ADC 성능 지표 ENOB, SNDR, SFDR 읽는 법

메트로놈은 똑같은 간격으로 박자를 쳐 주어야 제값을 합니다. 겉으로는 한 박자씩 소리를 내지만, 자세히 들어 보면 박자가 미세하게 흔들리거나 엉뚱한 울림이 섞이기도 하죠. 믿고 맞출 수 있는 박자의 개수가 그 메트로놈의 진짜 실력입니다.

아날로그 신호를 숫자로 바꾸는 변환기도 마찬가지입니다. 데이터시트에 적힌 비트 수는 눈금의 개수일 뿐, 그 눈금을 얼마나 믿을 수 있는지는 따로 봐야 하죠. 그 믿음의 정도를 수치로 알려 주는 것이 바로 ADC 성능 지표 ENOB와 SNDR, SFDR입니다.

비트 수만으로는 알 수 없는 변환기의 진짜 실력

아날로그 신호를 디지털로 바꾸는 아날로그 디지털 변환기(ADC, Analog-to-Digital Converter)는 연속적인 전압을 계단처럼 끊어 숫자로 표현합니다. 이렇게 끊을 때 생기는 어쩔 수 없는 오차가 양자화 잡음(quantization noise)이죠.

이론적으로 N비트 변환기가 낼 수 있는 최대 신호 대 잡음비는 약 6.02N 더하기 1.76 dB로 정해집니다. 12비트라면 이상적으로 약 74 dB가 한계인 셈이죠.

하지만 실제 칩에는 열잡음, 클럭 흔들림, 회로의 비선형성이 더해져 이 한계에 미치지 못합니다. 그래서 명목 비트 수와 별개로 실제 성능을 재는 지표가 필요합니다.

SNDR, 신호 대 잡음과 왜곡으로 보는 전체 성능

가장 기본이 되는 지표는 신호 대 잡음·왜곡비(SNDR, Signal-to-Noise-and-Distortion Ratio)입니다. 원하는 신호의 세기를, 그 신호를 뺀 나머지 모든 잡음과 왜곡의 세기로 나눈 값이죠.

여기서 SNDR이 다른 지표와 다른 점은 양자화 잡음과 열잡음뿐 아니라 고조파 왜곡까지 전부 분모에 넣는다는 데 있습니다. 즉 변환기의 전반적인 깨끗함을 한 숫자로 요약해 주죠.

그래서 SNDR이 높다는 것은 신호가 온갖 방해 요소보다 그만큼 또렷하게 떠 있다는 뜻입니다. 단위는 dB를 씁니다.

ADC 성능 지표 ENOB가 알려 주는 실제 해상도

SNDR을 비트 단위로 바꿔 직관적으로 읽게 만든 값이 유효 비트 수(ENOB, Effective Number of Bits)입니다. SNDR에서 1.76을 빼고 6.02로 나누면 나오죠.

ADC 성능 지표 ENOB는 명목 비트 수와 비교할 때 비로소 의미가 살아납니다. 12비트로 적힌 변환기의 ENOB가 10.5라면, 아래쪽 비트들은 잡음에 묻혀 실제로는 10.5비트만큼만 믿을 수 있다는 뜻이죠.

흔히 분해능 비트 수가 높으면 성능도 자동으로 좋다고 생각하기 쉽습니다. 하지만 비트 수는 눈금의 개수일 뿐이고, 그 눈금이 잡음에 얼마나 묻히는지는 ADC 성능 지표 ENOB로 따져 봐야 변환기의 진짜 해상도를 알 수 있습니다.

SFDR, 신호에서 가장 큰 스퓨리어스까지의 거리

마지막 지표인 스퓨리어스 없는 동적 범위(SFDR, Spurious-Free Dynamic Range)는 원하는 신호와, 출력에 튀어나온 가장 큰 가짜 신호 하나 사이의 거리를 봅니다. 이 가짜 신호를 스퓨리어스라고 부르죠.

SNDR이 모든 방해 요소를 합쳐서 보는 것과 달리, SFDR은 그중 제일 큰 봉우리 하나까지의 간격만 봅니다. 그래서 큰 신호 옆의 약한 신호를 가려내야 하는 통신 수신기에서 특히 중요하죠.

단위는 dB, 또는 반송파 대비를 뜻하는 dBc로 표기합니다. SFDR이 크면 강한 신호 곁의 희미한 신호도 가짜에 묻히지 않고 구별할 수 있습니다.

세 지표를 함께 읽는 법

세 지표는 서로 다른 각도에서 변환기를 비추므로, 함께 놓고 봐야 전체 그림이 보입니다.

구분	SNDR	ENOB	SFDR
측정 대상	신호 대 전체 잡음·왜곡	유효 비트 수	신호와 최대 스퓨리어스 차
포함 요소	잡음과 모든 왜곡	SNDR을 비트로 환산	가장 큰 스퓨리어스 하나
단위	dB	비트	dB 또는 dBc
높을 때 의미	전반적으로 깨끗함	실제 해상도가 높음	약한 신호 구별이 쉬움

핵심 정리

메트로놈에서 믿고 맞출 수 있는 박자의 개수가 진짜 실력이듯, 변환기도 적힌 비트 수가 아니라 실제로 믿을 수 있는 성능으로 판단해야 합니다. SNDR은 전체 깨끗함을, ADC 성능 지표 ENOB는 그것을 비트로 환산한 실제 해상도를, SFDR은 가장 큰 가짜 신호까지의 거리를 알려 주죠.

데이터시트를 볼 때는 명목 비트 수와 ENOB의 차이를 먼저 확인하고, 통신처럼 약한 신호를 가려내야 하는 용도라면 SFDR을 함께 챙기면 됩니다. 세 지표를 나란히 읽으면 변환기의 민낯이 드러납니다.

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