ADC의 SNR을 설명할 때, ADC가 큰 아날로그 신호를 받아들일 수 있으면 ADC의 SNR이 커진다고 했습니다. 그러면 큰 SNR을 얻기 위해서 무작정 큰 아날로그 신호를 받아들일 수 있을까요? (여기서 ‘큰’ 아날로그 신호라는 것은 보통의 경우, 아날로그 신호의 ‘진폭’ 이라고 생각하면 쉽습니다.) 결론부터 말씀드리면 ‘No’ 입니다. 왜냐면 아날로그 신호를 처리하는 ADC 내부 회로들이 무한정 큰 아날로그 신호를 감당할 수 없기 때문입니다. 구체적으로 보면 아래와 같습니다.
가장 직접적인 이유는 아날로그 회로의 Power Supply Level 입니다. Power Supply Level 에 의해 아날로그 회로의 동작영역이 제한되기 때문입니다. 상식적으로 생각해도 입력신호는 Power Supply Level 보다 커질 수 없죠. 이것은 마치 집안에 2층 침대를 들여 넣을 때, 침대의 전체 높이가 집안의 천장보다 낮아야 하는 것으로 생각하면 쉽게 이해가 됩니다. 집 천장 높이가 Power Supply Level에 해당하고 2층 침대의 높이가 입력신호의 진폭에 해당합니다. 특별한 이유가 없는 한 아주 높은 2층 침대를 들여 놓기 위해서 천장을 높이는 공사를 할 사람은 거의 없을 겁니다. 그것 보다는 천장 높이에 맞는 2층 침대를 구매하는 것이 맞는 방법이죠.
회로 설계도 마찬가지 입니다. 진폭이 큰 아날로그 신호를 받아들이기 위해서 Power Supply Level을 마구 높이는 것은 맞는 방법이 아닙니다. 너무 많은 대가를 지불해야 합니다. 전체 시스템에서 높은 Power Supply를 공급해 주어야 하고, 전력 소모가 커집니다. 그리고 transistor에 높은 전압으로 스트레스가 가해지기 때문에 transistor 가 부서질 가능성이 놓아집니다. 이를 피하기 위한 추가적인 설계를 해야 합니다. SNR 을 높기 위해 아날로그 신호를 크게 하는 것보다 잡음을 줄이는 것이 훨씬 효과적이고 안전한 방법입니다.
아날로그 신호의 진폭을 제한하는 또 다른 요소는 회로자체가 가지는 선형성의 한계 입니다. 좀 더 쉽게 설명해보죠. 위에서 2층 침대를 예로 들었는데, 만일 어떤 사람이 최대한 높은 2층 침대를 사용하기 위해 집 천장과 거의 같은 높이의 침대를 들여 놓았다고 해보죠. 집 천장과 거의 같은 높이여서 어떻게든 집안에 들여 놓았다고 해보죠. 그런데 문제가 있습니다. 사람이 그 2층 침대에 올라가 누울 수가 없다는 거죠. 올라가서 누워야 하는데 공간이 없어서 들어가지도 못하고 누울 수도 없는 일이 발생합니다. 2층 침대와 집 천장 사이에 어느정도 공간이 확보가 되어야 사용이 가능합니다.
아날로그 회로도 마찬가지 입니다. Power Suppy Level 이 정해지면 회로들이 정상으로 동작하기 위한 공간이 확보되어야 합니다. 그렇게 확보된 공간안에서 입력 신호가 정상적으로 처리가 됩니다. 이를 우리는 회로의 Headroom 이라고 하고 transistor의 동작 영역에 의하여 결정이 됩니다. 전자회로에서 transistor를 배울 때 다루는 부분 입니다. 만일, Headroom 이 너무 작아서 신호의 선형영역이 확보되지 못하면 아날로그 신호가 망가지게 되거나 원하는 동작속도를 얻지 못하게 됩니다.
정리하면, ADC 의 Dynamic Ranage 는 시스템의 Power Supply Level 에 의해 제한되고 다시 회로의 선형동작 영역에 의해 제한되기 때문에 이러한 조건에서 결정이 됩니다.