ADUM7234 - FAQ

既存の設計で、フォトカプラをiCoupler製品に置き換えることはできますか?

ほとんどの場合、目的のアプリケーションでフォトカプラの代わりにiCoupler製品を使用すると、高性能化、コスト削減、省スペース化、品質と信頼性の向上を実現できます。アナログ・デバイセズには、業界標準のフォトカプラとピン互換の製品もあります。例えば、アナログ・デバイセズの最初のiCoupler製品であるADuM1100は、高速のデジタル・アイソレーションを必要とするアプリケーション向けに設計されたシングル・チャンネルのデジタル・アイソレータです。これは、Agilent TechnologiesのHCPL-0710、-0720、-0721、-0723の各フォトカプラとフットプリント互換性およびピン互換性があり、しかもこれらのフォトカプラより、性能、消費電力、コストの点で非常に優れています。

その他のすべての製品については、www.analog.com/iCouplerのセレクション・テーブルをご覧の上、適切なデバイスを選択してください。ご不明な点は、当社のウェブサイトをご覧になるか、アナログ・デバイセズまたは正規販売代理店にお問い合わせください。

iCoupler 製品は外部の磁界の影響を受けやすいのでしょうか?

磁界が桁外れに強力であったり周波数が高かったりする場合を除いて、影響を受けることはありません。iCouplerデバイスに使われているトランスは一般に直径0.5mm程度の大きさなので、性能誤差を招く電圧を誘導するには非常に大きな磁界変化率が必要です。例えば、周波数1MHzの電流が流れる電線がiCouplerのトランスから5mm離れた位置にあるとすると、iCouplerの性能に問題を発生させるには実に500Aの電流が必要です(この件に関する分析は、iCoupler製品のデータシートの「アプリケーション」の項に記載されています)。

What is the difference between basic and double (or reinforced) insulation levels?

In general, protection against electric shock may be provided by adequate clearance (a physical spacing from the live part) or by one of two insulation levels. These insulation levels are basic insulation and double (or reinforced) insulation. The required insulation level is determined by the voltage levels involved as well as the presence or absence of a connection from accessible parts to earth ground. In general, compared to an isolator providing basic insulation, an isolator providing double or reinforced insulation has greater requirements on its test voltage as well as on its input-to-output spacing. The required insulation level is defined by the specific safety standard for the end-equipment under consideration.

iCoupler 製品はどの程度のアイソレーションを実現できますか?

現時点で、ほとんどのiCoupler製品の絶縁定格は2.5KVRMSまたは5.0KVRMSです(ADuM240xアイソレータとADuM225xアイソレータの絶縁定格が5.0KVRMS)。iCoupler製品が対応する最大動作電圧は、その製品が持つ安全認証と、安全認定機関に加えアナログ・デバイセズが実施する試験で評価した絶縁寿命によって決まります。

すべてのiCoupler製品は最大400VRMSの動作電圧に対応していますが、ADuM240xファミリとADuM225xファミリはこれより高い動作電圧に対応しています。

ADuM240xとADuM225xの最大動作電圧は、絶縁障壁の両端に加わるコモンモード波形の性質によって決まります。これは、以下に示すように、iCouplerの絶縁システムが様々な波形についてそれぞれ異なったストレスを受けるためです。バイポーラAC波形の場合、最大動作電圧は、絶縁寿命を最低50年とする基準で設定されます。他の電圧波形の場合は、最大電圧波形は安全認証基準で制限されます。この制限は、これより高い電圧で50年の最小寿命が維持できる場合でも変わりません。以下の表は、ADuM240xとADuM225xの最大推奨電圧を波形の種類ごとにまとめたものです。

 

パラメータ 最大値 制約事項
AC電圧、バイポーラ波形 400VRMS(565(VPK)) 50年の最小寿命
AC電源、ユニポーラ波形 519VRMS(848(VPK)) CSA/VDE認証の最大動作電圧
DC電圧 848VPK CSA/VDE認証の最大動作電圧

 


表3:ADuM240xとADuM225xの最大動作電圧

 

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How is isolation specified?

The isolation characteristics of an isolator are specified in a variety of manners, including:

The degree to which an isolator successfully insulates one side of an isolation barrier from high voltages on the other side is commonly described by the isolator's isolation rating and by its maximum working voltage (or rated mains voltage). In addition, the degree to which an isolator continues to correctly transfer a signal across an isolation barrier in the presence of a common-mode transient is described by its transient immunity (or common-mode rejection). Each of these three parameters is described below.

一次側電源遮断時の二次側出力レベルは?

Q:  ± VDD1系統の出力をマイコンなどでモニタし、VDD2系統の電源遮断を検出できますか?

A:   ADuMシリーズはアイソレーションされたレシーバ側にウォッチドッグ機能をもっているので、この対応は可能です。コイルをつかったパルス伝送になっており、入力側の動作が停止すれば、そのパルスを受信しなくなった状態を検出して、出力がLowに落ちます。通常状態のときに、出力がHighになるように入力側を設定すれば、目的の動作は可能です。入力をH/Lにトグルさせ、出力をウォッチドッグ的に検出しておけば、さらに有効と思われます。

What are common applications that use isolation?

Isolation is commonly found in applications involving high voltage, high-speed/high-precision communications, or communication over large distances. Common examples of such applications include:

These applications can be found in a wide range of markets, including:

What is isolation rating?

An isolator's isolation rating (also called the test voltage) is a measure of the protection provided against short-duration, common-mode voltage differences. Usually specified in terms of a 60 Hz RMS value, it is a rating of how much voltage can be safely applied between the input and output terminals of the device for a duration of one minute. A common isolation rating found on isolation devices is 2.5KVRMS. Other devices have ratings such as 3.75KVRMS or higher. The isolation rating does not describe how much voltage can be safely applied across the part on an long-term continuous basis – this is described by the "working voltage" or "rated mains voltage."

iCoupler技術とはどのようなものですか?

iCoupler技術は、トランスをベースにしたアイソレーション手法の一種で、フォトカプラ、トランス、半導体の各技術の長所を組み合わせたものです。マイクロトランスを半導体チップに集積化することで、電気光学変換という不利な特性を持つフォトカプラを使用せずに、アイソレーションを実現します。これにより、過度の消費電力、大きなタイミング・エラー、束縛的なデータ・レート制限を回避することができます。トランス・コイルの間に特殊な絶縁層を使用することで、安全機関が認定する絶縁を実現しています。また、特許取得済みの「リフレッシュ」回路の使用により、入力信号の遷移がない場合でも正しい入力状態で出力を更新できるため、DCの正確性を確保するというトランス共通の課題を回避できます。

What is capacitive isolation?

Capacitive isolation employs capacitors to couple data signals across an isolation barrier. This approach can offer significant performance advantages relative to optocoupler but typically suffer a high vulnerability to common-mode and ESD transients.

What is transformer isolation?

Transformer isolation employs transformer coils to transmit information across an isolation barrier. Changes in current through the transformer winding on one side of the isolation barrier induce a corresponding current on the transformer winding on the other side of the isolation barrier. Transformer-based methods have been commonly used in applications involving AC signals (Ethernet, for example) that are well suited for transformer coupling. Transformer isolation has advantages in systems with high data rates, and it can also be used to provided an isolated power supply; however, transformers have typically been bulkier than alternative solutions.

iCoupler technology (see below) is a form of transformer isolation that employs micro-transformer coils to address the size and integration disadvantages of discrete transformer solutions.

iCoupler 技術にはどのような利点がありますか?

iCoupler 技術の主な利点は5つあります。

統合化の利点は、同一パッケージ内にiCouplerチャンネルと他の半導体機能を結合したり、複数のiCouplerチャンネルを容易に結合できるため、フォトカプラ実装よりもサイズを小型化し、コストを削減することができます。性能面では、タイミング精度、過渡耐性、データレートがフォトカプラ部品よりも優れています。消費電力については、1/10~1/50小さくなり、関連する放熱量も減少します。

使いやすさの面では、フォトカプラ技術に伴う問題点の多くが解消すること、そしてこれまでにない特長によって新規設計にiCouplerアイソレータを利用できることがあげられます。フォトカプラの問題点としては、変動の大きい電流転送率特性、LEDの損耗現象、それに起因する設計上の制約、LEDを点灯させるために入力を大電流で駆動する必要がある(大部分のフォトカプラの場合)ことなどがありますが、iCouplerにはこのような問題がありません。iCouplerには、その他にも使いやすい特長があります。低い電源電圧で使用できること、入力信号の電圧と異なる電圧の出力信号に変換できること、電圧ベースのデジタル・インターフェースを使用していること、広い温度範囲にわたって使用できることなどです。

最後に、フォトカプラに伴うLEDが必要なくなることで信頼性も向上します。標準CMOSプロセス技術だけを使用するため、iCouplerデバイスは他の標準CMOS製品と同じ寿命特性を実現します。

What types of technologies have been used to provide isolation?

There are three common isolation technologies:

Each has benefits and disadvantages related to price, performance, reliability, size, features and functionality. Historically, optocoupler and transformer technologies have been the most commonly used methods.

iCoupler製品にはどのような種類がありますか?

iCoupler製品には様々なチャンネル構成や性能レベルがあります。

製品には、シングル・チャンネルデュアル・チャンネル、トリプル・チャンネル、クワッド・チャンネルの2.5KVRMSおよび5.0KVRMSのアイソレータがあり、それぞれに複数の性能/価格オプションがあります。更に、次のような機能を備えた製品もあります。

iCoupler製品群の最新のセレクション・テーブルとその他の情報については、iCouplerのウェブサイト(www.analog.com/iCoupler)をご覧ください。

What are working voltage and rated mains voltage?

The working voltage or rated mains voltage defines the maximum steady-state voltage that a part can support on a long-term continuous basis. Typical values range from 100 to 600VRMS.

What is isolation? Why is it needed?

Isolation is a means of preventing current from flowing between two communicating points. Typically, isolation is used in two general situations. The first is where there is the potential for current surges that may damage equipment or harm humans. The second is where interconnections involve different ground potentials and disruptive ground loops are to be avoided. In both cases, isolation is used to prevent current flow yet allow for data or power flow between the two points.

What is the relationship between working voltage and isolation rating?

The relationship between a given working voltage and the required test voltage is complex and is a function of the application, the magnitude of common-mode voltage transients (Installation Category), the "cleanliness" of the environment (Pollution Degree), and the required insulation type (Insulation Level). As a representative example based on IEC 1010-1 (international standard for measurement and control equipment), a measurement and control application involving installation category II, a pollution degree of 2, basic insulation, and a working voltage of 300 VRMS has a required test voltage of 1.35KVRMS. This means that for an isolation component to be suitable for this application, it must support steady-state common-mode voltages differences of at least 300 VRMS and transient common-mode voltages differences of at least 1.35KVRMS. The relationship between working voltage and isolation rating is defined by the specific safety standard for the end-equipment under consideration.

iCoupler製品の際立った特色は何ですか?

iCoupler製品の際立った特色としては、コストとサイズを最適化した統合化技術、高信号データ・レートの処理能力、極めて低い電源電流で動作できる能力などがあります。iCoupler製品は、複数のチャンネルを統合していることや絶縁型電源などの機能を有することにより、競合品に比べてコストとサイズの点で大きな利点があります。

速度と消費電力の利点は、最大100MbpsのNRZデータ・レートを処理できるADuM1100や、最大150Mbpsを処理するADuM344xなどの製品に見ることができます。

更に、iCoupler製品は、最大動作温度が125° Cで、3.3Vと5Vのどちらの電源でも動作できます。標準デジタル・インターフェースと互換性のある集積ドライバ回路が内蔵されていることも、ユーザにとって利点となります。

What are transient immunity and common-mode rejection?

An isolator's transient immunity specifies how fast of a common-mode transient between input and output a part can be subjected to while maintaining correct signal transmission. Many isolators have no specification on this parameter while others have values ranging from 5 to 25 KV/µs. All iCoupler products have a transient immunity specification of at least 25 KV/µs.

What other parameters are important when considering an isolation device?

The ideal isolator consumes no power, imposes no signal errors, and supports any type of input signal. As a result, the important performance metrics are as follows:

Which of the above metrics are important to a particular user is a function of the application in question. Often in a specific application, certain parameters are important and others are not.

Other performance characteristics important to users are an isolator's power-up/down characteristics, its performance in the presence of input noise, and its performance in the presence of a DC input or after a loss of power. In all cases, the output of an isolator should properly reflect the correct input state.

iCoupler製品はどのような通信プロトコルに対応していますか?

iCoupler製品は標準的な通信プロトコルのほとんどに対応していますが、通信の完全性を確保するために部品の追加が必要な場合もあります。ADuM1401などの製品は、クロック、データ入力、データ出力、セレクトに4チャンネルが必要なSPIに最適です。

  ADuM125xおよびADuM225xは、I2C、PMBus、SMBusの各プロトコルに準拠して設計されています。
  ADM2483、ADM2485、ADM2486、ADM2490Eは、完全絶縁型RS-485ソリューションです。

iCoupler製品はどの規制基準に準拠していますか?

iCoupler製品は、通常、2.5kVRMS以上のUL定格と400VRMSの動作電圧についてCSAとULの承認を受けています。

各特定製品の承認内容および詳細をまとめた表を、 www.analog.com/iCouplerSafetyでご覧いただけます。

What are optocouplers? What is optical isolation?

Optocouplers are a form of optical isolation that employs light to transmit information across an isolation barrier. Typically, a light emitting diode (LED) transmits information to a light sensitive receiver (e.g., a transistor). Optical isolation's primary benefit is that it is widely used and accepted as a low-cost isolation solution for transmission of slower digital signals; high-speed, digital optocouplers tend to be expensive. Optocoupler-based methods are commonly used in applications in which the DC state of a signal is important. Because LEDs may wear out over time, optical isolation typically requires compensation and guardbanding to guarantee application operability over life.

iCoupler 製品とインターフェース製品の違いは何ですか?

iCoupler アイソレーション製品は、従来型のインターフェース製品の中の特殊な製品群です。通常、1つのiCoupler製品で幅広いアプリケーションに対応できますが、インターフェース専用の製品は用途が限られています(例えばRS-232やRS-485トランシーバー)。さらに、インターフェース専用の製品に絶縁機能が求められることはあまりありませんが、一般にこの種のインターフェースにはある程度の絶縁も必要です。当社は様々なインターフェース製品を提供していますが、その一部にiCoupler技術を組み込んだ完全統合化ソリューションがあります(以下を参照)。

新しいiCoupler製品の情報はどのようにして入手できますか?

新製品の最新情報については、アナログ・デバイセズのウェブサイトwww.analog.com/icouplerをご覧ください。最寄りのアナログ・デバイセズの営業担当者にお問い合わせいただくこともできます。季刊のニュースレター「Analog Devices' Digital Isolation Update」もご利用になれます。このニュースレターには、新製品のご案内の他、iCoupler技術に関するお知らせ、アプリケーションのヒント、技術情報などが掲載されています。「Analog Devices' Digital Isolation Update」の購読方法については、www.analog.com/Subscriptionsをご覧ください。

iCoupler製品は強化絶縁に関するVDE認証を取得していますか?

はい。iCoupler製品は強化絶縁に関するVDE認証を取得しています。最近まで、iCouplerファミリのデジタル・アイソレータなどの磁気カプラ向け強化絶縁に対応したVDE規格はありませんでした。しかし、2006年12月にDIN V VDE V 0884-10(VDE V 0884-10)がVDEによって発表され、iCoupler製品はこの規格認証試験を問題なく終えています。各iCoupler製品の特定の動作電圧や絶縁定格の詳細と安全認証については、www.analog.com/iCouplerSafetyをご覧ください。