최신 자동차 산업에서는 자동화와 디지털화의 흐름이 뚜렷하게 나타나고 있다. 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS)부터 인포테인먼트 시스템에 이르기까지, 현대의 자동차는 점점 더 디지털 기술에 대한 의존도를 높여가고 있다. 이러한 변화의 중심에는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)가 있다.

 

ADC는 현실 세계의 아날로그 신호를 차량용 컴퓨터 시스템이 처리할 수 있는 디지털 데이터로 변환하는 핵심 장치다. 이 글에서는 차량 시스템의 성능을 최적화하고 안전성을 향상시키는 데 있어 ADC가 어떻게 활용되고 있는지를 살펴보고자 한다.

 

차량용 시스템 내 ADC의 이해

 

차량용 시스템에서 ADC는 다양한 센서로부터 수집된 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환한다. 이때 사용되는 센서는 온도·압력 센서와 같은 기본 장치부터 레이더(Radar), 라이다(LiDAR)와 같은 고정밀 광학 센서에 이르기까지 매우 다양하다.

 

차량용 컴퓨터 시스템은 이렇게 변환된 디지털 데이터를 기반으로 주행 관련 의사결정을 내리고, 각종 기능을 제어하며, 운전자에게 필요한 정보를 제공한다.

 

특히 고정밀 ADC는 뛰어난 해상도와 정확도를 바탕으로 차량용 시스템의 핵심 부품으로 자리 잡고 있다. 아날로그 신호의 미세한 변화까지 정밀하게 포착함으로써, 고품질의 디지털 데이터를 생성하고 이는 차량 시스템이 보다 정확하고 신뢰성 있는 판단을 내리는 토대가 된다.

 

ADC를 통한 안전성 향상

 

인간이 외부의 아날로그 정보를 뇌가 인식할 수 있는 형태로 변환한 뒤 이를 바탕으로 행동을 결정하듯, ADC 역시 현대 자동차의 안전성을 높이는 데 필수적인 역할을 수행한다.

 

첨단 운전자 보조 시스템(ADAS), 제동 시스템, 차체 자세 제어 시스템(Stability Control Systems) 등 차량의 주요 안전 기능들은 모두 ADC 기술에 의존하고 있다. ADC가 없다면 SoC 외부의 아날로그 입력 신호를 처리할 수 없게 되며, 이는 곧 차량 안전에 심각한 문제를 초래할 수 있다.

 

ADAS를 예로 들면, ADC는 레이더 센서와 카메라에서 입력되는 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 데 사용된다. 변환된 데이터는 주변 차량, 보행자, 장애물을 인식하는 데 활용되며, 이를 기반으로 조향, 제동, 가속에 대한 정밀한 의사결정이 이루어진다.

 

또한 제동 시스템에서는 ADC가 압력 센서의 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환한다. 차량 시스템은 이 데이터를 분석해 각 바퀴에 가해지는 제동력을 개별적으로 제어함으로써 주행 안정성을 향상시킨다.

 

ADC를 통한 성능 최적화

 

ADC는 안전성뿐 아니라 차량 성능을 극대화하는 데 있어서도 핵심적인 역할을 한다. 엔진 제어 시스템, 변속기 제어 시스템(Transmission Control Systems), 연료 분사 시스템 등 주행 성능과 직결된 다양한 영역에서 ADC가 광범위하게 활용된다.

 

엔진 제어 시스템을 예로 들면, ADC는 온도 센서, 압력 센서, 산소 센서 등에서 발생하는 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환한다. 이렇게 변환된 데이터를 기반으로 연료 분사량, 점화 타이밍, 스로틀 제어(Throttle Control) 등을 정밀하게 제어할 수 있으며, 이는 엔진 성능과 연료 효율 향상으로 이어진다.

 

변속기 제어 시스템에서도 ADC는 압력 및 온도 센서 등의 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 역할을 한다. 이를 통해 변속기의 동작을 보다 정밀하게 제어할 수 있으며, 주행 효율성과 기동성(Maneuverability)을 동시에 개선할 수 있다.

 

예시: 자동차 애플리케이션 내 ADC 활용

 

ADC는 주행 성능 및 안전 시스템을 포함한 다양한 자동차 애플리케이션에 적용되고 있으며, 대표적인 사례인 첨단 운전 보조 시스템(ADAS)내에서 실제 주행 환경의 안정성을 높이고 성능을 최적화하는 핵심 역할을 수행한다.

 

ADAS는 어댑티브 크루즈 컨트롤(Adaptive Cruise Control, ACC), 차선 유지 보조(Lane Keeping Assistance, LKA), 자동 비상 제동(Automatic Emergency Braking, AEB) 등 다양한 주행 보조 기능을 제공한다. 이를 위해 레이더, 라이다(LiDAR), 카메라 등 여러 센서에 의존한다. ADAS 시스템의 주요 구성 요소는 그림 1과 같다.

 

 

ADC는 이러한 센서로부터 입력되는 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환함으로써 ADAS에서 핵심적인 역할을 수행한다. 차량 컴퓨터 시스템은 이 데이터를 활용해 조향, 제동, 가속에 관한 의사결정을 내린다.

 

어댑티브 크루즈 컨트롤 시스템에서는 레이더 센서를 이용해 앞차와의 거리를 측정한다. ADC는 레이더에서 발생하는 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하고, 시스템은 이를 분석해 안전한 차간 거리를 유지하도록 차량의 속도를 제어한다.

 

이러한 응용 분야에서는 빠른 응답 속도가 요구되므로 고속 축차 비교형 ADC (SAR ADC)가 주로 사용된다. 짧은 응답 시간은 차량이 거리 변화에 신속하게 대응할 수 있도록 하여 주행의 편안함과 안전성을 동시에 향상시킨다.

 

엔진 제어 시스템 내의 ADC

 

엔진 제어 시스템은 연료 분사, 점화 타이밍, 스로틀 제어 등을 통해 엔진 성능과 연료 경제성(연비)을 최적화한다. 이를 위해 온도 센서, 압력 센서, 산소 센서 등 다양한 센서를 사용해 엔진 상태를 실시간으로 모니터링한다. 엔진 제어 장치(ECU)가 사용하는 주요 센서 구성은 그림 2와 같다.

 

 

ADC는 이러한 센서들로부터 입력되는 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 엔진 제어 시스템의 필수 요소다. ECU는 변환된 데이터를 바탕으로 엔진 작동의 다양한 요소를 정밀하게 제어한다.

 

예를 들어, 연료 분사 시스템에서는 연료 레일(Fuel Rail) 내 가솔린 압력을 측정하기 위해 연료 압력 센서가 사용된다. ADC는 이 센서의 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하고, 시스템은 이를 분석해 엔진에 분사되는 연료의 양을 조절한다.

 

이와 같은 응용에서는 높은 해상도와 정확도를 갖춘 델타-시그마(Δ-Σ) ADC가 활용될 수 있다. 정밀한 데이터 변환을 통해 연료 분사량을 정확히 제어할 수 있으며, 이는 엔진 성능 향상과 연료 효율 개선으로 이어진다.

 

결론

 

ADC는 현실 세계의 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하는 역할을 수행하며, 현대 자동차 시스템에서 필수적인 구성 요소로 자리 잡고 있다. 높은 해상도와 정확도를 갖춘 고정밀 ADC는 차량 시스템의 성능과 안전성을 크게 향상시켜, 보다 안전하고 효율적이며 쾌적한 주행 경험을 제공하는 데 기여한다.

 

자동차 산업이 고도화된 디지털화와 자동화를 향해 나아갈수록 ADC의 중요성은 더욱 커질 것이며, 이는 미래 자동차 기술의 방향을 결정짓는 핵심 요소가 될 것이다.

 

이준호, MPS 오토모티브 기술지원 이사 |