入出力・周辺ボード/モジュール

入出力・周辺ボード/モジュールとは

• 制御回路を連携できる
• 操作スイッチや測定器の状態を管理できる
• ランプやセグメント表示器を利用できる
• コントローラとのデジタル通信ができる

一方、入出力・周辺モジュールとは、インプット・アウトプットの機能が備わっていない機器に入出力の機能を付け加える装置のことです。入力（Input）と出力（Output）の頭文字を取り、I/Oモジュールと記載することもあります。入出力の機能搭載に必要なものがパッケージ化されているものとして、入出力ボードと同じ意味で使用することが一般的です。

ボードとモジュールの違い

入出力ボードと入出力モジュールはほぼ同じ意味で使用しますが、ボードとモジュールは意味が異なります。

ボードとは、コンピュータなどの電子機器の内部に組み込まれた部品のひとつで、集積回路や金属配線を高密度に実装した板状のものです。回路基板や電子基板と呼ばれることもありますが、本来は基板だけを指すボードという言葉で略することがあります。なお、小型のボードをカードと呼び、ボード（＝主基板、マザーボード）と区別することもあります。

一方、モジュールは統一規格によって設計・製造された部品群のことです。メーカーを問わず互換性があるため、モジュールのみ変更あるいは搭載して、電子機器の機能を変更・拡張することも可能です。板状のものに限られるボードとは異なり、形状は問われないため、モジュールのひとつにボードがあると考えることもできるでしょう。

入出力・周辺ボード/モジュールの種類

入出力・周辺ボード/モジュールには、次の種類があります。

• フォトカプラ絶縁入出力タイプ入出力ボード/モジュール
• 接点出力タイプ入出力ボード/モジュール
• 非絶縁入出力タイプ入出力ボード/モジュール

フォトカプラ絶縁入出力タイプ入出力ボード/モジュール

フォトカプラとは、回路間を絶縁した状態で、入力された信号を出力側に伝達する素子です。入力された電気信号を一時的に光信号に変換し、光信号を受光素子で電気信号に戻してから出力します。電気的に絶縁した状態で信号を伝達するため、安全性を確保しやすいというメリットがあります。

フォトカプラ絶縁入出力タイプ入出力ボード/モジュールとは、ボード内部の回路と入出力回路をフォトカプラにより絶縁した入出力ボード/モジュールのことです。信号（＝情報）は光に変換されてから伝達されるため、回路内に発生した電気（ノイズ）の侵入を防げます。

ただし、フォトカプラを作動させるためには、外部から電気の供給が必要です。操作回路と電源を接続し、絶縁状態を維持しつつ、フォトカプラを駆動させなくてはいけません。

接点出力タイプ入出力ボード/モジュール

接点出力タイプ入出力ボード/モジュールとは、出力回路にリレー接点を用いた入出力ボード/モジュールです。ボード内部の回路と出力回路はリレー接点により絶縁されていますが、電流を流すことには制限を受けないため、直流だけでなく交流の負荷も接続できます。

非絶縁入出力タイプ入出力ボード/モジュール

非絶縁入出力タイプ入出力ボード/モジュールとは、ボード内部の回路と入出力回路を絶縁せずに連結した入出力ボード/モジュールです。電気信号を光信号に変換する工程がないため、ほかの入出力ボード/モジュールと比べて応答が速いという特徴があります。

一方で、外部から電気的に影響を受けやすく、ノイズが生じやすい点に注意が必要です。配線距離を短縮できるなどのノイズを回避する環境が整っているときには、適した選択肢となります。

入出力・周辺ボード/モジュールのメリット

入出力・周辺ボード/モジュールを使うことには、次のメリットがあります。

• 配線作業の簡略化
• 機器組み立ての省力化
• コスト削減
• カスタマイズが可能

それぞれのメリットについて説明します。

配線作業の簡略化

入出力ボードとは、集積回路に金属配線を高密度に実装した基板のことです。電子機器を製作するときは、さまざまな部品や回路に配線する必要がありますが、搭載する機能が多ければ多いほど配線作業が増え、手間と時間がかかります。また、配線に誤りがあると正しく機能しない可能性があるため、細心の注意が必要です。

入出力ボード/モジュールを利用すれば、入出力機能を搭載するための部品がすでに配線された状態となっています。配線作業を簡略化し、なおかつ配線ミスも回避できます。

機器組み立ての省力化

電子機器の製作には、多くの工程が必要です。しかし、すでに入出力機能に関する集積回路と金属配線が完了している状態の入出力ボード/モジュールを用いれば、手間を省いて機能を搭載できます。

また、入出力機能以外にもボード化、モジュール化されている部品群は多数あります。基本的にモジュールはメーカーを問わず規格が統一されているため、必要なモジュールを集めてセッティングするだけで、電子機器の組み立てが可能です。

ボードやモジュールは交換・搭載することもできます。簡単な手間で新たな機能を電子機器に付与できるだけでなく、不要な機能を取り除いて、操作の快適性を向上させることもできるでしょう。

基本的には、電子機器はツールであり、電子機器の組み立て自体が目標となることはありません。電子機器を活用した作業に早く着手するためにも、ボードやモジュールを用いて機器組み立ての省力化を図ることが必要といえます。

コストを抑えられる

入出力・周辺ボード/モジュールは、いずれも工場で大量生産されたものです。そのため、一から製作するよりもコストを抑えられます。

また、大量生産されたものではありますが、組み合わせ次第で、オリジナルの電子機器を完成させることが可能です。コストを抑えつつ、オリジナリティを発揮したいとき、あるいは必要な機能のみを搭載した電子機器を製作したいときは、入出力機能以外にもボード/モジュールに頼ることも検討できます。

特定の機能に不具合が生じたときも、ボード/モジュールとして組み込んでいる場合は、簡単な作業で交換できます。新しく電子機器を購入するケースと比べ、費用を抑えることが可能です。

コストを抑えてアップグレードできる点も、ボード/モジュールを利用するメリットです。パソコンなどの電子機器は、筐体は同じでも、搭載しているマザーボードなどのスペックで性能が大きく変わります。入出力・周辺ボード/モジュールなどのボード/モジュールをハイスペックなものに交換すれば、コストを抑えて高性能・高機能な電子機器にアップグレードできます。

カスタマイズが可能

入出力・周辺ボード/モジュールには、フォトカプラ絶縁入出力タイプや非絶縁入出力タイプなど、異なるタイプのものがあります。

反応が速く快適な操作を実現しやすいのは非絶縁入出力タイプですが、安全性が高いのはフォトカプラ絶縁入出力タイプと、タイプによって適した状況が異なります。ボード/モジュールとして組み込むことで、使い勝手のよい電子機器にカスタマイズできる点もメリットです。

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