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2021年度InnovateFPGAコンテスト-クリエイティブな設計者の持続可能性への取り組み

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マルツオンライン(マルツエレック株式会社)
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No.1552 2022. 4. 14
◇「2021年度InnovateFPGAコンテスト-クリエイティブな設計者の持続可能性への取り組み」 (Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)

◇回路設計から部品の調達、基板製造/実装、ハーネス/ケース加工まで
「アンチエイリアスローパスフィルタ回路」の製作例をご紹介します
     
       
2021年度InnovateFPGAコンテスト-クリエイティブな設計者の持続可能性への取り組み
(Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)
       

 「アプリケーションラボ」は、Digi-Key社のご協力をいただいて、Digi-Key社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介するWebページです。基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開していますので、是非ご活用ください。

 今回は、台湾のTerasic社がインテル社、アナログ・デバイセズ社、マイクロソフト社と共同で開催する「InnovateFPGA設計コンテスト2021-22」とその応募作品について解説した記事をご紹介します。

2021年度InnovateFPGAコンテスト-クリエイティブな設計者の持続可能性への取り組み
 日本ではあまり注目されていませんが、マルチメディアや画像処理用の高性能ハードウェアを開発・販売する台湾のTerasic社は、自社のFPGA開発ボードを使用した設計コンテスト「InnovateFPGA」を毎年開催しています。

 このコンテストへの協賛企業は年々増えており、規模が徐々に大きくなってきました。現在は、インテル社、アナログ・デバイセズ社、マイクロソフト社と共同で「InnovateFPGA設計コンテスト2021-22」を開催中です。


InnovateFPGA設計コンテスト2021-22

 今回のテーマは、「サスティナブル(持続可能)な未来のためにエッジをつなぐ!」となっており、アナログ・デバイセズ社のプラグインボードを搭載したDE10-Nano FPGAクラウド接続キットをMicrosoft Azureに接続して、環境への影響を軽減するサスティナブル関連のテーマを探求します。

 応募者には、審査の上、ハードウェア一式が提供されます。参加者の応募は昨年12月に締め切られており、本年6月に優勝者が決まります。各地区予選で3チームずつが選ばれ、米国カリフォルニア州サンノゼに集まって最優秀チームを選びます。


DE10-Nano FPGAクラウド接続キット

 【アプリケーションラボ】では、「InnovateFPGA設計コンテスト2021-22」の概要と今回のテーマが選ばれた理由などについて解説した後、注目される応募作品を紹介しています。紹介された応募作品は、

 ・サンゴ礁の生息地回復のためのインテリジェント微生物供給システム
 ・リサイクルできるものを判断するスマートゴミ箱
 ・祈りを捧げる植物(マランタレウコネウラ)にCO2を吸収させる
 ・ドローンを使用した農業用水のストレス検出
 ・廃プラスチックの回収/リサイクルロボット

などです。 今年も新たなテーマで開催される予定ですので、チャレンジしてみてはいかがでしょうか。FPGAの評価ボードはマルツオンラインのウェブサイトで購入できますので、是非参考にしてください。
 
DE10-Nano Cyclone V SoC
FPGAボード
【P0496】
¥30,821 (税込 ¥33,903)
DE10-Nano FPGAクラウド
接続キット
【P0685】
¥41,110 (税込 ¥45,221)
 

 下記2本の解説記事も同時に公開しました。合わせて参考にしてください。

柔軟なEV充電システムを迅速かつ効率的に実装する方法
 電気自動車への移行を加速させるためには、効率的な電気自動車用電源装置(EVSE)を簡単に利用できるようにする必要があります。ここでは、電気自動車に不可欠な充電システムの概要と充電ステーションの構築を簡素化できるNXPのソリューションを紹介します。

産業用アプリケーションのガスフローを精密に監視・制御する方法
 空気、酸素、窒素、水素、ヘリウム、アルゴンなどのガスを使用する場合、極めて精密なガス制御が求められます。ここでは、様々なガスの流量を正確に測定できるSensirion社のガスボリュームフロー(体積流量)測定技術とマスフローコントローラについて解説します。
 
       
回路設計から部品の調達、基板製造/実装、ハーネス/ケース加工まで
「アンチエイリアスローパスフィルタ回路」の製作例をご紹介します
       
 
 マルツエレックでは、回路設計から基板設計・製造・実装、そして量産まで皆さまのさまざまな「ものづくり」のお手伝いをさせていただく「プロトファクトリー」事業を行っています。

 これまでにお引き受けした電子回路の設計事例としては
 ・ ワイヤレス給電+データ転送回路
 ・ 携帯型超小型恒温槽
 ・ 回生電力によるDCモータ駆動回路
 ・ 高精度正負絶縁電源回路
 ・ LEDドライブ回路
 ・ メガソーラーシステム回路
 などがあります。詳細は、こちらをご覧ください。その他の回路設計についてもご要望にお応えいたします。

 回路設計をお引き受けするにあたっては、回路の詳細設計をする前にブロック図による概念設計を行い、SPICEシミュレーションを行って検証をしています。


アンチエイリアスローパスフィルタ回路

 ここでは、SPICEによる回路解析シミュレーションを行った事例として、「アンチエイリアスローパスフィルタ回路の製作」の例をご紹介します。SPICE を活用することにより回路設計時間を短縮し、設計確度を向上させています。

 データ収集システムにおいて、A/D変換する入力信号にナイキスト周波数(サンプリング周波数の1/2の周波数)より高い周波数成分が含まれているとエイリアシング(折り返し雑音)が発生し、正しい値を得られなくなります。それを防ぐには入力信号の帯域を制限する必要があり、そのために使用するのがアンチエイリアスフィルタです。

 今回、データ収集を行う際に、必要に応じてアンチエイリアスローパスフィルタと RC ローパスフィルタを選択できる回路を設計しました。アンチエイリアスローパスフィルタ回路は、SPICEによるシミュレーションと実際の回路による実験を行って設計しています。キーデバイスとなるオペアンプは、複数の候補から吟味して選定しました。

 マルツエレックでは回路設計だけでなく、部品の調達や基板の製造と実装、ハーネスやケースの加工、さらに量産までをお引き受けしています。詳細は、下記のWebページを参照してください。 ご相談は、ものづくり相談受付フォームからお申込みください。

▽プロトファクトリー
https://www.marutsu.co.jp/pc/static/protofactory/index

▽ものづくり相談受付フォーム
http://sv.marutsu.co.jp/enquete/?id=16

     
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■_ダイオード逆回復特性測定回路基板
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マルツエレック製のIFIR法によるダイオードの逆回復時間(trr)を測定する回路基板です。trrを測定することで損失を考慮した回路設計ができます。
 
■_エナジーハーベスト電源基板
【MEB-EH1】 ¥6,819 (税込 ¥7,500)
太陽電池などのエナジーハーベスト(環境発電)を利用して得られる電力を電子機器に安定して供給するための基板です。コイン型リチウム電池で動作する電子機器をエナジーハーベストで動作させることが可能になり、ノーメンテナンスの電源回路を実現します。
 
■_SPICE デザインキット D級アンプ
【DESIGNKIT005】 ¥45,715 (税込 ¥50,286)
ビー・テクノロジー社製のPSpiceの機能を活用したD級アンプのデザインキットです。電力効率に優れたD級アンプの回路シミュレーションができます。
 
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