이 글은 SRI 시험 합격 당시 정리한 수기를 바탕으로 재구성했습니다. 학습 참고용 답안이며, 실제 채점자의 기준과 일치하는지는 확인되지 않았습니다.
1. 문제
방사선 펄스 파고분석에 사용하는 ADC의 주요 성능인 변환속도, 선형성, 분해능을 설명하고, ADC 분해능과 검출계의 에너지분해능을 구별하시오.
2. 모범답안
① 변환속도는 아날로그 신호를 디지털 값으로 변환하는 빠르기이다. 변환 및 후속 처리시간은 계수 손실과 불감시간에 영향을 준다.
② 선형성은 입력 크기와 출력 코드의 관계가 이상적인 직선에서 얼마나 벗어나는지를 나타낸다. 적분 비선형성(INL)과 미분 비선형성(DNL)을 구분한다.
③ N비트 ADC는 이상적으로 2ᴺ개의 코드를 가지며, 전체 입력범위가 VFSR이면 1 LSB = VFSR/2ᴺ이다.
④ ADC의 비트 수 또는 채널 수가 많아도 검출기의 통계적 변동과 전자잡음 등이 사라지지는 않으므로, 그것만으로 검출계의 에너지분해능이 보장되지는 않는다.
3. 문제를 풀기 위해 알아야 할 내용
3.1. 변환시간은 실제 처리 가능한 계수율과 연결된다
출처: AMETEK ORTEC EASY-MCA 공식 사양
한 펄스의 파고를 읽고 변환하는 동안 다음 펄스를 수용하지 못하면 계수 손실이 발생한다. 실제 불감시간에는 변환뿐 아니라 메모리 전송 등 후속 처리도 포함될 수 있다. 따라서 제품 사양의 변환시간과 사건당 총 불감시간을 같은 숫자라고 단정하지 말고 범위를 확인한다. ORTEC 장비 사양에서도 메모리 전송을 포함하는 불감시간을 별도로 명시한다.
3.2. 선형성에는 전체 직선과 채널 폭이라는 두 관점이 있다
출처: Analog Devices: INL/DNL 측정과 정의
INL은 실제 변환특성이 기준 직선에서 벗어나는 정도를 나타낸다. DNL은 인접 코드에 해당하는 입력 구간의 폭이 이상적인 1 LSB에서 벗어나는 정도이다. 파고분석에서 직선성이 나쁘면 에너지와 채널의 대응을 해석하기 어려워지고, 코드 폭의 불균일은 채널별 계수분포에 영향을 줄 수 있다. 사양을 비교할 때는 오차 단위와 평가 구간도 함께 확인한다.
3.3. 디지털 눈금의 촘촘함과 피크 폭은 다르다
출처: Analog Devices 교육자료: Analog to Digital Conversion
같은 전체 입력범위에서 비트 수를 늘리면 이상적인 코드 간격은 작아진다. 그러나 더 촘촘한 눈금으로 기록한다고 원래 신호의 흔들림이 없어지는 것은 아니다. ADC 분해능은 양자화 간격이고, 방사선 검출계의 에너지분해능은 같은 에너지에 대한 피크 폭과 관련된 성능이다. 채널 수만 비교하지 말고 입력범위, 잡음 및 실제 피크 폭을 함께 보아야 한다.
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