デジタル回路とアナログ回路の違いって何？ 内部構成や仕組みを解説：Q&Aで学ぶマイコン講座（92）（3/4 ページ）

[STマイクロエレクトロニクス，EDN Japan]

（1）A-Dコンバーター、D-Aコンバーター

　A-DコンバーターやD-Aコンバーターで取り扱うアナログ電圧は、アナログ用の電源電圧を抵抗やコンデンサーで分圧した中間電位です。A-Dコンバーターの内部にはD-Aコンバーターが使われていて、通常のD-Aコンバーターと同じ構造になっています。

　図3に、D-Aコンバーターの中間電位生成回路を示します。これはR-2R方式の場合です。基準電圧を2のn乗で分割した電圧を1ステップ（刻み）として、出力電圧をユーザーがレジスタを使って設定します。

図3：D-Aコンバーターの中間電位生成回路［クリックで拡大］

　ここでは、出力値レジスタが4ビットなので、例えば基準電圧が1.0Vの場合、出力電圧の1ステップは1.0V÷16（2の4乗）＝0.0625Vになります。出力レジスタの値を変化させると、それに対応する電圧が出力されます。出力レジスタのビット数とR-2R回路の抵抗を増やすことにより、高分解能のD-Aコンバーターを作ることができます。

　A-Dコンバーターでは、被測定電圧と逐次比較する電圧を、同じ回路方式のD-Aコンバーターで作っています。動作原理の詳細は「Q&Aで学ぶマイコン講座（12） サンプル&ホールド型A-Dコンバーターのサンプリング時間はどうやって決めるの？」^＊2）を参照してください。

（2）発振回路

　発振回路は、MOSの持つアナログ特性を利用したアナログ回路です。図4に振動子を使った発振回路を示します。

図4：発振回路［クリックで拡大］

　図4（a）は基本回路、図4（b）は振動子の等価回路、図4（c）は（a）と（b）を組み合わせた発振回路の等価回路、図4（d）はインバーターの増幅原理をそれぞれ表しています。増幅動作が分かりやすいように、しきい値電圧近辺の時間軸を長くしてあります。図4（e）は、実際の発振波形です。

　図4（e）をみると、最初（図中（1））、発振回路は電圧の無い状態で0Vですが、電源が入るとインバーターの入力はしきい値電圧まで上昇します（図中（2））。図4（d）に示すように、しきい値付近ではインバーターの入力電圧は増幅されます。増幅された信号はRfで入力にフィードバックされて、さらに増幅されます（図中（3））。最終的に、振幅がフルスイング状になると発振は安定します。その後、安定した発振が維持されます（図中（4））

　このように発振回路では、インバーターのしきい値電圧付近でのアナログ特性を利用して、発振波形を増幅しています。