A-Dコンバーターの測定精度を上げる方法【対策の効果を検証する】：ハイレベルマイコン講座【ADC測定精度編】（2）（1/6 ページ）

すでにマイコンを使い込まれている上級者向けの技術解説の連載「ハイレベルマイコン講座」。前回に引き続き、マイコンに搭載されているサンプル＆ホールド型A-Dコンバーター本来の測定精度を得る方法を、実際の測定を基に解説する。

[菅井賢（STマイクロエレクトロニクス），EDN Japan]

　前回に引き続き、マイコンに搭載されているサンプル＆ホールド型A-Dコンバーター本来の測定精度を得る方法を、実際の測定を基に解説する。

　今回は、具体的にハードウェア対策とソフトウェア対策を施した場合のA-Dコンバーターの変換誤差を測定し、前回解説した対策の効果を確認する。また、その他にも、オフセット誤差やゲイン誤差の補正の方法および、A-Dコンバーターを使用する際の注意事項も合わせて解説する。

実測実験の内容

　では、いよいよ実際のマイコンのA-Dコンバーターを使って、電圧を測定してみる。ハードウェア対策もソフトウェア対策もしない場合、前回の測定で分かったように、実際の使用には耐えられない測定誤差の結果が出ている（図1）。しかし、これはマイコンのA-Dコンバーターの性能が悪いわけではなく、使用環境のノイズの影響である。そこで、今回は、ハードウェア対策の有無に対して、ソフトウェア対策（＝平均化対策）を行わない場合と、行った場合について解説する。

図1：ノイズ対策がない場合の変換結果

　実験に用いるハードウェアは、比較的ノイズの多い「安定化電源」で動作するものと比較的ノイズが少ない「単1形乾電池×2個」で動作するものの2種を用意し、それぞれハードウェア対策としてデカップリングコンデンサーを付けたものと、付けていないものを用意する。そして、この4種のハードウェアそれぞれで、ソフトウェア対策の有効性を確認するため、A-Dコンバーター変換を1回しかしない場合と、複数回変換してデータを平均化する場合の2通りを実験する。実験回数は、前回に実施した2回と、今回実施する6回（＝表1参照）を合算して、合計8回になる。

表1：実験測定の種類

電源	デカップリングコンデンサー	平均化処理
安定化電源	コンデンサーなし	1024回平均
	コンデンサーあり	平均なし（1回測定）
		1024回平均
単1形乾電池×2個	コンデンサーなし	1024回平均
	コンデンサーあり	平均なし（1回測定）
		1024回平均

　なお、平均化の変換回数は1024回とする。A-Dコンバーターの変換結果を単純に1024回累積し、最後に1024で割り算する。

　測定の順番としては、まずはハードウェア対策の効果を確認するために、デカップリングコンデンサーを付け、平均化を行わず変換1回の条件で測定する。

　次に、ソフトウェア対策の効果を確認するために、デカップリングコンデンサーを付けない状態で、複数変換による平均化を行う。

　最後に、ハードウェア対策（＝デカップリングコンデンサーあり）とソフトウェア対策（＝複数変換による平均化を実施）の両方を施した場合の効果を確認する。