タイミングとノイズ性能が向上したアイソレーター ―　アナログ・デバイセズの ADuM360N ファミリー - 半導体事業

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製品ピックアップアナログ電子部品 Analog Devices

アナログ・デバイセズは2001年から iCoupler® （磁気絶縁）および静電容量方式でデジタル絶縁を牽引し、累計50億超の絶縁チャンネルを出荷する世界的リーダーです。

アナログ・デバイセズの革新的なポートフォリオは、RS485、USB、CAN からギガビット低電圧差動伝送、絶縁型ゲートドライバーに至るまで、データ、高出力の絶縁 DC/DC コンバーター、通信プロトコル向けにデジタル絶縁技術を提供します。

この記事では、これまでシステムの信頼性向上を支えてきたアナログ・デバイセズのアイソレーター製品の中から、タイミング性能とノイズ耐性がさらに向上した最新の ADuM360N ファミリーをご紹介します。　

高速・低遅延のデジタル絶縁性能を持つ高ノイズ耐性製品　ADuM360N ファミリー

ADuM360N ファミリーは、高耐圧 × 高速 × 低消費電力 × 高信頼性を兼ね備えたデジタルアイソレーターです。特に CMTIの高さ・低遅延・高データレート・堅牢な規格対応により、産業/車載用途の厳しい要求条件にも対応できます。

ADuM360N ファミリーの特長

ADuM360N ファミリー製品の特長（メリット）をまとめました。　過去製品に対して、タイミング性能とノイズ性能が大幅に向上しています。

項目	特長（メリット）
高いノイズ耐性	・同相過渡耐性 (CMTI) が 180KV/μs と非常に高い・放射・伝導ノイズに強い（CISPR32/EN55032 Class B に対応）
高速データ・レートと低遅延	・最大 150Mbps のデータ転送・6.2ns (Typ.)/10ns (Max.) と小さい伝番遅延
低消費電力（1Mbps動作時@5V）	・1.65mA/ch

表1：ADuM360Nの特長（メリット）

従来技術や製品から置き換えるメリット

従来のアイソレーション（絶縁）技術であるフォトカプラーを使った回路や、アナログ・デバイセズ社の第2世代のアイソレーター製品 ADuM414 ファミリーから、ADuM360N ファミリーに置き換えるメリットは何でしょうか？

従来のアイソレーション（絶縁）技術であるフォトカプラーを使った回路の通信では、ADuM360N のアイソレーター製品を使うような高速通信を必要としてないかもしれません。また、既に第2世代のアイソレーター製品 ADuM141 ファミリーを使っている場合は、既にアイソレーター技術で満足しているというご意見もありかと思います。

しかし、もう一度新しい製品に置き換えるメリットが無いか確認してみたいと思います。

（メリット1）フォトカプラーからアイソレーターからの置き換え

フォトカプラーから、ADuM360N ファミリーに置き換えるメリットは、信頼性や信号品質の向上以外に面積（サイズ）が大きく改善できる点です。

4チャンネル分の比較をした場合、メインのデバイスサイズのみを比較しても ADuM360N を使用したほうが 4分の1 のサイズに小さくすることが可能です。基板サイズ、実装コストや信頼性（Fitレート）なども含めて考えるとフォトカプラーから置き換えるメリットは大きく新しい技術を使用していくメリットが大きいと考えられます。

部品サイズ

30 mm²

ADuM144x

120 mm²

フォトカプラ×4個

図1：アイソレーターとフォトカプラーのソリューションサイズの比較

（メリット2）第2世代のアイソレーターからの置き換え

第2世代のアイソレーターからの置き換えについては、あまりメリットが無いと思われる方もいるかもしれません。　第3世代になったことで、高速信号化やノイズ耐性が上がったこと以外のメリットとしては、チャンネル数が6チャンネルと多くなったことです。

これにより、第2世代までは2つ使いでチャンネル数を多くしていたシステムにおいては、１つのICでチャンネル数が足りる場合も出てくると思います。また、複数IC使いの場合で更に使用するICの数を減らすことができる可能性があります。

項目	ADuM360N　(第3世代)	ADuM141E　(第2世代)
チャンネル数	6	4
パッケージ	16-lead QSOP	16-lead QSOP

※第3世代は6チャンネル製品以外に、4チャンネル品 (ADUM34Xシリーズ) や2チャンネル品 (ADUM32Xシリーズ) を用意しております。

（メリット3）CMTI 特性の改善

世代が新しくなると、アイソレーターの性能も向上します。特性比較ではよく CMTI の値が取り上げられます。CMTI とは、外部から妨害波（ノイズ）が加わった際に、出力が誤動作せず正常な状態を維持できる妨害波の強さを示す指標です。

図2は、非常に強い妨害波として 280 kV/μs の信号を入力したときの動作例を示しています。本来 High を維持すべき出力が、妨害波の影響で誤って Low を出力してしまっており、これが「CMTI が不足している状態」です。CMTI の数値は、このような誤動作（エラー）が発生しない最大の妨害波強度を表します。

したがって CMTI が高いアイソレーターほど、外来ノイズによる誤動作が発生しにくく、システム全体の信頼性向上に貢献します。そのため、信頼性を重視する設計では、できるだけ CMTI の大きい製品を選定することが望ましいと言えます。

下記表は、アナログ・デバイセズ社アイソレーターの各世代のノイズに対する特性比較です。　世代が進むと特性改善が得られていることが分かります。　お客様のシステムにおいて、規格や社内規定を通すので、既存のデバイスで問題ないと言う考え方もありますが、最新のデバイスを使用することで、システムの信頼性を向上させるために最新のデバイスに変更していくことも重要と考えられますのでご検討ください。　

項目	ADuM360N　　(第3世代)	ADuM141E　　(第2世代)	ADuM1401　　(第1世代)
CMTI　IEC60747-17	180KV/μs	75KV/μs	25KV/μs
サージ電圧IEC61000-4-5	16KV（ピーク）	10KV（ピーク）	8KV（ピーク）