[Converter] Flash ADC - ADC(2)

 

 

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안녕하세요.

안녕하세요! 오늘은 Flash ADC(플래시 ADC, 병렬 ADC)에 대해 자세히 알아보겠습니다.
Flash ADC는 가장 빠른 속도를 자랑하는 아날로그-디지털 변환기(ADC)로,
고속 신호 처리 시스템, 무선 통신, 고주파 계측 장비 등에서 널리 사용됩니다.

그럼 Flash ADC의 원리부터 장단점, 활용 사례까지 차근차근 알아 보겠습니다.

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이전 포스팅에서 다양한 Conver에 대해 설명하였습니다. 필요시 참고해 보시고 특히 ADC에 해당하는 만큼 ADC에 대해서는 반드시 인지하고 가세요

[Converter] 컨버터 종류 AC, DC (1)

 

[Converter] AC to DC 컨버터: 트랜스 방식 vs 스위칭 방식 (2)

 

[Converter] DC to AC 컨버터: 디코더 방식, 전압 분배 방식, 바이너리 방식, 온도계 코드 방식 (3)

 

[Converter] DC to DC 컨버터: 리니어 레귤레이터와 스위칭 레귤레이터 (4)

 

[ADC 종류]

1. Sigma Delta ADC
https://semicircuit.tistory.com/entry/Converter-%CE%94%CE%A3-Sigma-Delta-ADC-ADC4
2. Flash ADC
https://semicircuit.tistory.com/entry/Converter-Flash-ADC-ADC1 
3.Pipeline ADC
https://semicircuit.tistory.com/entry/Converter-Pipeline-ADC-ADC2
4.SAR ADC
https://semicircuit.tistory.com/entry/Converter-SAR-ADCSuccessive-Approximation-Register-%EC%9B%90%EB%A6%AC%EB%B6%80%ED%84%B0-%EC%9E%A5%EB%8B%A8%EC%A0%90

 

 

 

 

 

※1. Flash ADC란?

Flash ADC는 모든 비교기(Comparator)를 병렬로 배치하여
한 번의 클럭 사이클 내에 즉시 디지털 변환을 수행하는 초고속 ADC입니다.

즉, 입력 신호를 여러 개의 비교기가 동시에 비교하여 순식간에 디지털 값으로 변환하는 방식이죠.
이런 구조 덕분에 Flash ADC는 가장 빠른 ADC 유형으로 꼽힙니다.

 

 

 

 

※2. Flash ADC의 동작 원리 

Flash ADC는 저항 분압기(Resistor Divider), 비교기(Comparator) 배열, 우선순위 인코더(Priority Encoder)로 구성됩니다.

=> N비트 Flash ADC에는 2ⁿ - 1개의 비교기 필요
예를 들어, 3비트(8단계) Flash ADC라면 7개의 비교기가 필요합니다.

 

[ Flash ADC 동작 과정 ]

Step1. 저항 분압기(Voltage Divider)

• 입력 아날로그 전압 범위를 일정한 단계로 나눔
• 각각의 기준 전압(Reference Voltage) 생성

Step2. 비교기(Comparator) 배열

• 입력 전압과 기준 전압을 동시에 비교
• 입력 전압보다 작은 기준 전압을 가진 비교기는 "1" 출력
• 입력 전압보다 큰 기준 전압을 가진 비교기는 "0" 출력

Step3. 우선순위 인코더(Priority Encoder)

• 비교기의 출력을 디지털 코드(Binary Code)로 변환
• "1"이 나온 가장 높은 자리의 비트를 기준으로 디지털 값 생성

 

[ 예시 - 3비트 Flash ADC, 0~8V 범위 ]

 

• 입력 신호: 5.6V
• 기준 전압: 1V, 2V, 3V, 4V, 5V, 6V, 7V
• 비교기 결과: 1 1 1 1 1 0 0 0
• 우선순위 인코더 변환: 101(2) = 5(10)

결과적으로 입력 전압(5.6V) → 3비트 디지털 코드(101)로 변환!

 

 

 

※3. Flash ADC의 장점과 단점

▶1. Flash ADC의 장점

-  초고속 변환 → 모든 비교기가 동시에 동작하므로 한 번의 클럭(Clock) 사이클 내 변환 완료
- 단순한 동작 구조 → 특별한 연산 없이 비교 결과를 바로 디지털 값으로 변환 가능
- 실시간 고주파 신호 변환 가능 → GHz급 속도를 요구하는 고속 데이터 수집 시스템에 적합

 

▶2. Flash ADC의 단점

-  하드웨어 복잡도 증가 → 비트 수가 증가할수록 비교기 개수가 기하급수적으로 증가 (2ⁿ - 1개 필요)
-  소비 전력 높음 → 병렬로 동작하는 비교기가 많아 전력 소모 큼
-  고비트(8비트 이상) 구현 어려움 → 높은 해상도를 가지려면 비교기 개수 증가로 회로 복잡성, 발열 문제 발생

 

 

 

 

※4. Flash ADC vs 다른 ADC 비교

구분	Flash ADC	SAR ADC	Sigma-Delta ADC
속도	매우 빠름 (GHz급)	중간 (수십 MHz)	느림 (Hz ~ kHz)
해상도	6 ~8비트	8 ~14비트	16 ~ 24비트
소비 전력	높음	낮음	낮음
회로 복잡도	매우 높음	중간	높음
적용 분야	고속 신호 처리, RF, 영상 신호	센서, MCU, 임베디드	오디오, 계측기

 

 

 

Flash ADC는 모든 비교기를 병렬로 동작시켜 초고속 변환을 수행하는 ADC입니다.
특히 GHz급 속도가 필요한 RF 통신, 고속 계측기, 영상 처리 등의 분야에서 필수적입니다.

- 장점: 가장 빠른 ADC, 실시간 변환 가능
- 단점: 높은 전력 소모, 비교기 개수 증가로 회로 복잡성 증가
- 활용: 무선 통신(RF), 오실로스코프, 고속 카메라, 의료 영상

Flash ADC는 극한의 속도가 필요한 경우 가장 적합한 선택이지만,
고비트 해상도를 요구하는 경우에는 SAR ADC, Sigma-Delta ADC와 적절히 조합하여 사용합니다.

오늘도 유익한 정보가 되었길 바라며, 궁금한 점은 댓글로 남겨주세요!