과 그에 해당되는 디지털신호를 예시한 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

21 : 먹스부 22 : 비교부

23 : 마이크로프로세서 24 : 디지털/아날로그 변환부

본 발명은 아날로그-디지털 변환회로(Analogue/Digital Converter. 이하 "A/D 변환장치" 라 칭함)에 관한 것으로, 특히 마이컴(MICOM)을 이용한 아날로그-디지털 변환회로 및 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 방법에 관한 것이다.

A/DC는 아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸는 변환 장치로 즉, 연속적인 값을 표현하는 아날로그 형태로 구성된 신호를 입력받아서 이산적인 양의 값을 표현하는 디지털 형태의 신호로 변환하여 주는 장치를 말한다. 이와 반대로 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 장치를 DA 컨버터라고 한다.

아날로그-디지털 변환은, 계속해서 변화하는 신호(아날로그)가 그것의 본질적인 내용은 달라지지 않은 채, 여러 수준의 신호(디지털)로 바뀌어지는 전자적 처리과정이다.

A/DC의 입력은 이론상으로 무한한 개수의 값들 사이에서 변화하는 전압들로 구성된다. 이러한 것들의 예로는, 사람의 말을 표현하는 파형, 그리고 재래식 텔레비전 카메라로부터의 신호인 사인 곡선이 있다. 이와는 달리, A/DC의 출력은 미리 정의된 차원들 또는 상태들로 구성된다. 상태의 개수는 2, 4, 8, 16 등 거의 항상 2의 배수이다. 가장 단순한 디지털 신호들은 오직 두 개의 상태만을 갖는데, 이것을 바이너리라고 부른다. 모든 숫자들은 0과 1의 조합으로 이루어진 바이너리 스트링의 형태로 표현될 수 있다.

디지털 신호들은 대부분 아날로그 신호보다 좀더 효율적으로 전달되는데, 그 이유는 디지털 신호들은 명확하고 규칙적이기 때문에, 무질서한 잡음으로부터 구분하는 전자회로를 쉽게 만들 수 있기 때문이다. 이것이 디지털 통신의 주요 장점이다. 컴퓨터들은 2진 디지털 데이터 특유의 표현으로 "말하고", 또한 "생각"하므로, 마이크로프로세서가 아날로그 데이터를 분석할 수 있을 지라도, 컴퓨터가 그것을 감지할 수 있도록 디지털 형태로 변경해야 한다.

A/DC 나 DAC 는 일반적으로 마이컴(MICOM)과 함께 구성되는 경우가 많다.

이하, 도면을 참조하여 종래의 마이컴을 이용한 A/D 변환회로에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 종래 기술에 따른 A/D 변환회로의 구성이다.

종래 기술에 따른 A/D 변환회로는, 도 1에 도시된 바와 같이, 입력되는 아날로그 신호를 선택하여 출력하는 멀티플렉서부(이하, "먹스(MUX)부"라 칭함)(11)와, 상기 먹스부(11)에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 변환부(12)와, 상기 A/D 변환부(12)에서 출력되는 디지털 신호를 받아 연산처리하는 마이크로프로세서(13)로 구성된다.

이와 같은 종래 A/D 변환회로는 먹스부(11)에서 출력되는 아날로그 신호가 A/D 변환부(12)에서 디지털 신호로 변환되는데, 상기 A/D 변환부(12)는 입력되는 아날로그 신호를 기준신호와 비교하여 서로 일치하면 상기 아날로그 신호에 상응하는 디지털 신호를 출력한다.

이때, 아날로그 신호에 노이즈(noise)가 실려 있을 경우에는 상기 아날로그 신호에 상응하는 정확한 디지털 신호를 얻을 수가 없다. 따라서, 마이크로프로세서(13)의 제어 하에 입력되는 아날로그 신호에 상응하는 정확한 디지털 데이터를 얻기 위해서 아날로그 신호와 그에 상응하는 기준신호를 비교하는 비교동작을 여러번 수행하여야 한다.

예를 들어, 디지털 신호 12비트에 상응하는 아날로그 신호가 입력될 경우, 상기 마이크로프로세서(13)가 A/D 변환부(12)에서 출력되는 디지털신호가 정확하지 않다고 판단되면 상기 12비트에 상응하는 최하위 비트에서부터 최상위 비트까지 다 시 측정하여 기준신호와 비교하는 동작을 반복한다.

그러나 상기와 같은 종래 A/D 변환회로는 다음과 같은 문제점이 있었다.

노이즈가 실린 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환함에 있어서, 선형도(Linearity) 향상을 위해서는 출력하고자 하는 디지털 신호의 전체 비트를 다시 측정하여야 하므로 결국, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 변환시간을 증가시키게 되어 실시간 처리에 문제가 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 디지털 신호로 변환함에 따른 전체 비트 중 오차 위험이 높은 비트만을 측정함으로써, 변환시간의 단축 및 정확도를 향상시킬 수 있는 아날로그-디지털 변환회로 및 그에 따른 변환방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 아날로그-디지털 변환회로는 노이즈가 포함된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환회로에 있어서, 입력되는 아날로그 신호를 선택하여 출력하는 먹스부; 상기 먹스부의 출력과 기준신호를 비교하는 비교부; 상기 비교부의 비교 결과 상기 아날로그 신호와 상기 기준 신호가 동일하지 않으면 상기 아날로그 신호에 상응하는 복수 비트의 디지털 신호 중 노이즈에 민감한 소정의 비트만을 변경한 복수 비트의 디지털 신호를 출력하는 마이크로프로세서; 상기 마이크로프로세서에서 출력되는 디지털 신호에 상응하는 아날로그 신호로 변환하여 상기 비교부의 기준신호로 전달하는 디지털/아날로그 변환부를 포함하며, 상기 마이크로프로세서는 상기 소정의 비트만을 변경한 복수개의 디지털 신호를 상기 비교부의 비교결과가 일치할 때까지 변경하여 출력하는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 A/D 변환방법은 입력되는 아날로그 신호와 기준신호를 비교하는 제 1 단계와, 상기 아날로그 신호와 기준신호가 동일하지 않으면 상기 입력되는 아날로그 신호에 상응하는 복수 비트의 디지털 신호 중 노이즈에 민감한 소정의 비트만을 변경한 복수 비트의 디지털 신호를 출력하는 제 2 단계와, 상기 디지털 신호에 상응하는 아날로그 신호와 상기 입력되는 아날로그 신호를 비교하는 제 3 단계와, 상기 입력되는 아날로그 신호와 기준신호가 일치할 때까지 상기 제 2, 3 단계를 반복하는 제 4 단계를 포함하며, 상기 2 단계는 상기 소정의 비트만을 변경한 복수개의 디지털 신호를 상기 입력되는 아날로그 신호와 기준신호가 일치할 때까지 변경하여 출력하는 것을 특징으로 하고 있다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 A/D 변환회로와 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 방법을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 A/D 변환회로의 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 A/D 변환방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 A/D 변환회로는 입력되는 아날로그 신호를 선택하여 출력하는 먹스부(21)와, 상기 먹스부(21)의 출력과 기준신호를 비교하는 비교부(22)와, 상기 비교부(22)의 비교 결과에 따라 입력되는 아날로그 신호에 상응하는 복수 비트의 디지털 신호 중 노이즈에 민감한 소정의 비트만을 변경한 복수 비트의 디지털 신호를 출력하는 마이크로프로세서(23)와, 상기 마이크로프로세서(23)에서 출력되는 디지털 신호에 상응하는 아날로그 신호로 변환하여 상기 비교부(22)의 기준신호로 전달하는 디지털/아날로그 변환부(24)로 구성된다.

본 발명의 A/D 변환회로는 입력되는 아날로그 신호와 디지털/아날로그 변환부(24)에서 출력되는 기준전압을 비교함으로써, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변 환한다.

즉, 아날로그 신호는 먹스부(21)를 통해 비교부(22)의 한쪽 단자로 인가되고, 상기 비교부(22)의 다른쪽 단자에는 마이크로프로세서(23)에서 출력되는 기준신호에 상응하는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하여 출력하는 디지털/아날로그 변환부(24)의 출력신호가 인가된다.

따라서, 비교부(22)는 디지털/아날로그 변환부(24)를 통해 전달된 기준신호와 입력되는 아날로그 신호를 비교하여 그 결과를 이진 데이터로 출력한다.

상기 비교부(22)에서 출력된 이진 데이터를 마이크로프로세서(23)에서 입력하여 입력되는 아날로그 신호에 상응하는 정확한 디지털 신호가 아닐 경우에는 상기 마이크로프로세서(23)는 다시 디지털 기준신호를 출력하고, 상기 디지털/아날로그 변환부(24)는 상기 디지털 기준신호에 상응하는 아날로그 기준신호를 비교부(22)의 다른쪽 단자로 출력한다.

이때, 본 발명의 A/D 변환회로는 얻고자하는 디지털 신호의 전체 비트(최하위 비트에서부터 최상위 비트)를 다시 측정하지 않고, 노이즈에 가장 민감한 비트 예를 들어, 12비트라고 가정할 경우, 하위 4비트 정도만을 재측정한다. 표 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

표 1은 각각의 기준전압에 해당되는 디지털 신호를 12비트 기준으로 예시한 것이다.

예를 들어 최초의 기준전압이 1.5V이고 입력된 아날로그 신호전압이 2V이면 비교부(22)의 이진데이터에 의해 기준전압과 신호전압의 일치하지 않음이 마이크로프로세서(23)에 전달될 것이고, 이를 기준으로 마이크로프로세서(23)는 신호전압에 보다 근사한 기준전압을 다시 디지털/아날로그 변환부(24)를 거쳐 비교부(22)에 출력할 것이다. 결국 기준전압이 신호전압에 일치할 때까지 이 과정이 반복 실행 될 것이다. 한편, 상기와 같은 반복 과정에서 신호전압에 근사한 각각의 기준전압을 출력할 때 마이크로프로세서(23)가 인식, 실행하는 것은 디지털 신호이다. 따라서, 각각의 기준전압에 해당되는 디지털 신호를 반복 인식, 연산과정을 거쳐 새로운 디지털 신호를 출력하게 되는 것이다. 여기서, 표 1에 나타난 바와 같이 상기 반복과정을 걸쳐 출력되는 디지털 신호들은 총 12비트 중 하위 몇 비트를 제외하고는 대부분 일치하는 경우가 많다. 따라서, 상기 반복과정에서 마이크로프로세서(23)가 총 12비트 중 대부분 일치하는 상위 비트들을 포함하여 전체 12비트를 반복 재측정하는 것은 터치패널(Touch panel)과 같이 실시간 처리를 요하는 장치에는 시간적 단점이 야기되는 것이다. 본 발명에 따른 A/D 변환회로는 상기 반복 과정에서 마이크로프로세서(23)가 연산처리하는 것은 오류 위험이 큰 하위 소정의 몇 비트만이다. 예를 들어 디지털 신호가 총 12비트일 경우, 오류위험이 작은 상위 8비트는 마이크로프로세서(23)가 그 값을 저장하고 반복 재측성시 12비트 전체를 재측정하는 대신 오류위험이 큰 하위 4비트만을 연산처리하여 저장되어 있는 상위 8비트를 결합하여 새로운 기준전압이 될 디지털 신호를 보내게 된다.

여기서 상기 소정의 비트 및 총 비트 수는 프로그램 설정에 의해 변경 가능하다.

본 발명에 따른 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 방법은 다음과 같다.

본 발명에 따른 A/D 변환방법은 입력되는 아날로그 신호와 기준신호를 비교하는 제 1 단계와, 상기 아날로그 신호와 기준신호가 동일하지 않으면 상기 입력되는 아날로그 신호에 상응하는 복수 비트의 디지털 신호 중 노이즈에 민감한 소정의 비트만을 변경한 복수 비트의 디지털 신호를 출력하는 제 2 단계와, 상기 디지털 신호에 상응하는 아날로그 신호와 상기 입력되는 아날로그 신호를 비교하는 제 3 단계와, 상기 입력되는 아날로그 신호와 기준신호가 일치할 때까지 상기 제 2, 3 단계를 반복하는 제 4 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.

도 3은 본 발명에 따른 A/D 변환방법을 설명하기 위한 순서도이다

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 A/D 변환회로가 입력된 아날로그 신호전압과 일치되는 기준전압을 출력하기 위해서는 다음과 같이, 기준전압과 신호전압이 비교부(22)에 입력되는 단계(S1)와, 상기 기준전압과 신호전압의 일치 여부를 판단하는 단계(S2)와, 일치하였을 경우 종료하는 단계(S5)와, 일치하지 않을 경우 마이크로프로세서(23)에서 입력되는 아날로그 신호에 상응하는 복수 비트의 디지털 신호 중 소정의 비트만을 변경하여 복수 비트의 디지털 신호를 출력하는 단계(S3)와, 상기 마이크로프로세서(23)에서 출력된 디지털 기준전압 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계(S4)와, 상기 변환된 아날로그 기준신호와 상기 최초 입력된 아날로그 신호를 재비교하는 단계(S2)를 거쳐야 한다

상기 기준전압과 신호전압의 일치 여부를 판단하는 단계에서 일치하지 않을 경우 비교부(22)는 일치하지 않음에 해당되는 이진 데이터를 마이크로프로세서(23)로 출력하게 된다. 상기 마이크로프로세서(23)는 상기 이진 데이터를 연산하게 되는데, 앞서 본 발명의 A/D 변환회로 구성에 대한 설명에서 전술한 바와 같이 마이크로프로세서(23)는 복수 비트의 디지털 신호 중 오류위험이 작은 상위 비트(표 1 참조)들은 저장하고 새로운 디지털 기준전압 신호를 출력한다. 상기 저장한 값은 상기 마이크로프로세서(23)에서 출력되는 새로운 기준전압과 아날로그 신호전압의 재비교시 일치하지 않는 경우에, 비교부(22)를 통해 입력되는 이진 데이터 연산시 하위 소정의 비트만 연산하여 저장된 상위 비트들과 결합하여 새로운 기준전압신호로 출력된다. 상기와 같이 수회 이상의 기준전압과 신호전압의 비교과정을 거치는 A/D 변환 회로에서, 하위 소정의 비트만을 재비교함으로써 변환시간이 단축된다

또한, 상기 하위 소정의 비트 수 및 변환되는 비트 수는 프로그램 설정에 의해 변경 가능하며 이때 A/D 변환회로에 추가되거나 교체되는 장치는 요구되지 않는다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 아날로그-디지털 변환회로 및 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 방법은 다음과 같은 효과가 있다.

종래와 같이 고가의 전용 A/D 컨버터를 사용하는 대신 A/D 변환회로를 구성하여 설정된 프로그램에 따라 입력된 전체 비트 중 비교적 오차가 심한 하위 소정의 비트만을 반복 재측정함으로써, 변환시간의 단축 및 정확도 향상을 효과를 거둘 수 있다. 또한, 변환되는 비트의 수를 별도의 하드웨어적인 회로 수정 없이 프로그램 설정에 의해 변경이 가능하다.

Claims (8)

1. 노이즈가 포함된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환회로에 있어서,

   입력되는 아날로그 신호를 선택하여 출력하는 먹스부;

   상기 먹스부의 출력과 기준신호를 비교하는 비교부;

   상기 비교부의 비교 결과 상기 아날로그 신호와 상기 기준 신호가 동일하지 않으면 상기 아날로그 신호에 상응하는 복수 비트의 디지털 신호 중 노이즈에 민감한 소정의 비트만을 변경한 복수 비트의 디지털 신호를 출력하는 마이크로프로세서;

   상기 마이크로프로세서에서 출력되는 디지털 신호에 상응하는 아날로그 신호로 변환하여 상기 비교부의 기준신호로 전달하는 디지털/아날로그 변환부를 포함하며,

   상기 마이크로프로세서는 상기 소정의 비트만을 변경한 복수개의 디지털 신호를 상기 비교부의 비교결과가 일치할 때까지 변경하여 출력하는 것을 특징으로 하는 아날로그-디지털 변환회로.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 디지털신호에 해당되는 비트 수는 프로그램 설정에 의해 변경 가능한 아날로그-디지털 변환회로.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 소정의 비트는 적어도 2비트 이상의 하위 비트인 것을 특징으로 하는 아날로그-디지털 변환회로.
4. 삭제
5. 입력되는 아날로그 신호와 기준신호를 비교하는 제 1 단계;

   상기 아날로그 신호와 기준신호가 동일하지 않으면 상기 입력되는 아날로그 신호에 상응하는 복수 비트의 디지털 신호 중 노이즈에 민감한 소정의 비트만을 변경한 복수 비트의 디지털 신호를 출력하는 제 2 단계;

   상기 디지털 신호에 상응하는 아날로그 신호와 상기 입력되는 아날로그 신호를 비교하는 제 3 단계;

   상기 입력되는 아날로그 신호와 기준신호가 일치할 때까지 상기 제 2, 3 단계를 반복하는 제 4 단계를 포함하며,

   상기 2 단계는 상기 소정의 비트만을 변경한 복수개의 디지털 신호를 상기 입력되는 아날로그 신호와 기준신호가 일치할 때까지 변경하여 출력하는 것을 특징으로 하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 방법.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 제 2 단계의 소정의 비트는 적어도 하위 2비트 이상인 것을 특징으로 하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 방법.
7. 제 5 항에 있어서, 상기 복수 비트의 디지털 신호는 프로그래밍에 의해 그 비트수의 조정이 가능함을 특징으로 하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 방법.
8. 삭제

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