ADC / DAC 変換計算ツール

すべてのアナログ-デジタル変換器とデジタル-アナログ変換器は、2つの数字で定義されます: 解像するビット数と、測定の基準となる基準電圧です。このツールは、その2つから、ファームウェアで読み取り値をスケーリングする際に必要なものすべてを計算します — LSBステップサイズ、入力電圧が生む量子化コード（10進数・2進数・16進数）、コードからDACが再構成する電圧、そして量子化で実際に失われる解像度です。

使い方

1. 解像度（ビット）を設定します — 8、10、12、16はほとんどのマイコンのADCをカバーし、24、32はオーディオと高精度シグマ-デルタ部品をカバーします。
2. **基準電圧（Vref）**を入力します。これは変換器のフルスケールの範囲であり、電源レールではありません — 多くの部品は3.3 Vで動作しますが、内部の2.5 Vまたは1.2 Vの基準に対して測定します。
3. **アナログ入力（Vin）**を入力すると、ADCが生成するコードが表示されます。
4. デジタルコードを入力すると、DACが出力する電圧が表示されます。

設定

• フルスケール方式 — Vref / 2^Nは標準的な定義で、ほとんどすべてのADCデータシートが採用しています: 最大コードはVrefのちょうど1 LSB下にあります。Vref / (2^N − 1)は代わりに最大コードをちょうどVrefに置きますが、これは一部のDACおよびPWMスケーリングコードが想定している方式です。間違った方を選ぶと、フルスケールで1 LSBの誤差が生じます。
• ADC量子化 — 実際のADCは切り捨てます: ステップ内のどの電圧も、その下のコードにマッピングされます。四捨五入（最近値に丸め）は、半分のLSBオフセットを適用した理想的な伝達関数をモデル化したもので、多くの部品ではキャリブレーション後に得られる結果です。

計算式

• レベル数 = 2^N、最大コード = 2^N − 1
• LSB = Vref / 2^N（または Vref / (2^N − 1)）
• ADCコード = floor(Vin / LSB)、0 … 最大コードにクランプ
• 再構成された電圧 = コード × LSB
• 量子化誤差 = Vin − 再構成された電圧、±½ LSB 以内
• 理想SNR（SQNR）= 6.02 × N + 1.76 dB

FAQ

ビットが1つ増えても6 dBしか改善しないのはなぜ?

各ビットでLSBが半分になり、量子化ノイズも半分になります — 振幅の2倍は6.02 dBです。だから理想SNRは約6 dB刻みで変わるのです: 12ビットの変換器は、残りの信号チェーンがどんなにきれいでも約74 dBが上限です。

読み取り値が下位2ビットでノイジーなのですが、量子化が原因ですか?

通常は違います。量子化誤差は決定論的で半分のLSB以内に収まります。複数カウントにまたがって揺れるノイズは、通常は基準電圧のノイズ、グラウンドバウンス、またはADCのサンプル&ホールドに対する入力インピーダンスの不整合によるものです。揺れを、このツールが示す±½ LSBの値と比較してください — それよりはるかに大きいなら、変換器の解像度はあなたの限界ではありません。

このモデルはオフセット、ゲイン誤差、INLを考慮しますか?

いいえ — これは理想的な量子化の計算であり、ファームウェアのスケーリング確認や、解像度と基準電圧の選択肢の比較に適したものです。実世界のオフセット、ゲイン誤差、積分/微分非直線性、ノイズは部品のデータシートに基づくもので、これらの数値の上に積み重なります。

関連ツール

ADC入力の前段に置かれることが多い抵抗分圧には、分圧計算ツールを使用してください。DACの代わりにフィルタリングしたPWM出力でアナログレベルを駆動する場合は、PWMデューティ比・周波数計算ツールがその側面に対応します。生のコードを手動で別の基数に変換するには、整数基数変換ツールを参照してください。

プライバシー

すべての計算はブラウザ内で完全に実行されます — 入力した内容がサーバーに送信されることはありません。