アイソレータの開発動向の下での国際ベンチマークデジタルアイソレータ
デジタルアイソレータ
デジタルアイソレータは、電気アイソレータの状態でデジタル信号の伝送を実現するデバイスであり、電気的に絶縁されたデジタル信号パスを提供する基本機能として機能します。電子システムでは、デジタル信号とアナログ信号を送信する際に、デジタルアイソレータにより高抵抗のアイソレータ特性を持たせ、電子システムとユーザとのアイソレーションを実現します。
絶縁を導入する理由は、安全規制を満たすか、グランドループノイズを低減するためです。ガルバニック絶縁により、データ伝送が電気接続や漏れ経路を経由しないことが保証され、それによって安全上のリスクが回避されます。ただし、分離によって遅延、消費電力、コスト、サイズの面で制限が生じることは避けられません。デジタルアイソレータの目標は、悪影響を最小限に抑えながら安全要件を満たすことです。現在、デジタルアイソレータには、主にフォトカプラアイソレータ、磁気結合アイソレータ、容量結合アイソレータの3種類があります。
最も一般的なオプトカプラーデジタルアイソレーターは、一般的なアイソレーション要件を満たすことができますが、寿命が短く、消費電力が大きいため、徐々に交換されています。容量結合は、オンチップ容量の原理を採用して、長寿命、低消費電力、高伝送速度の信号分離伝送を実現します。磁気結合タイプは、容量結合に基づいて追加のエネルギーを伝達することができ、アイソレータの応用分野を大幅に拡大することができます。
TIデジタルアイソレータ
TIの基本的なデジタルアイソレータと強化されたデジタルアイソレータには、高動作電圧、低放射、低消費電力、高効率という利点があります。 TIシリーズは通常、これらの特性を実現するために、絶縁材料に独自の二酸化ケイ素（SiO2）絶縁ゲートを使用します。基本的なパフォーマンス要件に加えて、TIのデジタルアイソレータは、小型またはコストに敏感なアプリケーションにも対応できます。
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（ISO67xxシリーズ、TI）
ISO67xxシリーズは容量結合デジタルアイソレータであり、低設計コストのアプリケーションに焦点を合わせながら、優れた信号分離性能を提供します。この一連のデジタルアイソレータは、さまざまなチャネルオプションを提供し、さまざまなアプリケーション構成（SPI、UART、CAN、RS-485、GPIO、およびI2C信号）で重要な回路の保護を向上させるのに役立ちます。
このシリーズのISO6741固有の製品の観点から、ISO6741は4チャネルのデジタルアイソレータであり、低電力動作とレベル変換によって設計の柔軟性を向上させ、1.71V〜5.5Vの広い電源電圧範囲をサポートします。 8kV（接触）ESD性能は、メンテナンス中のアイソレータの損傷を防ぎます。データレートは最大50Mbpsで、動作電圧は最大1500Vで、一般的なコモンモードの過渡耐性は75kV / µsです。上記のインデックスレベルから、ISO6741は壊れない分離バリアを提供していると言えます。
ISO67xxシリーズが低コストのアプリケーションに最適な選択肢を提供する場合、ISO70xxシリーズは業界トップの超低消費電力を提供します。
ISO67xx製品の全範囲は超低電力で動作し、チャネルあたりの消費電流は4.2μAと低く、総消費電流は10kbps、20μA未満で、電力は2Mbpsに拡張できます。 ISO67xxは、低消費電力であると同時に、3kVrmsの絶縁電圧と、コモンモード過渡耐性のための100kV /μsの標準値をサポートします。この絶縁強度は、十分に信頼できます。
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（ISO6741、TI）
ADIデジタルアイソレータ
ADIのデジタルアイソレータは、iCouplerテクノロジーを使用して無制限の設計を実現する磁気結合デジタルアイソレータです。全体として、ADIのデジタルアイソレータには、堅牢性とマルチチャネルの柔軟性（最大6チャネル）という大きな利点があります。
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（ADuM141ES、ADI）
航空宇宙アプリケーション向けの150MBPS 4チャネルデジタルアイソレータであるADuM141ESは、ADIの特許取得済みのiCoupler®テクノロジーを使用しています。これらの絶縁コンポーネントは、高速の相補型金属酸化膜半導体（CMOS）とモノリシック空芯トランス技術を組み合わせて、より優れた性能特性を提供します。
特定の数値の観点から、ADuM141ESが5 Vで動作している場合、最大伝搬遅延は13.5 ns、パルス幅の歪みは3 ns未満、コモンモード過渡耐性は非常に高く、 100kV /μs。同時に、ADuM141ESデータチャネルは互いに独立しており、400 Vrmsの定格電圧に耐えることができます。このデバイスは、1.8 V〜5 Vの電源電圧で動作し、低電圧システムと互換性があり、絶縁バリアを越えた電圧変換をサポートします。
低消費電力も電流値に反映されます。150MBPSの場合、サイド1の電源電流は17 mA、サイド2の電源電流は17.5 mAであるため、データ転送速度が確保され、消費電力が削減されます。
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（ADuM260N、ADI）
4チャンネルADuM141ESのパフォーマンスは十分に強力です。統合されたフェイルセーフとゼロリバースチャンネルを備えた、堅牢な5.0 kVrms6チャンネルデジタルアイソレーターを見てみましょう。
コモンモード過渡耐性100kV /μs、5Vで13 nsの伝搬遅延、1.8Vで15 nsの低遅延、150 Mbpsの最大データレート、VIORMピーク849 V安全認証、1分5000 V rms UL認証、125℃高温度作業環境、16ピンワイドボディSOIC_ICパッケージ。高動作電圧、低放射、低消費電力、および高効率は、上記のデータに完全に反映されています。
東芝デジタルアイソレータ
東芝のデジタルアイソレータは主にフォトカプラを使用しているため、上記のTIやADIが提供する高性能デジタルアイソレータよりも性能が低下します。
東芝TLP350は、さまざまなインバーター（産業用インバーター、UPS、太陽光発電用パワーコンディショナーなど）のパワーエレメントゲートドライブICで使用される新しいデジタルアイソレーター製品です。この装置は主に信頼性が向上し、コストが低くなります。
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（TLP350、東芝）
TLP350は、異常ターンオフ時に発生するサージ電圧の上昇を抑えることで、パワーデバイスの故障を防ぐことができます。電源電圧が異常で過電流が検出されると、故障信号がフィードバックされます。同時に、過電流検出のソフトターンオフ機能により、パワーデバイスの電源がよりソフトにオフになります。これらの改善は、信頼性と安定性に重点を置いています。
技術的なパラメータだけから始めるため、フォトカプラには他のタイプと比較して自然な欠点があります。この製品の定格電流は2.5Aであり、消費電力の負担が大きいことは間違いありません。コモンモード過渡抑制は25kV / µsであり、これは実際にはフォトカプラ製品で非常に優れています。
Broadcomデジタルアイソレータ
Broadcomは、常にオプトアイソレータの大手サプライヤーです。現在、信頼性の高い軍用密閉型オプトカプラー、産業用アプリケーション向けのガルバニック絶縁オプトカプラー、および自動車グレードのアプリケーションの絶縁と信頼性の要件を満たすように設計されたオプトカプラーを提供しています。
フォトカプラのエキスパートですが、ACML-74xxシリーズCMPSデジタルアイソレータは、高速、高絶縁性能、高データレートでの低消費電力を実現する厚い絶縁による磁気結合を採用しています。 CMOSデジタルアイソレータのHCPL-90xx / -09xxシリーズは、巨大磁気抵抗（GMR）テクノロジと、高速パフォーマンスおよび優れた過渡耐性仕様を統合しています。
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（ACML-7400、Broadcom）
ACML-74x0シリーズのCMOSデジタルアイソレータは、高いデータレートでも少量の電力を消費し、コンパクトな表面実装によって過渡抑制性能を実現できます。これらのCMOSデジタルアイソレータは、36nsの最大伝搬遅延と3nsの最大パルス幅歪みを満たしています。また、100MBdのデータレートで実行することもできます。
上図の4チャンネルACML-7400CMOSデジタルアイソレータでは、単方向デバイスが構成されており、一方向に4つのチャネルがあり、各チャネルは通常15mAの低消費電力範囲内にあります。また、動作電圧耐性は非常に高く、最大800Vrmsに耐えることができます。コモンモード過渡抑制機能も優れており、最小25 kV / µs、通常50kV / µsです。
まとめ
デジタルアイソレーション技術はアイソレーション開発の必然的なトレンドであり、国内のデジタルアイソレーター業界はまだ発展途上の市場です。次号では、国内のデジタルアイソレータメーカーに焦点を当て、国内市場が輸入依存をなくすのにどのように役立つかを見ていきます。