D/A 컨버터란? 기본형 2 (바이너리 방식)
디지털 값을 그대로 받아 동작하는 회로 방식을 바이너리 방식이라고 합니다.
1. 바이너리 방식＜저항 사용의 경우>
바이너리 방식은 회로 구성에 따라 데이터에 가중치를 부여하는 방식입니다. 대표 예로서 하기 그림 R-2R ladder 회로가 있습니다.
R-2R ladder 회로는 어느 노드에서나 저항치 2R의 병렬 접속으로 보이므로, 1노드당 전류치가 반감됩니다.
【R-2R ladder DAC예】
하기 그림은 4bit 분해능의 R-2R ladder DAC입니다.
장점은 분해능 10bit 정도까지 DAC를 작은 면적으로 구현할 수 있다는 점입니다 (필요 저항은 Nbit DAC 3N개, 작은 스위치, 디코더 불필요). 다른 방식과 조합하면 14bit 정도까지 구현 가능합니다.
단점은 저항에 요구되는 비정밀도가 높으므로, 고정밀도를 구현하기 위해서는 스위치 (MOSFET 사이즈) 및 레이아웃 (R과 2R의 페어 특성이 중요하며, 특히 MSB측=A0측의 저항을 고정밀도로 만들 필요가 있음)에 대한 검토가 필요합니다.
2. 바이너리 방식＜콘덴서 사용의 경우＞
하기 그림은 콘덴서 사용의 DAC를 나타낸 개념도입니다.
이 DAC는 스위치를 전환하면서 사용할 필요가 있습니다.
【2NC콘덴서를 사용한 DAC예】
하기 그림은 콘덴서 사용 4bit 분해능 DAC 예입니다. A0~A3의 어느 스위치를 Vref측으로 전환하는가에 따라 다른 Vout 전압을 얻을 수 있습니다. 이때, 앰프 오른쪽의 스위치 2개가 동시에 ON되면, 전하 보존의 관계가 무너지므로 클록 신호를 사용하여 ON 시간이 오버랩되지 않도록 주의할 필요가 있습니다.
장점은 콘덴서의 비정밀도가 높으므로 고정밀도를 얻기 쉽고, 콘덴서에 직류전류가 발생하지 않으므로 저주파에서는 앰프 전류만의 저소비전류가 가능하다는 점입니다.
단점은 콘덴서 충방전때문에 고속화에 적합하지 않다는 점과, 저속에서는 리크 전류를 보상하기 위해 리프레시 동작이 필요하다는 점입니다. 리프레시 제어 시에는 리프레시 중 출력전압 유지를 위한 고안이 필요합니다.
【2NC콘덴서를 사용한DAC(리프레시 제어 포함)예】
리프레시 제어를 사용한 CAPA 사용 4bit 분해능 DAC입니다.
3. 바이너리 방식 ＜저항－콘덴서 사용의 경우＞
【저항－콘덴서 혼합형 DAC예】
저항 스트링 DAC부 (왼쪽)에서 3bit, 콘덴서 DAC부에서 3bit, 전체적으로 6bit 분해능의 혼합형 DAC입니다.
상위 bit의 저항 간 전압을 하위 데이터에 따라 가중치를 부가하여 보간합니다.
고분해능을 얻을 수 있다는 점이 특징입니다.
