시그마델타 변조기 (Sigma-Delta Modulator)
쉽게 풀면
정밀한 저울이 없을 때, 대략적인 저울로 아주 여러 번 반복해서 재고 그 결과를 평균 내어 더 정확한 값을 얻어내는 방법을 상상하면 됩니다. 시그마델타 변조기는 입력 신호를 아주 거친 정밀도로, 하지만 매우 빠른 속도로 반복해서 측정한 뒤, 그 과정에서 생기는 오차를 사람의 귀에 덜 거슬리는 주파수 대역, 즉 관심 밖의 대역으로 밀어냅니다. 이렇게 밀려난 오차는 뒤에 붙는 필터가 걸러내면서, 결과적으로 원래 정밀도보다 훨씬 높은 해상도의 값을 얻을 수 있게 됩니다.
왜 중요한가
시그마델타 변조기는 오디오나 계측 응용처럼 높은 해상도가 필요하지만 정밀한 아날로그 소자를 많이 쓰기 어려운 상황에서 상대적으로 단순한 회로로 높은 정밀도를 얻을 수 있게 해주기 때문에, 고해상도 아날로그디지털 변환기 설계 연구에서 중요하게 다루어집니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
루프 필터의 차수를 높여 오차를 더 멀리 밀어내는 구조로 설계했다는 뜻입니다.
변조기 출력을 뒤에서 필터링해 최종적으로 높은 해상도의 디지털 값을 얻었다는 의미입니다.
조금 더 깊게 보면
시그마델타 변조기는 적분기와 양자화기, 그리고 출력을 다시 입력 쪽으로 되먹이는 피드백 경로로 구성되며, 이 구조가 양자화 잡음을 낮은 주파수 대역에서 밀어내는 노이즈 성형 효과를 만들어냅니다. 변조기가 출력하는 고속의 거친 비트스트림은 이후 디지메이션 필터라는 디지털 필터를 거쳐 낮은 속도의 고해상도 값으로 변환됩니다. 루프 필터의 차수를 높이거나 오버샘플링 비율을 늘리면 일반적으로 해상도가 향상되지만 회로 복잡도나 전력 소비도 함께 늘어나는 경향이 있습니다.
주의할 점
시그마델타 변조기는 매우 빠른 오버샘플링을 전제로 하기 때문에, 넓은 대역폭의 신호를 처리해야 하는 응용에서는 파이프라인 구조나 축차비교형 구조에 비해 상대적으로 불리할 수 있습니다.