먼저 알아둘 용어
차동(differential)·공통모드(common mode) — 차동 전압은 두 출력의 차이이고 공통모드는 두 출력의 평균입니다. 차동값이 음수라도 두 핀(pin) 모두 GND(Ground)보다 높은 전압일 수 있습니다.
Vo+·Vo−·Vdiff·Vcm — Vo+와 Vo−는 두 출력 핀의 GND 기준 전압, Vdiff=Vo+−Vo−, Vcm=(Vo++Vo−)/2입니다. Vi는 입력 신호, Vref는 변환 회로의 기준 전압입니다.
ADC(Analog-to-Digital Converter)·선형 스윙(swing) — ADC는 아날로그(analog) 값을 디지털(digital)로 바꾸는 변환기입니다. 선형 스윙은 증폭기가 요구 오차 안에서 낼 수 있는 출력 전압 범위이며 두 채널 모두 확인해야 합니다.
작동 원리
첫 출력은 Vi를 따라가는 버퍼(buffer)로 만들고, 두 번째는 같은 크기의 입력·피드백(feedback) 저항을 사용한 반전 단계로 만듭니다. 두 번째 단계의 비반전 입력을 Vref/2에 두면 이상적으로 Vo+=Vi, Vo−=Vref−Vi입니다. 따라서 Vdiff=2Vi−Vref, Vcm=Vref/2입니다.
| Vi | Vo+ | Vo− | Vdiff | Vcm |
|---|---|---|---|---|
| 0.1 V | 0.1 V | 2.4 V | −2.3 V | 1.25 V |
| 1.25 V | 1.25 V | 1.25 V | 0 V | 1.25 V |
| 2.4 V | 2.4 V | 0.1 V | +2.3 V | 1.25 V |
표는 Vref=2.5 V를 가정한 계산입니다. 차동 전압이 음수라는 말은 출력 핀이 GND 아래로 내려간다는 뜻이 아닙니다.
적용 순서
- ADC가 허용하는 차동 범위와 각 입력의 공통모드 범위를 따로 적습니다. 기준 2.5 V 예의 Vcm은 1.25 V입니다.
- 입력 최소·중간·최대에서 두 출력 전압과 그 차이를 계산합니다. 0.1 V 입력이면 출력은 0.1 V와 2.4 V, 차이는 −2.3 V입니다.
- 두 출력의 GND 기준 전압과 차동 전압을 각각 측정합니다. 저항비가 맞는지 확인하고 입력 변화에 공통모드가 불필요하게 움직이지 않는지 봅니다.
- ADC 연결 후 샘플링(sampling) 조건에서 정착·링잉(ringing)을 확인합니다. 반전 채널과 버퍼 채널의 지연 차이도 고속 신호에서 검토합니다.
적용 조건과 한계
Vref를 5 V로 바꾸고 입력을 0~5 V까지 움직인다고 계산하면 공통모드는 2.5 V, 이상적인 차동 범위는 ±5 V가 됩니다. 하지만 이 수식을 2.7 V 전원 회로에 그대로 적용할 수는 없습니다. 출력 양쪽 모두의 실제 선형 스윙과 ADC 각 입력·차동·공통모드 범위를 만족해야 합니다.
확인과 기록
차동값만 맞고 한쪽 핀이 범위를 벗어나는 상황을 놓치지 않습니다. 계산표에는 Vo+, Vo−, Vdiff, Vcm 네 열을 두어 검산합니다.
작업 순서를 다시 확인합니다
