ADC의 주파수 오차 저장 장치 및 ADC의 주파수 오차 보정 장치

ADC의 주파수 오차 저장 장치 및 ADC의 주파수 오차 보정 장치{Apparatus for storing frequency error of Analog-to-Digital Converter and apparatus for correcting frequency error of Analog-to-Digital Converter}

본 발명은 ADC(Analog-to-Digital Converter)의 신호처리 기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ADC의 주파수 오차 저장 장치 및 ADC의 주파수 오차 보정 장치에 관한 것이다.

ADC(Analog-to-Digital Converter)의 데이터를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, 이하 FFT)을 통하여 획득할 때, 샘플링 주파수와 FFT 샘플 수의 제한으로 인해 ADC에서 취득되는 데이터에는 오차가 필연적으로 발생한다. 이를 해결하기 위해서는 샘플링 주파수와 FFT 샘플 수를 증가시켜야 하지만, 현실적으로는 증가시킬 수 있는 범위에 제약이 존재하기 때문에 특히 저주파수에서 큰 오차가 발생한다. ADC의 주파수 특성을 보기 위해 예컨대 일정 주파수의 사인(sine) 파형을 입력 신호로 실험하는 경우 코히어런트(coherent) 샘플링을 수행하면 윈도윙(windowing)이나 후처리(post-processing)와 같은 복소수 신호처리 단들을 피해 정확하고 반복적인 결과를 얻을 수 있어 ADC의 입출력 신호를 동일하게 만들 수 있다. 하지만 이는 실제로 구현이 어려우며, 또한 ADC 출력 스펙트럼에서 순간적이고 무작위로 발생하는 스퓨리어스(spurious) 성분들로 인해 엄격한 코히어런트 샘플링은 수행하기 어려우므로 대부분 원하는 데이터를 획득하는 것이 불가능하다. 이와 같은 원인으로 인해 ADC의 입출력이 동일하지 않아 ADC를 사용하는 시스템의 성능 저하를 발생시킨다.

이러한 문제들을 해결하기 위해 ADC의 에러를 보정하는 방법이 연구되었다. 대표적인 예로, 룩업테이블(lookup-table, 이하 LUT) 방식, dithering-based 방식, model-inversion-based 방식, architecture-based 방식 등이 존재한다. 이중 LUT 방식은 시간 축에서 획득되는 ADC 데이터의 크기의 입출력 값의 오차를 보정하는 방식이다. 그러나 이 방식은 ADC의 분해능이 높을수록 오차를 측정하기 위해 수행해야 하는 실험의 횟수와 그 실험결과를 저장하기 위해 필요한 용량이 지수적으로 증가한다. 예를 들어 10비트의 분해능을 가지는 ADC의 에러 보정을 위해서는 1024번의 실험을 수행해야 한다. 이것은 고분해능을 가지는 ADC의 경우 현실적으로 불가능한 실험횟수를 수행해야 하는 것을 의미하므로, 실용성 및 생산성이 매우 낮은 문제가 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 ADC의 주파수 오차를 적은 실험 횟수와 적은 저장 공간을 바탕으로 효과적으로 보정할 수 있도록 하는 ADC의 주파수 오차 저장 장치 및 ADC의 주파수 오차 보정 장치를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 ADC의 주파수 오차 저장 장치는, 소정 주파수의 연속 신호를 ADC(Analog-to-Digital Converter)로 입력하는 신호 입력부; 상기 연속 신호의 입력에 따른 상기 ADC로부터의 출력 신호에 대하여 시간-주파수 변환을 수행하는 시간-주파수 변환부; 상기 시간-주파수 변환부의 출력값들로부터 피크 주파수를 검출하고, 상기 검출된 피크 주파수와 상기 소정 주파수의 차이값을 계산하는 주파수 오차 계산부; 및 상기 검출된 피크 주파수와 상기 계산된 차이값을 저장하는 주파수 오차 저장부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 신호 입력부는 상기 소정 주파수를 변경해 가면서 상기 연속 신호를 입력할 수 있다.

상기 주파수 오차 저장부는 상기 소정 주파수마다 검출된 상기 피크 주파수와 상기 계산된 차이값의 쌍을 저장할 수 있다.

상기 주파수 오차 저장부는 상기 피크 주파수와 상기 계산된 차이값의 쌍을 룩업테이블 형태로 저장할 수 있다.

상기 시간-주파수 변환은 고속 푸리에 변환일 수 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 ADC의 주파수 오차 보정 장치는, 피크 주파수와 상기 피크 주파수에 대응하는 주파수 오차값이 저장된 주파수 오차 저장부; ADC에 연속 신호가 입력됨에 따른 상기 ADC의 출력 신호에 대하여 시간-주파수 변환을 수행하는 시간-주파수 변환부; 및 상기 시간-주파수 변환부의 출력값들로부터 피크 주파수를 검출하고, 상기 검출된 피크 주파수에 대응하는 주파수 오차값을 상기 주파수 오차 저장부로부터 획득하여, 상기 검출된 피크 주파수와 상기 획득된 주파수 오차값을 이용하여 보정 주파수를 계산하는 주파수 오차 보정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 주파수 오차 저장부는 복수의 피크 주파수들과 상기 피크 주파수들 각각에 대응하는 주파수 오차값들을 쌍으로 저장할 수 있다.

상기 주파수 오차 저장부는 피크 주파수와 주파수 오차값의 쌍을 룩업테이블 형태로 저장할 수 있다.

상기 시간-주파수 변환은 고속 푸리에 변환일 수 있다.

상기 ADC의 주파수 오차 보정 장치는 상기 ADC의 출력 신호에 대하여 소정의 윈도우를 적용하여 상기 시간-주파수 변환부로 출력하는 윈도윙부를 더 포함할 수 있다.

상기된 본 발명에 의하면, ADC의 주파수 오차를 적은 실험 횟수와 적은 저장 공간을 바탕으로 효과적으로 보정할 수 있는 효과가 있으며, 시간과 비용이 절감되고 실용성 및 생산성이 우수한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ADC의 주파수 오차 저장 장치의 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 ADC의 주파수 오차 보정 장치의 구성을 나타낸다.
도 3은 도 1을 통하여 설명한 ADC의 주파수 오차 저장 장치의 본 발명의 일 실시예에 따른 보다 구체적인 구성을 나타낸다.
도 4는 도 2을 통하여 설명한 ADC의 주파수 오차 보정 장치의 본 발명의 일 실시예에 따른 보다 구체적인 구성을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 ADC의 주파수 오차 저장 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 6은 시간 축에서 획득되는 데이터를 보정하는 기존 LUT 방식과 본 발명의 실시예에 따른 ADC의 오차 보정을 위해 필요한 시간 및 저장 공간을 ADC의 해상도 별로 비교한 결과를 나타낸다.
도 7은 120~200Hz의 범위에서 두 개의 ADC에 본 발명의 실시예를 적용하여 보정 가능한 오차율을 실험을 통하여 얻은 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 210~300Hz의 범위에서 두 개의 ADC에 본 발명의 실시예를 적용하여 보정 가능한 오차율을 실험을 통하여 얻은 결과를 나타내는 그래프이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이하 설명 및 첨부된 도면들에서 실질적으로 동일한 구성요소들은 각각 동일한 부호들로 나타냄으로써 중복 설명을 생략하기로 한다. 또한 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예들에서는 시간 축에서 획득되는 ADC 데이터의 크기를 이용하여 입출력의 오차를 수정하지 않고, FFT를 수행한 후의 주파수 축의 출력 값을 사용하여 ADC의 오차를 보정한다. 본 발명의 실시예들에서는 주파수 축에서 FFT를 위해 사용된 샘플의 수만큼만 보정을 수행하면 되는데, 고분해능을 가지는 ADC일수록 상대적으로 더 적은 수의 실험이 필요하며, 저주파수에서의 정확도를 크게 개선할 수 있다. 예컨대 16비트 분해능의 ADC의 경우에 약 300배 더 적은 횟수의 실험으로 ADC 보정을 수행할 수 있다. 본 발명의 실시예들에서는 상대적으로 큰 오차를 나타내는 저주파 대역의 값들만을 보정함으로써 시간 대비 높은 효율의 ADC 오차 보정을 달성할 수 있다. 본 발명은 기존의 LUT 방식에 비해 효율적이며, 이미 존재하는 ADC 장치에 대하여 부가적으로 오차 보정을 수행할 수 있어서 ADC의 추가적인 성능 향상에 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 ADC의 주파수 오차 저장 장치의 구성을 나타낸다. 본 실시예에 따른 ADC의 주파수 오차 저장 장치는 신호 입력부(110), ADC(120), 시간-주파수 변환부(130), 주파수 오차 계산부(140), 및 주파수 오차 저장부(150)를 포함하여 이루어진다.

신호 입력부(110)는 소정 주파수의 연속 신호를 ADC(120)로 입력한다. 상기 연속 신호는 외부로부터 제공받을 수도 있고, 신호 입력부(110)가 자체적으로 생성할 수도 있다. 상기 소정 주파수는 일정 범위 내의 여러 주파수들 중 하나일 수 있으며, 상기 연속 신호는 예컨대 사인 파형의 신호일 수 있다. 신호 입력부(110)는 상기 여러 주파수들을 변경하면서 해당 주파수의 연속 신호들을 순차적으로 ADC(120)로 입력할 수 있다. 도 1을 참조하면, ADC(120)로 입력되는 연속 신호는 s(t)로 표시된다.

ADC(120)는 본 발명의 실시예에서 오차 보정의 대상이 되는 ADC로서, 입력되는 연속 신호를 이산 신호인 디지털 신호로 변환하여 시간-주파수 변환부(130)로 출력한다. 도 1을 참조하면, ADC(120)의 출력 신호는 시간축 벡터 신호로서 D 로 표시된다.

시간-주파수 변환부(130)는 ADC(120)로부터의 출력 신호에 대하여 시간-주파수 변환을 수행하여 주파수 오차 계산부(140)로 출력한다. 도 1을 참조하면, 시간-주파수 변환부(130)의 출력 신호는 주파수축 벡터 신호로서 N 으로 표시된다.

주파수 오차 계산부(140)는 시간-주파수 변환부(130)의 출력값들로부터 최대값을 가지는 주파수 값인 피크 주파수(peak frequency)를 검출하고, 검출된 피크 주파수와 ADC(120)에 입력된 신호의 주파수와의 차이값을 계산한다. 이 차이값이 해당 입력 주파수에서의 ADC의 주파수 오차값이라 할 수 있다. 주파수 오차 계산부(140)는 검출된 피크 주파수와 계산된 차이값, 즉 주파수 오차값을 주파수 오차 저장부(150)로 출력한다. 도 1을 참조하면, 피크 주파수 및 주파수 오차값이 각각 f _peak 및 r로 표시된다.

주파수 오차 저장부(150)는 주파수 오차 계산부(140)로부터의 피크 주파수 및 해당 주파수 오차값을 쌍으로 저장한다. 전술한 바와 같이 신호 입력부(110)는 여러 주파수들을 변경해 가면서 해당 주파수의 연속 신호를 순차적으로 ADC(120)로 입력하므로, 주파수 오차 저장부(150)에는 일정 범위 내의 여러 주파수 값들에 대해 피크 주파수와 주파수 오차값이 저장된다. 주파수 오차 저장부(150)는 상기 피크 주파수와 주파수 오차값의 쌍들을 룩업테이블(lookup-table) 형태로 저장할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 ADC의 주파수 오차 보정 장치의 구성을 나타낸다. 본 실시예에 따른 ADC의 주파수 오차 보정 장치는 신호 입력부(210), ADC(220), 시간-주파수 변환부(230), 주파수 오차 보정부(240), ADC 주파수 출력부(250), 및 주파수 오차 저장부(150)를 포함하여 이루어진다.

본 실시예에서, 주파수 오차 저장부(150)에는 전술한 ADC의 주파수 오차 저장 장치를 통하여 일정 범위 내의 여러 주파수 값들에 대해 피크 주파수와 주파수 오차값의 쌍들이 저장되어 있다.

신호 입력부(210)는 주파수 오차 보정의 대상이 되는 연속 신호를 ADC(120)로 입력한다. 도 1을 참조하면, ADC(120)로 입력되는 연속 신호는 x(t)로 표시된다.

ADC(220)는 본 발명의 실시예에서 오차 보정의 대상이 되는 ADC로서, 입력되는 연속 신호를 이산 신호인 디지털 신호로 변환하여 시간-주파수 변환부(230)로 출력한다. 도 2를 참조하면, ADC(220)의 출력 신호는 시간축 벡터 신호로서 D 로 표시된다.

시간-주파수 변환부(230)는 ADC(220)로부터의 출력 신호에 대하여 시간-주파수 변환을 수행하여 주파수 오차 보정부(240)로 출력한다. 도 2를 참조하면, 시간-주파수 변환부(230)의 출력 신호는 주파수축 벡터 신호로서 N 으로 표시된다.

주파수 오차 보정부(240)는 우선 시간-주파수 변환부(230)의 출력값들로부터 최대값을 가지는 주파수 값인 피크 주파수(peak frequency)를 검출한다. 본 발명의 실시예에서 ADC(220)에 입력되는 연속 신호는 임의의 신호로서 시시각각 변할 수 있는 신호인 바, 주파수 오차 보정부(240)는 예컨대 일정 주기로 계속적으로 피크 주파수를 검출한다. 도 2를 참조하면 검출되는 피크 주파수들은 f _peak 로 표시된다. 그리고 주파수 오차 보정부(240)는 주파수 오차 저장부(150)로부터, 검출된 각 피크 주파수에 대응하는 주파수 오차값을 획득한다. 도 2를 참조하면, 주파수 오차 저장부(150)로부터 획득한 주파수 오차값들은 r 로 표시된다.

주파수 오차 보정부(240)는 주파수 오차 저장부(150)에 검출된 피크 주파수와 일치하는 피크 주파수 값이 있다면 그와 쌍이 되는 주파수 오차값을 읽어온다. 만일 검출된 피크 주파수와 일치하는 피크 주파수 값이 없다면, 가장 가까운 피크 주파수 값과 쌍이 되는 주파수 오차값을 읽어오거나, 보간법을 이용하여 검출된 피크 주파수에 대응하는 주파수 오차값을 계산할 수도 있다.

그리고 주파수 오차 보정부(240)는 검출된 피크 주파수와 주파수 오차 저장부(150)로부터 획득한 주파수 오차값을 이용하여 보정 주파수를 계산한다. 예컨대, 검출된 피크 주파수가 f _peak 이고, 얻어진 주파수 오차값이 +f _e 라면, 보정 주파수는 f _peak -f _e 로 계산될 수 있다. 도 2를 참조하면, 계산된 보정 주파수들은 f _est 로 표시되며, ADC 주파수 출력부(250)로 제공된다.

ADC 주파수 출력부(250)는 제공된 보정 주파수들을 사용자에게 출력하거나, 이를 필요로 하는 다른 장치 또는 시스템으로 출력한다.

도 3은 도 1을 통하여 설명한 ADC의 주파수 오차 저장 장치의 본 발명의 일 실시예에 따른 보다 구체적인 구성을 나타낸다. 본 실시예에 따른 주파수 오차 저장 장치는, 신호 입력부(310), k-bit ADC(320), FFT부(330), 피크 주파수 검출부(340), 주파수 기억부(350), 차이값 계산부(360), 및 주파수 오차 저장부(370)를 포함하여 이루어진다.

신호 입력부(310)는 소정 주파수의 연속 신호를 k-bit ADC(320)로 입력한다. 신호 입력부(310)는 일정 범위의 주파수 영역에 걸쳐서 후술할 주파수 오차값들을 획득하기 위하여 주파수 성분을 일정 시간마다 일정 간격으로 증가 또는 감소시키면서 해당 주파수의 연속 신호를 k-bit ADC(320)로 입력한다.

주파수 기억부(350)는 k-bit ADC(320)로 입력되는 연속 신호의 주파수들을 기억하여 둔다. 신호 입력부(310)가 현재 출력하는 연속 신호의 주파수 값을 주파수 기억부(350)로 제공하여, 주파수 기억부(350)가 해당 주파수 값을 기억할 수도 있고, 주파수 기억부(350)가 연속 신호의 주파수를 측정하여, 측정된 주파수 값을 기억할 수도 있다. 주파수 기억부(350)는 주파수 값을 후술할 차이값 계산부(360)로 제공하는데, 전술한 바와 같이 신호 입력부(310)에서는 입력 주파수 성분을 일정 간격으로 증가 또는 감소시키는 바, 도 3을 참조하면 n번째 주파수 값이 f _in (n)로 표시된다.

k-bit ADC(320)는 해상도 k비트의 ADC로서, 오차 보정의 대상이 되는 ADC이다. ADC(320)는 입력되는 연속 신호를 이산 신호인 디지털 신호로 변환하여 FFT부(330)으로 출력한다. 도 3을 참조하면, k-bit ADC(320)의 출력 신호는 시간축 벡터 신호로서 D _out [1], … , D _out [k]로 표현될 수 있다.

FFT부(330)는 k-bit ADC(320)로부터의 출력 신호에 대하여 고속 푸리에 변환을 수행하여 피크 주파수 검출부(340)로 출력한다. 이때 FFT부(330)는 FFT 샘플 수를 N _FFT 로 하여 고속 푸리에 변환을 수행한다. 따라서 도 3을 참조하면 FFT부(330)의 출력 신호는 F _out [1], … , F _out [N _FFT ]로 표현될 수 있다.

피크 주파수 검출부(340)는 FFT부(330)의 출력값들로부터 최대값을 가지는 주파수 값인 피크 주파수(peak frequency)를 검출한다. 전술한 바와 같이 신호 입력부(310)에서는 입력 주파수 성분을 일정 간격으로 증가 또는 감소시키는 바, 도 3을 참조하면 n번째 주파수 성분에 대하여 검출된 피크 주파수는 f _peak (n)으로 표시된다.

차이값 계산부(360)는 피크 주파수 검출부(340)에서 검출된 피크 주파수 f _peak (n)과 주파수 기억부(350)로부터 제공된 주파수 값 f _in (n)의 차이값을 해당 주파수에서의 주파수 오차값으로 계산한다. 그리고 차이값 계산부(360)는 피크 주파수 f _peak 와 주파수 오차값 r을 주파수 오차 저장부(370)로 출력한다.

주파수 오차 저장부(370)는 차이값 계산부(360)로부터의 피크 주파수 및 해당 주파수 오차값의 쌍을 저장한다. 결국 주파수 오차 저장부(370)에는 주파수 값 f _in (n)마다 피크 주파수와 주파수 오차값의 쌍이 저장된다. 전술한 바와 같이 주파수 오차 저장부(370)는 피크 주파수와 주파수 오차값의 쌍들을 룩업테이블(lookup-table) 형태로 저장할 수 있다.

도 4는 도 2을 통하여 설명한 ADC의 주파수 오차 보정 장치의 본 발명의 일 실시예에 따른 보다 구체적인 구성을 나타낸다. 본 실시예에 따른 주파수 오차 보정 장치는 신호 입력부(410), k-bit ADC(420), 윈도윙부(430), FFT부(440), 피크 주파수 검출부(450), 주파수 오차 저장부(370), 주파수 오차 보정부(460), ADC 주파수 출력부(470)를 포함하여 이루어진다.

본 실시예에서, 주파수 오차 저장부(370)에는 도 3을 통하여 설명한 ADC의 주파수 오차 저장 장치를 통하여 일정 범위 내의 여러 주파수 값들에 대해 피크 주파수와 주파수 오차값의 쌍들이 저장되어 있다.

신호 입력부(410)는 주파수 오차 보정 대상이 되는 연속 신호를 k-bit ADC(420)로 입력한다. 도 4를 참조하면, k-bit ADC(420)로 입력되는 신호는 x(t)로 표시된다.

k-bit ADC(420)는 오차 보정의 대상이 되는 해상도 k비트의 ADC로서, 입력되는 연속 신호를 이산 신호인 디지털 신호로 변환하여 윈도윙부(430)로 출력하나. 도 4를 참조하면, k-bit ADC(420)의 출력 신호는 시간축 벡터 신호로서 D _out [1], … , D _out [k]로 표현될 수 있다.

윈도윙부(430)는 k-bit ADC(420)의 출력 신호에 소정의 윈도우를 적용하여 FFT를 수행하기에 적합한 신호로 변환한다. 도 4를 참조하면 윈도윙부(430)의 출력 신호는 FFT 샘플 수를 N _FFT 만큼의 데이터로서 W _out [1], … , W _out [N _FFT ]로 표현되고, 이 신호는 FFT부(440)로 전달된다.

FFT부(440)는 윈도윙부(430)의 출력 신호에 대하여 고속 푸리에 변환을 수행하여 피크 주파수 검출부(450)로 출력한다. 이때 FFT부(440)는 FFT 샘플 수를 N _FFT 로 하여 고속 푸리에 변환을 수행한다. 따라서 도 4를 참조하면 FFT부(440)의 출력 신호는 F _out [1], … , F _out [N _FFT ]로 표현될 수 있다.

피크 주파수 검출부(450)는 FFT부(440)의 출력값들로부터 최대값을 가지는 주파수 값인 피크 주파수(peak frequency)를 검출한다. k-bit ADC(420)에 입력되는 연속 신호는 임의의 신호로서 시시각각 변하는 신호인 바, 윈도윙부(430), FFT부(440), 피크 주파수 검출부(450)를 통하여 예컨대 일정 주기로 계속적으로 피크 주파수가 검출된다. 도 4를 참조하면 검출되는 피크 주파수들은 f _peak 로 표시되고, 주파수 오차 보정부(460)로 제공된다.

주파수 오차 보정부(460)는 피크 주파수 검출부(450)로부터의 피크 주파수에 대응하는 주파수 오차값을 주파수 오차 저장부(370)로부터 획득한다. 도 4를 참조하면, 주파수 오차 저장부(370)로부터 획득된 주파수 오차값들은 r 로 표시된다.

주파수 오차 보정부(460)는 주파수 오차 저장부(370)에 검출된 피크 주파수와 일치하는 피크 주파수 값이 있다면 그와 쌍이 되는 주파수 오차값을 읽어온다. 만일 검출된 피크 주파수와 일치하는 피크 주파수 값이 없다면, 가장 가까운 피크 주파수 값과 쌍이 되는 주파수 오차값을 읽어오거나, 보간법을 이용하여 검출된 피크 주파수에 대응하는 주파수 오차값을 계산할 수도 있다.

그리고 주파수 오차 보정부(460)는 검출된 피크 주파수와 획득한 주파수 오차값을 이용하여 보정 주파수를 계산한다. 계산된 보정 주파수들은 f _est 로 표시되며, ADC 주파수 출력부(470)로 제공된다.

ADC 주파수 출력부(470)는 제공된 보정 주파수들을 사용자에게 출력하거나, 이를 필요로 하는 다른 장치 또는 시스템으로 출력한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 ADC의 주파수 오차 저장 방법의 흐름도를 나타낸다. 본 실시예에 따른 ADC의 주파수 오차 저장 방법은 도 3을 참조로 설명한 ADC의 주파수 오차 저장 장치를 통하여 수행될 수 있다.

우선, 510단계에서 신호 입력부(310), k-bit ADC(320), FFT부(330), 피크 주파수 검출부(340), 주파수 기억부(350), 차이값 계산부(360), 및 주파수 오차 저장부(370) 등의 실험 환경을 구축한다.

520단계에서, k-bit ADC(320)에 입력할 신호의 입력 주파수, FFT 샘플 수를 N _FFT 등을 결정한다.

530단계에서, 신호 입력부(310)를 통하여 k-bit ADC(320)에 신호를 입력한다. 이때, 입력되는 신호의 주파수는 일정 범위의 주파수 영역에 걸쳐서 일정 간격으로 증가 또는 감소되도록 한다.

540단계에서, k-bit ADC(320)로부터 데이터를 획득한다.

550단계에서, k-bit ADC(320)로부터 획득된 데이터에 대하여 FFT부(330)를 통하여 고속 푸리에 변환을 수행한다.

560단계에서, FFT부(330)의 출력값들로부터 최대값을 가지는 주파수 값인 피크 주파수들을 획득한다.

570단계에서, 피크 주파수들 중 중복되거나 현실적으로 불가능한 값 등의 예외값들을 제거한다.

580단계에서, 570단계를 통하여 예외값들이 제거된 피크 주파수들과 그에 대응하는 주파수 오차값들을 쌍으로 룩업테이블(370)에 저장한다.

도 6은 시간 축에서 획득되는 데이터를 보정하는 기존 LUT 방식과 본 발명의 실시예에 따른 ADC의 오차 보정을 위해 필요한 시간(실험 횟수) 및 저장 공간(저장 데이터 수)을 ADC의 해상도 별로 비교한 결과를 나타낸다. 도 6에서 저장 데이터 수는 실험 횟수마다 입력 값과 수정해야 할 값 두 가지를 저장해야 하므로 실험 횟수의 2배가 된다. 또한, 성능 향상도는 본 발명의 실험 횟수(또는 저장 데이터 수)와 기존 방식의 실험 횟수(또는 저장 데이터 수)의 비율로 정의하였다.

도 6을 참조하면, 기존의 LUT 방식은 12비트 또는 16비트의 고분해능을 가지는 ADC의 보정을 위하여 4,096회 또는 65,536회에 걸쳐서 실험을 수행해야 하고, 저장해야 할 데이터 수도 8,192개 또는 131,072개로 매우 많다. 그러나 본 발명의 실시예에 의하면 원하는 범위의 특정 주파수들에 대하여만 실험 및 보정을 수행하면 되므로 실험 횟수와 저장 데이터 수가 획기적으로 감소된다. 예컨대, 필요한 주파수 범위가 2kHz까지인 경우, 10~2,000Hz의 주파수 내에서 10Hz 단위로 실험을 수행한다면 200회의 실험과 400개의 데이터 수이면 충분한다. 따라서 12비트 분해능 ADC의 경우 20여배, 16비트 분해능 ACD의 경우 320여배의 성능 향상을 가져오게 된다. 특히 룩업테이블에 저장할 데이터의 양이 획기적으로 감소하여 메모리에 소요되는 비용을 대폭 줄일 수 있다.

도 7은 120~200Hz의 범위에서 두 개의 16비트 ADC에 본 발명의 실시예를 적용하여 보정 가능한 오차율을 실험을 통하여 얻은 결과를 나타내는 그래프이다. 본 실험에서 N _FFT =2048, 샘플링 주파수는 300kHz로 하였고, 윈도우로 Blackman-Harris 윈도우와 Hamming 윈도우를 사용하였다.

도 8은 210~300Hz의 범위에서 두 개의 16비트 ADC에 본 발명의 실시예를 적용하여 보정 가능한 오차율을 실험을 통하여 얻은 결과를 나타내는 그래프이다. 본 실험 역시 N _FFT =2048, 샘플링 주파수는 300kHz로 하였고, 윈도우로 Blackman-Harris 윈도우와 Hamming 윈도우를 사용하였다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 120~200Hz 범위에서 210~300Hz의 범위보다 보정 가능한 오차율의 값이 더 큰 것으로 나타나는 바, 본 발명은 저주파수 영역일수록 주파수 오차를 개선하는데 더 향상된 성능을 보임을 알 수 있다.

한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.