[회로설계 - 기초이론] DAC(Digital to Analog Converter) 개념 쉽게 파악하기

오늘은 DAC의 개념과 동작원리에 대해 알아보겠다.
DAC는 Digital Analog Converter의 줄임말이다. ADC의 반대 역할을 하는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환해주는 장치이다.

1. DAC의 동작원리

DAC의 적합성은 분해능(Resolution), 최대 샘플링 빈도(Maximum Sampling Frequency), (Maximum Sampling Frequency), 정확도(accuracy) 세 가지에 의해 결정된다.
DAC의 동작원리는 일상생활의 예로 생각하면 이해하기 쉽다.
대표적인 예로는 오디오이다. 음악의 디지털 데이터를 아날로그 오디오 신호로 변환하는데 DAC를 사용한다.
DAC는 2진수의 입력 데이터를 아날로그 출력으로 변환하는 회로이다. 사실 DAC 내부 회로는 매우 복잡하나 사실 사용자는 내부 회로는 알 필요가 없다.

[절대로 아래 이론들을 알지못한다면 그냥 넘어가지 마시고 꼭 알아보고 이해하시기 바랍니다.]

 

 

 

 

 

DAC 즉, Digital Input 이 Analog Output으로 변환되는 과정에서 기준 전압은 꼭 필요하다.
대부분의 DAC는 디지털 입력과 아날로그 출력 사이에 단순한 관계가 있다. Vr은 기준 전압이고, D는 이진수 입력의 값이고, n은 그 입력의 비트 수이며, Vo는 출력 전압이다.
각 입력 디지털 값에는 해당 아날로그 출력이 있다. 예를 들어 4비트 분해능이라면 0111 은 2.5V, 1111은 5V 이런 식으로 기준 전압을 기준으로 디지털 입력값에 아날로그 출력이 정해져 있다.
여기서 관계식을 알아보면 가능한 출력 값의 수는 2n이고, 스텝 크기는 Vr / 2n 이 된다.
가능한 최대 출력 값은 D = (2n -1) 일 때 발생하기 때문에 출력으로서의 Vr의 값은 절대로 도달하지 않는다.
DAC의 범위는 최대 및 최소 출력 값의 차이이다.
예를 들어 6비트 DAC는 64개의 출력 가능한 값을 갖고, 3.2V 기준 전압을 갖는 경우라면 50mV의 스텝 크기(분해능)를 갖게 된다.

 

 

 

 

 

 

2. 정리

ADC가 필요한 모듈이 있고, DAC가 필요한 모듈이 있다.
제대로 알기 전에는 뭔가 ADC IC를 이용하면 DAC IC 도 있어야 될 것 같은 생각이 많이 들었었다. 
하지만 공부한 대로 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 경우만 필요하면 ADC IC를 사용하면 되고, 디지털 신호를 아날로그로 변환하는 경우만 필요하면 DAC IC를 사용하면 된다. 둘 다 필요한 경우면 두 가지 IC를 다 사용하면 된다.
내가 경험해보니 ADC, DAC는 직접 IC를 분석하여 테스트해보는 게 가장 이해가 빠르고 입출력 및 필요한 DATA, 그리고 통신방식 등 여러 가지가 한 번에 이해되었다.
추후 포스팅에서 ADC, DAC 관련 IC를 분석하여 여러분의 이해를 조금이나마 돕도록 하겠다.
오늘의 DAC 포스팅을 마치겠다.