DAC(디지털-아날로그 변환기): 주요 유형과 응용 분야 완벽 가이드

DAC(디지털-아날로그 변환기)란?

신호는 일반적으로 디지털 신호와 아날로그 신호로 크게 분류됩니다. 각각의 신호 유형에 따라 다양한 응용 분야가 존재하는데, 예를 들어 전력 스위치나 연산 증폭기 같은 아날로그 전자 회로는 아날로그 신호를 사용합니다. 반면 마이크로프로세서, 마이크로컨트롤러, 플립플롭, 논리 게이트 등 디지털 전자 회로는 디지털 신호를 사용합니다.

두 신호의 원활한 기능을 위해선 서로 다른 형태 간 변환이 필수적입니다. 이때 아날로그-디지털 변환기(ADC) 또는 디지털-아날로그 변환기(DAC)를 사용합니다. 오늘은 DAC, 즉 D/A 또는 D2A라고도 불리는 디지털-아날로그 변환기에 집중해 보겠습니다.

DAC의 작동 원리

마이크로폰을 통해 컴퓨터로 오디오를 녹음하는 상황을 상상해 보세요. 음성 신호는 물리적 변수이므로 컴퓨터에 기록하기 전에 디지털 형식으로 변환해야 합니다. 이 과정에서 ADC(아날로그-디지털 변환기)를 사용합니다.

나중에 스피커를 통해 녹음된 오디오를 재생하려면 DAC가 필요합니다. DAC는 디지털 신호를 다시 아날로그 신호로 변환하여 스피커가 소리를 낼 수 있게 합니다.

주요 DAC 유형

1. 이진 가중 저항 방식 DAC

이 방식에서는 각 디지털 입력 비트를 변환하기 위해 전류원 또는 저항을 사용합니다. 저항들은 연산 증폭기의 입력 단자와 합산 지점에 연결되며, 합산 증폭기 회로를 통해 출력을 생성합니다.

회로 특징:

연산 증폭기, 피드백 저항, 그리고 연산 증폭기 입력 단자에 연결된 4개의 가변 저항으로 구성
출력 전압 공식: V_o = -R (D/R + C/2R + B/4R + A/8R)
A(LSB)부터 D(MSB)까지 디지털 입력 값에 따라 아날로그 출력 전압 결정

2. R-2R 래더(이진 래더) 방식 DAC

R-2R 래더 DAC는 2R과 R 두 가지 저항값만 사용하여 회로 구성이 단순합니다. 다만 기생 커패시턴스로 인해 변환 속도가 다소 느려질 수 있습니다.

입력 비트가 연산 증폭기의 반전 입력과 그라운드 사이의 스위치를 제어하며, 이진 정보가 저항(2R)을 거쳐 래더 하단에서 출력됩니다.

출력 전압 공식: V_o = -R × (D/2R + C/4R + B/8R + A/16R)

3. 세그먼트 방식 DAC

성능 중심 설계로, 두 가지 이상의 DAC를 결합한 구조입니다. 예를 들어 서모미터 코드 DAC와 이진 가중 DAC를 조합하여 입력 이진 코드를 두 세그먼트로 분할합니다. 상위 비트(MSB)에는 서모미터 코드 DAC를, 하위 비트(LSB)에는 이진 가중 구조를 사용하여 칩 면적을 줄일 수 있습니다. 다만 입력 비트가 증가할수록 인코더 크기와 인터커넥션, 스위치 수도 늘어납니다.