[CCTV뉴스=이나리 기자] PWM(Pulse Width Modulation)은 마이크로컨트롤러나 FPGA 같은 디지털 디바이스로부터 아날로그 전압을 생성하기 위해서 흔히 사용되는 기법이다. 대부분의 마이크로컨트롤러는 내부적으로 전용 PWM 생성 주변장치를 포함하며, 몇 개의 RTL 코드 라인만으로 FPGA로부터 PWM 신호를 생성할 수 있다.

이 방법은 아날로그 신호의 성능 요구가 너무 엄격하지만 않다면 간단하면서 실용적인 방법이다. 하나의 출력 핀을 필요로 하고, SPI 또는 I2C 인터페이스를 제공하는 디지털-아날로그 컨버터(Digital Analog Converter, DAC)를 사용하는 것에 비해서 코드 오버헤드가 매우 낮기 때문이다. [그림 1]은 이런 애플리케이션 예로서, 디지털 출력 핀을 필터링해서 아날로그 전압을 생성하고 있다.

하지만 이 방법은 한 눈에 봐도 몇 가지 문제점들을 알아차릴 수 있다. 12비트 아날로그 신호는 이상적으로 리플이 1LSB 미만이어야 한다. 그러려면 5kHz PWM 신호의 경우에 1.2Hz 저역통과 필터를 필요로 한다. 전압 출력의 임피던스는 필터 저항에 의해 결정되며, 필터 커패시터를 적정한 크기로 유지하면 이 저항이 꽤 클 수 있다. 그러므로 출력이 고 임피던스인 부하만 구동할 수 있다. PWM 대 아날로그 전달 함수의 기울기(이득)는 마이크로컨트롤러의 부정확한 디지털 전원 전압에 의해 결정된다. 

좀더 세심한 설계를 위해서는, 디지털 출력 핀의 하이(High) 상태일 때 전원에 대한 유효 저항과 로우(Low) 상태일 때 접지에 대한 저항 사이의 불일치를 필터 저항 값에 비해서 작게 해야 한다. 그래야 선형성을 유지할 수 있다. 끝으로, 출력 전압을 고정 값으로 홀드하기 위해서 PWM 신호가 연속적이어야 한다. 그러므로 프로세서가 저전력 셧다운 상태에 있을 때는 문제가 될 수 있다.

PWM-대-아날로그를 향상시킨다?