アナログデジタル変換器とは？初心者向けガイドで分かる基本と使い方共起語・同意語・対義語も併せて解説！

この記事を書いた人

高岡智則

年齢：33歳性別：男性職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当）居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション出身地：神奈川県川崎市身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる）血液型：A型誕生日：1992年11月20日最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分）家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）

アナログデジタル変換器とは？

アナログデジタル変換器（ADC）は、目に見える世界の連続信号をデジタルデータとして扱えるように変換する装置です。身の回りの測定やマイコンの処理には欠かせません。

仕組みはどうなっているの？

ADCは大きく3つの処理を行います。サンプリング、量子化、符号化です。まず入力信号を一定の間隔で取り出して、サンプリングします。次にその値をデジタルで表せる最小の段階に丸める量子化を行います。最後に各段階に番号を割り当てる符号化をして、デジタルデータとして出力します。

信号の変化が速いときは、サンプリング周波数を高くする必要があります。Nyquistの定理によれば、信号の帯域の2倍以上の頻度でサンプリングするのが基本です。そうすると、元のアナログ信号にできるだけ近いデジタル信号に近づきます。

解像度と精度

解像度は通常ビット数で表され、ビット数が多いほど分解能が高くなります。例えば10ビットなら1024段階、12ビットなら4096段階です。分解能が高いと、微妙な電圧の違いを検出できますが、回路のノイズやサンプリング時間にも影響されます。

代表的なADCの種類

以下はよく使われるタイプの概要です。

タイプ	原理	長所	用途
SAR	逐次近似法で1ビットずつ比較	比較的高速・低消費電力	マイコン内蔵ADCなど
ΔΣ (Sigma-Delta)	ノイズを積分して過剰な信号を抑制	高解像度・高精度	計測機器・温度センサ
Flash	多数の比較器を並列接続	非常に高速	高速信号処理、リアルタイム監視

選び方のポイント

用途に応じてADCを選ぶときのポイントは次の通りです。測定速度と分解能のバランス、入力信号の帯域、ノイズ対策、そして電源電圧の基準です。マイコンの内蔵ADCを使えば、通常は10ビット程度、高性能なモデルでは12ビット以上が標準です。回路上の入力インピーダンスやサンプリングキャパシタの容量にも注意しましょう。

身近な使い方の例

日常の電子工作では、温度センサや光センサの信号をデジタル化して、マイコンのプログラムで読み取る場面がよくあります。Arduinoのようなマイコンには10ビットのADCが搭載されており、0～5Vの入力範囲を1,024段階で表現します。入力にノイズがある場合は、低パスフィルタを使って高周波成分を除去するのが効果的です。

よくある質問

Q: ノイズが多いときはどう対処しますか？ A: 適切なフィルタ設計、デカップリングコンデンサの追加、信号線の取り回し、接地の見直しなどを行います。

まとめ

アナログデジタル変換器は、アナログ信号をデジタルで扱うための橋渡しをする部品です。サンプリングと量子化、符号化の3つの処理を通じて、現実世界の値をプログラムで計算できるデータへ変換します。用途に応じて解像度と速度のバランスを選び、ノイズ対策と電源設計にも気を配ることが大切です。

アナログデジタル変換器の同意語

アナログ-デジタル変換器: アナログ信号をデジタル信号へ変換する装置（ADCの正式名称のひとつ）。
A/D変換器: 英語表記の略称。アナログ信号をデジタル信号へ変換する装置。
アナログデジタル変換素子: 回路内の変換を担う部品・素子で、アナログ信号をデジタル信号へ変換する要素。
アナログ-デジタルコンバータ: ADCの別表現。デジタル化を行うデバイス。
ADC回路: アナログ信号をデジタルへ変換する回路・ブロック。
A/Dコンバータ: 略称。アナログ信号をデジタル信号へ変換する部品。
アナログ→デジタル変換器: 表現のひとつ。アナログ信号をデジタル信号へ変換する装置。
アナログデジタル変換モジュール: モジュール型のADC。組み込み機器で使われる変換モジュール。
ADCモジュール: ADCを搭載したモジュール形式のデバイス。
アナログデジタル変換デバイス: アナログ信号をデジタル信号へ変換する装置全般を指す総称。
アナログ-デジタル変換部: 回路の一部として、アナログをデジタルへ変換する機能を持つ部分。
A-D変換器: 表記ゆれの略称。アナログ信号をデジタルへ変換する部品。
アナログデジタルコンバータ: ADCの正式名の別表現。デジタル化を実現するデバイス。
A/D変換部: デジタル化機能を持つ回路の一部。

アナログデジタル変換器の対義語・反対語

DAC（デジタル-アナログ変換器）: デジタル信号をアナログ信号へ変換する装置。ADCの対となる機器で、デジタルデータから元のアナログ波形を再現する役割を持ちます。
D/Aコンバーター: DACの別称。デジタル信号をアナログ信号に変換する機器の一般的な呼び名です。
デジタル→アナログ変換: デジタル信号をアナログ信号へ変換する処理・機能のこと。機器名というより作業内容を表す言葉として使われます。
アナログ出力デバイス: アナログ信号を出力する用途の機器の総称。ADCの逆方向の役割を示す広義の表現として使われることがあります。
デジタル→アナログ変換ブロック: デジタル信号をアナログ信号へ変換する機能を持つ回路・ブロックを指す表現。DACとほぼ同義で使われることがあります。

アナログデジタル変換器の共起語

アナログ信号: 連続的な値をとる信号。物理量の変化を滑らかに表現する。
デジタル信号: 離散的な値だけを表現する信号。0と1などのコードで表される。
サンプリング: アナログ信号の値を一定の間隔で取り出す作業。デジタル化の第一歩。
サンプリング周波数: 1秒あたりのサンプリング回数。高いほど高周波成分を表現できる。
量子化: サンプリングした値を最も近いデジタル値に丸める処理。デジタル化の核心。
量子化誤差: 量子化によって生じる元の値とデジタル化後の値の差。ノイズの一因。
分解能 / 解像度: 1サンプルで区切れる最小の電圧差。ビット数が多いほど細かな値を表せる。
ビット深度 / 分解能ビット数: デジタル出力が何ビットで表現されるか。例: 8bit, 12bit, 16bit。
リファレンス電圧 / 参照電圧: ADCが測定できる最大レンジを決める基準電圧。フルスケールの基準。
入力レンジ / フルスケール: 入力信号がADCで正しく測れる範囲。通常0V〜リファレンス電圧など。
ダイナミックレンジ: 最大出力と最小検出可能出力の比。広いほど微小信号を表現できる。
SNR: 信号対ノイズ比。信号成分とノイズ成分の強さの比を表す指標。
SNDR: 信号対ノイズ及び歪み比。歪み成分も含めた品質指標。
THD: 全高調波歪み。基準周波数以外の高調波成分の強さの合計に対する比。
SFDR: スペクトルの中で信号成分以外の最大のスペクトル成分（スプリアス歪み）と信号の比。
リニアリティ / 線形性: 入力と出力が比例する程度。理想的には直線的。
非線形性: 実際のADCで生じる直線性の誤差。歪みの原因の一つ。
ノイズフロア: 測定可能な最小信号レベルを決める基準ノイズレベル。
比較器: 入力信号を一定の閾値と比較してデジタル出力を決定する回路。
サンプリングホールド / S/H: 信号を一定時間保持してから量子化する回路。安定した値を得るため。
アナログフロントエンド: 信号をADCに適した形に整える前段回路（増幅、バッファ、フィルタなど）。
デジタル出力: 最終的に得られるデジタルコード列。通常は2進表現。
入力端子 / センサーインターフェース: アナログ信号を受け取る物理的接続部。

アナログデジタル変換器の関連用語

アナログデジタル変換器（ADC）: アナログ信号をデジタル値に変換する電子部品。入力電圧をデジタルコードへ対応させ、マイコンやデジタル回路で処理できるようにする。
デジタル-アナログ変換器（DAC）: デジタル信号をアナログ電圧または電流に変換する部品。音声・映像再生や制御信号の生成などに使われる。
アナログ信号: 連続的な電圧や電流の信号。時間とともに連続的に変化する特性を持つ。
デジタル信号: 0と1の離散的なデータ信号。デジタル回路で処理・蓄積される。
サンプリング: 連続的なアナログ信号を一定の時間間隔で値を切り取る作業。
サンプリング周波数: 1秒あたりのサンプル数。周波数が高いほど再現性は高くなるがデータ量も増える。
量子化: 連続値のアナログ信号を離散的なデジタル値へ丸める処理。
量子化ビット深度（ビット深度）: デジタルコードが表せる階調の数。ビット数が多いほど分解能が高い。
分解能: 1サンプルあたり識別できる最小の入力差。ビット深度に関係する指標。
量子化誤差: 量子化によって生じる近似的な誤差のこと。
入力レンジ: ADCが正確に測定できる最小～最大入力電圧範囲。
リファレンス電圧（基準電圧）: 量子化の基準となる電圧。これにより出力コードと入力電圧が対応づく。
クロック: サンプリングのタイミングを決定する基準信号。安定した周波数で動作させる要素。
サンプル＆ホールド回路（S/H）: アナログ信号を一定時間保持してから変換するための回路。変換の安定性を高める。
線形性: 入力と出力の関係がほぼ直線的である度合い。
INL（Integral Nonlinearity）: 入力範囲全体での累積的な非直線性のずれを表す指標。
DNL（Differential Nonlinearity）: 隣接コード間の出力差が理想値と比較してどれだけ崩れているかを示す指標。
オフセット誤差: 出力が基準値よりも初期的にずれている誤差。
ゲイン誤差: 全体のスケール（感度）が正しくない誤差。
SNR（Signal-to-Noise Ratio）: 有効信号とノイズの比。値が高いほど品質が良い。
ENOB（Effective Number of Bits）: 実質的な有効ビット数。実運用時の分解能を示す指標。
THD（Total Harmonic Distortion）: 全高調波歪み。信号の線形性の乱れを表す指標。
SINAD: 信号とノイズ・歪みを含む総合的な品質指標。SNRと歪み成分を同時に示す。
ノイズフロア: 測定や信号処理で検出可能な最小のノイズレベル。
ADCの種類: ADCを分類する主な変換方式の総称。
フラッシュADC: 多数の比較器を並列に使って一段階で変換する高速型。遅延は小さいがコスト・消費電力が大きい。
SAR ADC（逐次比較型）: 逐次比較器でビットを順番に決定していく中速・低電力の変換方式。
Δ Σ（シグマ-デルタ）型ADC: オーバーサンプリングとデジタルフィルタで高分解能を実現する方式。ノイズシェイピングを活用。
パイプラインADC: 複数の段が並列または連鎖的に動作して高速化する方式。高スループット向き。
スループット: 单位時間あたりに処理できるデータ量。高速性の指標。
遅延: 入力信号の値が実際の出力として得られるまでの時間。
入力インピーダンス: 信号源に対してADCが示す負荷の大きさ。信号源との整合性を左右する。
アナログフロントエンド（AFE）: 信号を受け取り、前処理（増幅・フィルタ・保護など）を行うアナログ部分。
フルスケールレンジ（FSR/FS）: 入力レンジの最大値に対応するデジタルコードの最大値。