Shenzhen MATCHINGIC Technology Co Ltd: デジタル アイソレータのプロフェッショナル サプライヤー
深センMATCHINGIC Technology Co., Ltdは2010年に設立され、人材は会社の財産であるという概念を常に堅持し、長年にわたる市場の研ぎ澄ましの中で、進取的で革新的なスタッフのグループを形成し、国内および国内の市場シェアを拡大しました。海外では、同社は引き続き社内ビジネスプロセスを最適化し、海外販売および調達業務を改善し、オリジナル商品のみを遵守し、顧客サービスのレベルを深め、徐々に独自の業界優位性を確立しました。
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デジタルアイソレータは、2 つの回路間のデジタル通信を可能にしながら、2 つの回路間を電気的に絶縁する電子部品です。 アナログ信号の代わりにデジタル信号を使用して絶縁された回路間でデータを転送するため、物理的な接続が不要になります。 デジタル アイソレータは、電気ノイズ、グランド ループ、電圧サージに対する保護を提供します。 これらは、産業用制御システム、医療機器、パワーエレクトロニクスなど、高電圧絶縁を必要とするアプリケーションで一般的に使用されています。
デジタルアイソレータの利点
1. 信号絶縁:デジタル アイソレータは高レベルの信号絶縁を提供し、光アイソレータや変圧器の必要性を排除します。 これは、回路の複雑さとコストを軽減するのに役立ちます。
2. ノイズ耐性:デジタル アイソレータは、電磁干渉 (EMI) および無線周波数干渉 (RFI) の影響を受けません。 そのため、ノイズの拾いが重要な高周波アプリケーションに最適です。
3. 信号調整:デジタル アイソレータは信号を調整し、信号の歪みと信号の減衰を自動的に補正します。 これは、信号の完全性を向上させ、エラーを減らすのに役立ちます。
4.電力効率:デジタル アイソレータは動作にほとんど電力を必要としないため、低電力アプリケーションに最適です。
5. 高速動作:デジタル アイソレータは高速で動作できるため、高速シリアル ポート通信、デジタル オーディオ、および高速データ伝送を必要とするその他のアプリケーションに最適です。
6. 小型サイズとフォームファクタ:デジタル アイソレータはコンパクトなサイズで入手できるため、スペースが限られたアプリケーションに最適です。 また、通常、光アイソレータやトランスよりもフォームファクタが小さいため、設計によっては利点となる場合があります。
7.低コスト:デジタルアイソレータは通常、光アイソレータやトランスよりも安価であるため、多くのアプリケーションにとってコスト効率の高い代替品となります。
デジタルアイソレータの用途
デジタルアイソレータは電子回路において絶縁が必要な機器に広く使われています。 まず、機器間の電圧差が大きい産業機械に使用されます。 大きな電圧を必要とする電源や大きなモーターと小さな電圧で動作する部品は近くに配置されており、電圧差が大きい場所では分離する必要があります。
これは、低電圧で動作する部品に高電圧がかかることによる損傷を防ぐためです。 次に、レントゲンやAEDなどの医療機器にも使われています。 これらの医療機器は手を使って使用することが多く、電流が外部に流れて感電するのを防ぐのが目的です。
自動車では、電気自動車やハイブリッド自動車などの高電圧電源を使用する車両において、ECUなどの車載機器を保護するためにデジタルアイソレータが使用されています。
デジタルアイソレータを使用する理由
デジタル アイソレータは、グランドに電位差が存在する場合に最も一般的に使用されます。 センサー入力は、最低 3 ボルトから 48 ボルト以上までのさまざまな電圧で動作でき、デジタル アイソレータはこのタイプのアプリケーションの提供に役立ちます。
たとえば、マイクロプロセッサが 3.3 ボルトで動作し、入力範囲が 24 ボルトから 48 ボルトの場合、これにより接地電圧に大きな電位差が生じ、存在するデバイスに有害な電圧レベルが生じ、センサー データが歪められ、エラー。 精度を確保するには、何らかの形式の分離が必要です。 センサー信号は通常、フィルター、保護回路、アンプによって調整され、ADC によってデジタル化されます。 これは、PLC プロセッサが機能するために必要なデータ信号です。
デジタルアイソレータは、グランドループによるエラーを排除するために使用されます。 また、デジタル アイソレータには、待ち時間または伝播遅延が低く、ノイズが低く、データ レートが高いことが望ましいです。 実際には、デジタルアイソレータが入力信号に見えないほど良いと言えます。
デジタルアイソレータの仕組み
デジタル アイソレータは、絶縁バリアを越えてデータを結合します。 これは、変調器を使用してバリアを越えて高周波搬送波を送信し、ハイまたはローのデジタル状態を表し、その他の状態を表す信号を使用しないことによって実現されます。 受信機は高度な信号調整を行った後に信号を復調し、バッファー段を介して絶縁された出力を生成します。
デジタル アイソレータは、シングルエンド CMOS または TTL ロジック スイッチング テクノロジを使用します。 電圧範囲は通常、VCC1 と VCC2 の両方の電源で 3 ボルトから 5.5 ボルトの範囲ですが、一部のデバイスはより大きな電源電圧範囲をサポートする場合があります。 デジタル アイソレータを設計するときは、シングルエンド設計構造のため、デジタル アイソレータは特定のインターフェイス規格に準拠しておらず、シングルエンド デジタル信号線の絶縁のみを目的としていることに留意することが重要です。
デジタルアイソレータを使用する場合は、レイアウトを慎重に検討する必要があります。 低 EMI PCB 設計を実現するには、少なくとも 4 つの層が必要です。
レイヤーの積み重ねは、上から下に次の順序で行う必要があります。
●高速信号層
● グランドプレーン
● 電源プレーン
●低周波信号層
最上層で高速配線を配線することで、ビアの使用や空気インダクタンスの導入が回避され、アイソレータとデータリンクの送信回路および受信回路の間のクリーンな相互接続が可能になります。
高速信号層の隣に固体グランドプレーンを配置すると、伝送光相互接続の制御されたインピーダンスが確立され、リターン電流の流れに優れた低インダクタンス経路が提供されます。 電源をグランドプレーンの隣に配置すると、追加の高周波バイパス容量が発生します。 これらの信号の長さには通常、ビアなどの不連続性を許容する余裕があるため、低速の制御信号を最下層で配線すると、柔軟性が高まります。
追加の電源電圧プレーンまたは信号層が必要な場合は、対称性を保つために 2 番目の電源またはグランド プレーン システムをスタックに追加します。 これにより、2 番目の部分が機械的に安定し、歪みが防止されます。 また、各電源システムの電源プレーンとグランドプレーンをより近くに配置できるため、高周波バイパス容量が大幅に増加します。
従来のフォトカプラと比較して、デジタル アイソレータは伝播遅延、データ レート、ノイズ低減に関して優れたパフォーマンスを発揮します。 ただし、デジタルアイソレータは高価です。 フォトカプラは、デジタル信号が低速で送信される場合の低コストの絶縁ソリューションとして一般的に使用されます。 デジタルアイソレータは各社から安価で提供されていますが、チャネル数の増加や機能の集積化を目的として従来の半導体プロセス技術で製造されているため、太陽光発電インバータには役に立ちません。 相補型金属酸化膜半導体 (CMOS) プロセス技術を使用するデジタル アイソレータは、代替絶縁技術のコストが高いため、設計者の間で人気が高まっています。 これにより、設計者は、フォトカプラよりも消費電力が少ない、低コスト、コンパクト、信頼性の高い、高性能の絶縁回路を設計できます。 デジタルアイソレータは種類や電流を流す能力に加えて、用途に応じて価格が分かれます。
産業用および車載用アプリケーションでデジタル アイソレータの人気が高まっているため、利用可能な多数のオプションの中からシステムに最適なデバイスを選択するのは困難な場合があります。 この課題に加えて、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とアプリケーションを念頭に置いて設計されているため、選択したデバイスがシステム要件を満たしていることを確認するために、無限の仕様と機能を分類する必要があります。
ステップ 1: 絶縁仕様の要件を理解する
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。 要件は無制限のリストのように感じることもありますが、まず、一般的な分離設計に関連する次の要件を考慮してください。
- 絶縁耐圧（VISO）。 基本絶縁と 3,000 VRMS 以下で設計には十分ですか、それとも 5,000 VRMS 以上が必要ですか? 多くの場合、規制要件によってこの仕様が規定されます。この仕様は、アイソレータが少なくとも 60 秒間故障することなく処理できる電圧を表します。
- 動作電圧 (VIOWM)。 製品の寿命にわたって絶縁バリアが耐える必要がある一定の電圧はどれくらいですか? パッケージのサイズ、汚染度、材料グループなどの要因がコンポーネントの動作電圧に影響を与える可能性があります。
うーん。 - サージ絶縁定格 (VIOSM). Does the design require reinforced isolation? If so, you will need an isolator that can withstand >10-kV サージ パルス。
- 沿面距離/すきま。 4-mm の沿面距離/空間距離は十分ですか? それともシステム標準では 8 mm 以上が必要ですか? この仕様は、アイソレータのパッケージとリードフレームによって決まります。
- コモンモード過渡耐性 (CMTI)。 システムは、データの完全性が重要であり、ビット エラーが危険な短絡イベントを引き起こす可能性がある、モーター ドライブや太陽光発電インバーターなどのノイズの多い環境に置かれますか? その場合、デジタル アイソレータには高い CMTI 定格が重要になります。
- 消費電力。 システム全体の消費電力はアプリケーションにとって重要な仕様ですか。 たとえば、システムは 4- ～ 20-mA ループ電源ですか、それともバッテリー電源ですか? その場合は、各デバイスのチャネルごとの消費電流仕様を考慮してください。
- データレート。 通信インターフェースにはどのようなデータ速度が必要ですか? ユニバーサル非同期受信機送信機速度が遅い、または 100-Mbps 以上の高速データ プロトコルを実行していますか? その場合は、各デバイスの最大データ レートを考慮してください。
ステップ 2: 適切なパッケージの選択
デジタル アイソレータの仕様要件を絞り込んだら、次のステップはさまざまなパッケージ オプションを検討することです。 パッケージのサイズと特性はデバイスの高電圧機能に直接影響するため、パッケージは絶縁に関して大きな違いを生みます。 上記のリストと同じ要件の一部 (沿面距離、クリアランス、VIOWM、VIOSM、VISO) もパッケージの選択に影響します。 より広い沿面距離と空間距離を備えたより大きなパッケージにより、より高い絶縁電圧仕様が可能になります。 より小型のパッケージ オプションでシステムの規制要件を満たすことができる場合、当然のことながら、より小型のパッケージは基板スペースとコストの両方を節約するのに役立ちます。 さらに、チャネル数が多いほどパッケージの種類が決まるため、通信インターフェイスに必要な分離チャネルの数を考慮する必要があります。
ステップ 3: チャネル数と構成の決定
仕様、要件、パッケージ化が完了したら、検討すべきオプションがさらにいくつかあります。 信号に必要な絶縁チャネルの数と、各信号がどの方向に流れるかを決定することは、チャネル数とチャネル構成を決定するのに役立ちます。 また、好みのデフォルト出力状態 (またはフェールセーフ状態) を考慮すると、デジタル アイソレータの入力チャンネルに電力が供給されていない場合、またはピンがフローティングのままになっている場合に、出力ピンの事前定義された状態 (ハイまたはロー) を決定するのに役立ちます。 オプションは、デフォルトの高出力とデフォルトの低出力の両方で使用できる場合があります
デジタルアイソレータの分類
光絶縁
光結合技術は、透明な絶縁絶縁層 (エアギャップなど) 上で光を伝送して絶縁を実現します。 光カプラは一般に、発光、信号増幅、受光の 3 つの部分で構成されます。 入力電気信号によって LED が駆動されて特定の波長の光が放射され、その光が光検出器によって受信されて光電流が生成されます。 さらに増幅されて出力されます。 これで電気・光・電気変換が完了し、入力、出力、絶縁の役割を果たします。 光結合技術の主な利点は、光には外部の電子や磁場に対する固有の耐性があり、光結合技術により一定の情報伝送が可能になることです。
静電容量による絶縁
容量結合技術は、絶縁層上で常に変化する電場を使用して情報を送信します。 各コンデンサのプレート間の材料は、絶縁層を形成する誘電体アイソレータです。 プレートのサイズ、プレート間の間隔、および誘電体材料のすべてが電気的性能を決定します。
容量性絶縁層を使用する利点は、サイズとエネルギー伝送の点で効率が高いこと、および磁界に対する耐性が高いことです。 容量結合技術の欠点は、差動信号やノイズがなく、トランスとは異なり信号が同じ伝送チャネルを共有することです。 これには、絶縁層の静電容量が信号の低インピーダンスとノイズの高インピーダンスを示すように、信号周波数が予想されるノイズの周波数よりもはるかに高い必要があります。
電磁絶縁
誘導結合技術は、2 つのコイル間の変化する磁界を使用して、絶縁層上で通信します。 最も一般的な例は変圧器で、その磁界は一次巻線と二次巻線のコイル構造 (巻数/単位長さ)、磁気コアの誘電率、および電流振幅によって決まります。
デジタルアイソレータ市場：セグメント概要
優れた精度により市場を支配する巨大磁気抵抗
優れた感度と精度の結果、GMR 絶縁技術に基づくデジタル アイソレータは、この分野で急速に成長しています。 GMR 絶縁テクノロジは、最大 150 MBPS の高速スイッチング速度に加えて、10 ～ 15 ナノ秒の低い伝播遅延も備えています。 磁気抵抗ベースのデジタル アイソレータは、その長い保存寿命とその材料によりますます人気が高まっています。
産業機械の需要増加により、産業カテゴリーが市場を独占
予測期間中、産業セグメントは最大の市場シェアを保持しており、予測期間中は引き続き市場を支配すると予想されます。 産業機械には、ユーザーと産業機器をグランドループや不一致、ノイズや電圧変動から保護するためにデジタルアイソレータを搭載する必要があります。 これらのアイソレーターを使用すると、産業機械とそのオペレーターの安全も確保されます。 産業分野のデジタルアイソレータ市場は、間接的な産業経費を削減し、営業収益性を向上させるために産業オートメーションのソリューションとシステムが導入されるにつれて成長しています。 デジタル アイソレーターは、電動ドライバーが電力を供給する際に、これらの電動ドライバーを電力ショックから保護します。
深センMATCHINGIC Technology Co., Ltdは2010年に設立され、人材は会社の財産であるという概念を常に堅持し、長年にわたる市場の研ぎ澄ましの中で、進取的で革新的なスタッフのグループを形成し、国内および国内の市場シェアを拡大しました。海外では、同社は引き続き社内ビジネスプロセスを最適化し、海外販売および調達業務を改善し、オリジナル商品のみを遵守し、顧客サービスのレベルを深め、徐々に独自の業界優位性を確立しました。
よくある質問
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