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数MHz以上のアナログ信号をディジタル信号に変換するために

高速A-D変換のしくみとIC活用術(前編)

(前編)変換方式のいろいろとその特徴 (月刊「トランジスタ技術」2005年6月号掲載)

技術開発本部 デバイス開発センター 草柳 直也
入江 浩一

概要


高速A-Dコンバータが活躍する最新PCイメージ今日、マイクロプロセッサのクロック速度やメモリのアクセス速度が上がり、ディジタル信号の処理速度は格段に向上しました。その背景には、限られた周波数資源の中で、いつでもどこでも大量のデータをやりとりできるユビキタス社会へのニーズがあります。
図1に示すのは、将来のパソコンをイメージしたものです。メガ・ピクセル画像センサの信号処理や高精細画像データの伝送、高速ネットワークやディジタル・テレビのデータ復調処理、大容量ストレージにおけるデータ復号化処理といった用途に、さまざまな高速A-Dコンバータが使われています。
高速A-Dコンバータは、ミクスト・シグナル(アナログ・ディジタル混載)技術の粋を極めたものです。使いこなすには、
さまざまな性能や条件を両立させるバランス感覚が求められます。そして、そのセンスを身に付けるには、各種の高速A-Dコンバータのしくみや動作原理、LSI化のメリットやデメリットなどを理解することが必要です。
本編では、10MS/s以上のA-D変換を実現する変換方式の原理や特徴などを紹介します。
私たちは、計測器用の高速A-Dコンバータの開発を行っています。自ら開発してきた経験から、A-Dコンバータの使いこなしのポイントをお伝えできればと思います。

高速A-Dコンバータの用途


カタログやデータシートを見ると、サンプリング速度10MS/sを越えるものを一般に高速A-Dコンバータと呼んでいるようです。図2に示すのは、サンプリング・レートと分解能から見た各種アプリケーションです。
これらの機器用に開発された最近のA-Dコンバータの性能には目を見張るものがあります。
現在の高速A-Dコンバータの主な用途には、ディジタル・カメラやディジタル・ビデオ、医療機器やレーダにおける画像信号処理や画像伝送、有線/無線通信における復調や伝送、計測器などがあります。
特にディジタル家電や携帯機器では、超高速のA-Dコンバータが次々と開発されて組み込まれています。
高速A-Dコンバータのアプリケーション
DV
CT
RCVR
:Digital Video
:Computerized Tomography
:Receiver

たとえば、ハード・ディスクやDVDのリード・チャネル、ディジタル・スチル・カメラ、ディジタル・ビデオなどの
画像処理や画像伝送の分野です。

以下の写真のディジタル・オシロスコープにも、高速A-Dコンバータが使われています。

ディジタルオシロスコープDL1740EL

横河電機のポータブルディジタルオシロスコープ
  DL1740EL
*最高サンプリングスピード:1GS/s
*最大アクイジションメモリ:8Mワード
*周波数帯域:500MHz


図3
に示すのは、オシロスコープの内部ブロック図です。
最近、回路の動作周波数が高くなっているため、その波形を観測するためにより高性能な測定器が求められています。より高速のA-Dコンバータを実現することは、ディジタル・オシロスコープ・メーカにおいても重要なテーマです。
オシロスコープの内部ブロック図
図3:オシロスコープの内部ブロック図