KR19980039339A - A/d 변환장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 아날로그신호를 디지털신호로 변화시키는 A/D 변환장치 및 방법에 관한 것이다. 본 A/D 변환장치는, 소정의 기준전압을 단계적으로 분압하는 복수개의 분압저항과, 디지털신호로 변화될 아날로그신호와, 상기 분압저항에 의해 분압된 각 분압전압을 상호비교하여 디지털신호를 출력하는 복수개의 비교기와, 상기 비교기로부터의 출력신호를 저장하는 비교기버퍼를 포함한다. 이에 의해, 변환속도가 빠르고 출력 디지털신호가 잡음에 강한 A/D 변환장치가 제공된다.

Description

A/D 변환장치 및 방법

본 발명은 아날로그신호를 디지털신호로 변화시키는 A/D 변환장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 변환속도가 빠르고 출력 디지털신호가 잡음에 강한 A/D 변환장치 및 방법에 관한 것이다.

A/D 변환장치는 아날로그신호를 디지털신호로 변화시키기 위한 장치로서 계수방식, 비교평형방식 등의 회로구성이 있다. 계수방식은 입력 아날로그신호의 진폭을 시간간격으로 변환하고, 이 시간간격에 들어가는 클럭신호의 수를 카운터로 계수함으로써 A/D 변환을 하는 방식으로, n 비트의 변환인 경우 2ⁿ개의 클럭신호를 계수할 필요가 있으므로 고속변환에는 맞지 않는다. 이에 비해 비교평형형은 변환속도가 빠르고 정밀도도 비교적 높기 때문에 각종 계측용 A/D 변환장치로서 널리 쓰여지고 있다.

도 4는 비교평형방식을 사용한 종래의 A/D 변환장치의 일반적인 구성을 나타낸다. 도면에 나타낸 바와 같이, 비교평형방식을 사용한 종래의 A/D 변환장치는 크게 비교회로(140)와, 제어논리회로(142)와, D/A 변환기(144)로 구성되며 전체적으로 하나의 폐루프를 구성하고 있다.

이러한 구성에 의한 종래의 A/D 변환장치의 동작은, 제어논리회로(142)에서 발생한 디지털신호를 D/A 변환기(144)에서 아날로그 전압으로 변환하고, 변환된 아날로그전압은 비교회로(140)에서 입력 아날로그신호전압과 비교하여 양자의 차이가 최소가 되도록 제어논리회로(142)에서의 디지털신호를 궤환조절하는 과정을 반복하여 출력 디지털 신호를 생성하게 된다.

그런데, 이러한 방식의 종래의 A/D 변환장치에서는 D/A 변환기(144)를 사용함으로써 가격이 상승하게 되고, D/A 변환기(144)의 출력값과 입력 아날로그 신호와 비교하여 차이를 궤환조절하는 방식을 사용하게 되므로 변환시간이 길어지게 되고, 또한 출력 디지털신호가 일반적인 2진코드값으로 출력되므로 잡음에 약하다는 문제점도 있다.

따라서 본 발명의 목적은, 변환속도가 빠르고 출력 디지털신호가 잡음에 강한 A/D 변환장치 및 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 A/D 변화장치의 구성도,

도 2는 그레이코드로직의 회로도,

도 3은 본 발명에 따른 A/D 변환방법을 나타낸 흐름도,

도 4는 종래의 A/D 변환장치의 구성도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 입력단자 2,3 : 기준전압 입력단자

5 : 분압저항 6 : 비교기

7 : 비교기버퍼 8 : 그레이코드로직

9 : 출력버퍼 10 : 출력단자

상기 목적은, 본 발명에 따라, 아날로그신호를 디지털신호로 변화시키는 A/D 변환장치에 있어서, 소정의 기준전압을 단계적으로 분압하는 복수개의 분압저항과,디지털신호로 변화될 아날로그신호와, 상기 분압저항에 의해 분압된 각 분압전압을 상호비교하여 디지털신호를 출력하는 복수개의 비교기와, 상기 비교기로부터의 출력신호를 저장하는 비교기버퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 A/D 변환장치에 의해 달성된다.

여기서, 비교기버퍼로부터의 출력신호를 받아 그레이코드를 생성하는 그레이코드로직을 더 포함하도록 구성하며, 각 분압저항은 모두 같은 크기인 것을 사용하여 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 다른 분야에 따르면, 소정의 기준전압을 다수의 단계적 분압전압으로 분압하는 단계와, 디지털신호로 변화될 아날로그신호와, 상기 분압전압을 상호비교하여 출력 디지털신호를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 A/D 변환방법이 제공된다.

여기서, 출력 디지털신호를 일시적으로 저장하는 단계와, 저장된 디지털신호를 그레이코드로 변환하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 A/D 변환장치의 블럭도이다. 본 A/D 변환장치는 디지털신호로 변환될 아날로그신호가 입력되는 입력단자(1)와, 기준전압이 입력되는 기준전압단자(2,3)와, 변환된 디지털신호가 출력되는 출력단자(10)를 구비하고 있다. 또, 기준전압단자(2,3)를 통해 입력된 기준전압을 단계적으로 분압하기 위한 같은 크기를 갖는 복수개의 분압저항(5)과, 분압된 기준전압과 아날로그신호의 전압차를 비교하기 위한 복수개의 비교기(6)와, 이 비교기(6)로부터 출력되는 신호를 일시적으로 저장하는 비교기버퍼(7)가 있으며, 이와 함께 비교기버퍼(7)로부터 출력된 신호를 전달받아 그레이코드를 생성하는 그레이코드로직(8)과, 그레이코드로직(8)의 출력을 저장하여 외부로 출력하기 위한 출력버퍼(9)로 구성된다. 이때, 비교기버퍼(7)와 출력버퍼(9)는 사용목적에 따라 적당한 크기의 비트수로 구성된다.

이러한 구성에 의한 본 A/D 변환장치의 동작은, 먼저 입력단자(1)로 디지털신호로 변환하고자 하는 아날로그신호가 입력되고, 기준전압단자(2,3)로는 기준전압이 인가된다. 인가된 기준전압은 기준전압단자(2,3)의 양단에 직렬로 연결된 복수개의 분압저항(5)에 의해 단계적으로 분압되고, 분압된 각각의 분압전압은 각 비교기(6)에서 입력 아날로그신호와 비교된다.

비교기(6)는 OP 앰프등의 차동증폭기를 사용하여 전위차를 살피는 회로이며, 한쪽 입력단자에 인가된 분압전압과 다른 한쪽 입력단자에 입력된 아날로그신호의 전압차를 비교하여, 그 차이에 따라 (+) 혹은 (-)전압이 출력된다. 따라서 단계적으로 분압된 기준전압과 입력된 아날로그신호의 전압차를 비교하면 일정범위의 비교기(6)의 출력에서만이 (+)전압이 얻어지게 되고, 나머지는 (-)전압이 얻어지게 된다. 그러므로, (+)전압이 얻어지는 비교기(6)의 출력을 디지털 신호레벨의 1로 하고 (-)전압이 얻어지는 비교기(6)의 출력을 디지털 신호레벨의 0으로 한 후, 비교기버퍼(8)에 저장하면 아날로그신호는 디지털신호로 변환된다. 이와 같이, 궤환(feedbackk)을 사용하지 않고 동일한 순간에 비교기(6)로부터 디지털신호가 출력되므로 변환처리속도가 빠르게 된다.

비교기버퍼(7)에 저장된 디지털신호는 그레이코드로직(8)으로 전달되어 그레이코드(gray code)로 변환된다. 그레이코드는 수를 표현하기 위한 2진수 기법의 하나로, 연속하는 2개의 수의 수표시가 1비트만 다른 것을 말한다.

도 2는 이러한 그레이코드를 생성하기 위한 그레이코드로직(8)의 회로도이다. 회로도는, 비교기버퍼(7)에 저장된 디지털신호의 비트수와 일치하는 XOR (exclusive-OR) 게이트(20,21,22,..,26,27)를 사용하여 구성되며, XOR 게이트(20,21, 22,..,26,27)의 입력신호(30)로는 비교기버퍼(8)에 저장된 디지털신호의 n번째 비트와 (n-1)번째 비트가 각각 사용되고, 첫단의 XOR 게이트(20) 입력으로는 비교기버퍼(7)에 저장된 디지털신호의 MSB(most significant bit)인 D_n과 로우(low)신호가 사용된다. XOR 게이트(20,21,22,..,26,27)의 출력신호(32)는 그레이코드로 되며, 첫단 XOR 게이트(20) 출력이 그레이코드의 MSB 가 되고, 마지막단 XOR 게이트(28)의 출력이 그레이코드 LSB (least significant bit)가 된다.

이러한 과정을 통해 구한 그레이코드를 사용함으로써 출력 디지털신호가 전송과정에서 외부 잡음에 영향을 받아 생긴 에러의 검출 및 보정이 용이하게 되므로 출력 디지털신호가 잡음에 강한 A/D 변환장치가 된다.

한편, 본 발명에 따른 A/D 변환방법은, 도 3에 나타낸 흐름도와 같다. 흐름도에서, 먼저 디지털신호로 변환될 아날로그신호를 입력받고(S40), 기준전압을 다수의 단계적 분압전압으로 분압하고(S42), 입력된 아날로그신호는 각각의 분압전압과 상호비교하여 디지털신호를 생성한다(S44). 디지털신호의 생성은 단계적으로 분압된 각각의 분압전압의 크기와 입력된 아날로그신호의 전압차를 비교하여 분압전압의 크기가 아날로그신호보다 작은 경우를 1로 하고 나머지를 0으로 하면 된다. 이러한 방식으로 생성된 디지털신호는 다음단에서의 처리를 위해 일시적으로 저장되고(S46), 저장된 디지털신호는 인출되어, 앞서 설명한, 그레이코드로 변환되고(S48), 변환된 그레이코드는 출력된다(S50).

상기의 예에서 설명한 A/D 변환장치와 방법은 출력 디지털신호의 비트수를 증가시키는 것이 용이하므로 다양한 응용이 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 변환속도가 빠르고 출력 디지털 신호가 잡음에 강한 A/D 변환장치 및 방법이 제공된다.

Claims (6)

1. 아날로그신호를 디지털신호로 변화시키는 A/D 변환장치에 있어서, 소정의 기준전압을 단계적으로 분압하는 복수개의 분압저항과, 디지털신호로 변화될 아날로그신호와, 상기 분압저항에 의해 분압된 각 분압전압을 상호비교하여 디지털신호를 출력하는 복수개의 비교기와, 상기 비교기로부터의 출력신호를 저장하는 비교기버퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 A/D 변환장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 비교기버퍼로부터의 출력신호를 받아 그레이코드를 생성하는 그레이코드로직을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 A/D 변환장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 각 분압저항은 모두 같은 크기인 것을 특징으로 하는 A/D 변환장치.
4. 아날로그신호를 디지털신호로 변화시키는 A/D 변환방법에 있어서, 소정의 기준전압을 다수의 단계적 분압전압으로 분압하는 단계와, 디지털신호로 변화될 아날로그신호와, 상기 분압전압을 상호비교하여 디지털출력신호를 발생하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 A/D 변환방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 디지털 출력신호를 일시적으로 저장하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 A/D 변환방법.
6. 제5항에 있어서, 저장된 상기 디지털 출력신호를 그레이코드로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 A/D 변환방법.