[ 전자 Q ] ADC: Balun vs OPAMP, 언제 어떤 걸 써야 할까?

ADC 입력단 설계: Balun vs OPAMP, 언제 어떤 걸 써야 할까?

입력단에서 우리가 자주 고민하는 게 바로 Balun(밸런)과 OPAMP(연산증폭기)인데
이 둘 중 뭘 써야 할지 헷갈릴 때가 많다.

 

 

OPAMP 와 Balun을 알아보자 간단히

ADC는  대부분 입력을 differential (차동 입력)로 받는다. 
우리가 흔히 쓰는 신호를 single-ended( 싱글엔디드 ) 많이 사용한다.
그래서 중간에 변환기 역할을 해줄 회로로  OPAMP 와 Balun를 사용한다.

즉 single-ended( 싱글엔디드 ) -> differential (차동 입력) 로 변환!

OPAMP 이란?

- 신호를 더 크게 "확성기(연산증폭기)" 역할 

- ADC 에서는 Single- ended -> diffrerential로 바꾸는 역할

- 주로 저주파, DC 포함, 이득 조절, 커스터마이징

Balun 이란?

- 통역기+ 연결잭 변환기 (밸런- 변압기) 역할 

- ADC 에서는 Unbalanced (한쪽만 전압 있음) 신호를 Balanced (두 선에 +와 - 대칭으로 신호 있음) 신호로 바꿔는 역할

- 주로 고속 RF용, 저잡음, AC만 포함된 신호

 

ADC3683EVM-OPAMP

 

 

ADC3683EVM-Balun

* Balun 2개를 사용하는 이유는 불균현 신호를 더 정확하게 대칭하기 위해서 

- Balun 1에서 만든 Differential 신호가 위상이나 크기에서 완벽하지 않을 때.
- Balun 2에서 다시 한 번 정돈해 주면 왜곡(SFDR, THD)을 줄임.
- 특히 고속 ADC에서는 미세한 불균형도 성능 저하로 이어지기 때문에 중요!

 

사진 및 자료 출처:https://www.ti.com/

 

OPAMP vs Balun

항목	Balun	OPAMP
주파수 대역	주로 RF/고속 (>10MHz~GHz)	저주파 (수십MHz)
커플링	AC only	AC/DC 둘 다 가능
동작 방식	수동 변압기 기반	능동 전자회로
변환 방식	대칭 신호로만 변환	전압 및 임피던스 조절 가능
이득 조절	불가 (고정)	가능 (저항 조절)
전원 공급	불필요	필수
전력 소모	없음	있음
노이즈 특성	매우 양호 (0dB 수준)	회로 설계에 따라 다름
DC 오프셋 처리	불가능	가능
인덕턴스 존재	있음 (위상왜곡 가능성)	없음
SNR/SFDR 성능	일반적으로 우수	OPAMP 성능에 따라 달라짐

 

 

실무에서 조건별!

- 입력 신호가 AC 중심, RF/IF 영역일 때 → Balun

• 예시: RF tuner, mixer 출력 (IF 70 MHz), DAC to ADC loopback
• 필요조건: DC bias가 필요 없는 입력, 임피던스 50Ω, 주파수 > 10 MHz
• 주의 사항: Balun은 phase shift가 발생할 수 있고, bandwidth 한계가 존재 (특히 low-end cut-off에 주의)

- 입력 신호가 DC 포함되거나 저주파 신호일 때 → OPAMP

• 예시: 전류 센서 출력, 저속 DAC 출력, 센서 계측용 ADC
• 이점: OPAMP로 중간 이득 조절 및 DC 레벨 셋업 가능
• 실제 적용: 차동 버퍼 (THS4521, ADA4940 등)를 사용하여 differential drive 구현 가능

마무리

ADC의 성능은 입력단 설계에 달려 있다고 해도 과언이 아니다. Balun과 OPAMP는 단순히 변환기 이상의 역할을 하며, 신호의 정확성, 속도, 왜곡에 큰 영향을 미친다. 그러므로 “지금 내 회로에 필요한 건 고속인가? 정밀한 제어인가?” 이 질문 하나면 선택을 신중히 하자 그냥 ‘적당히’ 연결하지 말고 신호의 특성을 읽고, 상황에 맞게 설계하길 바란다.