| Maxim Integratedは、お客様が最終製品にそのまま利用できるレベルのリファレンスデザインの開発に注力していると言う。近年リファレンスデザインという言葉をよく聞くが、設計の参照例であることを除いて、そのレベルや意図はまちまちのようである。 |
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| Maximは従来からリファレンスデザインを提供していたが、2012年にリファレンスデザイン専門の部署を立ち上げ、あらためてリファレンスデザインを「最終製品にそのまま利用できるソリューション」と位置づけ、回路図はもちろん、基板レイアウト、ソフトウェア、試験データ、評価ボードなど設計に必要な情報を一つのパッケージとして用意し、評価ボード以外はすべて無償で提供している。 |
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| 本稿では、リファレンスデザインの意義、そしてリファレンスデザインが設計者にもたらすものについて、実際のリファレンスデザインを例に検証する。 |
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| （取材：高橋 和渡/f プロジェクト・コンサルティング） |
| リファレンスデザインの必要性 近年、ICメーカーはリファレンスデザインを積極的に提供し始めている。これは、市場の大きな変化に対応するための、設計者とICメーカーの関係、つまり要求と役割の変化の現れだと考えられる。 市場は、常に刷新を求めており、特に近年の省電力化と小型化に対する世界的な動向は、設計者にとって大きな課題となっている。さらに新興国市場の急成長により、Time-to-marketの短縮とコスト削減が強く求められている。 現代の設計者は、省電力化、小型化、時間短縮、コスト削減という制約を抱えながら、刷新を実現しなければならない状況にあり、従来からのやり方では対応が厳しいことが明らかである。例えば新規設計において、ICやその他の部品の新しい機能や動向を調査検討し、評価を行い部品選定をするといった、非常に重要な工程にさえも時間を割くことが難しくなってきている。 |
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| Maximのリファレンスデザインは、お客様がそのまま最終設計に利用できることを前提としている。ところが、これは並大抵のことではない。これを実現できるのは、システムや機器の専門知識、お客様のニーズ、そしてICの機能と利点を熟知した、非常に経験豊かなエンジニアだけである。Maximは高性能なアナログICをベースに発展してきたメーカーゆえ、「システム設計を知っているエンジニア」が揃っているので、リファレンスデザインの専門部署を用意できるのである。 | |
| この専門部署によるリファレンスデザインは、過去からのものを除きすでに15種ほどが提供されている。主に産業機器用のサブシステムデザインで、基本的にその回路図、部品表、基板レイアウト、Gerberファイル、CADデータ、フォームウェア、試験データが無償提供されており、評価ボードは販売されている。また、デザインの呼称には、Maxim本社が米国カリフォルニア州サンノゼにあることからか、米国西海岸の地名が主に使われている。以下に、専門部署が開発したファレンスデザインを表にまとめた。 |
| パワー | プログラマブルロジックコントローラ プログラマブルオートメーションコントローラ |
センサー | |||
| AC測定 | アナログ入力 | アナログ出力 | デジタル入力 | 電源 | 4-20mA アナログ |
| ★Sonoma ・高精度、絶縁 |
★Fresno ・0～10V ★Campbell ・4-20mA ★Santa Fe ・マルチ入力 ★Fremont ・0～100mV |
★Carmel ・高精度1ch |
★Corona ・8ch |
★Lakewood ・3.3V～±12V ★Oceanside ・3.3V～±15V ★Riverside ・3.3V～+12V |
★Monterey ・PT1000, 4-20mA ★Santa Cruz ・IO-Link ALS ★Novato ・4-20mA, HART対応 |
| セキュリティ | |||||
| ★Alcatraz ・1-Wire認証 |
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| 一例として、Coronaと命名された絶縁型デジタル8入力のレベル変換およびシリアライズ機能のサブシステムデザインの内容を示す。 Coronaは、プログラマブルロジックコントローラ(PLC)のデジタル入力モジュールのフロントエンドインタフェース回路である。プロセスコントロールや自動化アプリケーションで使用されるセンサーやスイッチの24Vのデジタル出力をシリアル変換し、その信号を絶縁してSPIでFPGA開発ボードやMCUと通信を行う。また、絶縁電源も備えており、Pmodにも対応する。Coronaの回路は3種類のICで構成され、各ICが担う機能は以下の通り。 MAX31911：8chデジタル入力、レベル変換器/シリアライザは、36Vの入力を備え、24V系デジタル出力を8:1にシリアル化し、さらに送信先のロジックレベルに変換を行う。 MAX13256：Hブリッジトランスドライバは、トランスと整流器を利用して7～36Vの絶縁出力電源を構築する。 MAX14850：6chデジタルアイソレータは、MAX31911のシリアルデータラインに600VRMSの絶縁を与える。 このリファレンスデザインに対して、ウェブサイトで回路図、部品表、基板レイアウトなどの情報ファイル一式がダウンロード可能で、評価ボードはMAXREFDES12#という型番で販売されている。紙面の都合ですべては説明できないので、リンクを利用して実物を確認いただきたい。 ここで確認しておきたいのは、絶縁電源を備えたPLCのデジタル入力モジュールのフロントエンドインタフェース回路が、わずか3個のICで成立している点である。さらに回路図を見てもらうとわかるのだが、各ICが必要とする外付け部品は、数個のコンデンサ、抵抗、ダイオードだけで、絶縁電源にはトランスと整流器が必要だが、それでも非常に部品点数が少ない。 これは、ICのラインアップと機能を熟知しているICメーカーのエンジニアが、必要な回路機能を実現するために、最も適したICを選択し、最も部品数が少なくなるように構成した結果である。例えば、シリアル変換されたデータの絶縁方法だが、もしこのデジタルアイソレータICを知らなければ、一般的にはフォトカプラを使うだろう。しかし、フォトカプラには消費電力やエージングによる劣化といった課題があり、このデジタルアイソレータICの選択は、部品点数が少なくなるだけではなく、このような潜在的な問題も解決している。 |
 Corona リファレンスデザイン （クリックで拡大）  評価用ボードMAXREFDES12#（クリックで拡大）  Corona リファレンスデザイン回路図 部品点数が少なく洗練された回路であることがわかる。 （クリックで拡大） |
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