• Jun 3, 2020

    アナログ回路設計者のためのヒント集:「ADC信号の分解」

    シグナルチェーン・ノイズやアナログ/デジタル変換に対する影響、およびその影響を最小限に抑える方法についての理解は、すべてのアナログ設計者にとって基本的な知識と言えます。 この「信号の分解」シリーズは、デルタ-シグマADCのノイズに関し、包括的な理解を提供することを目的としています。代表的なシグナル・チェーンの一般的なノイズ源を調べ、ノイズを低減して高精度の測定を維持する手法を、全12部にわたり解説します。 <デルタ - シグマ ADC 内のノイズの概要> ・ 第1部 ADCノイズの基本を重点的に見ていきながら、以下のようなトピックに関する疑問に答えて、詳しく説明していきます。 - ノイズとは何なのか? - 代表的なシグナルチェーンにおいてノイズはどこから発生するのか? - ADC内の固有ノイズの把握 - 高分解能ADCと低分解能ADCではノイズにどのような違いがあるか? ...
    • May 26, 2020

    イーサネット設計を簡素化する 第1部:イーサネットPHYの基本と選択プロセス

    100BASE-T1、1000BASE-T、100BASE-TX、10BASE-T、10BASE-Teなど、イーサネットPHYの用語に不慣れな人にとって、いくつもある規格を見比べるのは大変でしょう。他にも下記のようなたくさんの疑問があることでしょう。 ・MII(Media Independent Interface)とは? ・車載PHYと産業用PHYとの違いは? ・インターネット・プロトコル・カメラ、テレマティクス制御ユニット、プログラマブル・ロジック・コントローラに最適なPHYを選択するためには、どうすればいいのか? ・すべてのPHYが、さまざまのフィールド・バス要件を満たしているのか? この「イーサネット設計を簡素化する」技術記事シリーズの第1部では、読者が最終アプリケーションに合ったPHYを選ぶことができるように、イーサネットPHYの基本を取り上げます。また、スムーズなPHY選択に便利なTIのPHY選択フローチャートも紹介します...
    • May 25, 2020

    ラボに行かずに設計を続けるためのヒントとツール

    ハードウェア・エンジニアのみなさんは、仕事を部分的に自宅で行うのには慣れているかもしれません。しかし、ラボに行かずに設計を構築・検証・試験するのは、不可能ではないにしても難しいでしょう。 TIでは、調査・ブレインストーミングから設計、試験、サポートに至るまで、設計プロセスのそれぞれのフェーズに対応したオンライン・ツールやリソースを幅広く用意しています。今回はその豊富なTIのリソースをご紹介します。 フェーズ 1 :調査とブレインストーミング システム設計の期限が厳しくて、この設計が最も効率的なものなのか、問題を解決する別の方法はないのか、といったように、客観的な目で全体を見て検討することが難しい場合があります。 革新的な方法やコスト削減の方法を見つけたいのであれば特に、今のこの機会に、以下に挙げる例のような何か別のやり方を、時間をかけて調べてみると良いかもしれません。 自分のアプリケーションに合う試験済み設計例を探す...
    • Mar 23, 2020

    DIN VDE V 0884-11:2017-01規格が絶縁設計に与える影響

    2020年1月時点で、DIN(ドイツ規格協会)V VDE(Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik)V 0884-10:2006-12は、磁気および容量性のガルバニック絶縁製品における固有の絶縁特性と高電圧性能の評価に使われる認証規格として有効ではなくなりました。これで、2017年にDIN VDE V 0884-11:2017-01更新規格が発表され���ときにICメーカーに与えられた、3年間の移行期間が終了したことになります。ICメーカーは今や��新しい認証要件にアップグレードするか、対象���データシートからVDE認証を削除する必要に迫られています。 この規格は、基本および強化型のデジタル・アイソレータ向けに作成された唯一のコンポーネント・レベル認証なので、認証があると、OEMメーカーと最終製品メーカーは、デジタル・アイソレータが自社のシステムの高電圧要件を満たし...
    • Mar 23, 2020

    信号の分解:デルタ-シグマADCを使用するときの電源ノイズの影響の低減(第12部)

    第11部では、電源ノイズについて取り上げ、ノイズが多い電源になる原因や、A/Dコンバータ(ADC)に与える影響などにつ��て述べました。また、ノイズ除去において電源の影響の度合いを測定する方法として、電源除去(PSR)を紹介し、電源ノイズが各種のADC電源に与える影響を分析しました。 最終回となる第12部では、ADS127L01評価モジュール(EVM)を使用した設計例を用いて、引き続き電源ノイズについて考察します。この設計例を用いることで、システムのPSRを高めようとする際に、どの電源が最も重要かがわかりやすくなります。最後に、電源ノイズを低く保つベストプラクティスと、システムの総ノイ��特性を改善するデバッグのヒントについても説明します。 AVDD 、 DVDD 、 LVDD :一番重要なのはどの電源か 第11部では、TIの『 ADS127L01 』で使われる各電源のPSR比(PSRR)を確認し���した(図1)。多くのADCと同じように...
    • Mar 9, 2020

    SoC電源設計:3つのステップで熱最適化された電源を設計する方法

    この記事では、通信基地局や試験・計測機器、データ・センターといった、システム・オン・チップ(SoC)アプリケーションの電源設計について解説します。 熱最適化された電源設計が簡単だったことなどありませんが、最近のSoCに必要な電力要件により、ますます難しい作業になっています。20年ほど前に初めて市場に出たFET(電界効果トランジスタ)内蔵型の降圧コンバータは、基板面積の制限が厳しくなる一方で、より大きな電力をポイント・オブ・ロードで供給する必要があるという、産業界が直面し始めた大きな課題の解決を目指していました。この課題への取り組みが最優先なのは現在も変わりませんが、昨今の電源設計者は、増加し続けるSoCの電力要件、周囲温度の上昇、コンバータのスイッチング周波数の上昇という、熱管理がこれまで以上に重要となる流れにも直面しています。このような制約にきちんと対応できない電源設計では、必要な電力を供給できないおそれがあります。ここでは...
    • Mar 6, 2020

    グレード0のデジタル・アイソレータにより高温絶縁設計の課題を解決する

    自動車業界がハイブリッド電気自動車(HEV)に48Vシステムを引き続き採用する中で、車内ネットワークでの信号絶縁の必要性がさらに重要になっています。低電圧回路に対して効果的で信頼性の高い保護を適用しなければ、高電圧の特長や利点は大きく損なわれてしまいます。 ただし、48V車両内での高電圧事象から信号を絶縁する必要性について理解することは、対策の半分にすぎません。完全な電気自動車(EV)とは異なり、HEVはバッテリ・システムに加えて従来の内燃エンジン(ICE)も搭載しています。ICEは高熱を発し、多くの場合は125°Cを超えます。そのような環境で確実に動作するために、車載システムおよびその構成部品は、AEC-Q100「故障メカニズムに基づくパッケージ集積回路のストレス試験認定」で定義される高い温度に耐えられる必要があります。 HEV システム内の温度が最大で 150°C ? 問題ありません。 ...
    • Mar 5, 2020

    信号の分解:電源ノイズがデルタ-シグマADCに与える影響の理解(第11部)

    これまで「信号の分解」シリーズでは、A/Dコンバータ(ADC)の外付けあるいは内蔵のアナログ部品から生じるノイズに注目してきましたが、このシリーズの最後のトピックでは電源に起因するノイズを分析します。このノイズは、ADCの外側で発生します。ノイズの多い電源をクリーンにする低ドロップアウト(LDO)レギュレータや、入力電圧範囲を拡張するチャージ・ポンプといった、電源管理機能を内蔵するADCもありますが、これらの機能だけでなくADC自体にも、外部の電源からの給電が必要です。そして、ミクスト・シグナル...
    • Feb 18, 2020

    信号の分解:クロックが高精度ADCに与える影響(第10部)

    信号の分解の 第9部 でも述べたように、データ収集(DAQ)システムにはすべて基準点が必要です。第9部でのその基準点は、出力コードの生成のためにアナログ入力信号と比較される電圧レベルでした。しかし、DAQシステムには別の種類の基準点も必要であり、それは必ずしも電圧に関連したものではありません。 DAQシステム内では、すべてのコンポーネントが同期して動作できるようにする時間的基準としてクロックが使用されます。A/Dコンバータ(ADC)に関して言えば、クロックが正確で安定していることによっ...
    • Feb 4, 2020

    オペアンプとは?

    多くの教科書や参考書では、オペアンプは、増幅、加算、減算など、さまざまな機能や動作を行うICとして定義されています。この定義に同意はしますが、デバイスの入力ピン電圧の重要性にも着目する必要があります。 入力電圧が等しい場合、オペアンプは通常、線形動作をしています。オペアンプが前述の機能を正確に実行しているのは、この線形動作の間です。しかしながら、入力電圧を等しくするためにオペアンプができるのは、出力電圧を変えることだけです。従って、オペアンプ回路の出力は通常、何らかの形で入力に接続されています。これは一般的には電圧帰還と呼ばれています。 この記事では、汎用の電圧帰還オペアンプの基本動作を説明し、さらに詳しく学ぶための他のコンテン��を紹介します。 オペアンプによる設計 アナログ・カリキュラム:TIプレシジョン・ラボ 図1にオペアンプの標準的な回路記号を示します。入力端子が2個...
    • Feb 4, 2020

    あなたが電源設計者かもしれない7つの特徴

    意欲的な電子工学の学生が何を専攻しようかと迷っているとき、私はパワー・エレクトロニクスを検討するよう強く勧めています。どんな新しい電気製品や電子機器にも電源は必要なので、仕事に困ることはありません。デバイスの小型化や高効率化への要求に伴い、この分野は手ごたえのある仕事や革新の機会に満ちあふれています。 デジタル設計者のように格好良くはないかもしれません。しかし、進む人が少ない分野を選べば、手ごたえのある革新的な仕事に恵まれ、最終的には、デジタルから離れた人々の緊密なコミュニティに身を置くことになるでしょう。 電源設計者にも、さまざまなタイプの人がいます。それでも、電源のコミュニティ全体を織り成す各設計者の行動や考え方には、いくつかの共通した特徴が見られます。 以下に挙げる条件に当てはまるなら、あなたは電源設計者かもしれません。 1.… I Q の低さを自慢する。 フォレスト・ガンプは、I Q の低さが必ずしも悪いことではないと教えてくれました...
    • Jan 23, 2020

    クラスABからクラスDアンプへ変更する際のポイント     -懸念があってもご心配なく!-

    一見、難しすぎる作業に思えても、いざ実行してみると思っていたよりずっと簡単だったことに驚いたことはありませんか?最近、このような話を車載オーディオ設計のエンジニアから聞きました。カー・ラジオ・ソリューションのアンプを従来のクラスABからクラスDに変更したのです。 この記事では、主な2つの懸念点となる、プリント基板(PCB)のサイズへの影響と電磁干渉(EMI)について取り上げます。 懸念 1 :クラス D アンプでは PCB の面積が大きくなる 約400kHzでアンプのオン/オフのスイッチングを行う標準的なクラスDオーディオ・アンプでは、適切なオーディオ性能を得るために8.2µHまたは10µHのインダクタを使用する必要があります。 一方、TIのクラスDアンプ 『TPA6304-Q1』 のスイッチング周波数は2.1MHzです。このアンプではリップル電流が削減されるので、図1に示すようなずっと小型で軽量な3...
    • Jan 20, 2020

    HEV/EVバッテリ管理システムの標準的なアンプ機能

    ハイブリッド型電気自動車(HEV)と電気自動車(EV)は、低またはゼロ排出、メンテナンス対象部品の少なさ、高効率、運転時の高パフォーマンスなどから、大きな注目を集めています。新しいHEV/EVメーカーが登場する一方で、既存の自動車会社もHEV/EVへの投資を増やして市場シェアを高めようとしています。 HEV/EVのパワートレインで最も重要な部分は、配電網から電気エネルギーを取り出してバッテリに蓄え、バッテリからエネルギーを取り出してモータを回転させ、車を動かすというシステムです。このシステムは、主に、オンボード充電器(OBC)、バッテリ管理システム(BMS)、DC/DCコンバータ(DC/DC)、インバータ/モータ制御(IMC)という4つのサブシステムで構成されています(図1参照)。HEV/EVのBMSでは、多くの場合、アンプの柔軟性とコスト・メリットが見過ごされています。そのため、本稿では、BMSに焦点を当て、このシステムで設計者がどのようにアンプを使用しているのかについて説明します...
    • Jan 17, 2020

    オペアンプをコンパレータとして使用する際のヒント

    コンパレータは、例えば、過電圧状態では論理レベルのHigh(5V)、通常動作ではLow(0V)を出力するといったように、システムの2つの状態を比較するのによく使われます。専用のコンパレータもありますが、オペアンプをコンパレータとして機能するよう構成することも可能です。 オペアンプの場合、専用のコンパレータと比べて低コストで、必要なプリント基板(PCB)面積が最小限で済むなど、いくつかの利点があります。ただし、オペアンプをコンパレータとして構成するには、オペアンプのいくつかの仕様や特性を事前に検...
    • Jan 10, 2020

    オーディオ・イノベーションの先駆者であり続けるTIのBurr-Brownテクノロジー

    1982年、Burr-Brownが発表した16ビット、モノリシックD/Aコンバータ(DAC)は、これまでの音楽の聴き方や届け方をすっかり変えてしまいました。音楽を持ち歩けるようになっただけでなく、わずかなコストで録音スタジオと同じように忠実な音を再現できるようになったのです。それ以来、Burr-Brownテクノロジーは、高品質オーディオの代名詞となっています。 2000年にBurr-Brownを買収してからは、TIがプロフェッショナル・レベルのオーディオ・アプリケーション、スマートホームや車載アプリケーション向けに、 Burr-Brown TM オーディオ・デバイスの開発を引き継いでいます。 Burr-Brown の歴史 Burr-Brownのルーツは、ハイファイ・オーディオの始まりまでさかのぼります。エンジニアのロバート・ページ・バー(Robert Page Burr)とトーマス・R・ブラウンJr.(Thomas R...
    • Dec 19, 2019

    信号の分解:高分解能デルタ-シグマADC回路のリファレンス・ノイズの低減(第9部)

    「信号の分解」シリーズの 第8部 では、A/Dコンバータ(ADC)のノイズとリファレンス・ノイズの関係を説明し、リファレンス・ノイズを求める計算式を導き、システムのリファレンス・ノイズのレベルに与えるゲインの影響を確認しました。 今回、第9部では、システム全体でこの影響を低減するための方法をいくつか分析し、リファレン��・ノイズについての説明をまとめていきます。低分解能ADCと高分解能ADCに対するリファレンス・ノイズの影響の違いも考察します。 リファレンス・ノイズの影響の低減 第8部で述べたように、...
    • Dec 19, 2019

    信号の分解:デルタ-シグマADCでの電圧リファレンス・ノイズの影響(第8部)

    業務用オーブンの温度を管理する高精度温度測定ユニットのような高分解能センサ測定システムを設計することになったと想定してみてください。このようなシステムを作成するためには、温度計測用の熱電対をオーブンに取り付け、熱電対のリード線を測定システムに接続します。すると、A/Dコンバータ(ADC)からデジタル・コードが出力されます。では、このコードに対応する実際の温度をどうやって判断するのでしょうか。 アナログ回���設計ではベースラインとして電圧リファレンスを使用し、このベースライ���を基準にアナロ...
    • Dec 19, 2019

    信号の分解:デルタ-シグマADCでのアンプ・ノイズの影響(第7部)

    「信号の分解」シリーズの第6部では、出力換算ノイズと入力換算ノイズを定義し、それぞれに対する計算式を導き、単一段および複数段のアンプ構成を詳しく掘り下げ、ゲインの増加が低分解能および高分解能の A/Dコンバータ (ADC)に与える影響について検討しました。高分解能ADCに高ゲインの外部アンプを組み合わせるときは、アンプのノイズ特性を慎重に検討する必要があることも第6部でわかりました。 この説を実証するために、第7部では、アンプが異なると同じ高分解能ADCのノイズにどう影響するのか、設計例を用いて分析...
    • Dec 19, 2019

    信号の分解:デルタ-シグマADCでのアンプ・ノイズの影響(第6部)

    多くのデータ収集(DAQ)システムで、低レベル入力信号の正確な測定が設計上の課題になることがよくあります。例えば、ファクトリ・オートメーションのアプリケーションの多くは、プログラマブル・ロジック・コントローラ(PLC)を使用し、温度センサや負荷セルの値を基に決定を下します。同様に、石油掘削施設では産業用差圧流量計を使用し、ミリリットルの精度で、油田から取り出した石油の量を判断します。 このような工程内の変化を測定するために、さまざまな種類の最終製品で、測温抵抗体(RTD)や、熱電対、抵抗性ブリッ...
    • Dec 19, 2019

    妥協することなくリゾルバの性能を高める方法

    電気自動車の主要部分であるモーター制御には、通常、永久磁石型ACモーター(PMAC)か誘導モーターが使われます。どちらのタイプにも利点があると同時にトレードオフが存在します。 PMACモーターには、リゾルバかエンコーダを使用します。リゾルバは、メカニカルな動きを、回転角度の絶対位置に関する電子情報に変換します。リゾルバは、1次巻線と2つの2次巻線で構成されます。固定子側の2次巻線は互いに90°の角度になるように配置され、1次巻線は回転子側に配置されています。可変磁気抵抗などの別のタイプでは、3つの巻線がすべて固定子側に配置されます。 1次巻線に励起電流が印加されると、サイン/コサインの2次巻線から、同じ周波数信号が90°位相をずらして出力されます。2つの2次巻線の振幅を使うことで、固定子に対するシャフトの正確な位置を算出できます。 図1は、 『ALM2402F-Q1』 を用いたリゾルバ・ベースの回路の例です...
    • Dec 13, 2019

    低電力でノイズに強いシステム設計を可能にする新型ロジック・ファミリ

    ノイズのせいでシステムが予想もしない動きをしたり、ひどければシステム障害も起こしたりしますが、原因を突き止めるのは非常に困難です。従来の高速CMOS(相補型金属酸化膜半導体)ロジックでは、ノイズにより信号に発振が生じることがあり、そのため電流消費量が増加したり、ときには信号エラーにつながったりします。これらのエラーは最終的にシステムの誤動作につながるため、より慎重な設計、場合によっては設計変更も求められます。この記事では、シュミット・トリガの利点およびシュミット・トリガを内蔵した新しい HCSロ...
    • Dec 11, 2019

    基板面積の縮小に役立つ小型データ・コンバータ

    システムの小型化がますます加速するなか、プリント基板(PCB)のわずかな面積も無駄にできなくなっています。それと同時に、データの需要の高まりから、モニタリングが必要なセンサの数も増えています。 この記事では、TIの小型データ・コンバータを使って、PCBのフットプリントを大幅に削減し、チャネル密度を高め、他の部品や機能をより高度に統合することで、小型ながら高い価値を提供する方法を説明します。 メリットその1:PCBフットプリントの削減 設計やパッケージの技術の進歩に伴い、電子部品...
    • Dec 10, 2019

    48Vハイブリッド車/電気自動車システムで信号絶縁が重要な理由

    ガソリンエンジン車と ハイブリッド電気自動車(HEV)あるいは電気自動車(EV) が大きく違うところは、1つにはバッテリや電圧レベルが複数あるということです。内燃エンジンは12Vか24Vのバッテリ1つで動作し、通常は鉛蓄電池を使用します。しかし、HEVとEVは、高電圧の充電型バッテリを使用し、その電圧はHEVで48V、EVならそれよりずっと高い400Vから800Vにも及びます。 電圧レベルが複数ある場合、低電圧回路を高電圧から保護するために絶縁が必要になります。400V以上のバッテリに絶縁が必要な...
    • Dec 4, 2019

    車載インフォテインメントやクラスタのシステムを熱から保護する方法

    次世代車に搭載されるインフォテインメント・システムやクラスタ・システムは、ますます複雑さを増しています。しかし、最近の車は、電化された部分が増えたことで、消費するエネルギーも増大し、発生する熱も大きくなっています。それでなくても車のダッシュボードは、太陽光の熱や車内の熱による高温にさらされています。 インフォテインメント・システムやクラスタ・システムによる発熱量が増加していることで、自動車メーカーは新たな熱管理の課題に対処する必要に迫られています。顧客を惹きつけるために機能豊富で快適な運転体験を提供しながら、これらのシステムの重要な機能を安全かつ高い信頼性で確実に動作させることを、限られた予算内ですべて実現する必要があります。 図1に示すさまざまなインフォテインメントやクラスタのアプリケーションには、それぞれに熱に関する問題があります。この記事では、それらの問題に対するTIの温度センサやサーミスタ、温度スイッチを活用した解決策を説明します...
    • Nov 18, 2019

    FPD-Link IIIで統合型デジタル・コックピットマルチ・ディスプレイを制御する3つの方法

    自動車メーカーが差別化を図る方法の1つに、最新インフォテインメント・システムの搭載があります。いくつかの高級モデルにはディスプレイ・パネルが10から15もあり、複雑な処理や機能が備わっています。その対極としてエントリーモデルでは、運転手用にベーシックなCID(センター・インフォメーション・ディスプレイ)とデジタル計器クラスタを用意した、最小限のデジタル・インフォテインメント・システムがあります。ただし、エントリーモデルでも、複合デジタル・プロセッサにより、費用対効果が高く、設置スペースをコンパクトにマルチ・ディスプレイを制御できるフル機能インフォテインメント・システムを提供しようとする動きも強くなっています。これらの要求に対応するための方法として、FPD-Link III製品ファミリを使用した、シングル・プロセッサによるマルチ・ディスプレイの制御を3つ解説します。 中央処理と分散処理 1台のCIDにはさまざまな種類の動画コンテンツが表示されます...