3 절연 증폭기와 절연 모듈레이터 간의 성능 비교

표 3-1에서는 절연 증폭기와 절연 모듈레이터 간의 기본적인 성능 차이를 보여줍니다.

절연 증폭기 기반 설계에서 측정된 아날로그 신호는 여러 아날로그-디지털 및 디지털-아날로그 변환을 겪습니다. 절연 증폭기, 차동-단일 종단 단계, MCU 또는 DSP 외부의 ADC 또는 DSP 내부의 단계는 전반적인 정확도와 잡음 성능을 줄이고 지연 시간을 늘립니다. 절연 증폭기의 출력 스테이지에서 고정 저역 필터 구현은 신호 대역폭을 제한합니다. 차동-단일 종단 변환에 사용되는 외부 연산 증폭기 기반 회로를 사용하여 신호 대역폭을 더욱 제한하고 잡음 성능을 개선하는 능동 저역 필터를 만들 수 있습니다. 절연 증폭기는 하며 고정 지연 시간을 가집니다. 절연 증폭기 기반 설계는 친숙하고 구현이 비교적 쉽기 때문에 널리 사용됩니다.

그림 2-1에서 보듯이 절연 모듈레이터 기반 설계에서 측정된 아날로그 신호는 한 개의 아날로그-디지털 변환만 수행됩니다. 이 설계는 차동-단일 종단 단계가 필요하지 않으므로 부품 수와 설계 크기를 줄일 수 있습니다. 많은 상황에서 달성 가능한 최대 샘플 분해능 및 정확도를 제한하는 절연 증폭기 기반 설계에 사용되는 ADC는 더 이상 필요하지 않습니다. 이 절연 모듈레이터 기반 접근 방식은 신호 잡음 성능, 전체 정확도를 개선하며, 절연 증폭기 기반 설계보다 더 높은 신호 대역폭과 더 낮은 지연 시간을 달성할 수 있습니다. 절연 모듈레이터는 일반적으로 최대 20MHz까지 훨씬 더 빠른 디지털 비트 출력을 제공합니다. 마이크로컨트롤러 제품군(예: TMS320F2807x 및 TMS320F2837x) 내의 시그마-델타 필터 모듈(SDFM)은 잡음 성능과 신호 대역폭 또는 지연 시간을 손쉽게 튜닝하는 방법을 제공합니다. 표 3-2에서 보듯이 오버샘플링 비율(OSR)이 높을수록 정확도와 샘플 해상도가 향상되지만 신호 대역폭이 줄어들고 지연 시간이 길어집니다. 마찬가지로 OSR을 낮추면 정확도와 샘플 해상도가 감소하지만 대역폭이 증가하고 지연 시간이 줄어듭니다. 비슷한 DSP 또는 FPGA는 이러한 디지털 필터를 구현할 수도 있습니다.

또한 그림 3-1에서 보듯이 여러 디지털 필터를 병렬로 구현하여 더 높은 샘플 분해능, 낮은 지연 시간, 더 높은 대역폭을 동시에 달성할 수 있습니다. 디지털 필터 중 하나는 더 나은 잡음 성능을 위한 높은 OSR 디지털 필터를 구현할 수 있고, 다른 하나는 저지연 디지털 필터를 구현할 수 있습니다.

그림 3-1 두 개의 디지털 필터를 병렬로 구현

절연 모듈레이터 기반 설계에서 제공하는 시스템 장점에 대해, 고성능 시스템에서 절연 모듈레이터 기반 설계로 이동하려는 추세가 있습니다.