マイコンに搭載されたA-Dコンバーターの測定精度を上げる方法【原因と対策】：ハイレベルマイコン講座【ADC測定精度編】（1）（1/5 ページ）

　ユーザーからマイコンに搭載されているサンプル＆ホールド型A-Dコンバーターの実測データの誤差が、データシートの保証値（表1）から懸け離れているという問い合わせが頻繁にある。これは、マイコンやその周辺回路（電源、PCなど）から発生するノイズの影響で正確な変換（測定）ができていない場合が多い。本記事では、これらのノイズを除去し、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。

表1：A-Dコンバーターの保証誤差

　1回目の今回は、簡単にA-Dコンバーターの動作原理を復習し、次に、誤差の原因となるノイズについて解説する。そして、現実のノイズレベルを把握するために、実際にマイコンの電源ラインに乗っているノイズをオシロスコープで観測し、同時にA-Dコンバーターで変換を行い、現実に発生している誤差を認識する。次に、誤差の原因となるノイズを減少させるためのハードウェア対策とソフトウェア対策を解説する。さらに、ハードウェア対策の効果をオシロスコープで観測する。

　次回、2回目は、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、対策の効果を確認する。その他、A-Dコンバーターを使用する際の注意事項も解説する。

A-Dコンバーターの動作原理（復習）

　サンプル＆ホールド型A-Dコンバーターの動作原理をここで簡単に復習しておこう。サンプル＆ホールド型A-Dコンバーターの動作原理の詳細は、「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？」を参照してほしい。

　サンプル＆ホールド型A-Dコンバーターは、測定したい電圧をいったん内部の電圧保持用コンデンサーを使って取り込み（サンプリング）、実際の変換はこのコンデンサーの電圧を使って行う。

　電圧保持用コンデンサーと被測定電源を一定時間以上接続しておくと、被測定電源が電圧保持用コンデンサーを充電し、被測定電圧と電圧保持用コンデンサーが同電位になる。同電位になったら、電圧保持用コンデンサーを被測定電圧源から切り離し、外部ノイズの影響を受けないようにする。次に、逐次比較用の比較器と接続する。その後、D-Aコンバーターから比較用の電圧を出力し、電圧保持用コンデンサーの電圧と比較する。この時、二分検索（バイナリサーチ）を使って比較する。二分検索は分解能の数だけ行えば変換終了である。例えば、12ビット分解能のA-Dコンバーターであれば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回で変換は完了する。

　この二分検索を行っているときに、D-Aコンバーターから入力される比較用の電圧にノイズが乗っていたり、比較器（アナログ回路）がノイズの影響を受けて正確な比較ができなくなったりすると、A-Dコンバーターの変換結果に誤差が発生する。