• Nov 24, 2020

    単一電源絶縁型アンプおよびADCによる絶縁電流/電圧センシング設計の簡素化

    作業者の保護、ノイズ耐性の強化、サブシステム間のグランド電位差への対処など、その機能はあらゆるところで必要とされます。 モータ駆動 、 太陽光インバータ 、 DC充電(パイル)ステーション 、 産業用ロボット 、 無停電電源 、 トラクション・インバータ 、 オンボード・チャージャ 、 DC/DCコンバータ などのアプリケーションのために、その機能を設計します。 その機能とはもちろん、 ガルバニック絶縁 のことです。 前述のようなシステムでは、モニタリングと制御を行うために、ある電力ドメインから別のドメインへ絶縁バリアをまたいで電流と電圧の情報を伝える必要があります。絶縁バリアをまたいでどのようにアナログ情報を伝えるのでしょうか。その答えは 絶縁型アンプ と 絶縁型A/Dコンバータ(ADC) にあります。絶縁型A/Dコンバータは、絶縁デルタ・シグマ・モジュレータとも呼ばれます。 このようなシステムを設計する際の大きな課題は...
    • Nov 16, 2020

    設計目的に合ったデジタル・アイソレータの選び方

    この記事では、デバイス選定が簡単になるように、デジタル・アイソレータを選択する際の主な判断基準を見ていきます。 車載用や産業用のアプリケーションにデジタル・アイソレータがますます使われるようになる中、膨大な候補の中からシステムに最も適したデバイスを選択するのは骨の折れる仕事です。それだけでなく、ほとんどのデジタル・アイソレータは特定のシステム要件やアプリケーションを念頭に作られているので、選んだデバイスがシステムの要件と合っているかを確認するために、仕様や機能に延々と目を通すことになります。 しかし、「正しい」デバイスを見つけることが必ずしも複雑というわけではありません。必要な判断基準を順番に見ていきましょう。 ステップ 1 :絶縁仕様要件を理解する 最初のステップは、システムの絶縁仕様要件を理解することです。要件を挙げるときりがないように思えるかもしれませんが、まず始めに、一般的な絶縁設計に関連した以下のような要件を考えましょう...
    • Oct 28, 2020

    10BASE-T1Lシングル・ペア・イーサネットにより少ないケーブルでネットワーク・エッジを近づける方法

    店舗のPOSシステムから競技場のデジタル・サイネージまで、イーサネットは身の回りのあらゆるところに存在し、産業用オートメーション・プロセスの一部にも使われています。どこにでも活用されているイーサネットですが、広く常用されるようになるのはまだこれからの領域もあります。この記事では、特にその領域の1つである、遠隔での産業用、ビル・オートメーション、プロセス・オートメーションといったアプリケーションに使われる10Mbpsの長距離(1km超)2線式ネットワークを取り上げます。図1のフィールド・センサはその一例です。 図 1 : 10BASE-T1L イーサネット対応フィールド・センサ これらのアプリケーションにイーサネットがまだ「届いていない」理由はいくつかありますが、一番大きいのは、最近までこのケーブル長をサポートするイーサネット規格がなかったことです。規格が定義されていないので、ネットワーク構築のある部分には既存のイーサネット規格を...
    • Oct 20, 2020

    高速データ・コンバータを使用した設計を迅速に成功させるポイント

    航空宇宙/防衛システム、試験/計測機器、車載LIDARアナログ・フロントエンド(AFE)など、最新の高速データ・コンバータを使用したハードウェアの設計では、高周波数の入力、出力、クロック・レート、デジタル・インターフェイスなどに関して困難な課題に直面します。主な問題としては、FPGA(フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ)との接続、最初の設計パスを確実に機能させること、構築前のシステムの最適なモデリング方法の決定、などがあります。 この記事では、それらの各課題について詳しく見ていきます。 迅速なシステム開発 新しいハードウェア設計を開始する前に、エンジニアは多くの場合、最も重要なチップを自身のテスト・ベンチで評価します。標準的な評価基板を動作させるのに必要な機器を用意したら、通常は非常に理想的な電源と信号源に使用して、コンポーネントの評価を行います。TIがほとんどの場合に行ってきたことは、最小限のテスト...
    • Sep 15, 2020

    PSpice for TIを使用して複雑なアナログ電源および信号チェーン回路をシミュレーションする方法

    多くのハードウェア技術者は、厳しいプロジェクト日程の中で結果を出すことを求められます。回路設計者やシステム設計者はすべてのツールを駆使して、正確で堅牢な設計を初回で正常に動くように作り上げなければいけません。このような要望や昨今の在宅勤務の増加もあり、リモートで使用できる回路シミュレーションおよび検証ツールの需要がこれまで以上に高まっています。 アナログ回路の設計とシミュレーション用のソフトウェア・ツールは、ほぼすべてのハードウェア技術者が日常的に利用しています。TIでは、Excelをベースにした単純な計算ツールから予想性能を視覚的に表現するものまで、ほぼすべてのTIデバイス・ファミリの設計を補助する多数の設計ツールを用意しています。 WEBENCH ® Power Designer は、無料のオンライン電力設計ツールです。このツールは基本的な入力・出力仕様を取り込んで、全回路図とBOM(部品表)をすばやく生成します...
    • Aug 28, 2020

    高速アンプを用いた設計によくある3つの疑問

    高速アンプを使って設計する際には、共通の仕様に精通し、考え方をある程度理解しておくことが重要です。この技術記事では、ゲイン帯域幅積(GBW)が50MHz以上を高速オペアンプとしますが、それ以下の速度のデバイスにもここで紹介する考え方が当てはまる場合もあります。高速アンプを用いる場合に設計者がよく抱く疑問をいくつか紹介していきます。 Q :一部の高速オペアンプの仕様に最小ゲインが規定されているのはなぜですか? A : 不完全補償型オペアンプには閉ループの最小ゲイン安定仕様がありますが、ユニティ・ゲイン安定アンプと比べて不完全補償型オペアンプは、消費電流が同じ場合にGBWが広くノイズが低くなります。 「不完全補償型」とは単純に、Aol(開ループ・ゲイン)の応答曲線上に0dBより上の2番目の極があることを意味します。この2番目の極によって、アンプの安定性を保証するのに必要な最小ゲインも定まります。図1のように、Aol曲線が...
    • Aug 27, 2020

    CANの設計課題への対処 第1部:CAN信号の終端処理を分かりやすく

    CAN(Controller Area Network)システムは、一般的なインターフェイスのように見えますが、CANシステムを設計および実装したりする際には、疑問や問題がたくさん湧き出てくるでしょう。すでに多くのエンジニアがこのような課題に取り組んできました。この「よく聞かれる質問」記事シリーズの第1部では、CANシステムの信号終端処理を取り上げます。 CANバス信号でネットワーク内のすべてのCANノードに信号を伝える際には、適切に終端が施されているかどうかが非常に重要となります。正しく終端されていないと、CANバスのように物理的に長い導体では信号反射が起こり得るため、バスの各所間の通信が制限される可能性があります。 CANが含まれるほとんどのアプリケーションは車内ネットワークに関係していますが、下記の質問と回答は産業用アプリケーションにも当てはまります。 質問 ①: 1 つのバスには CAN ノードをいくつまで接続できますか...
    • Jul 28, 2020

    ウェア���ブル体温センサによる個人に合わせた体温測定

    4つのバイタルサイン(生命兆候:呼吸、体温、血圧、脈拍)のうち、個人個人や測定のタイミングによるばらつきが最も少ないのが体温です。私たちは皆、平熱は37℃(98.6°F)だと教えられてきました。これが平均値であることは多くの人が理解していますが、集団に対する平均だと思っているでしょう。これが時間平均でもあると言うと、ほとんどの人が驚きます。私たちの体温は、身体活動、サーカディアン・リズム、ホルモン変動、体重、年齢によっても、常に変動しているのです。最近の出来事により、ウェアラブル体温センサへの関心が急速に高まっています。ユーザーが病気または感染症にかかったかもしれないことを直ちに知らせてくれるこの体温計のおかげで、感染症がそれ以上広まらないように自主隔離する余裕ができるからです。ウェアラブル体温センサによって初めて、ユーザーの体温サイクルに関する重要な知見も得られるようになったので、個人個人の正常状態に合わせてカスタマイズするようなアルゴリズムが可能になり...
    • Jul 17, 2020

    高電圧システム用電流センシング技術を正しく選択する方法

    EVの自動運転や電気飛行機が話題を集め、無人生産ラインの導入が進むなど、動力の電動化やオートメーション技術の進歩はめざましく、現在、私たちは、オートメーションとスマート・モニタリングを中心とする第四次産業革命( Industry 4.0 )の真っ只中にいます。電動化の動きが加速するなか、高効率かつ高性能を実現する高電圧システムの重要性は高まる一方です。この記事では高電圧用途を対象として電流センシング技術を正しく選択する方法について説明します。 高電圧ドメインに組み込まれるシステムでは、交流か直流かを問わず、高圧電源と負荷から人や回路を守るために信号と電源との十分な絶縁が必要です。また、システムに搭載される機能がますます増えるなか、性能を向上させつつ小型化を追求する取り組みも求められています。このようなニーズは、高密度フォーム・ファクタを採用する際のさまざまな問題を生じさせる一方で、低コストかつシンプルな設計で高性能を維持しています...
    • Jun 22, 2020

    電力線通信用にOOK変調を備えたRS-485トランシーバでバス設計を簡素化しコストを削減する方法

    現代はエアコンのおかげで、夏真っ盛りの時期でもとても爽やかに過ごせます。ただリモコンのボタンを押すだけで、部屋がたちまち快適な温度になります。その間ずっと、リモコンから遠く離れた場所で、室外機が激しく稼働し続けています。このような高温の中で、信頼性の高い長距離接続が行われるのは、魔法のように見えるかもしれません。これは、比較的ありふれた通信規格の1つであるRS-485のおかげです。 4線式ワイヤから2線式ワイヤへ 電力線通信用のOOK変調を備えた 『T...
    • 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)���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��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...