サンプル＆ホールド型A-Dコンバータのサンプリング時間はどうやって決めるの？：Q&Aで学ぶマイコン講座（12）（2/3 ページ）

マイコンユーザーのさまざまな疑問に対し、マイコンメーカーのエンジニアがお答えしていく本連載。12回目は、中級者の方からよく質問される「サンプル＆ホールド型A-Dコンバータのサンプリング時間はどうやって決めるの？」についてです。

[菅井賢（STマイクロエレクトロニクス），EDN Japan]

A-Dコンバータの種類

　A-Dコンバータには、逐次比較（SAR）型、デルタシグマ（ΔΣ）形、二重積分形、フラッシュ形、パイプライン形などがありますが、マイコンに搭載されているA-Dコンバータは逐次比較型が圧倒的に多いです。最近、高分解能が必要な用途向けにΔΣ形が搭載されているマイコンもありますが、まだまだ少数派です。

　逐次比較型のほとんどがサンプル＆ホールド型で、最初に被測定電圧をサンプリングして、その電圧をホールド（維持）して逐次比較を行うものです。

サンプル＆ホールド型A-Dコンバータの仕組み

　一概にサンプル＆ホールド型逐次比較形A-Dコンバータといっても、各製品によって若干、方式が異なります。ここではSTマイクロエレクトロニクスの32bitマイコン STM32に搭載されている逐次比較型A-Dコンバータを例にとって説明します。

　A-Dコンバータの回路は図1に示すように、（a）のサンプリング回路と（b）の逐次比較変換回路に分けられます。最初にSW1をON、SW2をOFFして電圧保持用コンデンサCを被測定電圧源に接続します。この時電圧保持用コンデンサCは逐次比較用の比較器と切り離します。

図1 サンプル＆ホールド型A-Dコンバータの原理【再掲】 （クリックで拡大）

　一定時間（サンプリング時間）経過すると、被測定電圧と電圧保持用コンデンサCがほぼ同じになります。すると、SW1をOFF、SW2をONして電圧保持用コンデンサCを被測定電圧源から切り離し、逐次比較用の比較器と接続します。

　その後、D-Aコンバータから比較用の電圧を出力し、電圧保持用コンデンサCの電圧と比較します。この時、二分検索（バイナリサーチ）を使って比較します。二分検索は分解能の数だけ行えば変換終了です。例えば12ビット分解能のA-Dコンバータであれば、12回、10ビット分解能であれば10回、8ビット分解能であれば8回です。

　二分検索の方法は「いまさら聞けないコンバータ入門（2）：複雑なA/Dコンバータの回路構成を極める！」を参照してください。