• 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、リファレンス・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���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...
    • Nov 14, 2019

    製品ファミリベースで考えるオペアンプの選択方法

    現在、オペアンプには多すぎるほどの選択肢があり、設計エンジニアにとっては選択が難しくなっています。それに加えて、最近の製品サイクルはスケジュールが厳しいので、時間を掛けずに決める必要もあります。ただし、その選択を誤ると、時間もお金も無駄になります。 TIの汎用オペアンプ製品ラインアップは、新型の 『TLV9001』 、 『TLV9052』 、 『TLV9064』 を含め、48種類のオペアンプがあり、業界最小のシングルチャネルおよびクワッド・チャネル・パッケージなど、16種類のパッケージで供給されています。この技術記事では、プリント基板(PCB)の面積削減に役立ち、シグナル・チェーンのゲインを高める汎用性の高い帯域幅オプションを備えたこの新型オペアンプ・ファミリで、さまざまなプロジェクトのニーズにどう応えるかを説明します。 豊富なTIのオペアンプ製品ラインアップからシステム要件にぴったりのチャネル数、速度、サイズを選ぶことができます...
    • Oct 23, 2019

    ハイブリッド電気自動車向け48Vシステムの絶縁型CAN電力インターフェイスを簡素化する

    今日における自動車の設計は綱渡り的な作業です。 現在の自動車では、ますます厳しくなる排出規格への対応と、増��続けるオンボード・システムや機器への電力供給のために、高電力と同様に高い効率性も求められます。効率と電力をうまく融合させるため、エンジニアは、ハイブリッド電気自動車(HEV)のような、従来のガソリン・エンジンと48V電力動作を結合したシステムをこれまで以上に頼りにするようになっています。この手法により、厳しい二酸化炭素(CO2)排出要件を満たしながら、性能や運転の質を向上させることもで...
    • Oct 11, 2019

    信号の分解:高精度デルタ-シグマADCの有効ノイズ帯域幅(ENBW)の理解(第5部)

    「信号の分解」シリーズの第 4 部 では、 ENBW とは何か、なぜ必要なのか、 ENBW の要因は何かといった、有効ノイズ帯域幅( ENBW )についての基礎的なトピックを扱いました。 第 5 部でも引き続き 2 段フィルタを使用したシンプルな例を説明しながら、以下の項目が理解できるように、デルタ - シグマ A/D コンバータ( ADC )やシステム・レベルの設計と絡めて ENBW を考察していきます。 ENBW の算出方法 システム変更が ENBW に与える影響 ENBW の算出方法 ここでは、アンチ・エイリアス・フィルタとその後に SINC フィルタ内蔵の デルタ - シグマ ADC が配置された、シンプルな 2 段構成のデータ収集システムを例として使用します(図 1 参照)。前にも述べたとおり、この種のフィルタは全体的な ENBW に大きな影響を与えるため、この 2 種類を重点的に見ていきますが...
    • Oct 10, 2019

    車載インフォテインメント・システムにクラスDオーディオ・アンプを使用する理由

    ミドルクラス車やエントリーモデル車を買い求める消費者が増えている中で、現在の車の内部でナビゲーション、音楽やラジオ、ストリーミング・サービスを制御する新しいインフォテインメント・システム(図1)は、大型液晶ディスプレイ(LCD)タッチスクリーンの搭載や Bluetooth ® や Wi-Fi ® への対応が期待されています。本記事では、新しいタイプの車載インフォテインメント・システムのオーディオ・アンプで考慮すべき主な設計課題について述べます。 昨今の車に組み込まれている最新技術はどれも優れたものですが、次に挙げるような技術のいくつかは、エントリーモデル車や大衆車にも取り入れられるようになっています。 緊急ブレーキ・システム搭載の前方衝突警告機能: 前方の車が急停止した場合に、自動的に車のブレーキをかけて衝突を防止 高度なパーキング・ガイド・システム: 自動的にバック操作をして、縦列駐車エリアにうまく入庫...
    • Sep 19, 2019

    集中型インフォテインメント・システムでデジタル・コックピットを実現

    自動車の技術は、絶え間ない顧客ニーズの高まりに対応することで形成されてきました。自動車メーカーは、長年にわたり、新しい設計方法を導入し、搭載する機能を次々と追加していくことで、顧客ニーズに応えようとしてきました。今日の自動車メーカーは、消費者の要求を満たすために、 インフォテインメントとクラスタ の先進的な表示機能に多大な投資を行っています。ここでは、デジタル・コックピットが実現するインフォテインメントについて解説します。 表示対象の増加に対応する一方で、ドライバーの安全を守る必要があるため、自動...
    • Aug 29, 2019

    高インピーダンス・プログラマブル・ロジック・コントローラ(PLC)システムに低リーク電流のマルチプレクサを選択する理由

    高インピーダンス入力を受け取るマルチチャネル・アナログ入力モジュールの設計には独自の問題があります。この課題に対して、アナログ入力モジュールの設計をシンプルにするTIの超低リーク電流アナログ・マルチプレクサ『MUX36S08』と『MUX36D04』を用いたソリューションを説明します。 プログラマブル・ロジック・コントローラ(PLC)のメーカーで働く若手技術者が、24ビットのマルチチャネル・アナログ入力モジュールを設計していました。このモジュールの入力では、高インピーダンスのセンサから信号を受け取...
    • Aug 21, 2019

    ロボット掃除機の進化を支えるモータ・ドライバ

    2002年に最初のロボット掃除機が発売されて以来、その性能はめざましく向上し、使用可能な場所や用途などの選択肢は著しく広がっています。主なロボット掃除機の多くは世代交代を重ね、すでに第6世代となっています。ここでは、ロボット掃除機の主な機能と現在のトレンドを紹介するとともに、ロボット掃除機の要件にモータ・ドライバがどのように対応しているかについて解説します。 ロボット掃除機を語る上で欠かせないデバイスがモータ・ドライバです。モータを駆動(ドライブ)して正しく掃除が行われるようにする部品ですが、...
    • Jul 2, 2019

    信号の分解:高精度デルタ-シグマADCの 有効ノイズ帯域幅(ENBW)の理解(第4部)

    アナログ/デジタル・コンバータ(ADC)のノイズ を把握するのは、経験豊富なアナログ設計者であっても難しいものです。デルタ-シグマADCには、ADCの分解能、リファレンス電圧、出力電圧によりさまざまに異なる量子化ノイズと熱ノイズが複合して存在します。システムのレベルではさらにシグナル・チェーン部品が加わりますが、その多くは異種のノイズ特性を持ち比較が難しくなるため、ノイズ解析はより複雑になります。 しかし、システムのノイズを予測しようとするなら、各部品のノイズがどれくらい影響するか、ある1つの部品のノイズが他の部品にどのように影響するか、支配的なノイズ源はどれか、などを理解しなければなりません。難しいことのように思えるでしょうが、シグナル・チェーンの有効ノイズ帯域幅(ENBW)を用いれば、この作業が簡単になります。 そのためにも、 デルタ-シグマADC のノイズに関する本シリーズの第4部では、次のようなENBWについての基本的なトピックを主に扱います...
    • Jun 21, 2019

    CAN/LINシステム・ベーシス・チップ (SBC) 初心者向けガイド

    システム・ベーシス・チップ(SBC)とは SBCは、 コントローラ・エリア・ネットワーク(CAN)トランシーバ、またはローカル相互接続ネットワーク(LIN)トランシーバ と内部/外部の「電源部品」が統合されたシンプルな集積回路です。電源部品としては、低ドロップアウト・リニア・レギュレータ(LDO)かDC/DCコンバータのいずれか、または両方が統合されます。 設計者が出力電力を増やす必要がある場合や、レイアウト上、トランシーバとディスクリートのLDO(またはDC/DCコンバータ)の両方を使用するディス...
    • Jun 17, 2019

    絶縁デジタル入力とデジタル・アイソレータの違い

    絶縁 デジタル入力(関連製品: 『ISO1211』 、 『ISO1212』 )は、その名前から デジタル・アイソレータ (関連製品: 『ISO7741』 )と同じような機能に思えるかもしれませんが、実際には注目すべき違いがあります。内部構造や用途など、2つの絶縁機能の違いを簡単に見分けられるようになりましょう。 内部構造 デジタル・アイソレータは、ガルバニック絶縁のデジタル信号パスを提供するという基本的な、または強化された機能を果たしています。TI製品の絶縁構造は、絶縁バリアによる容量性絶縁であり、TIの相補型金...
    • Jun 4, 2019

    信号の分解:デルタ-シグマADC内のノイズの概要( 第3部)

    本シリーズの 第1部 と 第2部 では、アナログ/デジタル・コンバータ(ADC)のノイズ特性を、その特徴や原因から測定方法や規定方法まで、詳しく説明しました。本シリーズの第3部では、第1部と第2部で得られた理論的な理解を現実の設計例に当てはめていきます。最終的に、「自分の設計に本当に必要なノイズ特性は何か?」という問いの答えに必要な知識を読者につけてもらい、次のアプリケーションでは自信を持ってADCを選択できるようになることが目標です。 システム仕様 まず初めの例では、アプリケーションのシステム仕様を定義し、この仕様を目標となるノイズ特性パラメータに変換し、この情報を使って候補となるADCを比較しま���。図1に示すような4線式抵抗性ブリッジを使用する重量計アプリケーションを一例として分析しましょう。 図 1 :標準的な 4 線式抵抗性ブリッジ システム仕様について、感度が2mV/Vで励起電圧が2.5Vのブリッジを想定し...