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» 2020年04月06日 11時00分 公開

Q&Aで学ぶマイコン講座(53):電源の電圧をマイコン内蔵A-Dコンバーターで測定する裏技 (1/5)

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。53回目は、中級者の方からよく質問される「電源の電圧をマイコン内蔵A-Dコンバーターで測定する裏技」についてです。

[STマイクロエレクトロニクス,EDN Japan]

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 素朴な疑問から技術トラブルなどマイコンユーザーのあらゆる悩みに対し、マイコンメーカーのエンジニアが回答していく連載「Q&Aで学ぶマイコン講座」。

 今回は、中級者から多く寄せられる質問です。

 マイコン内蔵のA-Dコンバーターは、端子に入力される電圧を測ることができますが、A-Dコンバーター自体の参照電圧または電源電圧を測ることはできますか?

 A-Dコンバーターの機能や性能はマイコンごとに異なりますが、ここではSTマイクロエレクトロニクス製のSTM32F4シリーズ(以下、STM32F4)*1)を例にして説明します(図1)

図1:STM32F4のA-Dコンバーター ブロック図(STM32F412のリファレンスマニュアルから抜粋) (クリックで拡大)

 STM32F4に搭載されている12ビット分解能のA-Dコンバーターの参照電圧はVREF+、電源はVDDAです。定電圧源のVREFINTを持っており、1つの測定チャンネルが割り当てられています。また、VREFINTの電圧値はデータシートに記載されており、1.21V(標準値)です。

 一方、A-Dコンバーターで得られた変換値から、測定電圧は次の式で求められます。

 測定電圧=(A-Dコンバーターの変換結果÷4095)×VREF+ 式1

 式1から逆算すると、VREF+の値は次の式で求められます。

 VREF+=(4095÷A-Dコンバーターの変換結果)×測定電圧 式2

 すなわち、VREFINTを測定すれば測定電圧は1.21Vとなるため、その時のA-Dコンバーターの変換結果から、式2を用いて参照電圧のVREF+を求めることができます。さらに、ここでVDDAとVREF+を接続して同電位にしておけば、VREF+=VDDAとなり、電源電圧も求めることができます。

 VREFINTのような定電圧源を持っていないマイコンの場合、電圧値の分かっている定電圧回路(基準電圧IC、バンドギャップ回路(BGR:Band Gap Reference)やツェナーダイオードなどで構成)を外付けすれば、同じ方法で電源電圧を求めることができます。

*1)参考ページ:https://www.stmcu.jp/stm32/stm32f4/

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