Design Ideas

自動車業界では、自動車の配線をより簡単でより軽くしたいと考えている。この点で、2本のワイヤを使う配線に比べると、1本のワイヤによる配線が望ましい。今回は、1本のワイヤによる双方向通信リンクを実現する回路を紹介する。

高精度のオペアンプは、高い開ループ利得、低いオフセット電圧/電流、低い電圧/電流雑音、低いひずみを実現している。しかし、すべての仕様を高い精度に維持したままで、高い出力電流を供給するのは難しい。これを解決する方法の1つは、負荷を打ち消すことだ。

オペアンプICに個別トランジスタを“ちょい足し”して性能を高めたり機能を拡充したりできる定番回路集。これまで何度か、電流信号を扱う回路について解説してきました。回路を設計していると、この電流信号を多くの部分で使いたい時があります。今回は、トランジスタを使って電流信号を“コピー”する方法を紹介しましょう。

今回は、半導体製品を短期間で評価するために欠かせない名脇役――いわば“しば漬け”的な存在である「評価キット」に注目します。評価キットにも、半導体製品と同様にデータシートが用意されていますが、評価キットならではの独特な項目もあります。英文で書かれているそれらの項目を読みこなすコツをお伝えしましょう。

基板の回路図ではFPGAは単なる「ボックス」状のシンボルとしてしか描かれておらず、そこから入出力の情報を読み取ることは不可能だ。しかしFPGAの内部に構築された回路を把握しなければ、入出力の条件は分からないのである。それが障壁となって、不具合のトラブルシューティングを阻んでしまう。

今回は、「英文データシートを“読まずに”活用する」という連載のテーマを少し踏み外し、データシートの中でも特に豊富な情報が盛り込まれた――ただし英語の長文で――セクションにちょっとだけ触れてみましょう。データシートの内容は通常、ある“順番”に沿って記載されているので、必要なところをまず押さえるのがコツです。

15年ほど前、筆者は大手メーカーのサーボシステムで危険な事故に遭遇した。そして最近、奇しくも同じメーカーのモータードライバの修理依頼を受け、詳細に回路を確認したところ、安全設計の欠如が見つかった。サーボシステムは近年では“お掃除ロボット”のような製品にも採用されており、消費者のごく身近に存在する。安全の軽視は“すぐそこにある危機”だといえるだろう。

オペアンプICに個別トランジスタを“ちょい足し”して性能を高めたり機能を拡充したりできる定番回路集。今回は、トランジスタの親戚にあたるダイオードを使った回路です。オペアンプICの入力差動電圧が絶対最大定格を超えないように抑え込んでアンプを保護したり、グラウンドセンス回路の入力を保護したりする用途に使えます。

オペアンプICに個別トランジスタを“ちょい足し”して性能を高めたり機能を拡充したりできる定番回路集。今回は、トランジスタとダイオード、抵抗を使った電流クランプ回路を紹介します。

半導体製品の英文データシートを攻略するには、ページを埋め尽くす英語の長文に真正面から切り込むのではなく、まずは数字と回路図・ブロック図に注目して「自分の設計に使えそうか」のアタリをつけるのがうまい方法です。次は、ピン配置を示す図と、ピン機能をまとめた表をチェックして、製品への理解をさらに深めましょう。

筆者の経験では、電気製品が不良になる原因は十中八九、電源部にある。特にスイッチング電源やモータードライバでは、ある種の部品が共通して問題になる。1988〜2000年にかけて製造された電解コンデンサだ。その時期の電気製品が故障したら、これを真っ先に疑ってほしい。今回は、筆者が実際に遭遇した事例を挙げて説明しよう。

オペアンプICに個別トランジスタを“ちょい足し”して性能を高めたり機能を拡充したりできる定番回路集。今回は、以前に紹介した定電流源回路にもう一工夫を施し、出力電流の大きさを外部から印加する電圧信号で調整できるようにします。電圧信号にD-A変換器のアナログ出力を使えば、デジタルコントロールも簡単に実現可能です。

英語の説明文が長々と展開されるデータシートを前に思考が停止してしまった……。そんなときは、映画「燃えよドラゴン」のブルース・リーの教えを思い出してください。そう、「考えるな、感じるんだ！！」。英文を読解しなくても、データシートに記載されている図を見れば、その製品の機能を“感じ取る”ことができます。

オペアンプICに個別トランジスタを“ちょい足し”して性能を高めたり機能を拡充したりできる定番回路集。今回は、オペアンプICとトランジスタを組み合わせて定電圧源を作ります。定電圧源の専用ICを使わなくても、数個のトランジスタで温度依存性が小さい安定した基準電圧を生成することが可能です。

オペアンプICに個別トランジスタを“ちょい足し”して性能を高めたり機能を拡充したりできる定番回路集。今回は、過大な入力電圧からオペアンプを守る、ダイオードを使った保護回路を紹介しましょう。過電圧の危険は、アナログ信号処理回路のいろんなところに潜んでいます。どうぞご注意を！

実践編の3回目で、この連載の最終回となる本稿では、最初にあらためてデジタル制御の本質とは何かについて考える。それは「電源本来の要件を具現化するための手段」だといえる。これを踏まえて、前回紹介したAC-DCコンバータの機能をさらに実用的に高める改良を加え、ソフトウェアによるデジタル制御のまとめとする。

オペアンプICに個別トランジスタを“ちょい足し”して性能を高めたり機能を拡充する定番回路集。今回は、オペアンプ単体の駆動能力を超える、大きな出力電流を負荷に供給する方法を紹介します。インピーダンスの低い安価なスピーカーを駆動するといったケースに活用できます。

オペアンプICに個別トランジスタを“ちょい足し”して性能を高めたり機能を拡充する定番回路集。今回は、センサーの励起用や回路の電流バイアス用に使える、高安定かつ高精度の定電流源を紹介します。

実践編の2回目となる本稿では、ブーストコンバータを用いた2相インターリーブPFCを取り上げ、デジタル制御の実装過程を解説していく。複数の機能を備えるこの複雑な電源回路でも、実装の手順そのものは前回のバックコンバータと変わらない。機能ごとに要件を分析していけば、どのように制御すべきかが見えてくる。

本連載ではこれまで、“導入編”として、「デジタル電源は何がどう“デジタル”なのか」という基本中の基本を押さえるとともに、ソフトウェアによるデジタル制御を実現する制御ICの特徴について解説した。今回からはいよいよ“実践編”に入る。デジタル電源設計の実際の流れをつかんでほしい。

前回は、「デジタル電源は何がどう『デジタル』なのか」という基本中の基本を押さえた。今回は、次回以降の「実践編」に入る前の準備として、ソフトウェアによるデジタル制御を実現する制御IC（マイコンやデジタルシグナルコントローラ（DSC）、DSP）の特徴について、アナログ制御と対比させながら解説する。

最新の設計技術のノウハウを学べる新連載「Design Hands-on」をスタートします。第1弾のテーマは、太陽光発電や自動車、LED照明などで採用が増えている「デジタル制御電源」です。国内の半導体ベンダーでデジタル制御電源を手掛ける新日本無線の技術者が、理論から実践まで詳しく伝授します。

本稿では、AC電源（商用電源）ラインが正常に通電しているか否かを非接触で検出できる回路を紹介する。

本稿では、電圧コンパレータを使って、便利なクロック発生回路を構成する方法を紹介する。

LEDを利用した照明機器に対する注目が急速に高まっている。ただし、問題もある。LED用のドライバ回路の試験をどのようにして行えばよいのかということである。

回路中のある部分に流れる電流値を測定したい場合は、配線をいったん切断し、シャント抵抗を挿入する。その上で、再び回路を動作させ、シャント抵抗の両端の電圧を測定するだろう。問題はこの手法が使えないときだ。オシロスコープを使って電圧を測定する場合、プローブの一端はグラウンドに接続するので、測定の対象となる回路からオシロスコープを電気的に絶縁しなければならない。

赤色、緑色、青色の3色のLEDが1つのパッケージに組み込まれているタイプの製品がある。本稿では、この種の3色LEDを2ビットのデジタル信号で駆動することにより、4種の発光色を得る方法を紹介する。

デジタル回路、アナログ回路を問わず、実験などの目的でディレイパターンが必要となるケースは多い。このような状況に対応可能なものとして、筆者は1個のICでディレイパターン生成器を構成する方法を考案した。

UARTのボーレートのクロックは、多くの場合、あり合わせの発振器を使用することで生成できる。本稿では、UARTのボーレートをDDSで生成する方法を紹介する。