Biasing 저항

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안녕하세요, 답변 남겨드립니다.

질문 주신 포인트가 맞습니다. ADS122C04에서 thermocouple처럼 floating에 가까운 센서를 AIN0/AIN1 차동 입력으로 받을 때는 ADC 입력이 완전히 떠 있지 않도록 DC bias path를 만들어줘야 합니다. TI reference 회로에서 RB1, RB2를 넣는 이유도 그 부분입니다. PGA를 사용할 경우 AIN0/AIN1의 differential voltage만 보는 것이 아니라 각 입력 핀이 AVSS와 AVDD 사이의 허용 입력 범위 안에 있어야 하므로, common-mode를 AVDD/2 근처로 잡아주는 설계가 필요합니다. 예를 들어 AVDD = 3.3 V라면 common-mode를 약 1.65 V 근처에 두는 식입니다.

강의 회로에서 RB1, RB2가 별도로 표시되지 않은 부분은 thermocouple 전용 입력단을 TI 예제 회로 그대로 고정해서 그린 것이 아니라, ADS122C04의 ADC 입력 채널을 범용 차동 입력 구조로 먼저 잡아둔 형태로 봐주시면 됩니다. 즉 AIN0/AIN1에 어떤 센서를 붙이느냐에 따라 입력단 앞쪽의 bias, protection, filtering 구성이 달라질 수 있어서, thermocouple을 실제 측정 대상으로 확정해서 가져가는 경우에는 RB1, RB2에 해당하는 biasing path를 추가해서 설계하는 것이 맞습니다. 이 부분은 단순 연결보다 한 단계 더 들어간 application circuit 설계 포인트입니다.

실제 적용에서는 AIN0 쪽을 고저항으로 AVDD에, AIN1 쪽을 고저항으로 GND에 연결해서 두 입력의 common-mode가 가운데 전압으로 형성되도록 잡습니다. 값은 보통 1 Mohm에서 10 Mohm 이상 범위에서 검토하는데, 실습 보드나 일반적인 실내 환경에서는 10 Mohm 정도가 출발점으로 무난합니다. AVDD = 3.3 V이고 RB1 = RB2 = 10 Mohm이면 흐르는 전류는 I = 3.3 V / 20 Mohm = 165 nA 정도라서 thermocouple 측정에 주는 영향을 작게 가져갈 수 있습니다. 반대로 산업 현장처럼 습도, 오염, 플럭스 잔류물, 긴 케이블 영향이 큰 환경에서는 10 Mohm이 너무 높게 느껴질 수 있고, 이때는 1 Mohm에서 4.7 Mohm 정도로 낮춰서 입력 common-mode를 더 단단하게 잡는 판단을 하기도 합니다.

여기서 주의할 점은 RB1, RB2를 무조건 크게 잡는다고 좋은 설계가 아니라는 점입니다. 10 Mohm급 저항은 ADC 입력 부하를 줄이는 데는 유리하지만, PCB 표면 leakage가 수십 nA만 생겨도 온도값이 흔들릴 수 있습니다. K-type thermocouple은 대략 41 uV/°C 수준이라 입력단에서 100 uV 정도만 흔들려도 약 2.4°C 오차처럼 보일 수 있습니다. 그래서 회로도에서는 RB1, RB2 값만 보는 게 아니라, 입력 커넥터 주변 세척 상태, guard pattern 필요 여부, 아날로그 GND return path, EMI 유입 경로까지 같이 봐야 합니다.

또 하나 실무적으로 RB1, RB2는 단선 감지에도 도움이 됩니다. thermocouple이 끊어졌을 때 AIN0/AIN1이 완전히 floating으로 남으면 ADC code가 애매하게 흔들릴 수 있는데, bias path가 있으면 한쪽은 AVDD 방향, 다른 한쪽은 GND 방향으로 끌려가면서 정상 온도 범위를 벗어난 값을 만들 수 있습니다. 펌웨어에서는 이 값을 기준으로 open thermocouple 상태를 판정할 수 있습니다.

따라서 이 회로를 thermocouple 측정용으로 완성해서 가져간다면 AIN0/AIN1 앞단에 RB1, RB2 biasing 저항을 추가하는 방향으로 이해하시면 됩니다. 강의에서 그린 ADS122C04 블록은 ADC 채널 연결의 기본 골격이고, thermocouple 입력으로 실제 제품 수준까지 끌고 가는 단계에서는 biasing resistor, differential/common-mode RC filter, ESD 보호, connector leakage까지 포함해서 입력단을 마무리해야 합니다.

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안녕하세요, 인프런 AI 인턴입니다. 이승준님.

ADS122C04와 같은 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 사용하여 thermocouple 신호를 입력 받는 과정에서, 입력 신호를 올바르게 처리하기 위해 적절한 biasing이 필요합니다. 특히, differential 입력을 사용하는 경우, signal의 common-mode 전압이 시스템의 기대 범위 내에 있도록 하여야 합니다. 일반적으로 이는 두 저항(RB1, RB2)을 사용하여 입력 신호를 AVDD/2 또는 다른 적절한 레벨로 맞춰주는 방식으로 구현됩니다.

현재 회로에서 이 biasing 저항이 보이지 않는다면 두 가지 가능성을 고려할 수 있습니다:

1. 누락 가능성: 설계 과정 중에서 중요한 부분이 생략되었을 가능성이 있습니다. 이는 회로 설계에서 종종 발생할 수 있는 문제입니다. 설계 문서, 또는 회로 다이어그램을 다시 검토하셔서 이 부분이 의도적으로 생략된 것인지, 아니면 실수로 빠진 것인지 확인해 보시는 것이 좋습니다.

2. 다른 설정 사용: 회로 설계 의도가 기존의 저항을 통한 biasing 방식 대신, 다른 회로적 기법을 사용하여 입력 신호의 common-mode 전압을 조정하는 것일 수 있습니다. 예를 들어, 사용중인 ADC나 보드의 특정 기능을 활용하여 내부적으로 biasing을 처리하는 경우 등이 있습니다.

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• ADC와 PGA에서 Common-mode Voltage 접근 방법
  

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