二重積分型AD変換器

ADCの概要

アナログデジタル変換器(Analog Digital Converter)は、ADCと呼ばれ、アナログ信号をデジタル信号に変換する変換器です。

ADCは、フラッシュ型、逐次比較型、パイプライン型、ΔΣ型、二重積分型等の様々な種類の方式があり、方式によって周波数帯域（変換速度）、分解能（変換精度）が異なります。

本頁では、二重積分型ADCについて解説します。

　

二重積分型ADC

測定原理
入力信号$V_{in}$を一定時間$T_{in}$秒間、積分器で積分し、積分器の出力電圧が$V_{sig}$となります。

次に、基準電圧$V_{ref}$を積分します。$V_{sig}=0V$となって比較器が反転するまでの時間を$T_{ref}$秒とします。

基準電圧$V_{ref}$と、測定した時間$T_{in},T_{ref}$から、測定対象の電圧$V_{in}$が
$\displaystyle V_{in}=\frac{T_{ref}}{T_{in}}V_{ref}$
と計算されます。

長所
周波数が低い信号の測定精度が高い。特に、直流電圧の精密な測定に向いている。

短所
測定できる信号の周波数は低く、数百Hz程度までしか測定できない。

　

回路動作の流れ

　

測定値の計算

積分器の出力は、次のグラフのように変動します。

$T_{in}$秒積分した結果の積分器の電圧$V_{sig1}$は、次のように求まります。
$\displaystyle V_{sig1}=-\frac{V_{in}}{CR}T_{in}$

---

$T_{ref}$秒積分したとき、$V_{sig}=0$となり、比較器が反転動作して測定が完了します。
この時の$V_{sig}$から$V_{in}$を求めることができます。

$\displaystyle V_{sig}=V_{sig1}+\frac{V_{ref}}{CR}T_{ref}=0$

➡　$\displaystyle 0=-\frac{V_{in}}{CR}T_{in}+\frac{V_{ref}}{CR}T_{ref}$

➡　$\displaystyle \frac{V_{in}}{CR}T_{in}=\frac{V_{ref}}{CR}T_{ref}$

➡　$\displaystyle V_{in}=\frac{T_{ref}}{T_{in}}V_{ref}$

　

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参考書