글쓴이 : SOONDORI
“아날로그 DC 전원은 있어도 디지털 DC 전원은 없다. 논리상 모든 게 아날로그 종속”
순간 스쳐 지나가는 극미 세상의 일이라서 사람이 쉽게 알아차리기도 어렵지만, DAC과 OP.AMP 회로에서 또는 순수 디지털 회로에서조차 DC 전원 공급의 건전성 확보는 매우 중요한 주제이다.
예를 들어서,
○ 오디오용 AK4499 DAC
나름 널리 쓰이는 일본 Ashai-Kasei사의 제품. 다양한 속성의 전원 공급 포인트가 있다.
(▲ ‘LDOE(=LDO Enable)’ 핀이 통제하는, “Generate power for internal digital circuit (1.8V typ.)” 수식어가 딸린 LDO 표기 레귤레이터 블록이 모든 전원을 관리한다. D가 붙은 것은 내부 디지털 회로용, A가 붙은 것은 내부 아날로그 회로용, **SS는 낮은 전위로, 그냥 GND 개념으로 치환하면 된다. 여기서, GND 전위를 아날로그와 디지털로 구분한 것은, 아날로그부와 디지털부를 격리할 필요가 있기 때문임)
독불장군인가? DAC는 절대로 혼자 움직이지 않음. 아날로그 변환 직후 다른 아날로그 IC나 다른 아날로그 소자와 엮이게 된다.
군말이 필요 없음. 잘난 디지털 부품일지라도 전원 품질의 영향 하에 있다는 뜻이 된다. 하물며 1/2짜리가…
○ 산업용 MCP48CVB22 DAC
Microchip이 제조한 12비트 DAC. 오디오용으로는 좀 거시기하다.
반대로, 오디오 세상에서는 음이 좀 튄다 한들 별문제 없지만, 산업용 제어계 세상은 다를 수 있음. 종종 수치 획득의 신뢰성과 시스템적 항상성 유지가 중요하기 때문에, 사다리꼴 저항체 DAC의 동작에 있어서 외란 영향에 의한 컨버전 오류를 최소화하자는 의도 때문에, 바로 옆에서 수백 마력 모터를 돌리는 초강력 인버터 장치가 배치될 수 있기 때문에.
아래에서, LDO 블록이 모든 내부 전압을 통제하고, 내부 표준 전위(1.214V)를 제공하는 <밴드-갭 레귤레이터> 옵션도 제공된다.
실제로 이 IC를 이용한 현물 회로의 전압 출력은, Fluke 187 멀티미터의 소수점 네 자리까지 조용히 있는데…
그러나 거기까지만.
VDD와 VSS가 정의되어 있으니까 역시 일반 전원의 영향에 노출되어 있음이다. 종단 OP.AMP 블럭의 PSRR이 개입되든 말든, LDO의 Load Regulation이 좋든 나쁘든, 전혀 상관없는 이야기.
“아날로그 DC 전원을 쓰면서, 그것에 전혀 종속되지 않는다고 말하는 것은 넌센스 아닌가?”
모든 것은, 1/10, 1/100, 1/1000, 1/10000… 현실에 적당히 타협하는 것일 뿐이다. 흔들림 없는 1/1000에서 안심했는데, 다음날 어떤 이가 더 차분한 10만분의 1, 100만분의 1을 요구하면 어떻게 할 것인지? 아날로그가 끝이 없으므로 그런 요구도 끝이 없음.
장광설에 너무 멀리 나갔으니, 가정집 오디오 세상으로 돌아가서 생각하면… 그러니까 답은 간단함.
정말 좋은 SMPS 어댑터를 쓰고 있는가? 그것에서, 고조파를 포함하는 잔류 스위칭 노이즈가 나오지 않는가? 정말 좋은 리니어 전원을 사용하고 있는가? 혹은, 자칭 타칭 평론가의 글에는 왜 어댑터나 전원부 특성에 대한 언급은 없는가? 대지의 입지는 보지 않고 마냥 집만 좋다고 말하는 경우는 아닌가? 등을 상상해 보는 게 좋겠다.
이렇게 적었던 이야기를 또 적고, 같은 말을 또 하고 또 하고… 수많은 인터넷 글에서, 절반만 디지털인 DAC만 바라보며 뭐가 좋다 나쁘다 하는 사례가, DAC/포터블 오디오에 금칠을 할 기세인데 정작 어댑터의 종류와 품질에는 소홀한 사례가 많아서 씀.
[ 관련 글 ]
LM317 레귤레이터 IC와 단파 정류 리플의 제거
아날로그-디지털 변환기, 상용 ADC의 종류
다음은 2012년, TI社의 미디어 기사(Improving Audio Converters Performance)에서 발췌.
“… DAC의 전원레일에서 스위칭 잡음과 리플을 분리하면 더 높은 오디오 성능을 확보할 수 있습니다. 스위처의 출력에 필터링을 추가하면 일부 잡음을 줄이는 데 도움이 됩니다. 그러나 일부 정교한 필터는 광범위하고 복잡하며 공간을 많이 차지하는 솔루션입니다. 또한 대부분의 필터는 전력 손실, 부하 조절 문제 및 열악한 과도 응답 문제를 안고 있습니다. 선형 레귤레이터(LDO)를 사용하여 12V 입력 버스를 3.3V로 변환하면 리플과 잡음이 크게 줄어들어 오디오 성능이 향상됩니다. LDO 사용의 단점은 설계 시 효율성이 감소하고 전력 소비가 높아진다는 것입니다.
LDO의 더욱 깨끗한 파워 레일은 음질을 거의 8dB 향상시킵니다. 그림 3은 THD+N이 93dB 이상임을 보여줍니다. FFT 스펙트럼 분석기 그래프를 보면 노이즈 플로어가 크게 감소한 것을 확인할 수 있습니다. 고조파는 쉽게 구별할 수 있으며 이는 장치 성능으로 인해 발생합니다. 대부분의 주파수 대역폭에서 잡음 플로어는 –110dBV에 비해 –120dBV 수준 아래로 유지됩니다( 그림 2 ). 이 결과는 오디오 변환기에 깨끗한 전원 공급 장치 레일을 사용하면 성능이 향상된다는 것을 확인시켜…
결론
스위칭 전원 공급 장치에서 발생하는 AC 리플 및 스위칭 노이즈는 오디오 DAC 출력 품질을 저하시키는 부정적인 영향을 미칩니다. 여러 필터링 기술을 사용하면 이러한 잡음 소스로부터 오디오 변환기를 격리할 수 있습니다. 소음 외에도 오디오 시스템 필터의 효율성, 비용, 보드 공간도 중요한 요소입니다. 스위처의 높은 효율성과 LDO의 초저잡음을 결합하는 것이 이상적인 솔루션입니다. 또한 스위처와 LDO의 통합 솔루션은 개별 솔루션에 비해 비용을 더욱 절감하고 보드 공간을 절약할 수 있다는 장점이 있습니다. (출처 : https://www.ti.com/en/download/aap/enewsletters/2012-aug-enewsletter.htm)
