「EDN Japan」 A-D 変換器を使って温度補償をした重量計 Albert O'Grady 米 Analog Devices 社（アイルランド）＊ 1）前値との差分を求めて基準値との大小を判定し、さらにその差分を求め基準値との大小を判定するという動作を巡回的に順次行う変換器。ブリッジ・トランスデューサーの温度と主出力を同時に測定することで、温度補償を施した重量計測を実現できる。従来は、マルチプレクサーに多数の入力チャンネルを接続し、この出力を1つのシグマ・デルタ＊1）型アナログ・デジタル（A-D）変換器に入力していた。この構成だと、マルチルプレクサーでは入力チャンネルを毎回切り替え、 A-D変換器では前回のチャンネルで用いたデータを消去するという動作が必要になる。このため新たなデータが入力されても、システムはセトリング時間とレイテンシーを加味しなければならないので、スループットが低下してしまっていた。例えば、2次のシグマ・デルタ変調器と3次励起電圧＝5V IN＋ 20k AVDD OUT＋ OUT− DVDD AIN1 AIN2 XTAL 1 REFIN（＋） IN− 32kHz 12k XTAL 2 REFIN（−） RL1 IOUT 1 RL2 AIN 5 1K7A1 200μA AD7719 サーミスター RDY RL3 AIN 6 SCLK DIN RL4 REFIN 2 コントローラー DOUT RREF 10k P1 DGND AGND CS PWRGND 図 1 スループットが高い重量計 2 つのA-D 変換回路が独立して動作するLSIを使用することで、重量測定システムのスループットを高めた。デジタル・フィルターを備えるA-D変換器を使った場合は、ステップ入力に対する出力のセトリング時間はデータ転送周期の3倍になる。もしも主チャンネルと、もう1つのチャンネル（副チャンネルと呼ぶ）を同時にモニターする場合は、チャンネルの切り替え作業が必要なため、主チャンネルのスループットは1/6 に低下してしまう。図 1 は、スループット低下の問題を解決する回路である。2つのチャンネルを備えるシグマ・デルタ型A-D 変換器LSI「AD7719」を使った。この A-D 変換器は、並列動作が可能だ。すなわちブリッジ出力とブリッジ温度を同時に測定できる。さらに両方の測定データを並列に出力できるため、複数データを取得するシステムにおけるレイテンシーの問題を回避できる。この回路では、主チャンネルはブリッジ出力、副チャンネルはブリッジ温度をモニターしている。ブリッジ出力は、OUT＋端子とOUT−の間で差動電圧の形で得られる。ブリッジ・トランスデューサーの感度は 3mV/V。励起電源が5Vのときのフルスケール出力は15mVになる。 A-D 変換器の基準電圧は、電源電圧以下であれば問題ない。ブリッジ・トランスデューサーの励起電源を基準電圧として入力することもできる。しかし抵抗分割を利用すれば、入力ダイナミック・レンジの全範囲を使用可能である。図1 では20kΩと12kΩの抵抗を使った。励起電源が5Vならば、A-D変換器に 1.875Vの基準電圧を入力していることになる。主チャンネルの利得（プログラム可能）は128 である。こうしてA-D 変換器の入力範囲のフルスケールと、トランスデューサーの出力範囲のフルスケールを合わせた。図の下部にあるスイッチは、待機モード時にトランスデューサーへの電源供給を止める役割を果たす。 AD7719 は、製造時に校正を済ませている。さらに信号線には利得やオフセットのドリフトを低減させるためにチョッピングを施しているためフィールドでの校正は不要である。重量計の精度を高めるには、商用交流電源の周波数である50Hzもしくは60Hz の影響を取り除く必要がある。AD7719 では、この成分を除去するために、出力データの転送速度を 19.8Hz にプログラムした。そのときの利得は 128で、分解能は13 ビットである。分解能を高めるには、更新頻度を下げて、コントローラーにデジタル・フィルターを追加すればよい。副チャンネルでは、サーミスターを使ってブリッジ温度をモニターしている。LSIに集積した電流源でサーミスターを励起する。さらにこの電流源は、基準電圧の発生源として使用できる。この回路は4線のフォース/センサー構成を採用することで、配線抵抗の影響を低減している。駆動する配線の抵抗は、コモン・モード電圧をシフトさせるが、回路の性能を低下させることはない。さらにセンサーを接続する配線抵抗の大きさについては、アナログ入力端子のインピーダンスが高いため問題にならない。基準電圧を設定する抵抗（RREF）には、温度係数が低いものを選ぶべきである。動作温度範囲は、使用するサーミスターで決まる。アイルランドのBetaTHERM 社の「1K7A1」を使い、サーミスター励起電流を200μAに設定すると、動作温度範囲は−26∼70℃になる。リード・ビジネス・インフォメーション株式会社発行「珠玉の電気回路200選」より