ランプ型 ADC の製作

ランプ型 (Ramp-compare) ADC  を専用 IC を使わないで作ってみました。

ランプ型 ADC 、シングルスロープ型 ADC と呼ばれることも多いかもしれませんが、これはのこぎり波とコンパレータ、カウンタで形成される最も簡単な ADC です。下図のようなブロックダイアグラムになります。

ramp_adc

設計目標は以下の通りです。精度はあまり考えないことにします。
・電源: DC +5V
・入力レンジ: 0-2V
・分解能: 1mV
・リニアリティ: 問わない
・表示器つき(LED)

ところで、積分型 ADC と比較すると、ディスクリートで組んだ場合にランプ型 ADC は以下のような特徴を持ちます。
・制御回路が簡単
・単電源で設計しやすい
・精度は出しにくい

積分型 ADC は積分回路が必要な都合上、単電源で設計しづらくなります。今回の回路では定電流回路によりのこぎり波を生成しているので、3 桁程度の精度が出ることを期待しています。

adc_circuit

上記に回路図を示します。基準クロックは近くにあった 6MHz 振動子を使用していますが、これを 450kHz くらいに変更すると消費電流をより減らすことができます。積分コンデンサにフィルムコンデンサを使用するのは言うまでもないですね。ポリプロピレンがベストですが、今回は精度にそれほどこだわらないので PET です。

TC5054P は 4桁のカウンタ IC です。カウントパルス、スタートやリセットは基準クロックの分周をそのまま使用しています。TC5054P にはカウンタ部とラッチ付きの表示部があり、コンパレータ出力のエッジを検出して、カウンタから表示部へデータの転送を行っています。

TC40H000P はアンバッファの高速タイプなので、4011B や 74HC00 では代用できないかもしれません。

TC40H000P と TC5054P は入手しづらい IC だと思います。在庫あるので欲しい方おられましたら問い合わせください。

Dscf0773

さて、作ったものが上記写真で、左側の VR は回路図にないテスト用の VR です。電源を投入すると、果たして、すんなりと動作したのでした。

Dscf0776

OL (オーバーレンジ)表示を入れ忘れたので、FS 以上の入力は表示できません。

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