電験2種過去問【2021年機械 問8】

【情報処理】AD変換器の方式《空所問題》

 次の文章は、A-D変換に関する記述である。文中の\(\fbox{空所欄}\)に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選べ。
 アナログ信号をコンピュータで利用するには、A-D変換によりディジタル信号に変換する必要がある。
 連続したアナログ信号を適当な時間間隔で区切り、断続的な信号とすることを標本化という。標本化定理によると、入力信号を完全に復元するためには、その入力信号に含まれる最高周波数成分の\(\fbox{(1)}\)倍を超えたサンプリングレートとすればよい。
 標本化されたアナログ値を飛び飛びの不連続な値で表すことを量子化という。量子化の段階数が増え、量子化の単位が小さくなるほど、量子化\(\fbox{(2)}\)は小さくなる。
 A-D変換器には主に次のような方式がある。
 積分形には、入力信号を一定時間積分し、この積分結果と一定の基準信号を積分した値が等しくなる\(\fbox{(3)}\)を計測し、この計測値から変換結果を得る方式がある。サンプリングレートは低いが、高精度でノイズに強い方式である。
 逐次比較形には、入力信号と内部のD-A変換器の出力を2分検索で比較していき、ディジタル値に変換する方式がある。nビットの変換には、\(\fbox{(4)}\)側からn回の比較が必要なため、中程度のサンプリングレートとなる。変換精度を得るために、\(\fbox{(5)}\)回路により、標本化される信号レベルが変換終了まで変動しないようにする場合がある。
 並列形はフラッシュ形とも称され、nビットの変換には(2n-1)個の基準電圧と比較器を準備し、入力信号をそれらで同時に比較して変換する方式がある。高いサンプリングレートを得られるが、回路規模は大きくなる。

[問8の解答群]
(イ)\( \displaystyle \text{10}\)     (ロ)\( \displaystyle \text{0.5}\)   (ハ)\( \displaystyle \text{オフセット}\)

(ニ)\( \displaystyle \text{LSB}\)   (ホ)\( \displaystyle \text{規模}\)   (ヘ)\( \displaystyle \text{サンプルホールド}\)

(ト)\( \displaystyle \text{誤差}\)     (チ)\( \displaystyle \text{2}\)    (リ)\( \displaystyle \text{バンドパスフィルタ}\)

(ヌ)\( \displaystyle \text{MSB}\)   (ル)\( \displaystyle \text{位相}\)   (ヲ)\( \displaystyle \text{アンチエイリアシング}\)

(ワ)\( \displaystyle \text{周期}\)     (カ)\( \displaystyle \text{時間}\)   (ヨ)\( \displaystyle \text{マスクビット}\)

解答と解説はこちら

解答

(1):(チ)
(2):(ト)
(3):(カ)
(4):(ヌ)
(5):(ヘ)

解説

 アナログ信号をコンピュータで利用するには、A-D変換によりディジタル信号に変換する必要がある。
 連続したアナログ信号を適当な時間間隔で区切り、断続的な信号とすることを標本化という。標本化定理によると、入力信号を完全に復元するためには、その入力信号に含まれる最高周波数成分の\(\fbox{2}\)倍を超えたサンプリングレートとすればよい。
 標本化されたアナログ値を飛び飛びの不連続な値で表すことを量子化という。量子化の段階数が増え、量子化の単位が小さくなるほど、量子化\(\fbox{誤差}\)は小さくなる。
 A-D変換器には主に次のような方式がある。
 積分形には、入力信号を一定時間積分し、この積分結果と一定の基準信号を積分した値が等しくなる\(\fbox{時間}\)を計測し、この計測値から変換結果を得る方式がある。サンプリングレートは低いが、高精度でノイズに強い方式である。
 逐次比較形には、入力信号と内部のD-A変換器の出力を2分検索で比較していき、ディジタル値に変換する方式がある。nビットの変換には、\(\fbox{MSB}\)側からn回の比較が必要なため、中程度のサンプリングレートとなる。変換精度を得るために、\(\fbox{サンプリングホールド}\)回路により、標本化される信号レベルが変換終了まで変動しないようにする場合がある。
 並列形はフラッシュ形とも称され、nビットの変換には(2n-1)個の基準電圧と比較器を準備し、入力信号をそれらで同時に比較して変換する方式がある。高いサンプリングレートを得られるが、回路規模は大きくなる。