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AD変換器と構造

AD変換器は アナログデータを時分割してデジタルに変換する素子であるが、変換 する方式としてはいくつかの型があり、それぞれ採取しようとするデータの性質 に合わせてこれらの方式をコストを考慮に入れて選択する。

サンプリングでは、次のことに注意しなければならない。

  1. サンプリング速度(レート)とサンプリング時間の関係

    サンプリング定理を満足しているかどうか。

    サンプリングレートを$f_{sampl}$とすると、 $\frac{1}{2}f_{sample}$ までの周波数特性を得ることになる。これ以上の周波数成分はエリアシ ングゴーストとしてエリアシング誤差となる。このレートでデータ数 $N$をとると サンプリング時間は $\tau=\frac{n}{f_{sample}}$であり、 周波数分解能は $\frac{1}{n}f_{sample}$となる。 多くの場合、FFTを利用するために $n$ は2のべき乗になっている。 そのため、整数刻みの周波数分解能を得るためには、 $f_{sample}$も2のべき数としなければならない。

  2. 分解能(AD変換器のビット数)

    アナログの電圧範囲と、デジタルの電圧範囲がマッチしているか

  3. ノイズに対して信号が十分大きいか。(S/N比の問題)
高速で分解能の大きなAD変換器を使用すれば理想的には正確な情報を収集すると ことが可能であるがデータ数が膨大になるとメモリ容量の大きなものが必要にな り、収集後の信号の処理計算に影響を及ぼす。


\begin{wrapfigure}
% latex2html id marker 7744 {r}{70mm}
\begin{center}\vspace{...
...n{AD変換の変換速度とビット数の特性}
\end{center}\end{wrapfigure}
そこで、低速で適度の低分解能のサンプリングでも信号の意味を失わず、必要最 小限の長時間のサンプリング可能であるように信号に合わせたシステム仕様を決 めるべきである。この仕様決定には、メモリサイズの他サンプリング条件や量子 化誤差が関係してくる。

AD変換の基本は1bitのアナログデータ比較である。第1世代は二重積分式、逐次 比較式である。 パイプライン、カスケード、複合型といったものは第2世代といえる。 図4.9に各社のADCをその方式別に2006年現在での状態をプロットした。 概して高速で低分解能、 低速で高分解能に分布している。


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Ken Kishimoto 2014-06-02