A/Dコンバーターのノイズ対策について（マイコン）

質問

PICプログラムを楽しんでいる初心者です。

ある本で、18ビットのI2C制御A/Dコンバーターを使ったハードウェアの説明をしているのですが、
その本では、マイコンのI2Cピンを5.1kΩの抵抗でプルアップし、A/Dコンバーターとの間には
ノイズ対策のため、さらに330Ωの抵抗を直列に挿入していると書かれています。

どうして、330Ωの抵抗を直列に挿入することでノイズ対策になるのでしょうか？
また、A/Dコンバーターは入念なノイズ対策が必要なのでしょうか？

詳しい方、すみませんが教えてください。
よろしくお願いします。

回答No.2

umamimi · ベストアンサー

＞どうして、330Ωの抵抗を直列に挿入することでノイズ対策になるのでしょうか？

抵抗によりノイズの伝達が抑制されるからです。
配線容量や寄生容量と共にCRフィルタが構成され、高周波ノイズに効きます。
もちろん正規信号にも多少なりとも影響が出るので、
この値や方法がどんな場面でも使えるわけではありません。

＞また、A/Dコンバーターは入念なノイズ対策が必要なのでしょうか？

A/Dコンバータに限らずノイズが乗って邪魔なら対策が要るし、
A/Dコンバータであっても変換方式や分解能によっては対策無用な場合もあります。
要は「A/Dコンバータだから」でなく
「信号と区別できないノイズが載る可能性があって載るとまずい時」に対策します。

使途が確定してない汎用品とか勉強用装置ならこの限りではありませんが。

信号内容によってはソフトウェアが「これは正規信号でない」と区別できるなら
ハードウェアでなくソフトウェアで除去する事もあります。

分解能 18bit だと 約256k 段階の電圧を表せるので、
基準電圧が2.5Vとすると 1ステップが 約 0.01mV という数値になります。
種類によりますがノイズは 0.01mV なんて小さい数値ではないので、
無体策では小さな信号がノイズに埋もれてしまい、
信号を測定してるつもりが全部ノイズだった、なんて状況も発生します。

入念って言いますがここではプルアップ抵抗と直列抵抗だけでしょ...

お礼

詳しい回答ありがとうございました。
寄生容量をつかってCRフィルタを作ってるんですか。そんなことやるもんなんですね。
的確なご指摘ありがとうございました。

回答No.3

noname#252332

5.1kΩでプルアップして330Ωを直列に入れれば0.3Vの電圧降下を生じますが最大L出力0.4V以下、最小L入力0.9V以下なら問題にならないのでしょう。電源のノイズを完全に除去した後ならば、あとは入力信号のノイズでも取るしかやることがありません。入力端子の静電容量があるので抵抗を入れると多少の高周波成分の減衰になるだろうというのは期待できると思います。こんなやり方は知りませんでしたが。18ビットA/Dと言うのは簡単ですが5Vフルレンジの時20μVを計るということで簡単な話ではありません。μVとは脳波を測るんですかというほどの電圧です。普通に作れば18bitとは単にカタログをにぎやかすだけの数字で実際には有効数字が12bitもあれば恩の字になってしまいます。本格的なノイズ対策ができなければなんで18bitなのとニヤニヤしながら聞かれるというわけなんです。

お礼

丁寧な回答ありがとうございました。
寄生容量を使ってフィルタを作るなんて方法知りませんでした。

手元の本では、これ以外にもいくつかノイズ対策をしていたので、
そこまで気を使わなくてはならないのかと感じましたが、必要なんですね。

ありがとうございました。

回答No.1

jaham

質問者の理解の範囲では18ビットのADCを使用しても、得られた信号の精度はせいぜい6ビットでしかありません
どんなに誤差を減少させても16ビットの精度を得るのは至難の業です
ディジタルになると桁数だけは、それらしく表示されますがフルスケールの1/100以下は無意味な数字が並ぶだけです

インピーダンスが高いほどノイズの影響を受け易くなります
質問のことはその対策です（どの程度の効果があるかは何とも言えません、状況によってはそれなりの効果はあるでしょう)

＞A/Dコンバーターは入念なノイズ対策が必要なのでしょうか？

アナログ回路を軽視している者の陥りやすいことです

1.000Vを測定したいのに（11ビット）10mVのノイズが入れば　1.0Vの測定値しか得られません（0.01Vの桁はノイズの影響で意味が無い　あえて言えば1.00V±0.01Vのような表現をする）
その状態で18ビットの値を収集して　1.000000Vが得られたなどと言っても意味が無いことに気づかなければなりません（ディジタル妄信者が陥りやすい勘違い）

お礼

回答ありがとうございました。
A/Dコンバーターを使って18bitの分解能を期待するのは
難しいというのがよくわかりました。