モーション・コントロール

ADM3065E は 3.0 V ～ 5.5 V で動作する IEC 静電気放電（ESD）保護付き RS-485 トランシーバーです。デバイスのトランシーバー・バス・ピンにおいて、ラッチアップや損傷なしの接触放電耐性 ±12 kV があります。ADM3066E/ADM3062E は、V_IO ロジック電源ピンを備え、1.62 V での低電圧動作が可能な柔軟性に富んだデジタル・インターフェースを実現します。

ADM3065E と ADM3066E は、マルチポイント・バス伝送ラインでの 50 Mbps の高速双方向データ通信に適しています。ADM3061E/ADM3062E/ADM3065E/ADM3066E は、1 つのバスで最大 128 個のトランシーバーを接続できる ¼ ユニット負荷入力インピーダンスを備えています。ADM3061E/ADM3062E モデルの機能は、ADM3065E/ADM3066E モデルとまったく同じですが、長距離ケーブルでは、運用に適した 500 kbps の低速データ・レートで動作します。

ADM3061E/ADM3062E/ADM3062E/ADM3065E/ADM3066E は半二重 RS-485 トランシーバーであり、V_CC が4.5 V 以上でバス差動電圧を 2.1 V に引き上げることにより、Profibus^® 規格に完全に準拠します。

RS-485 トランシーバーは数多くの省スペース・パッケージで用意されています。このようなパッケージとして、10 ピン 3 mm × 3 mm LFCSP パッケージ、8 ピン 3 mm × 3 mm MSOP パッケージ、10 ピン 3 mm × 3 mm MSOP パッケージ、8 ピン・ナロー・ボディ SOIC パッケージなどがあります。−40°C ～ +125°Cおよび −40°C ～ +85°C の 2 つの動作温度範囲のモデルを用意しています。

バスの競合あるいは出力短絡によって起こる過度な電力消費はサーマル・シャットダウン回路によって防止されます。故障状態中に内部ドライバ回路で大幅な温度上昇が検出された場合は、このサーマル・シャットダウン回路によってドライバ出力が強制的に高インピーダンス状態になります。

ADM3061E/ADM3062E/ADM3065E/ADM3066E では、レシーバー入力が短絡またはオープン状態の場合、あるいはすべてのドライバがディスエーブル状態で終端された伝送ラインに接続されている場合、レシーバー出力がロジック・ハイになることが保証されています。

• 工業用フィールドバス
• プロセス制御
• ビル・オートメーション
• Profibus ネットワーク
• モーター・コントロール・サーボ・ドライブおよびエンコーダ

ADM3065E は 3.0 V ～ 5.5 V の IEC 静電気放電（ESD）保護 RS-485 トランシーバーです。デバイスはトランシーバー・バス・ピンで ±12 kV の接触放電に±ラッチアップなしまたは損傷なしで耐えることができます。ADM3066E/ADM3062E は、V_IO ロジック電源ピンを備え、1.62 V での低電圧動作が可能な柔軟性の高いデジタル・インターフェースを実現します。

ADM3065E と ADM3066E は、マルチポイント・バス伝送ラインでの 50 Mbps の高速双方向データ通信に適しています。ADM3061E/ADM3062E/ADM3065E/ADM3066E は、1 つのバスで最大 128 個のトランシーバーを接続できる ¼ ユニット負荷入力インピーダンスを備えています。ADM3061E/ADM3062E モデルの機能は、ADM3065E/ADM3066Eモデルとまったく同じですが、長距離ケーブルでは、運用に適した 500 kbps の低速データ・レートで動作します。

ADM3061E/ADM3062E/ADM3065E/ADM3066E は半二重 RS-485 トランシーバーであり、V_CC が 4.5 V 以上でバス差動電圧を 2.1 V に引き上げることにより、Profibus^® 規格に完全に準拠します。

RS-485 トランシーバーは数多くの省スペース・パッケージで用意されています。このようなパッケージとして、10 ピン 3 mm × 3 mm LFCSP パッケージ、8 ピン 3 mm × 3 mm MSOP パッケージ、10 ピン 3 mm × 3 mm MSOP パッケージ、8 ピン・ナロー・ボディ SOIC パッケージなどがあります。−40°C ～ +125°Cおよび −40°C ～ +85°C の 2 つの動作温度範囲のモデルを用意しています。

バスの競合あるいは出力短絡によって起こる過度な電力消費はサーマル・シャットダウン回路によって防止されます。故障状態中に内部ドライバ回路で大幅な温度上昇が検出された場合は、このサーマル・シャットダウン回路によってドライバ出力が強制的に高インピーダンス状態になります。

ADM3061E/ADM3062E/ADM3065E/ADM3066E では、レシーバー入力が短絡またはオープン状態の場合、あるいはすべてのドライバがディスエーブル状態で終端された伝送ラインに接続されている場合、レシーバー出力のロジックがハイになることが保証されています。

アプリケーション

• 産業用フィールドバス
• プロセス制御
• ビル・オートメーション
• Profibus ネットワーク
• モーター・コントロール・サーボ・ドライブおよびエンコーダ

ADuCM4050 マイクロコントローラ・ユニット（MCU）は、処理、制御、接続を統合したパワー・マネージメント機能を備えた超低消費電力マイクロコントローラ・システムです。MCU システムは、ARM^® Cortex^®-M4F プロセッサをベースにしています。また、MCU は一連のデジタル・ペリフェラルおよび組み込みスタティック・ランダム・アクセス・メモリ（SRAM）と組み込みフラッシュ・メモリに加え、クロック、リセット、パワー・マネージメント機能を持つアナログ・サブシステムや A/D コンバータ（ADC）サブシステムも備えています。

システムには、最大 52 MHz の ARM Cortex-M4F プロセッサ、誤り訂正符号（ECC）付き 512 kB 組み込みフラッシュ・メモリ、アクティブ時の消費電力を低減するオプションの 4 kB キャッシュ、パリティ付き 128 kB システム SRAM などの機能があります。ADuCM4050 は、パワー・マネージメント・ユニット（PMU）、多層の先進マイクロコントローラ・バス・アーキテクチャ（AMBA）バス・マトリックス、中央ダイレクト・メモリ・ア クセス（DMA）コントローラ、ビーパ・インターフェースを特長としています

また、ADuCM4050 は、高度暗号化規格（AES）- 128 と AES-256 をサポートする暗号ハードウェアを備えており、これはセキュア・ハッシュ・アルゴリズム（SHA）-256 および次のモードを使用します。電子コード・ブック（ECB）、暗号ブロック連鎖（CBC）、カウンタ（CTR）、暗号ブロック連鎖メッセージ認証コード（CCM/CCM*）の各モード。

さらに、キー・ラップ／アンラップで保護されたキーの保存や、キー・アンラップを備えたキー付きハッシュ・メッセージ認証コード（HMAC）の使用も可能です。

ADuCM4050 は、シリアル・ポート（SPORT）、シリアル・ペリフェラル・インターフェース（SPI）、I²C、ユニバーサル非同期レシーバー／トランスミッタ（UART）ペリフェラル・インターフェースをサポートしています。

ADuCM4050 は、リアルタイム・クロック（RTC）、汎用タイマーとウォッチドッグ・タイマー、プログラマブル汎用入出力（GPIO）ピンを備えています。プログラマブル・ジェネレータ多項式を使用したハードウェア巡回冗長検査（CRC）も備えています。さらに、パワーオン・リセット（POR）と電源モニタ（PSM）、12 ビット逐次比較レジスタ（SAR）ADC、赤／緑／青（RGB）LED を駆動する RGB タイマー、真性乱数ジェネレータ（TRNG）も載しています。

低ダイナミックおよび休止のパワー・マネージメントに対応するため、ADuCM4050 MCU はダイナミック／ソフトウェア制御のクロック・ゲートや電力ゲートなど、多数の電力モードと機能も備えています。

製品のハイライト

1. 低消費電力
2. 信頼性の高い動作
3. ディープ・スリープ・モードでの完全な電圧モニタリング
4. フラッシュで ECC をサポート
5. SRAM メモリでのパリティ誤差検出
6. 立上がりエッジのセキュリティ
7. 高速な暗号化で、アルゴリズムに読出し保護を提供
8. 書出し保護を使用して、不正なコードによるデバイスの再プログラミングを防止
9. 割込みによる 32 kHz 低周波数外部水晶発振器（LFXTAL）の故障検出
10. SensorStrobe^™ で正確に時間同期された外部センサーによるサンプリング。休止モードで機能するので、システム・ソリューションの電流を大幅に削減できます。たとえば、ADXL363 加速度センサーを使用すると、消費電流が 1/10 に削減されます。セットアップ後、ソフトウェアの介入は不要です。ソフトウェアの実行によるパルス・ドリフトはありません。

アプリケーション

• モノのインターネット（IoT）
• スマート農業、スマート・ビルディング、スマート・ メータリング、スマート・シティ、スマート・マシン、センサー・ネットワーク
• ウェラブル・デバイス
• フィットネスおよび医療
• 機械学習およびニューラル・ネットワーク

ADuM4120/ADuM4120-1 は、アナログ・デバイセズの iCoupler^® 技術を利用して高精度の絶縁を実現する、2 A の絶縁型 1 チャンネル・ドライバです。沿面距離を増やした 6 ピンのワイドボディ SOIC パッケージで 5 kV rms の絶縁を実現します。高速 CMOS 技術とモノリシック・トランス技術を組み合わせたこれらの絶縁部品は、パルス・トランスとゲート・ドライバの組み合わせなどに比べて優れた性能特性を示します。

ADuM4120/ADuM4120-1 は 2.5 V ～ 6.5 V の入力電源で動作し、低電圧のシステムとの互換性も備えています。高電圧レベル変換方式を採用するゲート・ドライバと比較して、ADuM4120/ADuM4120-1 には、入力と出力が真に電気的に絶縁されているという利点があります。

オプションで、入力グリッチ・フィルタを内蔵したモデルと、内蔵していないモデルがあります。グリッチ・フィルタは、入力ピンのノイズによって出力が引き起こされる可能性を低減します。

これにより、絶縁型ゲート・バイポーラ・トランジスタ（IGBT）／金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（MOSFET）構成のスイッチング特性を、幅広いスイッチング電圧範囲にわたり、高い信頼性で制御することができます。

アプリケーション

• スイッチング電源 
• IGBT/MOSFET ゲート・ドライバ
• 産業用インバータ 
• 窒化ガリウム（GaN）／炭化ケイ素（SiC）パワー・デバイス

The FlexMC Motor Control Development Platform^TM is a rapid development system for any motor control solution. The FlexMC Kit^TM enables you to accelerate time-to-market and increase performance with powerful model-based design tools. This solution combines hardware and software with out-of-the-box functionality for a permanent magnet synchronous motor (PMSM) with hall sensor, encoder, or sensorless feedback.

Solution Overview
The FlexMC Kit has the hardware and software required to spin the kit’s motor under open or closed loop speed control in conjunction with an ADSP-CM408 EZ Kit. The software is provided as an executable file which can be flashed to the ADSP-CM408 processor using the ADI serial boot-loader utility. A .NET-based graphical user interface (GUI) is provided to enable motor start-stop, speed control, and data visualization. Sample C-code is also provided for open loop Volts/Hertz control of a motor.

The FlexMC Kit hardware comes in two variants. The kit option includes a PMSM motor with encoder, a 24V motor drive board, and a power supply. The board-only option includes the motor drive board only. In this case users can connect their own motor and power source. In both cases, the power board connects directly to an Analog Devices ADSP-CM408 Mixed-Signal Control Processor EZ Kit (sold separately). Easy connection to motors and the CM408 EZ Kit make this system perfect for your prototyping needs.

Additional rapid prototyping MATLAB/Simulink tools and support can be obtained by purchasing this kit from Boston Engineering

• Low Voltage Motor Control Board, 12-36V, 10A
• 24V, 3-phase PMSM (not included in board-only option)
• Quadrature Incremental Encoder (not included in board-only option)
• SOLD SEPERATELY: ADI ADSP-CM408 EZ Kit

• Executable Demo Application
• Sample application C code

Note: To get started, download software and to get technical support on the FlexMC kit go to EngineerZone:
Sample C Code for EV-MCS-LVDRV-Z platform
Getting started with the EV-MCS-LVDRV-Z motor control platform

図1に示す回路は、絶縁型電源を備えた完全絶縁電流検出回路です。極めて堅牢なこの回路は、検出抵抗の近くに配置し、ノイズのピックアップを最小限に抑えて正確な測定を行うことができます。出力はシグマ・デルタ変調器からの16MHzシングル・ビット・ストリームで、これはDSPによりSINC3デジタル・フィルタを使って処理されます。

この回路はピークAC電流が数百ボルトで、電流が数mAから25Aまで変化する太陽光発電（PV）コンバータのAC電流のモニタリングに最適です。

図1. 絶縁電流検出回路（簡易回路図：全ての接続およびデカプリングは示されていません）

回路はデジタル的に絶縁された1 ビット・データ・ストリームを 出力する2 次Σ-Δ 変調器のAD7400Aを基本に構成されています。 絶縁された信号はデュアル、低ノイズ、レールto レール・オペア ンプのAD8646で構成された4 次アクティブ・フィルタでアナロ グ信号に再生されます。絶縁した１次側の電源としてADuM5000を使用する事により、両側は完全に絶縁され、システムとして一 つの電源のみが使用されます。回路のリニアリティは0.05%で、 AD7400A 変調器によって提供されるノイズ・シェーピングとアナ ログ・フィルタの効果を得ています。この回路のアプリケーショ ンとしてはモータ・コントローラ、シャント電流モニターがあり、 光アイソレータを使用した絶縁回路に対する優れた代替品になり ます。

この回路の絶縁は、線路サージに対する保護を実現することによってシステムの安全性とロバスト性を向上させ、バスとデジタル・ピンのグラウンド接続を遮断することによって、システム内にグラウンド・ループが生じる可能性をなくします。

TIA/EIA RS-485バス規格は、工業用および計測用アプリケーションで最も広範囲に採用されている物理層バス・デザインの1つです。RS-485は複数システム間での差動データ伝送を行い、非常に長い距離の伝送に多用されます。RS-485による通信は差動通信なので、RS-232規格よりもロバスト性が向上します。

TIA/EIA RS-232デバイスは、工業用機械、ネットワーク機器、科学計測装置に広く使われています。現代のパーソナル・コンピュータはネットワークに関する問題のデバッグに使われることも多く、ペリフェラル・インターフェースとしての役割は、そのほとんどがRS-232に代えてUSBが使われるようになっており、多くのコンピュータにはRS-232ポートがありません。図1に示す回路は、RS-232とRS-485両方のインターフェース用に、ロバスト性に優れたコンパクトなソリューションを提供します。

図1に示す回路は、LVDSインターフェースの絶縁例です。LVDSインターフェースの利点には、故障に対する保護機能（安全絶縁）とロバスト性の向上（機能的絶縁）が含まれます。

ADuM3442は、ADN4663LVDSドライバへのロジック入力と、ADN4664LVDSレシーバからのロジック出力のデジタル・アイソレーション機能を備えています。ADuM5000を使用した絶縁電源と組み合わせることで、産業用アプリケーションや計測アプリケーションのLVDSリンクの絶縁に関して、以下のような多くの課題を解決することができます。

• LVDSドライバ／レシーバ間のロジック信号を絶縁して、回路のバス側における標準LVDS通信を保証。
• 2つのワイドボディSOICデバイスADuM3442とADuM5000を追加した高集積絶縁により、標準LVDSデバイスのADN4663とADN4664を絶縁。
• 従来の絶縁（オプトカプラ）に比べて消費電力が低い。低消費電力動作はLVDSアプリケーションの特徴です。
• 複数チャンネルの絶縁。LVDSアプリケーションでは、最大限のスループットを得るために並列チャンネルが使われます。この回路はクワッド・チャンネルの絶縁例です（この場合は2つの送信チャンネルと2つの受信チャンネル）。
• 高速動作。絶縁は最大150Mbpsで動作するので、基本的なLVDSの速度要件を満たす助けとなります。

 
図1. 絶縁型LVDSインターフェース回路（簡略回路図）

図1: 高同相電圧の電流モニタ（接続とデカップリングの全ては示されていません）

AD629アンプは小さな差動入力電圧の高精度な測定とバッファ（G = 1）を行い、最大270Vという大きな同相電圧を除去します。

デュアル・アンプのAD8622を使ってAD629の出力を100倍に増幅します。AD8475減衰アンプは、AD7170シグマ・デルタADCのアナログ入力電圧範囲を満たすように、信号の減衰（G = 0.4）とシングルエンドから差動への変換、および信号のレベル・シフトを行います。

図1に示す回路は、機械的な基準点からの直線的な位置または直線的な変位を高精度に測定可能な、全機能内蔵型リニア可変差動トランス（LVDT）シグナル・コンディショニング回路です。アナログ領域の同期復調機能を使って位置情報を抽出し、外部ノイズに対する耐性を持たせます。24ビットのΣ-Δ A/Dコンバータ（ADC）で位置出力を高精度にデジタル化します。

LVDTでは、可動コアとコイル・アセンブリ間の電磁結合を利用しています。この非接触（つまり無摩擦）動作であることが、動作環境が過酷になる可能性があり長寿命と高信頼性を要する、航空宇宙、プロセス制御、ロボット装置、原子力、化学プラント、油圧、発電タービンなどのアプリケーションでLVDTが広く用いられている主な理由です。

LVDT励起信号を含む回路全体の消費電力はわずか10mWです。回路の励起周波数と出力データ・レートはSPIで設定できます。このシステムでは、設定可能な帯域幅がダイナミック・レンジとトレードオフの関係にあります。この回路は1kHz以上の帯域幅をサポートし、20Hzの帯域幅では100dBのダイナミック・レンジを有するため、高精度の工業用位置計測アプリケーションに最適です。

図1に示す回路は、無調整のリニア可変差動トランス（LVDT）シグナル・コンディショニング回路です。この回路は直線的な変位（位置）を高精度に測定することができます。

LVDTは、磁気コアが摩擦なしに動くことが可能であり、チューブ内部に接触することがないので、信頼性の高いセンサーです。このため、LVDTは、飛行制御帰還システム、サーボ機構の位置帰還、工作機械の自動計測など、長期的な信頼性が重要な多くの工業分野や科学分野の電気機械的なアプリケーションに適しています。

この回路は、サイン波発振器とパワー・アンプを内蔵してLVDTの1次側を駆動する励起信号を発生するAD698 LVDTシグナル・コンディショナを採用しています。また、AD698は2次側出力をDC電圧に変換します。AD8615レールtoレール・アンプはAD698の出力をバッファし、低消費電力の12ビット逐次比較A/Dコンバータ（ADC）を駆動します。このシステムは82dBのダイナミック・レンジと250Hzのシステム帯域幅を有しているので、高精度の工業用位置測定アプリケーションに最適です。

システムのシグナル・コンディショニング回路は消費電流が±15V電源から15mA、+5V電源から3mAとわずかです。

図1. ユニバーサルLVDTシグナル・コンディショニング回路（簡略回路図：全ての接続およびデカップリングは示されていません。）

LVDTは、磁気コアが摩擦なしに動くことが可能でチューブ内部に接触することがないので、信頼性の高いセンサーです。このため、LVDTは、飛行制御帰還システム、サーボ機構の位置帰還、工作機械の自動計測など、長期的な信頼性が重要な多くの工業分野や科学分野の電気機械的なアプリケーションに適しています。

この回路は、サイン波発振器とパワー・アンプを内蔵してLVDTの1次側を駆動する励起信号を発生するLVDTシグナル・コンディショナAD598を採用しています。また、AD598は2次側出力をDC電圧に変換します。レールtoレール・アンプAD8615はAD598の出力をバッファし、低消費電力の12ビット逐次比較A/Dコンバータ（ADC）を駆動します。このシステムは82dBのダイナミック・レンジと250Hzのシステム帯域幅を有しているので、高精度の工業用位置測定アプリケーションに最適です。

システムのシグナル・コンディショニング回路は消費電流が±15V電源から15mA、+5V電源から3mAとわずかなので、リモート・アプリケーションに最適です。この回路は最大300フィート離れた所からリモートLVDTを動作させることが可能で、出力は最大1000フィートを駆動できます。

この回路ノートでは、ノイズ解析や部品選択に関する検討を含め、選択された帯域幅に対して図1の回路を最適化するのに用いるLVDTの基本動作原理およびデザイン・ステップを解説します。

図1に示す回路は、全機能内蔵型の高性能レゾルバ/デジタル変換（RDC）回路であり、広い温度範囲において高い信頼性が要求される車載機器、航空電子機器、要求の厳しい工業用アプリケーションなどで角度の位置と速度を高精度に測定します。

この回路は、高性能と低消費電力の2つの動作モードを備えた先進のレゾルバ・ローター・ドライバ回路を搭載しています。高性能モードでは、システムは12V単電源で動作し、レゾルバに6.4Vrms（18Vp-p）を供給することができます。低消費電力モードでは、システムは6V単電源で動作し、レゾルバに100mA未満の消費電流で3.2Vrms（9.2Vp-p）を供給することができます。ドライバとレシーバの両方にアクティブ・フィルタを備えており、量子化ノイズの影響を最小限に抑えます。

RDCの最大トラッキング・レートは、10ビット・モード（分解能 = 21分角）で3125rps、16ビット・モード（分解能 = 19.8秒角）で156.25rpsです。