| Maxim Integrated（以下、Maxim）は、産業分野に向けた多種多様なICの開発に加えて、Industry 4.0に対応する高性能なリファレンスデザインを提供している。先般公開された、MaximのリファレンスデザインによるMicro PLC I/Oモジュールで構成された手のひらサイズのPLCコントローラは、非常にセンセーショナルで記憶に新しい。 |  Micro PLC リファレンスデザインMAXREFDES67# 汎用入力24ビットAFE |
| Maximでは、継続的にリファレンスデザインの開発と拡充を進めており、今回、産業計測向けIndustry 4.0対応の24ビットアナログフロントエンド（AFE）のリファレンスデザイン、MAXREFDES67#をリリースした。MAXREFDES67#は電圧、電流、測温抵抗体、熱電対の4種類の信号を受ける汎用入力と、絶縁型のデータI/Oと電源を備えた、Micro PLC適合のAFEである。 | |
| 高分解能AFEの構築には、高性能デバイスが必要になるのはもちろん、精度を確保するための設計ノウハウが鍵になる。MAXREFDES67#は、こうした設計の課題に対してそのまま利用できるリファレンスデザインであり、また、数々の高性能デバイスを使いこなすヒントも提供するものである。 | |
| （取材：高橋 和渡/f プロジェクト・コンサルティング） | |
| MAXREFDES67#は、産業制御システムに必須の機能の一つであるAFE（アナログフロントエンド）である。概要は、温度センサーおよび電圧/電流入力をデジタル変換しMCUにデータを伝送する機能をもち、それに必要なI/Oと電源を備えている。基本構成は、アナログスイッチとオペアンプによる入力段、24ビット6chデルタシグマADコンバータ、データアイソレータ、主電源として24V入力絶縁型フライバックコンバータ、また内部デバイス用としてスイッチングとLDO電源となっている。また、主な特長は、高精度、使いやすさ、柔軟性である。 | |
| 以下に、MAXREFDES67#の機能ブロックと仕様をまとめる。特に、A/Dコンバータ前段のAFE部分に関しては詳細を示す。なお、Maximのウェブサイトから、このリファレンスデザインに関する詳細、回路および基板パターン図面などの情報が提供されているので、さらなる詳細については、下記の「関連情報」にあるリンク先を参照いただきたい。 | |
 MAXREFDES67#機能ブロック図－全体 （クリックで拡大） |
 MAXREFDES67#機能ブロック図－入力段詳細 （クリックで拡大） |
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 MAXREFDES67#入力構成（クリックで拡大） |
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| すでにMaximのリファレンスデザインは多くの実績をもち、その利用価値は広く知られている。今回リリースされたMAXREFDES67#の大きなメリットは、優れた高分解能高精度AFEの確実なデザインのすべてが得られることである。一般に20ビットを超えるような高分解能のAFEの設計には、ノイズを抑え高分解能を維持するためのノウハウが非常に重要になる。また、産業計測においては、標準的に比較的大きな正負の電圧と電流を受けられるのと同時に、センサーからの微小信号も精度よく処理できるAFE用のデバイスと設計が必要になる。これらが包括的に提供されるMaximのリファレンスデザインは、高い利用価値があるといえる。 |
| ◆ MAX11254：24ビット、6ch、64ksps、PGA搭載デルタシグマADコンバータ | |
| 高精度DC計測に適した仕様で、PGAを内蔵しており使いやすい。PGAは6.2nV/√Hzと非常に低ノイズで、ADCの性能をスポイルしない。3V系単電源動作だが、両電源でも使用できるのも特長となる。 ・SNR：133dB @50sps、124dB @1000sps ・低消費電流：動作時2.2mA、スリープ時1µA ・低ノイズPGA搭載：ゲイン1、2、4、8、16、32、64、128 ・6ch 差動入力 ・動作温度範囲：-40℃～+125℃ ・5mm x 5mm TQFNパッケージ |
 MAX11254：24ビットADコンバータ（クリックで拡大） |
| ◆ MAX14759 / MAX14763：±25V低オン抵抗アナログスイッチ |
| +3V～+5.5Vの単電源動作だが、信号入力は±25Vまで可能。MAXREFDES67#のBeyond-the-Rails機能を実現しているデバイスの一つ。高電圧の両電源が不要になり、省スペース、コスト削減が可能になる。 |
| ・MAX14759：SPST、オン抵抗1Ω（max）、オンリーク±200nA（max） ・MAX14763：SPDT、オン抵抗2Ω（max）、オンリーク±100nA（max） ・3mm x 3mm 8ピンTDFN |
| ◆ MAX44267：+15V単電源、出力範囲±10V、デュアルオペアンプ | |
| 高精度のデュアルオペアンプであるが、チャージポンプ機能を搭載することで、単電源でバイポーラ（±）出力を可能にしている。上記アナログスイッチと同様に、MAXREFDES67#のBeyond-the-Railsに寄与している。 ・単電源で真のゼロ出力が可能 ・入力VOS 50µV（max）、VOSドリフト0.4µV/℃（max） ・低入力ノイズ：9nV/√Hz （1kHz時） ・利得帯域幅積：5MHz |
 MAX44267：+15V単電源、±10V出力オペアンプ（クリックで拡大） |
| ◆ MAX14930 / MAX14932：4チャネル、3.75kVRMS絶縁、高速デジタルアイソレータ |
| ADコンバータのデジタル出力をMCUに送る際に、データ信号を絶縁するために使用。レベルシフト機能ももつため、電源電圧の違うデバイス間でのデータ伝送にも有用である。5kVRMSの絶縁耐圧をもつMAX14934～MAX14936もラインアップされており、産業分野において様々なデータ信号の絶縁に利用できる。 |
| ・最大耐圧：3.75kVRMS（60秒） ・連続耐圧：445VRMS ・IEC 61000-4-5適合サージ耐圧：±10kV ・電源電圧：1.71V～5.5V、ほとんどのMCUやFPGAと直接インタフェース可能 ・データレートオプション：1Mbps、25Mbps、150Mbps |
| Maximは、Industry 4.0、Micro PLCといった産業界の動向に対応するリファレンスデザインの開発を推進し、多くの評価ボードを提供している。また、構成部品表、回路図、基板レイアウト、サンプルプログラム、試験データを無償で提供しており、開発に必要なもののほぼ全てが入手可能である。 |
| あらためて述べるが、リファレンスデザインのメリットは、高い設計品質をもつことから設計や検証にかかる時間を大幅に削減できるのと同時に、その優れた機能や性能をそのまま製品に展開できる点である。特に、MAXREFDES67#のような高分解能のAFEの実現にはかなりのノウハウを必要とするので、このようなリファレンスデザインは非常に有用であるといえる。 |
| 同様に、リファレンスデザインをそのまま利用しないにしても、使用されているICや部分的な回路構成を参考にして、設計のためのヒントにするという利用の仕方もある。 |
| 今後ともMaximは、産業分野に向けたICやリファレンスデザインの開発を促進し、積極的にお客様からのアイデアやサポート実績を取り込んだデザインを展開していく方針である。 |
