Appendix A便利帳

その 1
A−Dコンバータの用語がわかる

中村 黄三

データシートの読み方ガイド

Kozo Nakamura

データシートの記述は簡素化されている

静特性を読み解く

ここでは，A − D コンバータ（ADC）のスペックに関連する用語とその意味を，実際に市販されている

OP アンプを使用した固定ゲイン・アンプ（以下，リニア・アンプ）と同様に，ADC も入力に対する出力

ADC のデータシートを見本に解説します．データシの関係を持ち，理想は図 A で示す 1 次のグラフ y ＝ x

ートは読み手側の知識を当てにして簡素化されており，対象となるスペックと欄外にある付加条件が明示的に（x がアナログ入力，y がディジタル出力）で示せることです．

リンクされていない場合が大半です．
高性能 ADC のメーカは外資系がほとんどなので，実際の ADC は，理想のグラフに対し，ゲイン誤差a ，直線性誤差 n ，およびオフセット誤差 b が追加され y ＝ axn ＋ b のようになります．これらの誤差を定量的に示したものが，ADC に関する直流（DC）的な仕様です．誤差の表記はグラフの x 軸を基準にする入力換算（単位は電圧）と y 軸を基準にする出力換算（単位は LSB）の 2 種類があります．なお，ビット・ステップごとのアナログ入力の変換値における誤差に微分直線性誤差とミッシング・コードがあります．

データシートは英文のまま記載します．この理由は，どの外資系メーカもオリジナルのデータシートによってスペック保証をしているためです．私の推奨は，「IC の動作原理は（もしあれば）日本語版で理解し，スペックはオリジナルで確認する」です．
ADC のスペック（以下，仕様）は DC 的な仕様 とAC 的な仕様 とに大別され，ロジック部分のタイミング仕様などは AC 仕様に包含されます．

出力コード y● 欄外に各仕様項目の共通仕様が記載されているDC 的な仕様に関するデータシートの見本を表 A に

ゲイン誤差 a実際のADCの入出力特性
y ＝ax n ＋b

フルスケール誤差理想的なADCの入出力特性
y ＝x

図A

上部欄外の条件は表中の各仕様項目で，試験条件が特記されていない場合に適用される条件です．左から順に，仕様を保証する温度範囲 TA，アナログ電源電

直線性誤差 nオフセット誤差 b示します．このように，表の上部と下部（フットノートと呼ぶ）に追記があります．

アナログ入力 x圧＋ VA，ディジタル電源電圧＋ VBD，使用する基準電圧 Vref そしてサンプリング・レート fsample です．フットノートは，各仕様項目の試験条件を詳しく説明するための追記です．これらの意味は，以下の該当する項目の解説時にいっしょに説明します．

A − D コンバータ IC の直流的な仕様

理想直線 y ＝ x に，ゲイン誤差，直線性誤差，オフセット誤差が加わっている

用語解説

1

DC 的な仕様とキーワード
AC 的な仕様

データシートの DC 仕様欄には，IC が作られる過程で入ひずみの除去は困難です．こうしたことから，リニア ICり込む誤差，例えば，入力オフセット電圧やゲイン誤差，

メーカは多様な尺度からひずみ特性を定義し，データを提温度による緩やかな変動誤差の大きさが示されています．

供 し て い ま す ． 特 に ， 全 高 調 波 ひ ず み（ T H D ： T o t a l

スタティック（静的）特性ともいいます．温度，流量，重量Harmonic Distortion）， SFDR（Spurious Free Dynamicなど，センサから発生するμ V オーダの微小な直流信号をRange）， 相 互 変 調 ひ ず み（ IMD ： Inter Modulation

扱う際の性能指標になります．

Distortion）は，AC 解析を主目的とする FFT アナライザ，データシートの AC 仕様欄には，雑音やひずみなどの変動が速く，周波数に関連するものが示されています．ダイ

ディストーション・メータ，通信機器に採用するうえでの重要な指標になっています．

ナミック（動的）特性ともいいます．雑音のうち，白色雑音は，A − D 変換値の移動平均を取ることで軽減できますが，2006 年 12 月号

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表A
A − D コンバータ IC の直流的な仕様例

各仕様で共通な規定条件．
表中の「TEST CONDITION」に条件がない場合はこれらが適用される

ADS8410 のデータシートから抜粋①4.096V⑥二つのグレードが存在することを意味する④⑦⑤③②⑦①④②

フットノートの注釈も規定条件であり重要標準値「TYP」は保証されない．
参考データとして見る● ① Full − scale input voltage span

たときの仕様です．この表は，前段アンプのゲイン設「フルスケール入力電圧の幅」のことで，入力レン定と CPU による値の扱いに必要ですが， 0000hジを意味しています．「フルスケール入力範囲」はFull − scale input range が一般的な書き方です．

や FFFFh の飽和コードを当て込んだぎりぎりの設計は禁物です．飽和コードは，CPU がアナログ回路

入力レンジは出力コードと厳密な対比が取られた入力の範囲です．したがって，リニア・アンプの入力範の異常を判断しアラームを出すときに使うべきです．
アンプなどの温度ドリフトを考慮に入れて，入力レ囲（直線性などの精度が保たれる範囲）より厳格な規ンジの 50 ％くらいで使えば安心できます．

定になります．入力レンジと出力コードとの対比例を
表 B に示します．この ADC では 0 V から Vref となっ● ② Gain error，③ Offset errorているので，上部欄外の値を採用すれば 0 V から4.096 V になります．

ゲイン誤差とオフセット誤差に関する項目です．
ゲイン誤差は理想直線の傾きに対する誤差です．通

表にはありませんが，Vref の許容範囲は 3.9 〜 4.2 V

常，ずれをフルスケール・レンジ（FSR）に対して傾きで，この範囲でなら入力レンジを変えられますが，他の仕様が保証されなくなります．この ADC の場合は，の「％ of FSR」や「ppm of FSR」で表します．試験方法は図 B で示すように，出力コードが FFFEh

リファレンス IC（データシートによる推奨は REF3040）のばらつきを許容する範囲と見るべきです．

か ら FFFFh に 遷 移 す る と き の 入 力 電 圧 V 2 と0000h から 0001h へ遷移するときの入力電圧 V1

表 A のフットノート①にも関連しますが，表 B はとの差（傾き）を求め，理想の傾きと比較します．簡単

ADC のゲイン誤差とオフセット誤差はないものとしに言うと，オフセット誤差の要素を追い出すわけです．

リファレンス電圧（仕様の規定条件より4.096Vとする）
1LSBの重み：4.096V/216＝62.5 μV
フルスケール：4.096V−62.5μV
ミッドスケール：4.096V/2＝2.048V＝電圧値は2.0479375V

表B
入力レンジと出力コードとの対比仕様
ゲイン誤差とオフセッ
ト誤差はないものとしコード形式：
ストレート・バイナリ

たときの仕様入力レンジ：リファレンス電圧Vref が4.096Vなら，0〜4.0959375Vは 0000h 〜 FFFFh に対応する

1302006 年 12 月号