Rarely Asked Questions...
アナログ・デバイセズに寄せられた珍問/難問集より

いったいウィリアム・テルはどの程度正確だったのか?
Q. A/D コンバータ(ADC)はどの程度正確でしょうか?
How accurate is an ADC?



A.   現代のADCはきわめて正確ですが、その絶対精度は正確さとは必ずしも一致しません。ウォルター少年の頭に10cmのリンゴが乗っていたとすると、ウィリアム・テルに許された誤差は5cm未満だったはずです。50mの距離(たぶんそれ以上ということはなかったでしょう―現在のビルグレン村の中心部には直径50mを超える空き地がある場所はありません)では1/1000の誤差、すなわち約10ビットの精度になります。16ビットADCの分解能は2の16乗分の1(=1/65536または15/1000000[15ppm])であり、1LSBに近い直線性を備えた製品もめずらしくありません。つまり、伝達特性と直線のずれはフルスケールの1/65536未満となります。

大部分のアプリケーションでは、このような直線性のほうが絶対精度よりはるかに重要ですが、絶対精度が重要になる場合もあります。(ウィリアム・テルに尋ねては?)

現在入手できる16ビットADCの中で、フルスケールに対し15ppmの絶対精度があるものはありません。最高の16ビットADCにも数LSBのゲイン誤差があるため、たとえ完全なリファレンスを用いても、最初の絶対精度はせいぜい14ビット程度です。もちろん、キャリブレーションによって16ビットを優に上回ったり、温度補償もできますが、買ってきたままの状態ではおそらく14ビット程度でしょう。

これには電圧リファレンスを考慮していません。大部分のアプリケーションは絶対精度ではなく直線性を必要とするため、ADCのチップの電圧リファレンスは多くの場合約10ビット精度か、それより少なめです。これは、高精度のリファレンスがきわめて大きいものであり、コンバータのコストを上げてしまい、しかもほとんどのユーザが必要としないものだからです。

外付けリファレンスのほうがいいかもしれませんが、16ビットには程遠い状態です。販売されている最高のリファレンスでも、初期精度は10Vで1mV(約13ビット)です。大部分の高性能リファレンスは11~12ビット・レベルの精度になります。キャリブレーションによっても16ビットを実現するのはむずかしく、さまざまな温度でそれを維持することはさらに困難になります。

ほとんどのADCアプリケーションでは、相対精度と直線性は重要ですが、絶対精度はそれほどでもありません。高い絶対精度が必要な場合は、キャリブレーションが可能で、必要なレベルまで温度補償ができるシステムを設計し、さまざまなメーカーのコンバータとリファレンスの基本的な制約を理解しておくことが大切です。要するに、分解能はどうであれ、内部電圧リファレンスを使用するADCの絶対精度はキャリブレーションなしでまず10ビットを超えることはない―つまり、ウィリアム・テルの精度とほぼ同じということを忘れないようにしてください。

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筆者紹介:James Bryantは、1982年からアナログ・デバイセズの欧州地区でアプリケーション・マネージャを担当しています。リーズ大学で物理学と哲学の学位を取得し、さらにC.Eng.、Eur.Eng.、MIEE、FBISの資格があります。エンジニアリングに情熱を傾けるかたわら、アマチュア無線家でもあり、コールサインG4CLFを持っています。 James Bryant


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