IoTの秘伝のソースであるアナログを無視しない

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ハンマーとドライバーでプリント基板に作業する人

クラウドでソフトウェアを稼働するパワーサーバーから、インテリジェント化が進む工場、家庭、および個人携帯端末のエッジで作動するデバイスまで、IoTにおけるイノベーションの大半は、デジタル技術に重点が置かれています。議論の中で、失われがちなのは、IoTのエッジが実際には未だに完全にアナログであり、圧力、温度、近接性などで観察および測定されるということです。

つまりIoTは、アナログの情報源から生み出されたデジタルデータをインテリジェントに処理しているということです。アナログ技術はネットワークの末端に存在するため、アナログ層の品質は、生成されるデジタルデータ、導き出されるヒント、そして取られる措置まで、システムのあらゆるモノの品質を最終的に決定付けます。

したがって、アナログのフロントエンドにノイズがあれば、デジタル情報が歪められてシステム全体へ大きな影響を及ぼします。適切なアナログ部品を使用すれば、デジタルアプリケーションは改善します。さらにプロセスを制御するIoTアプリケーションの場合、デジタル情報はエッジにおいてアナログへ正確に変換しなければなりません。

まだ、信じられませんか?アナログがIoT(モノのインターネット)の秘伝のソースである理由をご説明しましょう。

アナログ部品 + デジタル接続 = 効果的なIoT導入

時代遅れだと歓迎されないかもしれませんが、真実は、IoTに不可欠な精巧なデバイスの多くがアナログ技術に依存しています。実際、アナログ技術は、IoTの導入と運用を成功させるために不可欠です。IoTアプリケーションは、アナログ・デジタル変換回路(ADC)、デジタル・アナログ変換回路(DAC)、電圧増幅器、フィルタなどの多くの試練に耐えたソリューションなしには機能しません。

たとえば、センサーはIoTの基本です。IoTシステムは、直接またはクラウドを介してデータを通信および共有するセンサーとデバイスで構成されています。センサーなしにデータを収集および共有する方法はありません。もちろん、一部のIoTデバイスは、デジタルセンサーと直接統合されていますが、ネイティブのアナログは、データ源をはるかに正確に表現できることが一般的です。デバイスに組み込まれたADCは、開発の活動と費用を削減し、デバイスの作動に必要な電力を減らせますが、それでもディスクリート変換回路は不可欠です。

次に、このデータは、何らかの処理を実行するために使用され、その際に機械、電子デバイス、人間、またはその複数を伴うことがあります。典型的な信号捕捉源として、温度変化、光度、圧力差、近接性、速度、および接触感知が挙げられます。それ以外には、煙、ガス、二酸化炭素等々の存在または欠如が挙げられます。

アナログとデジタルのギャップの定義

IoT関連ソリューションの設計に関わる技術者のほとんどが主にデジタルで考えて設計プロセスの後の段階でアナログ機能を考慮するのが現実ですが、これでは不要な障害が発生し、商品化を遅らせる可能性があります。IoT技術者は、製品の複雑さを減らすとともに開発時間を短縮するために、デジタルとアナログの設計要件のギャップをより速い段階で埋める必要があります。これを達成するためには、デジタル設計者を念頭に開発されたアナログベースのソリューションの認識を高めて、それを利用することで恩恵を享受できるでしょう。これら高性能デバイスは、さまざまなIoTベースの設計課題に対処できるはずです。

たとえば、電力管理回路には、スイッチングレギュレータ、パルス幅変調コントローラ、パワーモジュールおよびドライバ、および充電器が必要です。これは、リニア製品、たとえばコンパレータおよび増幅器(電流センス・アンプ、計装アンプ、オペアンプなど)、およびアナログ/デジタル変換回路、電力監視および測定IC、電流/DCパワー測定IC、およびデジタル電位差計で構成される混合信号製品を使用して対処できます。

課題の定義およびソリューションの見極め

このような優れた製品を利用できても、多くのIoT技術者は、今でもアナログの将来は特に課題が多いと捉えています。たとえば、フィードバック、増幅、フィルタリング(信号のノイズを除去するため)などのアナログの概念の相互作用を保ちつつ、これら接続を複雑なIoTシステムへネゴシエートするのは難しいことです。具体的には、フィルタを比較した場合、アナログフィルタは、複雑さの低いデジタルフィルタよりもはるかに複雑な設計を伴うというのが一般的な認識です。同様に、最高のオペアンプを探す場合、設計者は、アンプによりADCまたはDACの性能が低下しないか考慮しなければなりません。さらに、信号の範囲、ゲイン、静的および動的ローディング、および供給電圧を考慮する必要があり、時としてデジタル技術よりも難しくなります。これは、IoT導入の大きな障壁です。というのは、エッジで作動するためには優れたアナログ技術が必要だからです。

もう1つのよくある誤解は、アナログ回路はデジタル回路よりも設計が難しいが、後者の方がはるかにコストが高いという二律背反の見解です。アナログ設計がはるかに難しいという考え方は自滅的です。というのは、アナログの実用的な知識を持つ設計者は、アプリケーションのデジタル部分を扱うときにはるかに生産性が高くなりうるからです。  

出発点としてIoT技術者は、アナログ設計では入力電圧または電流の振幅、周波数、または形状を変化させるためにダイオード、トランジスタ、オペアンプ、その他の半導体デバイスとともに受動部品が用いられるということを理解する必要があります。技術的な課題は、デジタル化の前に信号の忠実度、増幅、およびフィルタリングを制御することです。したがって、設計者は差動アンプ、オペアンプ、その他のいずれであれ、アンプの基本を理解しておくことが必須です。スマートホームの観点でアンプを考えてみてください。しっかりしたアナログ技術があれば、音声による支援または通知に関わる音声技術がはるかに容易になります。[WJ1]設計者は、アナログの重要性を理解して評価しているかもしれませんが、克服すべきアナログ/デジタル分裂が未だに存在します。

End-to-endエンドツーエンドのパートナーは、アナログからデジタルへ、さらにそれを超えた橋渡しとなります。

優れたエンドツーエンドのパートナーが設計者へ提供できることの1つは、この技術的な複雑さを乗り切れる能力です。マイクロチップ社などの業界リーダーは、純粋にデジタル設計者を念頭に開発を行っており、あらゆるレベルの複雑さに対応した強力なポートフォリオを提供します。さらに、アヴネットの評価、開発、およびリファレンスボード、オンライン設計サポートセンター、ウェブセミナー、教育ビデオ、および世界的な技術サポートは、設計者と製品開発の生態系を結びつけることで商品化をバックアップします。

アナログ思考からアナログ設計へ変化する準備はできていますか?そうであれば、IoT設計における最も重要なアナログ分野に関して当社のビデオをご覧ください。

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