ADC 샘플링 속도란? 초당 몇 번 측정하는지 이해하기

센서에서 들어오는 아날로그 신호를 마이크로컨트롤러나 컴퓨터가 이해할 수 있도록 변환하는 장치가 바로 ADC(Analog to Digital Converter)입니다.

그런데 이 변환은 **한 번만 하는 것이 아니라**, **초당 여러 번 반복**되어야만 실제 신호 흐름을 제대로 파악할 수 있습니다. 이때 중요한 개념이 바로 샘플링 속도(Sampling Rate)입니다.

1. 샘플링 속도란 무엇인가?

샘플링 속도는 ADC가 1초에 **아날로그 신호를 몇 번 측정하는가**를 의미합니다.

단위는 Samples per second 또는 Hz로 표현되며, 일반적으로 kSps(킬로 샘플/초), MSps(메가 샘플/초)로 표기됩니다.

예:

• 1kSps → 초당 1,000번 측정
• 10kSps → 초당 10,000번 측정
• 1MSps → 초당 1,000,000번 측정

2. 왜 샘플링 속도가 중요할까?

실제 아날로그 신호는 시간에 따라 계속 변화합니다. 이 신호를 **정확하게 디지털화하려면 충분히 빠르게 측정**해야 합니다.

만약 샘플링 속도가 너무 느리다면, **중간에 발생하는 중요한 변화가 누락**되어 왜곡된 정보가 전달될 수 있습니다.

실생활 비유:

빠르게 움직이는 자동차를 사진으로 찍는다고 가정해보세요.

• 1초에 1장만 찍으면 → 흐릿하거나 위치가 뒤바뀐 사진
• 1초에 100장을 찍으면 → 매끄럽고 정확한 움직임 추적 가능

ADC도 마찬가지로, **신호 변화가 빠를수록 더 자주 측정**해야 정확한 정보가 얻어집니다.

3. 샘플링 속도와 신호 주파수 관계

샘플링 속도는 **측정하려는 아날로그 신호의 주파수**에 비례해 설정해야 합니다. 기본 기준은 샤논-나이퀴스트 이론(Nyquist Theorem)입니다.

📌 나이퀴스트 법칙: 신호의 최고 주파수보다 **2배 이상의 샘플링 속도**를 가져야 정확하게 재현 가능

예:

• 500Hz 아날로그 신호 → 최소 1,000Sps 이상 필요
• 20kHz 오디오 신호 → 40kSps 이상 필요 (CD 품질 = 44.1kHz)

만약 2배보다 낮은 속도로 샘플링하면 에일리어싱(Aliasing) 현상이 발생해 신호가 잘못 해석됩니다.

4. 일반적인 샘플링 속도 기준

용도	신호 특성	권장 샘플링 속도
온도 측정	천천히 변함	1~10 Sps
조도 센서	중간 속도	100~500 Sps
오디오 처리	고속 신호	44.1kHz 이상
진동/모션 센서	빠른 변화	1kHz~10kHz

5. MCU에서 ADC 속도 설정하기

마이크로컨트롤러(MCU)의 내장 ADC는 보통 샘플링 속도를 직접 설정하거나, ADC 클럭과 분주비(prescaler) 조절을 통해 간접 설정합니다.

예:

• Arduino UNO(10비트 ADC) → 약 9,600 Sps (기본)
• STM32 시리즈 → 수십 ~ 수백 kSps 이상 가능
• ADS1115 (I2C 외장 ADC) → 최대 860 Sps

속도가 너무 높으면 전력 소모가 크고, 너무 낮으면 반응성이 떨어지므로 **목적에 맞게 설정**하는 것이 중요합니다.

6. 샘플링 속도 선택 팁

• 신호가 얼마나 빠르게 변하는지를 먼저 파악
• 나이퀴스트 기준 × 2~5배 정도로 설정하면 안정적
• 불필요하게 높은 속도는 메모리/CPU 낭비
• 필요 시 Low-pass 필터로 고주파 제거 후 샘플링

결론

ADC 샘플링 속도는 단순한 숫자가 아니라, **신호의 정확성과 회로 반응성에 직접적인 영향을 주는 핵심 요소**입니다.

센서의 종류, 응용 목적, MCU 성능을 고려하여 균형 잡힌 샘플링 속도를 설정해야 효율적이고 정확한 회로 동작이 가능합니다.

“정확한 측정은 정확한 타이밍에서 시작됩니다.”

지금까지 Circuit DesCY 였습니다.