センサーをシステム内に組み込むためには、センサーが出力するアナログ信号をデジタル化する必要がある。そのために用いられるアナログ信号パスは、増幅、フィルタリング、デジタル化という3つの段から構成される（図1）。信号をデジタル化したら、それをマイコン上の制御システムに引き渡すか、またはデータに処理を施した上で通信プロトコルを介してホストプロセッサに引き渡す。

　信号の出力形態とその値の範囲は、各センサーによって異なる。信号の出力形態については、電圧、電流、抵抗、容量、周波数などさまざまなものをベースとして実現されるが、特殊な産業システム向けを除き、出力信号に関する標準規格はほとんど存在しない。また、同一メーカーの類似したセンサーであっても出力範囲が異なる場合があり、その違いがシステム設計者に問題をもたらす可能性がある。システム設計者は、システムの要件を満たすセンサーを選択しなければならない。しかし、設計中に要件が変更されれば、それに合わせてセンサーも変更しなければならないケースがある。また、出力範囲が少し異なる新しいセンサーに変えた場合には、増幅段とフィルタ段の回路も変更しなければならないかもしれない。

　ただし、ほとんどのセンサーは、電圧出力または電流出力の形態をとる。また、電流ベースの信号も簡単な抵抗回路により電圧に変換することができる。そこで、本稿では一般的な電圧出力タイプのセンサーに関する概念と、必要になるアナログ部品の選定基準について概説することにする。

アンプによる増幅

　センサーが出力する電圧の値は、数mVから数Vまでさまざまである。しかし、多くのセンサーでは出力信号の値が小さい。これを正しくデジタル化するためには、A-Dコンバータが有効に読み取れる程度に信号を大きくしなければならない。そのため、センサーからの信号を増幅する必要がある。例えば、一般的なKタイプの熱電対温度計の熱起電力は、41μV/℃である。この場合、センサーの粒度を1℃にするには、かなりの増幅を行わなければならない。増幅した信号で得られる粒度に合わせて、A-Dコンバータの分解能についても検討する必要がある。

　増幅段には、オペアンプ、計装アンプ、差動アンプ、PGA（プログラマブルゲインアンプ）などの各種アンプから適切なものを選択して使用する。また、アンプに必要とされるゲインについても決定しておかなければならない。通常、アンプのゲインは、その周囲に付加するフィードバック抵抗回路によって決まる。PGA以外のアンプのゲインの最大値は、理想的には無限大である。PGAでは、アンプに入力されるロジック信号によりゲインが決まる。このロジック信号により、内部の抵抗回路に変更が加わってゲインが調整される。PGAのゲインの最大値は、ほかのアンプの0.5倍から、1000倍くらいまでとなるが、ほとんどの場合においてそれだけあれば十分である。

　もう1つ、アンプについて検討すべき項目にオフセット電圧がある。オフセット電圧は、アンプから出力される電圧が理想値からどれだけずれるかを表した値である。

　例えば、500mVの信号を、オフセット電圧10mVのアンプに入力すると、ゲインが1の場合には、出力は510mVとなる。もし、センサーの出力範囲が0〜900mVで、システムがそれほど精度良くセンサーの信号を読み取る必要がない場合には、この程度のオフセット電圧は無視できる。しかし、センサーの出力範囲が450mV〜550mVならば、このオフセット電圧は許容できないだろう。オフセット電圧が小さいアンプほど、価格は高くなる。どのアンプにもオフセットがあるが、そのオフセットをシステムが許容できるかどうかを知る必要がある。また、アンプに相関2重サンプリング（CDS）回路を搭載することにより、オフセット電圧を低減または除去することができる。

フィルタリング

　システムは、センサーの信号にいくらかのノイズを加える。ノイズは、プリント基板のレイアウト、無線通信波による外乱、部品の発熱、さらにはセンサー自身など、複数のノイズ源によって生じる。ノイズの加わった信号を増幅すると、ノイズも増幅される。その結果、信号の誤差が大きくなり、A-Dコンバータにおけるセンサー信号の読み取りが不正確になったり、不安定になったりする。そこで、適切なノイズ対策が必要になる。ノイズは、低周波、高周波、特定周波数に分けて考えることができるが、一般的には、高周波ノイズへの対策が中心となる。