Analog 신호와 Digital 신호 – 차이점과 변환 방법 (ADC/DAC)

전자 회로를 공부하거나 MCU를 다루다 보면, 반드시 마주하게 되는 개념이 있습니다. 바로 아날로그(Analog) 신호와 디지털(Digital) 신호입니다.
입문자 입장에서는 디지털이 더 쉬워 보이지만, 실제로는 현실 세계의 모든 물리량은 아날로그라는 점에서, 이를 정확히 이해하고 다룰 수 있어야 합니다.
온도, 압력, 소리, 빛, 전류, 전압 등은 모두 연속적인 값이며, 이 아날로그 신호를 디지털로 변환해서 다루는 것이 MCU나 시스템의 핵심입니다.
이번 글에서는 아날로그와 디지털 신호의 개념적 차이부터, ADC(Analog to Digital Converter)와 DAC(Digital to Analog Converter)의 원리, 회로 내 실제 활용 사례까지 정리해보겠습니다.

 

 

아날로그와 디지털 신호의 개념

• 아날로그 신호: 연속적인 값의 전기 신호로, 시간과 함께 부드럽게 변하는 형태입니다. 예: 센서의 전압 출력, 마이크 신호 등
• 디지털 신호: 불연속적인 이산 값(0 또는 1)으로 구성된 신호입니다. MCU, 컴퓨터, 논리 회로 등에서 사용됩니다.

아날로그 신호는 무한한 정밀도를 가질 수 있지만, 잡음에 취약하고 저장/처리가 어렵습니다.
반면 디지털은 처리, 저장, 통신에 유리하지만, 아날로그 값을 정확히 표현하려면 해상도에 한계가 있습니다.

 

 

왜 아날로그를 디지털로 바꿔야 할까?

현실 세계에서 측정되는 대부분의 신호는 아날로그이지만, MCU나 컴퓨터는 디지털만 이해합니다.
따라서 센서나 외부 입력 장치의 데이터를 처리하려면 ADC를 통해 아날로그 값을 디지털로 변환해야 하며,
디지털 신호를 외부 장치(예: 스피커, 아날로그 회로 등)에 출력할 때는 DAC를 통해 디지털 값을 아날로그로 변환합니다.
즉, ADC/DAC는 아날로그 세계와 디지털 세계를 연결하는 다리 역할을 합니다.

 

 

ADC – 아날로그를 디지털로 바꾸는 장치

ADC(Analog to Digital Converter)는 연속적인 전압을 일정한 비트수의 디지털 값으로 변환하는 회로입니다.

• 예를 들어, 10비트 ADC는 0.5V 전압을 약 4.88mV 단위로 분해할 수 있습니다.
• 주요 파라미터는 해상도(Bit 수), 샘플링 속도(Sampling Rate), 입력 전압 범위, 노이즈 내성 등입니다.

MCU 내부에 내장된 ADC 모듈을 사용하는 경우가 많으며, 고정밀 측정이 필요한 경우에는 외부 ADC 칩을 사용하기도 합니다 (예: ADS1115, MCP3208 등).

 

 

DAC – 디지털을 아날로그로 바꾸는 장치

DAC(Digital to Analog Converter)는 디지털 값을 입력 받아 이를 아날로그 전압이나 전류로 출력하는 회로입니다.
오디오 출력, 정전압 제어, 아날로그 PWM 생성 등에서 사용됩니다.

• 예를 들어, 8비트 DAC는 0~255의 디지털 값을 입력 받아 이를 전압의 연속적인 형태로 출력합니다.
  DAC는 저항 네트워크 방식(R-2R), 전류 방식, PWM 기반 방식 등으로 구현될 수 있으며, 출력의 직선성, 분해능, 안정성이 성능의 핵심입니다.

PWM vs 진짜 DAC – 차이는 뭘까?

많은 MCU는 진짜 DAC가 없는 대신 PWM(Pulse Width Modulation)을 이용해 간접적인 아날로그 출력을 생성합니다.
PWM은 디지털 파형이지만, 이를 저역통과 필터(LPF)로 걸러주면 평균 전압이 아날로그처럼 동작하게 됩니다.
단점은 정확도가 낮고 응답 속도가 느리다는 것이며, 정밀한 제어가 필요한 경우에는 실제 DAC 회로가 필요합니다.
즉, PWM은 간단하고 저렴한 방법이지만, DAC는 고정밀 출력이 필요한 경우에 반드시 사용해야 하는 회로입니다.

 

 

실무에서 ADC가 사용되는 예

• 온도 센서(LM35, TMP36)의 아날로그 전압을 MCU가 읽을 때
• 배터리 전압 모니터링
• 조이스틱, 아날로그 입력 스위치 등 사용자 인터페이스
• 광센서, 압력 센서 등 센서 인터페이스
• DCDC 컨버터 피드백 전압 측정

이처럼 실무에서는 ADC가 없으면 센서 연결 자체가 불가능한 회로도 많습니다.

 

 

실무에서 DAC가 사용되는 예

• 오디오 회로에서 디지털 오디오 데이터를 아날로그로 변환할 때
• LED 밝기 조절, 모터 속도 제어 등 아날로그 제어 신호 출력
• 파형 발생기, 전압 출력 장비 등에서 특정 전압 출력
• 정전압 회로, 비교 기준 전압 설정 등

최근에는 내장 DAC가 있는 MCU(STM32, ESP32 등)도 많아지고 있어 PWM 대신 실제 전압 출력을 사용하는 케이스도 늘고 있습니다.

 

 

아날로그-디지털 변환의 주의점

ADC/DAC를 사용할 때는 다음과 같은 요소들을 신중하게 고려해야 합니다:

• 참조 전압(Reference Voltage): 정확도와 분해능에 큰 영향을 줍니다.
• 노이즈 필터링: 아날로그 신호는 외부 잡음에 민감하기 때문에 RC 필터, TVS 다이오드 등을 활용해 보호해야 합니다.
• 샘플링 속도와 응답 시간: 너무 느리면 데이터를 놓칠 수 있고, 너무 빠르면 리소스를 과도하게 소모할 수 있습니다.
• ADC 입력 임피던스: 센서의 출력 임피던스와 매칭되지 않으면 정확한 측정이 어려워집니다.

 

 

아날로그와 디지털, 둘 다 알아야 제대로 쓴다

전자 회로에서 아날로그와 디지털은 단순히 다른 형태의 신호가 아닙니다.
두 세계를 자유롭게 넘나들 수 있어야 진짜 회로를 설계하고, 센서를 제대로 연결하고, 디바이스와 소통할 수 있습니다.
ADC와 DAC는 이 과정을 가능하게 해주는 핵심 회로이며, 각각의 원리와 한계를 정확히 이해하고 있어야 실전에서 제대로 된 결과를 만들 수 있습니다.