먼저 알아둘 용어
오프셋: 입력의 차이가 없어야 하는 조건에서도 출력에 나타나는 치우침입니다. 입력 환산 오프셋은 같은 출력 오차를 만들 입력 전압으로 바꿔 나타낸 값입니다.
초핑과 복조: 초핑은 신호의 극성을 주기적으로 바꾸는 변조이고, 복조는 그 신호를 다시 원래 대역으로 돌려놓는 처리입니다. 두 처리 사이에서 생긴 오차는 입력 신호와 같은 경로를 거치지 않습니다.
기저대역과 1/f 잡음: 기저대역은 여기서 측정하려는 저주파 신호가 있는 범위입니다. 1/f 잡음은 낮은 주파수로 갈수록 잡음 전력 밀도가 커지는 성분입니다.
DC 서보: 출력 등의 직류 오차를 느린 피드백으로 보정하는 회로입니다. 신호를 주기적으로 변조하는 초퍼 방식과는 동작 원리가 다릅니다.
오프셋이 생긴 위치가 중요합니다
초퍼(chopper)는 입력 신호의 극성을 주기적으로 바꾸어 변조하고, 증폭 뒤 같은 타이밍으로 다시 극성을 바꾸는 방식입니다. 이상적인 스위칭 함수를 m(t)=+1 또는 −1이라 하면 m(t)²=1입니다. 입력 신호 vin은 두 변조기를 모두 지나므로 이상 모델에서는 다시 원래 극성과 대역으로 돌아옵니다.
첫 변조기 뒤 증폭기의 입력 환산 오프셋을 Vos라고 두면 두 번째 변조 직전의 신호는 A[m(t)vin+Vos]입니다. 이를 다시 m(t)로 곱하면 A[vin+m(t)Vos]가 됩니다. 원래 신호는 기저대역에 남고 중간에서 발생한 오프셋은 극성이 교대하는 항이 됩니다. 원하는 신호 대역과 초핑 성분을 분리할 수 있을 때 필터로 그 성분을 줄입니다.
모든 저주파 잡음을 없애지는 않습니다
증폭기 내부에서 생기는 저주파 1/f 잡음은 변조로 다른 대역에 옮길 수 있지만, 센서에서 이미 생겨 입력과 함께 들어온 잡음은 원하는 입력과 똑같이 두 번 변조됩니다. 따라서 초퍼를 선택했다고 센서의 느린 변동이나 전체 측정의 드리프트가 사라지지는 않습니다. 신호 대역, 센서 임피던스, 입력 전류와 잡음 스펙트럼을 함께 봅니다.
실제 스위치는 전하 주입과 클록 피드스루를 만들며 두 변조기의 타이밍·대역폭도 완벽하지 않습니다. 잔류 리플, 과도 응답, 입력 바이어스 전류, 샘플링 계측과의 비트·앨리어싱이 남을 수 있습니다. 부품의 데이터시트와 실제 구성에서 초핑 주파수 및 필터 응답을 확인합니다. 일반 원리만으로 클록 값이나 필터 부품값을 임의로 정하지는 않습니다.
DC 서보·오토제로와 구분합니다
DC 서보는 저주파 오차를 피드백하여 동작점이나 출력 직류를 조절하는 폐루프 기능입니다. 초퍼는 변조로 오차 성분의 대역을 옮기는 원리이며, 오토제로는 오차를 측정·저장하여 보정하는 방식입니다. 실제 IC는 여러 방식을 조합할 수 있으므로 제품 이름이나 '영점 보정'이라는 말만 보고 내부 구조가 같다고 판단하지 않습니다.
초퍼를 고른 뒤에는 입력 단락 조건의 잔류 오프셋만 재지 말고 실제 센서 소스 임피던스, 원하는 신호 대역의 잡음, 스위칭 리플과 단계 응답을 비교합니다. 필터를 강하게 걸면 잡음이 줄어도 필요한 신호와 응답 속도를 잃을 수 있습니다.
근거와 범위
ADI의 1/f 잡음·초퍼 설명을 참고했습니다. 위 식은 변조 경로를 나눠 본 이상 모델일 뿐, 특정 제품의 잔류 오프셋·잡음·대역폭 수치를 보장하지 않습니다.
The input signal passes both modulators, while internal amplifier offset passes only the output demodulator. Chopping does not remove sensor noise already present at the input, and switching ripple and bandwidth limits remain.