アナログ出力信号の分解能を最大化するには、どうすればよいですか



ハードウェア: Multifunction DAQ (MIO)

問題: アナログ出力信号の分解能を最大化するには、どうすればよいですか


解決策: アナログ入力と出力

信号が、アナログ/デジタル・コンバータ (Analog to Digital Converter; ADC) の入力レンジいっぱいに合うかどうかが、アナログ入力における重要事項のひとつです。
同様に、アナログ出力の場合は、デジタル/アナログ・コンバータ (Digital to Analog Converter; DAC) のレンジいっぱいに合うかが重要になります。
アナログ入力では、ボード上の増幅器でレンジいっぱいになるように調整します。
信号がデジタル化された後、NI-DAQ ドライバが元のレンジに写像します。
アナログ出力でも、基本的な考え方は同じですが、異なった方法で実現されます。
入力と出力では動作が逆なので、まず信号を DAC のレンジいっぱいに写像し、アナログに変換後、アナログ回路で信号を元のスケールに減衰させるのだろうと、お考えかも知れません。しかし、弊社 DAQ ボードには減衰回路は搭載されていないため、外部で減衰部分を制御する必要があります。

アナログ出力の分解能を向上させる簡単な方法は、コード幅を向上させることです。DAQ ボードのレンジで 2 の「ビット数乗」段階あります。-10 から +10 ボルトの範囲で、12 ビットの DAQ ボードにおいて、最小ステップサイズ、すなわちコード幅は 20 ボルト / 4096 段階 = 0.00488281 ボルトです。 この式によれば、レンジを半分にすれば分解能が2倍向上するわけです。

External Reference の使用

外部回路を使わずにアナログ出力の分解能を向上させるのに、一番よい方法は、DAC に external reference を適用することです。
ボードは通常、内部で 10 ボルトの参照電圧を使用します。これは -10 から +10 ボルトのバイポーラ、0 から 10 ボルトのユニポーラで共通です。
出力信号がこのレンジに合うのであれば、内部参照電圧でかまいません。
しかし、信号範囲がボードのデフォルトのレンジより、はるかに小さい場合、ボードの分解能をフルに活かせないことになります。
ボードの EXTREF ピンを任意の参照電圧に接続し(EXTREF ピンの有無はマニュアルを参照のこと)すると、DAC はデジタルからアナログに変換する際、EXTREF にかかった電圧を使用します。これで DAC のレンジを、信号に合わせることができるわけです。

EXTREF の電圧にオフセットがかかっていると、デジタル/アナログ変換にも影響があります。たとえば、参照電圧に±1%のオフセットがあると、出力信号にも±1%のオフセットが出ます。5 ボルトの参照電圧つもりが実は 5.05 ボルトだった場合、1ボルト出力のつもりが実際には 1.01 ボルト、2 ボルト出力のつもりが実際には 2.02 ボルトが、出力されるわけです。これでは DAC のレンジを小さくするという目的が果たせないので、EXTREF にかける電圧はできるだけ正確なものを使用する必要があります。

追記

ほとんどのボードにはアナログ出力が 2 チャンネルあるので、片方のチャンネルは内部参照電圧を使って EXTREF に接続し、もう一方のチャンネルは外部参照電圧を使用することができます。より詳細な方法については、以下の LabVIEW サンプルプログラムへのリンクをご参照ください。

-10 から 0 ボルトのレンジが必要であれば、EXTREF ピンに -10 ボルトをかけ、ボードのレンジ設定を 0 から 10 ボルトにします。正の電圧 0 から 10 ボルトを出力しようとすると、実際には -10 から 0 ボルトが出力されます。



関連リンク:
Developer Zone Example: Using External Reference Voltages with E-Series DAQ Boards
KnowledgeBase [1J09S2AT]: How Does Using External Reference for E Series Analog Output Affect the Accuracy Specs?

添付:





報告日時: 03/08/2002
最終更新日: 12/18/2007
ドキュメントID: 2J7CT7QG