A/Dコンバータとは
A/Dコンバータとは、アナログ信号をデジタル信号に変換する電子回路またはデバイスのことを指します。英名ではAnalog-to-Digital Converterと呼ばれ、略称としてADCという表記も一般的に使用されています。
温度センサーやマイクロフォンから得られる連続的なアナログ電圧信号を、コンピュータやマイコンが処理できる離散的な数値データに変換する役割を担います。この変換処理により、自然界の物理量をデジタル機器で測定・記録・解析することが可能になります。
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A/Dコンバータの基本的な変換プロセス
A/Dコンバータは、サンプリングと量子化という2つの主要な処理段階を経て、アナログ信号をデジタル信号へ変換します。サンプリングでは、一定時間間隔でアナログ信号の瞬時値を取得し、量子化ではその値を最も近いデジタル値に割り当てる処理を実行します。
| 変換段階 | 処理内容 |
|---|---|
| サンプリング | 連続信号を離散時間で取得 |
| 量子化 | 取得値を有限ビット数で表現 |
| 符号化 | 量子化値を2進数に変換 |
変換精度は「分解能」と呼ばれるビット数によって決定され、8ビットから24ビットまで用途に応じた製品が存在しています。分解能が高いほど、元のアナログ信号に近い精密なデジタル表現が得られますが、変換速度や消費電力とのトレードオフを考慮する必要があります。
逐次比較型A/Dコンバータの動作原理
逐次比較型は最も広く利用されているA/Dコンバータの方式で、D/Aコンバータと比較器を組み合わせた構成を採用しています。入力アナログ電圧とD/Aコンバータの出力電圧を比較しながら、最上位ビットから順に各ビットの値を確定していく動作を実行します。
| 比較ステップ | 動作内容 |
|---|---|
| 1回目 | MSBを1にして入力と比較 |
| 2回目 | 次ビットを1にして比較 |
| n回目 | LSBまで順次確定 |
nビット分解能の場合は、n回の比較動作で変換が完了するため、変換速度と回路規模のバランスに優れた特性を持ちます。マイコンに内蔵されるA/Dコンバータの多くが、この逐次比較型を採用しており、汎用的なセンサー計測用途に適しているのです。
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