차동증폭 op-amp, ADC] differential input vs single-ended input
ADC입력은, 싱글엔디드 입력(single-ended-input)과 디퍼랜셜 입력(differential input. 차동신호 입력)이 있다. differential input은, 2개의 입력신호가, 서로 180도 위상을 가진 형태이다. 쉽게 말해, 정산인 신호, 뒤집어진 신호, 2개가 입력되는 모양. "차동입력"이라고도 한다. differential input방식은 두 신호의 차이를 사용한다. 따라서, 485/422통신과 마찬가지로, 주변 노이즈에 매우 강하다. 노이즈가 많거나, 장거리 전송시 필수이다. 일반 마이크 케이블이 3선식인데, 바로 차동입력방식이기 때문에, 비교적 먼 거리에서도, 노이즈영향이 적다. XLR콘넥터라고하는 3핀 콘넥터를 사용한다. Hot, Cold, GND 서론은 대충하고, 본론은 ADC입력에, 차동입력을 넣으면, 약 6dB더 좋아진다. 그런데, CPU에 달린 ADC는 CPU핀이 부족하기에, 차동입력으로 2개의 핀을 할당하기가, 어려운 상황이 발생한다. 이때, 차동증폭회로를 구성하여, 싱글엔디드로 입력해주면, 6dB향상이 있을까하는것이다.
물론, 그냥 단순하게 생각하면, 6dB된다. 아래는 +5,-5V 양전원을 사용하는 차동증폭회로이다. 아랫쪽 op-amp는 테스트를 위해, 입력신호를 반전시켜주는 반전증폭회로이다. (시뮬레이션 프로그램이 주파수 분석을 위해서는, 1개의 신호원만 가능한 제약이 있어 추가한것)
출력신호는 VF1이고, 입력신호보다 2배 커진것을 알 수 있다. 2배=6dB
ADC입력전에 차동증폭 op-amp를 사용하여, ADC핀 1개에 single-ended로 넣어주어도, 신호의 크기가 동일하다.
(반전된것은, 차동증폭이 반전회로이기 때문이다. 차동증폭회로의 입력신호를 바꾸어주면. 간단하게 해결된다.)
차동증폭회로를 구성하여 ADC입력핀 1개로 넣어주어도, 큰 손해는 없으나, op-amp및, op-amp전원회로가 추가되야하는 부담이 있고, op-amp를 거치면서, 약간의 손실이 발생한다.
그러나, 칩내부의 ADC 전단에서 differential로 받아야, 전원노이즈등에 대해서 6dB가 가능하다.
또한, single-ended-input은 차동증폭으로 2배의 신호를 ADC에 넣을 수 없다.
차동증폭으로, 차동증폭회로 전단까지의 노이즈만 이득을 볼 뿐, ADC입력은 differential에 비해 -6dB가 된다.
요약 : 가능하면, differential로 입력하는것이 좋다.
6dB는 SNR, Total harmonic distortion(THD), dynamic range, 유효 ADC비트수와 관련이 있다.
차동증폭4.zip