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「IoT」とは、インターネットを介して他の機器やネットワークとの接続や情報共有を行うためのセンサやソフトウェアなどの高度な機能を備えた、有形の実体や「モノ」からなるシステムのことを示します。冷蔵庫やライティングシステムなどの代表的な家庭用品から複雑な産業機械まで、さまざまな品目が含まれています。 図1 : IoTまたはモノのインターネット IoTの重要性は、私たちのライフスタイルと職業環境を変革する能力に根ざしています。モノの間のコミュニケーションと相互作用を容易にすることで、IoTは多くのアプリケーションにわたって自動化と規制の強化を促進します。その結果、有効性が高まり、意思決定が強化され、これまで達成できなかった斬新な展望やサービスが出現します。例えば、スマートシティの領域では、IoTは交通管理、廃棄物処理、エネルギー消費の改善に役立ち、それによって都市の効率性と持続可能性を高...

私たちの日常生活は、スマートフォンやウェアラブル技術から遠隔のセンサや医療インプラントまで、バッテリー駆動のガジェットに支配されています。技術の進歩にもかかわらず、バッテリー駆動のガジェットの開発には依然として多くの困難が伴います。 エネルギー制約: ガジェットが使用できる電力の量はバッテリーの容量によって制限されます。設計者は、この制限に照らして、性能とエネルギー使用量の間のトレードオフを比較検討する必要があります。 サイズと重量の制限: バッテリーで動く装置は頻繁に持ち運びできるように設計されています。その結果、バッテリーのエネルギー容量はサイズと重量の面で制約されます。 熱放散: これらの素子は小型であることが多いため、効果的な放熱が困難になります。過熱はバッテリーの信頼性および耐久性を損なう場合があります。 コストに関する考慮事項: ガジェットの価格は経済的に生き残るために...

ADCを選択する前に、精密測定アプリケーションの技術要件を分析することが重要です。 信号周波数幅: 対象となる周波数幅はアプリケーションによって異なります。 分解能の要件: 分解能の要件は、アプリケーションに応じて高いものから非常に高いものまでさまざまです。 ノイズ感度: 精度が重要であるため、ノイズ感度と高いSN比が不可欠です。 サンプリングレート: 必要なサンプルレートはアプリケーションによって異なります。 複雑さとコストの制約: 精密測定アプリケーションの複雑さとコスト制限を考慮します。 較正の必要性: 精密測定アプリケーションでは、最適な性能を得るために定期的な較正が必要です。 精密測定アプリケーションでは、正確なデータ収集を保証するために、高分解能、高精度、低ノイズのADCが必要です。 精密測定アプリケーションで使用されるADCの例: SAR (逐次近似...

アプリケーションのニーズに基づいて、ADCの種類とその設計の選択が行われます。 アプリケーションの一般的な要件には、次のものが含まれます。 データレートの要件: アプリケーションが必要とするデータレートがADCでサポートされている必要があります。デジタル通信のような高速アプリケーションには高速データレートが必要です。 正確さと精度: 高分解能ADCは、高い精度を必要とするため、一部のアプリケーションで必要とされます。例えば、高分解能のADCは、医療用イメージングにおいて正確なデータを記録するために重要です。 消費電力: アプリケーションの電力制限は、ADCの電力要件と一致する必要があります。例えば、低電力ADCはバッテリー駆動アプリケーションに必要とされます。 ダイナミックレンジ: 入力信号の振幅が大きく変動する可能性がある状況では、ADCが変換できる最小信号レベルと最大信号...

ハイブリッドADC (アナログデジタル・コンバータ) は、ADCの革新的なカテゴリであり、多様なADCアーキテクチャの機能を融合して性能、効率、機能性を向上します。この統合の背後にある中心的な意図は、様々なADCアーキテクチャの明確な利点を活用しながら、同時に固有の制限を緩和することです。 ハイブリッドADCのやり方は、それぞれ異なるADCアーキテクチャを採用する複数のステージまたはフェーズを戦略的に組み込むことに中心を置いています。このオーケストレーションは、ADCアーキテクチャに見られる制限を克服するのに役立ちます。例えば、ハイブリッドADCは初期段階として、アナログ入力の大まかな近似を速やかに提供する高速フラッシュADCを採用する場合があります。その後、分解能と精度をさらに向上させるために、逐次近似レジスタ (SAR) ADCまたはパイプラインADCを後続のステージに統合します。 ...

タイム・インターリーブADコンバータ (ADC) は、増大するサンプリングレートに対する需要に応えるために現れたADC技術の特別に変異した形です。このようなサンプリングレートの向上は入力帯域幅の拡大に相当し、マルチバンド無線システム、空間分解能の向上を特徴とするレーダーシステム、より広いアナログ入力帯域幅を必要とする測定システムなどのアプリケーションが容易になります。本セクションでは、タイム・インターリーブADCの基本原理と動作を明らかにするとともに、高速データ収集の領域での応用を探ることを目的とします。 タイム・インターリーブADCを支える前提は、並列に動作するが時間的にずらして動作する多数のADCチャネルの展開です。各チャンネルは、異なる時点で入力信号をサンプリングする役割を担い、それによってサンプリング瞬間を効果的に織り交ぜます。 タイム・インターリーブされたシステムが「M」...

高分解能のADC (アナログ・デジタルコンバータ) は、正確性と高い精度を必要とするアプリケーションに不可欠です。本セクションでは、精密測定における高分解能ADCの考え方と重要性について紹介します。 高分解能アナログ・デジタルコンバータ (ADC) は、アナログ信号を優れた精度でデジタル形式に変換する能力によって区別されます。ADCの分解能は、デジタル出力の変化を引き起こす可能性のあるアナログ入力信号の最小の変化に関係します。高分解能ADCの場合、この変更は非常に微細で、元のアナログ信号のより正確なデジタルレンダリングに寄与します。 従来、ADC分解能はビット単位で示されます。これを説明するために、12ビットADCはアナログ入力信号を2^12 (4096に相当) の異なる値に表現する能力を持っています。逆に高分解能ADCは一般に16ビット以上の分解能を持ち、2^16 (または65,...

高速ADCは、高速アナログ・デジタルコンバータとも呼ばれ、非常に高速なサンプリングレートで機能するように設計された専用ADCです。「高速」の概念は相対的であり、時間の経過とともに変化する可能性がありますが、現在のところ、サンプリングレートが数百メガサンプル毎秒 (MSPS) から数ギガサンプル毎秒 (GSP) のADCに関係します。 高速ADCは、広帯域幅信号を正確なディテールでデジタル形式に変換する必要がある状況で重要な役割を果たします。これらのADCは、パイプライン、フラッシュ、または時間インターリーブADCなどの異なる構造を使用して、迅速な変換プロセスを実現します。 通信の分野では、「ブロードバンド」という用語は、情報を送信するために使用される広い信号帯域幅を意味します。通信システム内のデータレートの増加に伴い、このデータを表す信号は現在、より広い帯域幅を占有しています。これ...

オーディオやビデオのアプリケーションのトピックは、ハイエンドのスタジオ用機器からスマートフォンやカメラなどの家電製品まで、幅広いテクノロジーに及びます。デジタル処理を使用するオーディオまたはビデオシステムは、そのコアにアナログ・デジタルコンバータ (ADC) を備えなければなりません。アナログのオーディオ信号やビデオ信号をデジタル信号に変換して処理、保存、送信できるようにする重要な作業は、ADCによって実行されます。 ADCは、音楽制作や放送など、音を記録しデジタル化する必要があるあらゆる分野で音を記録するために必要です。アナログ音はADCなしでは、今日の社会の一般的なデジタルオーディオファイルに変換できません。 オーディオアプリケーションと同様に、ADCはカメラで取得したアナログビデオ信号をビデオアプリケーションのデジタルデータに変換するために不可欠です。この変換は、デジタル形式でビ...

通信システムは現代の情報化時代の中核をなすもので、電波、有線ケーブル、光ファイバなどの様々なチャネルを用いたデータ交換を容易にします。アナログ・デジタルコンバータ (ADC) は、現代の通信システムにおいて不可欠な機能を担っています。携帯電話、Wi-Fiルータ、イーサネットネットワーク、光通信の分野であっても、ADCは信号処理において極めて重要な役割を果たします。 代表的な通信システムでは、情報は媒体を通過するときにアナログ信号の形をとります。このアナログ信号は、音声、データ、画像、またはその他の情報コンテンツを含むさまざまなデータタイプを表すことができます。デジタル処理、保存、送信の前に、この情報はデジタル形式への変換を経験しなければなりません。この重要な変換プロセスは、ADCが機能し、アナログ信号を離散的なデジタルビットに変換するところにあります。その後のステップでは、これらのデジタ...

A/Dコンバータ (ADC) は、最新の試験・測定機器の分野で極めて重要な役割を果たします。現実世界の信号の大部分がアナログ形式で存在することを考えると、これらのアナログ信号をデジタル形式に変換することは、その後の処理、分析、保存に不可欠なステップになります。試験および測定機器は、設計検証、トラブルシューティング、データ収集などの目的で、さまざまな業界で広く使用されています。目的が周波数スペクトルの精査、電圧レベルの測定、高速信号の捕捉であるかどうかにかかわらず、ADCはこれらの機器が効率的に機能することを可能にする根幹として存在します。 試験および測定におけるADCの重要性は、いくつかの重要な要因に起因します。 精度: 高精度ADCの存在により、デジタル表現がアナログ信号を忠実にミラーリングすることが保証されます。この精度は、正確で信頼性の高い測定を目指すときに最も重要です。 速度...

複数のアナログ信号の変換と処理を担当する、マルチチャネルADコンバータ (ADC) の領域では、出力逆多重化が重要な側面として登場しています。本セクションでは、マルチチャネルADCにおける基本原理とその役割について掘り下げていきます。 複数チャネルの効率的な処理: マルチチャネルADCは、複数のアナログ信号を同時にデジタル化する必要がある場合に使用されます。この複雑なエコシステムでは、出力逆多重化の機能が前面に出てきます。共有された変換ユニットからのデジタル出力のルーティングを個別のストレージの場所またはデータバスに調整することにより、ADCがこれらの複数のチャネルを効果的に管理および処理する能力を促進します。 リソースの最適化: 多くの状況では、各チャネルに専用ADCを採用することは実現不可能または非効率です。しかし、出力逆多重化は救済策としてステップインし、単一ADCが出力の時...

産業用制御システムはアナログ・デジタルコンバータ (ADC) に大きく依存しています。産業プロセスの監視、制御、最適化は、温度、圧力、流量、湿度を含む幅広い物理変数を含むことが多いですが、これらのシステムの一般的なタスクです。これらの物理的パラメータは本質的にアナログです。これらのアナログインパルスはADCを使ってデジタルデータに変換され、現代のマイクロコントローラやデジタル信号プロセッサが複雑な制御アルゴリズムを実行することを可能にします。 産業用制御システムにおけるADCの重要性を過大評価することは不可能であり、以下のようなものがあります。 リアルタイムモニタリング: ADCはプロセスパラメータの即時観察を可能にし、プロセスの安定性と有効性を保証します。 制御: フィードバック制御メカニズムを通じて、ADCはデジタルデータを利用してモータ、バルブ、ヒータなどのデバイスを決定し、調...

線形トリミングは、アナログ入力をデジタル出力にマッピングする伝達関数の線形性を保証することを目的としたアナログ・デジタルコンバータ (ADC) において重要なプロセスです。アナログ信号をデジタル形式で忠実に再現するには、この精度が不可欠です。 目的: 線形トリミングの主な目的は、ADCの伝達関数に存在する非直線性を較正して修正することです。理想的な状況では、ADCは入力に正比例した出力を生成します。しかし、実際のADCは、部品公差、温度変動、製造上の不一致などの要因により、この理想的な直線性から逸脱する可能性があります。線形トリミングはADCの特性を微調整し、理想的な線形応答に近い位置にします。 ニーズ: 計測器、医療機器、高忠実度オーディオシステムなど、正確さと精度が要求されるアプリケーションでは、ADC内の非線形性がアナログ信号のデジタル表現に大きな誤差と歪みをもたらす可能性が...

A/Dコンバータ (ADC) の動作はタイミング回路に大きく依存します。これらの回路は、データ変換プロセスがスムーズかつ順次進行することを確認するために必要なタイミング信号を生成します。 アナログ信号は、ADCを使用してデジタル値の流れに変換されます。この手順では、サンプリング、量子化、デジタル出力の生成など、多くのタスクを同期させる必要があります。これらの動作がいつ行われるかを決定するのに必要なクロック信号は、タイミング回路によって提供されます。 サンプリングクロック: アナログ入力信号には一定のサンプリングレートを適用する必要があります。デジタル化された信号の忠実度は、これらの間隔の精度と信頼性に大きく影響されます。 量子化とエンコーディングのタイミング: アナログ信号は量子化され、サンプリング後にデジタル値に変換されます。タイミング回路は、サンプリングがスケジュール通りで時...

A/Dコンバータ (ADC) は、アンプ回路の性能と機能に大きく依存します。本セクションでは、使用されているさまざまな種類のアンプを紹介し、ADC内のアンプ回路の機能と意義について紹介します。 シグナルコンディショニング: シグナルコンディショニングは、ADCの増幅器回路の主な機能の1つです。デジタル化に理想的ではないかもしれない低振幅信号は、ADCによって頻繁に処理されます。これらの信号の振幅は、デジタル化に適したレベルまでアンプによって上げることができます。 インピーダンスマッチング: ADCへの入力信号のインピーダンス特性が異なる場合があります。最適な電力伝送を確保し、信号反射を低減するために、アンプはADCの入力インピーダンスを信号源のインピーダンスと一致させるのに役立ちます。 ノイズリダクション: 信号対雑音比 (SNR) は、ノイズが顕著な効果をもたらす前に信号振幅を...