AVXとIoTデバイス

IoT はどこにでも実装できる機能があり、その利点により、ガートナーは、2020年までに260億のIoTデバイスがインストールされ、サービスで300ドルの増分収益がもたらされると予測しています。
IoT設計コミュニティのサプライヤーは、IoTデバイスの目標に対応するためにまったく新しいチップセットを作成しています。 

IoT設計者の最終目標は困難です。

一般的に物理的な状態 (温度、湿度、振動など) を測定し、消費電力が少なく、長寿命を実現する小型モジュールを作成します。

電源と電力消費というテーマには細心の注意が払われています。ICを適切に選択することで、IoTモジュールはアクティブ電力消費レベルを6mAの範囲で、スリープ モードでは1uaの範囲で実現できます。これらのレベルの電力消費により、一部のIoTモジュールは、バッテリーや外部電源への接続がなくても、エネルギー ハーベスターによって電力を供給され、無期限に動作できるようになります。

この説明は、設計者が電源、センサー入力、出力マッチング、タイミング ブロックで利用できるコンポーネント オプションを中心に説明します。 

力

IoTモジュールの電源セクションには、タンタルコンデンサとセラミックコンデンサの両方が最適です。

タンタルコンデンサは、小型パッケージで非常に大きな静電容量値を提供できます。値が非常に大きいため、タンタルコンデンサはエネルギーハーベスティング電源モジュールのエネルギー貯蔵源になることができます。具体的には、TAJ、TRJ、TCNシリーズの3つのタンタル コンデンサ タイプには、設計者が考慮すべき利点があります。 

選択した特定のシリーズに関係なく、ディレーティングはアプリケーションにおけるタンタルコンデンサの漏れ電流を減らす上で重要な役割を果たします。 

下の図は、印加電圧と定格電圧の比率が減少するにつれて、タンタルコンデンサの漏れ電流が減少することを示しています。適用電圧よりも高い定格電圧の部品を使用することを「電圧ディレーティング」といいます。電圧ディレーティングのレベルが高くなるほど、アプリケーションにおける漏れ電流レベルは低くなります。 

定格電圧の50% で使用される部品は、80% で使用される部品よりも漏れレベルが3倍以上低くなります。 

漏れ電流と印加電圧の関係

AVXのタンタル ファミリには、IoT設計に有益なパフォーマンスを発揮する3つのシリーズがあります。

TAJ ロープロファイル シリーズは、汎用のロープロファイル タンタル コンデンサです。タンタルコンデンサは0201という小さいサイズでも購入できますが、TAJデバイス >gt;/= 0805コンデンサの大量使用と入手性は、広範囲にわたる使用、妥当な静電容量範囲、適切なディレーティングにより漏れを非常に低く抑えられる可能性に基づいて、IoT設計にとって重要であると考えられました。

AVX TRJ プロフェッショナル シリーズ タンタル コンデンサは、IoT設計者が許容できるとみなすケース サイズと電圧で、DCLパフォーマンスを低下させます。

TCN – 導電性ポリマーの「タブ下」または「フェイスダウン」端子スタイルのコンデンサは、良性の故障モードで非常に広い静電容量範囲を提供します。タンタルポリマーコンデンサのより高いレベルのリークは、控えめな電圧ディレーティングによって許容範囲内に抑えることができます。タブ下終端スタイルにより、従来のJリード終端スタイルよりも体積効率が向上します (特定のサイズ / 電圧定格でより大きな静電容量が得られます)。

一般的に使用されているこれらのタンタルコンデンサの比較を以下の表に示します。 

前述のように、セラミック コンデンサ、特にX5R誘電体は、小型サイズで大きな値を提供する能力を備えています。AVX X5Rコンデンサは、ケース サイズ01005 ～ 1812、電圧定格4 ～ 100 V、容量100 pf ～ 100 ufで利用できます。

AVX X5Rコンデンサに関する追加情報は、https://www.arrow.com/en/products/12104d107mat2a/avxで入手できます。

入力センサーのサポート

IoTデバイスが遭遇するアプリケーション環境は多岐にわたります。したがって、IoTモジュールがエンド アプリケーションのスペクトル全体にわたって適切に動作することを保証するために、過渡保護とEMI保護が一般的に使用されます。

多層バリスタ (MLV) は、単一のコンポーネントを使用して過渡電圧の脅威とEMIの両方を制御できる、設計者にとって魅力的な設計オプションです。AVX MLV - TransGuard® は、バックツーバックのツェナーダイオードに類似した非線形電圧電流特性（双方向）を備えた酸化亜鉛（ZnO）ベースのセラミック半導体デバイスです。これらには、より大きな電流およびエネルギー処理能力と、EMI/RFI減衰という追加の利点があります。

MLVはセラミック焼結プロセスによって製造され、電気絶縁バリアに囲まれた導電性ZnO粒子の構造を生成し、バリスタのような動作を生み出します。導電電極間の粒界界面の数によって、デバイスの「破壊電圧」が決まります。ACライン保護などの高電圧アプリケーションでは、電極間に多数のグレインが必要ですが、低電圧では適切なブレークダウン電圧を確立するために少数のグレインが必要です。

MLVは、セラミック粉末を有機バインダー (スラリー) に混合し、精密な厚さの薄い層に鋳造することによって製造されます。金属電極をグリーンセラミック層上に堆積し、積層構造を形成します。金属電極は、バリスタの一端から他端まで交互に終端するように配置されています。このデバイスは焼結（焼成）サイクル中にモノリシック ブロックになり、小さな容積で均一なエネルギー散逸を実現します。

MLVの同等のモデルを以下に示します。このモデルは、MLVがオフ状態ではEMIフィルター コンデンサのように動作し、オフ状態の容量要素がX7Rコンデンサに近い安定性特性を示すことを示しています。静電容量値の範囲は、<<1pf (容量負荷のないセンサー保護に便利) から >16nf (低周波ノイズ減衰に便利) までです。

MLV同等モデル

AVXは、エネルギー収集アプリケーションおよび長寿命コインセル アプリケーション向けに、超低リークのMLVシリーズを開発しました。これらのデバイスは、IoTアプリケーションに共通する電圧において、時間と温度に関係なく一貫して低いリーク電流を示します。このプロセスによるリーク電流の改善例を以下に示します。

出力マッチング

IoTモジュールの出力マッチングには、さまざまなインダクタの選択肢があります。

LCWCシリーズの巻線セラミック インダクタには、高電流範囲で高いQ係数を提供する超小型インダクタ (ケース サイズ0402 ～ 1206) が含まれています。LCWCは厳しい許容範囲（ ± 2％）、動作温度は-40ºC～+125ºCです。

LCMCは、最大10GHzの高周波アプリケーション向けの多層セラミック材料高周波チップ インダクタ構造です。LCMCインダクタのケースサイズは0201から0603まであります 
これらのRFチップ インダクタは、最大1アンペアの電流と0.3nH ～ 470uHの値の範囲を提供します。

AVX Accu-Lインダクタは薄膜多層技術に基づいています。この技術により、優れた高周波性能と堅牢な構造を備えた小型部品が提供され、信頼性の高い自動組み立てが可能になります。ロット間の再現性と厳しい許容誤差を特徴とする薄膜インダクタ。非常に低損失の誘電体材料である二酸化ケイ素と酸窒化ケイ素を高導電性電極金属と組み合わせて使用すると、ESRが低く、Qが高くなります。これらの高周波特性は、セラミック マイクロ波インダクタよりも周波数の増加に伴ってゆっくりと変化します。

MLOインダクタは、0402ケース サイズの低DCRの厳密な許容差のインダクタ シリーズです。パラメトリックシフトなしで高い過渡電圧に耐える能力があり、FR-4 TCEに適合し、薄型です。

これらのインダクタ技術の比較表を以下に示します。 

 

IoTタイミングの一般的なオプションは次のとおりです。