科学技術と共に歩む

今日，情報処理はデジタル化されている。一方，人間が認識できる情報はアナログである。また，デジタル機器間で情報を通信するために必要な電気信号や，電波，光などもアナログである。そのため，デジタルとアナログを相互に変換する装置が必要になる。具体的には，アナログ/デジタル（A/D）変換器およびデジタル/アナログ（D/A）変換器と呼ばれるもので，両者を合わせてデータ変換器とも呼ばれる。本書では，A/D変換およびD/A変換を初めて学ぶ学生やエンジニアを対象として，原理と回路実装の基礎をできるだけわかりやすく説明する。

デジタル情報処理の応用が広がれば広がるほど，デジタルとアナログのインタフェースとしてのデータ変換器の重要性も高まる。いま注目されているIoT（internet of things）や，センサネットワーク，ロボット，自動運転などでも，温度，圧力，加速度などの物理量をセンサで電気信号に変換し，マイクロコントローラに読み込ませるためには，アナログをデジタルに変換するA/D変換器が必要である。また，コントローラの処理結果に基づきアクチュエータを駆動するためには，デジタルをアナログに変換するD/A 変換器が必須である。AI（artificial intelligence）も豊富なネット情報を活用する必要があり，それを支える高速情報通信網には高性能データ変換器が組み込まれている。これらの応用範囲が拡大すると，データ変換器に対する要求性能が一層高度化し，高性能化により新しい応用分野が開けていく，というダイナミックな展開が当分続くであろう。
このように重要な役割を担っているデータ変換器の研究開発は，実際，ここ20年ほどの間で急速に進んだ。CMOS集積回路技術の飛躍的な進歩により，従来は実現が困難であった変換方式が見直されたり，デジタル技術を駆使したアナログ回路の校正手法が導入されるなど，新しい魅力的なアイデアが次々と提案され，回路実装により優れた性能が実証されてきた。マイクロコントローラのI/Oに埋め込まれたIPコアも考えると，われわれの身の回りには無数のデータ変換器が散りばめられているといっても過言ではない。

英語で書かれたものを含めて，本分野に関する良書は少なくない。また，集積回路に関する国際会議や専門論文誌では，データ変換器に関する話題が多く取り上げられている。さらに，ネット検索をすれば，断片的ではあるが，多くの有益な情報が得られる。セミナーやチュートリアルも頻繁に開催されている。それでも，データ変換器の技術基盤は回路設計から信号処理技術，システム応用まで，幅広い分野と密接に関連しているため，多くの仕事を抱えるエンジニアにとって，系統的に学ぶには敷居が高いテーマではなかっただろうか。

本書では，最先端の話題にも配慮しながら，この分野の全体像を把握できるように題材を選び，体系的に整理して述べた。これからデータ変換器の研究開発を進めようとしている若手研究者だけではなく，データ変換器のユーザとして，新しい装置やシステムを開発しようとしているエンジニアも念頭に置き，執筆を進めた。データ変換器の基本を知ることは，データシートに記載された仕様の「行間」を読み解き，目的とする装置やシステムを効率良く設計・開発することに資すると考えたためである。もちろん，CMOS集積回路や情報通信技術を学んでデータ変換器に興味を持った学生諸君がこの分野をさらに深く学ぶための手引きとなり，基本的なアナログCMOS回路と最先端データ変換器のギャップを埋めるために役立つことも期待している。

本書の執筆にあたっては，これまでの多くの方々との議論を参考にさせていただきました。また，私の研究室の卒業生には原稿準備の段階で有益なコメントをいただきました。さらに，編集にあたりコロナ社の皆様にはたいへんお世話になりました。この場をお借りして，皆様に深い感謝の意を表したいと思います。

2019年2月 和保孝夫