PDMとPWMの違いを徹底解説 中学生にもわかる使い分けと実例

---

PDMとPWMの基本を理解する

PDMとPWMはどちらも信号をデジタルで扱うときの変調技術ですが、役割や仕組みが大きく異なります。

まずPDMとはパルス密度変調のことで、信号を超高速のパルス列として表し、その密度を変えることで情報を伝えます。パルスの発生頻度を高く保ちつつ密度を変えるため、アナログ波形を近似する際のノイズ耐性が高い点が特徴です。音声センサやマイクロチップ内のA D変換など、信号をデジタルとして扱う場面で有利になります。
一方PWMはパルス幅変調の略で、同じ周期のパルスを用いてパルスの幅を変化させます。パルスの平均電圧を調整できるので、出力の模倣精度が高く、モータ制御や電源設計などで広く使われます。これらの違いは実際の回路構成やノイズの扱い方にも影響します。
このセクションでは両者の基本を押さえ、どんなときにどちらを選ぶべきかの判断材料を提示します.

PDMの仕組み

PDMの核心は信号を高速度のパルス密度として表現する点です。一定の時間間隔で発生するパルスの数を、元のアナログ信号の大きさに応じて増減させます。密度が高いほど元の信号に近い情報を持ちますが、データ量が増える分だけデータ処理の負荷やノイズ成分の扱いも難しくなります。実装のコツとしてはサンプリング周波数を高く保ちつつ、フィルタリング段で不要な成分を除去することが挙げられます。短い周期でサンプリングすることで時間分解能を高められ、微小な信号変化も拾いやすくなります。
PDMはデジタル化後の処理が比較的シンプルになる場合が多く、センサからのデータをそのまま他のデジタル回路へ渡す設計に向いています。

PWMの仕組み

PWMは一定周期のパルスを発生させ、その幅をアナログ値に対応させていきます。パルスの幅が広いほど出力電圧は高くなり、狭いほど低くなるという直感的な仕組みです。これを繰り返すことで平均的な出力を制御でき、モータの回転数や電源の出力を滑らかに変えることが可能です。実際にはデューティ比と呼ばれる指標での表現が一般的で、デューティ比が50％なら半分の時間だけ高い電圧を出している状態になります。PWMはアナログ器を使わずにデジタルでアナログ的挙動を作る強力な手法であり、コスト削減や省エネにも貢献します。

PDMとPWMの使い分けのポイント

実務では信号の性質と要求される性能によって選択が決まります。PDMは高分解能とノイズ耐性が必要な場面に強く、センサデータのデジタル処理や高精度な測定器の入力部で力を発揮します。
ただしデータ量が多くなるため、処理能力や回路規模が大きくなる点には注意が必要です。
一方PWMはコストとシンプルさが魅力で、モータ制御や電源回路のように平均値を直接制御したい場面で最適です。デューティ比の変化を滑らかにするためのフィルタ設計が重要になり、応答速度とノイズのトレードオフを理解しておく必要があります。
両者を比較する際には周波数帯域、ノイズ成分、処理能力、回路のサイズ、電源側の効率といった要素のバランスを見ます。最終的には用途とコストの妥協点を見つけることが成功の鍵です。

実際の比較表

観点	PDM	PWM
情報の表現	パルス密度で表現	パルス幅のデューティ比で表現
サンプリング周波数	非常に高い周波数を要する場合が多い	一定周期で安定した周波数を用いる
ノイズ耐性	ノイズに強い設計が必要な場面が多い	ノイズ対策はフィルタ設計で対応
用途の例	センサ信号のデジタル化や音声処理	モータ制御や電源の出力制御

ピックアップ解説

今日はPWMとPDMの雑談です。友だちとスマホの振動センサーの話をしていてPWMとPDMの違いがどう関係するのかを話し合いました。PWMはモーターの回転数を変えるために使われると説明され、デューティ比で出力を刻んでいくイメージがすごく分かりやすかったです。PDMは高密度で信号を表現する仕組みで、信号の抑制と再現性に強みがあります。つまり同じ「信号の強さ」を伝えるにも、表現方法が違えば用途が変わるのだと実感しました。こんな会話は学習のきっかけにもなります。私たち中学生にも理解できるように、具体例を持って説明すると良いと思います。例えば家電製品の音量調整やファンの回転、ドローンの姿勢制御など、普段の生活の中にもPDMとPWMの考え方が潜んでいます。

---