ADI、医用/産業用機器向けUSBに対応した1チップ絶縁ソリューションを発表

米Analog Devices(ADI)の日本法人であるアナログ・デバイセズは5月21日、医用と産業用機器向けに絶縁されたUSBポートの実装を可能にする1パッケージUSBアイソレータ「ADuM4160」を発表した。現在サンプル出荷を開始しており、サンプル価格は1,000個受注時で4.89ドル(参考価格)。2009年6月より量産を開始する予定。

近年、脈拍や脳波などを監視する監視装置などの医療機器にUSB端子が搭載され始めている。医師らはPCと機器をUSBで接続し、データのやり取りやソフトウェアのアップグレードなどを従来以上に簡単に行えるようになりつつある。

ただし、「医用アプリケーションにおいては、安全のために絶縁する必要がある。これまでは、絶縁対応したRS-232Cやイーサネット接続などが用いられてきたが、データ転送速度の制限や、プラグアンドプレイへの非対応などのほか、システムの肥大化を招いていた」(アナログ・デバイセズ インダストリー&インフラストラクチャ セグメントのインダストリーグループマネージャーである高木秀敏氏)としているほか、「USBを使用した場合でも、(一般的な)非絶縁型のケーブルを用いた場合には、コントローラであるシリアルインタフェースエンジン(SIE)の部分で絶縁する必要があり、複数のICを用いて専門的な設計をすることが求められていたり、外付けUSB絶縁モジュール/ケーブルを用いる場合、特殊なUSBケーブルとなるため、サイズやコストの問題のほか、システムへの組み込みが困難といった課題があった」(同)という。

"ADuM4160"は独自のアイソレーション技術「i Coupler」を採用することで、1チップでの絶縁を実現している。同技術は、最大75MHzに対応するCMOSプロセスで作製された2つのマイクロトランスの間に20μmのポリイミドの絶縁抵抗を挟みこむことで5kVの絶縁を実現。トランスがデータならびに電力を双方向に伝送することで、絶縁しながら情報のみの伝達が可能となる。

チップとしては、USB2.0の物理層のチップと信号絶縁チップ、レギュレータのそれぞれを1チップ化。USB2.0としてフルスピード(12Mbps)ならびにロースピード(1.5Mbps)に対応するほか、レギュレータを内蔵することで3.3Vのほか5V動作にも対応する。また、D+/D-信号を直接絶縁することで外付け回路を不要化し、アップストリーム(出力)の短絡回路保護機能も備える。

アップストリーム電力は1.5Mbpsで7mA(max)なほか、12Mbpsで8mA(max)、アップストリーム・アイドル電流2.5mAとなっている。また、医用電気機器の安全規格「IEC 60601-1」、UL認定(5kV rms、1分間のUL1577規格)、VDE 0884-10認定のそれぞれの安全規格認定に申請を行っており、「製品出荷までにはいずれも認可が下りる見込み」(同)としている。

i Coupler技術を用いたマイクロトランスは全部で5つ搭載。この内4つで通信を行い、残りの1つで内部のコントロール信号の処理を行う。これにより、オプトカプラと比較して「データレートとタイミング精度が2～4倍向上するほか、消費電力も周波数により変化するが1/7～1/10に低減することができ、実装コストを最大25%、設計サイズを最大50%削減することができるようになる」(同)という。

また、信頼性についても、「オプトカプラは、LEDの寿命により決定されるが、CMOSプロセスを用いた同製品は半導体レベルの信頼性を実現できる」(同)とする。

すでに1/2W絶縁DC/DCコンバータ「ADuM5000」と電源のバイパスコンデンサ2つと組み合わせた評価ボードの供給も開始しており、国内の医用機器メーカーなどにも提案を行っており、一定の興味を持ってもらっているとのこと。