急成長するワイヤレス給電市場向け ソリューションの優位性と様々な アプリケーション応用例の紹介 FTF-IND-F0661 神長 慎 | マイクロコントローラ グループ DEE.04.2014 TM External Use Agenda • ワイヤレス給電市場の今後の動向 • フリースケールのワイヤレス給電ソリューション • 車載向けワイヤレス給電応用例 • まとめ TM External Use 1 ワイヤレス給電市場 TM External Use 2 ワイヤレス給電市場 Transmitter vs. Receiver 1200 1200 Phones & Accessories 1070 1070 Wearables Tx 1000 1000 Rx Personal Computing & Accessories Medium Power Applications Tx-Standalone 800 743 MILLION UNITS MILLION UNITS 800 High Power Applications 600 533 600 533 362 400 362 400 743 Tx:Rx = 2:5 208 208 200 200 110 110 26 26 46 46 0 0 2013 2014 2015 2016 2017 2018 Smartphones Wearables Medium Power - Tablets Tx-Standalone TM External Use 3 2019 2020 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 Source: IMS, Gartner, Wireless Power Consortium, Powermat, A4WP 2020 どこでも充電できる環境の実現 TM External Use 4 ワイヤレス給電のターゲット・アプリケーション 自動車 デジタル・コンスーマ機器 TM External Use 5 台所用品 産業機器 ワイヤレス給電の標準化 Wireless Power Consortium (WPC) •>200社が メンバー • 完成されたサプライ・チェイン • 120Wまでのスケーラビリティ • 電磁誘導方式 • 磁界共鳴方式(via Power by Proxie & Fulton) • 動作周波数 105 – 205kHz • フリースケールはレギュラー・メンバー • Qualcomm, Microsoft, Samsung も参加 • Microsoft ,Samsung もボードメンバーとして参加 Alliance for Wireless Power (A4WP) • Qualcomm 、 Samsungが創立 • > 100社が メンバー • 磁界共鳴方式@ 6.78MHz • 通信周波数 @2.4GHz • Intel も参加 TM External Use 6 Power Matters Alliance (PMA) • 約 70 社がメンバー • 電磁誘導方式 • 磁界共鳴方式(via Witricity) • Qiとの互換性はない • 動作周波数 300 – 350kHz • フリースケールはメンバー WPC Qiアップデート • 200社以上の会社が参加 • 11%が日本企業 • Google Nexus 5 phone, Nexus 7 Tabletで採用 • 自動車メーカが採用 − • Toyota, Honda, Chrysler ,Audi, Daimler など 600近い対応製品 TM External Use 7 WPC Qi 仕様のアップデート • 送信タイプの拡張 • 新しいコイル・タイプの追加 • 磁界共鳴方式への拡張仕様の策定 • 15W仕様への拡張 • 高速充電の実現 • 様々な機器への対応拡張（例：ミニ・タブレットなど） • 5Wとの上位互換 • 双方向通信 • 異物検知の強化 TM External Use 8 フリースケールの ワイヤレス給電ソリューション TM External Use 9 フリースケールのバリュー ハードウェア • 送信機の制御に適した高性能コアと周辺機能 • デジタル復調と異物検知 • 外部との通信用にUART, SPI, I2C インタフェース • 機能追加のためのI/Oやメモリ ソフトウェア • ワイヤレス給電用ファームウェアを提供 • ワイヤレス給電用パラメータのプログラム可能 • 機能セットや動作のカスタマイズが可能 • ワイヤレス給電以外の機能の追加が可能 リファレンス デザイン • 量産移行可能なリファレンス・デザイン • 最小限の設定とチューニングで開発可能 • 簡単に使用できるリアルタイム・チューニング／デバッ グ・ツールを提供 TM External Use 10 フリースケール • • • ワイヤレス給電ライブラリ モジュール化されたワイヤレス給電ライブラリ アプリケーション・コードの追加 顧客のワイヤレス給電製品のカスタマイズによる差別化 Freescale API User Layer User Layer • Parameter Calibration & Configuration • Customer Code FreeMASTER Open Application Level Monitor & Protection& Diagnostic APP Layer Power Control Object Detection Low Power Mode FreeMASTER API API FOD Qi Communication LED & Buzzer Touch Sensor Rail Voltage Control Coil Selection PID Control Middle Layer LIB WCT1xxx Silicon Level Library Open UART JTAG PWM GPIO IIC PIT Timer Flash ADC Processor Layer Customer Accessible TM External Use 11 ソフトウェア開発ツール – WCT GUI コンフィグ： システム・パラメータ、コイル・パラメータ、FODパラメータ • キャリブレーション：アナログ信号の感度やFODアルゴリズムの係数 • デバッグ：リアルタイム・ステータスと値表示 • TM External Use 12 フリースケール・トランスミッタ ソリューション TM External Use 13 ワイヤレス給電トランスミッタ ロードマップ Features / Complexity Auto Premium WCT1003A WCT1001A Auto Standard WCTxxxx 15W Premium 15W Multi-Coil WCTxxxx 15W Single-Coil WCTxxxx 5W Premium WCT1101 5W Multi-Coil WCT1200 WCT1000 5W Single-Coil 1Q 2Q 3Q 4Q 2012 1Q 2013 2Q 3Q 4Q 1Q 2Q 3Q 2014 1Q 2Q 3Q 4Q 2015 Production 32QFN 4Q Proposal First Sample Date (left edge) Product Qualification (right edge) 64LQFP TM External Use 14 コンスーマ向けトランスミッタ 5W シングルコイル充電器 Power Stage Touch MPR121 − Qi 1.1.2 仕様準拠 − 回路図、BOMが入手可能 − WCT-5W1COILTX （ボード: $99) Pre-Drive Inverter Control Demodulation GPIO Low Power MWCT1000/WCT1101 特長 利点 5W 以上の出力 レシーバ側がフル5W受信可能 最大77% の電力効率 高効率 サポート FOD (WPC 1.1.2 spec) 異物検出機能 広い入力電圧 (4.25 – 5.6V) 安価な5V電源で動作 消費電力MCU run < 30mA / Stby @ < 5mA 低電力動作。タッチセンサによるWake up TM External Use 15 WCT1101 – シングル・コイル・プレミアム WCT1101 – プレミアム • ユーザが使用可能なプログラム領域 • 拡張可能なIO • 64LQFP WCT1101 Flash Drive_EN CoilDis Isense Core ADC Tsense Inverter Control Coil1_PWM1 Coil1_PWM2 Vsense 100MHz Comm Demod FOD ユーザーが使用できるIO GPIO SDA DAC CAN Touch Sense SCI SPIx2 LED Debug Optional TM External Use 16 SCL T_IRQ 15W シングルコイル・トランスミッタ （コンスーマ向け） • 15 Wシングル・コイル • WPC-Qi medium power 仕様（仕様策定中） • 双方向通信 • 高機能スマートフォン、タブレットがターゲット • 高速充電、高容量電池に対応 • 柔軟な設計に対応するプログラム可能なソリューション • リアルタイム・デバッグとチューニングをサポート Power Stage Touch MPR121 Pre-Drive Inverter Control Demod Comms Low Power MWCTxxx TM External Use 17 GPIO 車載用トランスミッタ・リファレンス・デザイン • • WPC 5W 車載用ワイヤレス給電 − 回路図、BOM、デザインファイルなど開発情報を提供 − 開発のためのワイヤレス給電ライブラリ、チューニング・ツール提供 WCT-5WTXAUTO （ボード: $299) 特長 利点 5W 以上の出力 レシーバ側がフル5W受信可能 > 65% 電力効率 高効率 サポート FOD (WPC 1.1 spec) 異物検出機能 CAN コントローラ内蔵(MWCT1003A) Lower BOM コスト 固定周波数動作 ラジオなどの干渉から回避 NFC に対応可能 (MWCT1003A) NFC/Qi を実装 AEC-Q100 Level 2 対応コントローラ IC 車載対応 TM External Use 18 車載用トランスミッタ・ブロック図 Power Inverter Buck Pre-Drive Inverter Control Optional Optional Demodulation Sensing Low Power Vrail CAN SPI MC33907 SPI CAN WCT100xA TM External Use 19 GPIO NFC PHY Optional フリースケール・レシーバ・ソリューション TM External Use 20 ワイヤレス給電レシーバ ロードマップ Features / Complexity 30 Watt Rectifier control Bi-directional Qi Comm Programmable 15 Watt XXXXX S08 5 Watt Kinetis Qi 1.1 Discrete Solution Based on RS08KB12 Flexible 1Q 2Q 3Q 4Q 2012 1Q 2013 2Q Embedded Solution Discrete Rectifier Qi 1.1 3Q 4Q 1Q 2Q 3Q 4Q 2014 Production Discreet 1Q 2Q 3Q 4Q 2015 Proposal First Sample Date (left edge) Product Qualification (right edge) Integrated MCU TM External Use 21 Next 5W Embedded Receiver Concept • ターゲット・アプリケーション スマートウォッチ、モバイル・メディカル・デバイス、フィットネス・モニタ、 スマートフォン など • Kinetisマイコンにワイヤレス・チャージャ機能を追加 専用ASICを使用するのに比べ、BOMコストを抑える事が可能 Typical Mobile Application Optional PMIC DC-DC Applications Processor Kinetis Microcontroller I2C + Wireless Charging Function Magnetometer Accelerometer Gyro Kinetis MCU 36WLCSP 2.37x2.46x0.53 mm 0.35mm pitch TM Confidential and Proprietary 22 5W Kinetis Wireless Charging Tower Board • Kinetis KL26を使用したセンサとワイヤレス給電用Tower board o 加速度センサと磁気センサを搭載 o ワイヤレス給電レシーバ 特長 TM Confidential and Proprietary 23 • KL26 MCU による制御 • センサHUBソフトウェア • ワイヤレス給電のレシーバ・ライブラリを提供 • 電力は5V USB パワーもしくはワイヤレス給電 • ワイヤレス給電機能の制御MCUに付加価値の追加が可能 X-TWR-PWR (ワイヤレス給電レシーバ・ボード） TM Confidential and Proprietary 24 Tower System Modules 8bit ColdFire Kinetis TWR-S08LL64 TWR-S08LH64 TWR-S08JE128 TWR-S08MM128 TWR-S08GW64 TWR-S08UNIV TWR-S08PT60 TWR-MCF51AG TWR-MCF51CN TWR-MCF51JE TWR-MCF51JF TWR-MCF51MM TWR-MCF51QM TWR-MCF5225X TWR-MCF5441X 16bit Power Arch TWR-S12G64 TWR-S12G128 TWR-S12G240 TWR-S12GN32 DSC TWRMPC5125 TWRMPC8309 TWR-P1025 TWR-PXD10 TWR-PXD20 TWR-PXN20 TWR-PXR40 TWRPXS2010 TWRPXS3020 TWR-KL25Z48M TWR-K20D50M TWR-K20D72M TWR-K21D50M TWR-K40X256 TWR-K40D100M TWR-K53N512 TWR-K60N512 TWR-K60D100M TWR-K60F120M TWR-K70F120M Serial TWR-SER TWR-SER2 Memory TWR-WIFI-RS2101 TWR-WIFI-G1011MI TWR-WIFI-GS1500M TWR-WIFI-AR4100 Analog Audio Mesh Networking Displays TWR-ADCDAC-LTC TWR-AUDIO-SGTL TWR-RF-SNAP TWR-LCD TWR-LCD-RGB TWR-MC-LV3P TM Wi-Fi TWR-PROTO Motor-Control TWR-56F8257 TWR-56F8400 Prototyping Apple MFi TWR-DOCK TWR-DOCK2 www.freescale.com/tower 25 Confidential and Proprietary Industrial TWR-MECH TWR-IND-IO Sensors & Plug-Ins TWR-SENSOR-PAK TWR-MEM TWR-MEM-PISMO TWR-SENSOR-PAK-AUTO TWR-TWRPI-BD TWRPI-MMA6900 TWRPI-MPL115A Radio TWR-12311 TWR-METRO-KIT Medical MED-EKG TWR-EPD (ePaper ディスプレイ・モジュール) X-TWR-PWR （ワイヤレス給電・モジュール） 特長 • ePaperとワイヤレス給電を使用したウェアラブル機器の簡 易開発用 • TWR-ELEVにディスプレイ・モジュールを取り付け Tower System の構成: TM Confidential and Proprietary 26 • X-TWR-PWR KL26Z128 ワイヤレス給電 Kinetis MCU モ ジュール • TWR-EPD ePaperディスプレイ・モジュール( DigiKeyより 購入可能） • TWR-ELEV エレベータ・モジュール フリースケールの ワイヤレス給電アドバンテージ フレキシビリティ ブラックボックスのソリューションではなく、ワイヤレス給電技術の上に、顧客の付加価 値機能を追加できます。 スケーラビリティ 複数のトランスミッタ・タイプに対応したワイヤレス給電が可能。 短期間での開発 フリースケール提供のリファレンスデザインにより短期での製品開発が可能 車載対応 AEC-Q100に対応 TM External Use 27 車載向けワイヤレス給電応用例 TM External Use 28 NFC in Automotive Entry: NFC対応の電話機を使って、 近づいてきたユーザのドアを解除 Car Entry Start: NFCを使ってユーザを認識。エンジ ン・スタートをスマートフォンで可能に。 Engine Start Bluetooth & Wi-Fi ペアリング : Bluetooth や Wifi 接続をNFCを使用して自動ペアリング Bluetooth & Wifi Pairing Diagnostic: 車の自動的な診断内容を スマートフォンで。 Diagnostics TM External Use 29 Personalization & Payment Personalization & Payment: シー トやミラー位置設定や好みのラジオ 局など個人の設定や有料番組のダウ ンロードなどに、。… Wireless Charging + NFC • Body Controller Module • APPLICATION • NFC - ULS • NCI (NFC standard interface) • e.g. CAN WCT1003A NCI (NFC standard interface) WPC-LIB NFC-HAL WPC-HAL SPI MLX90132 Tx front-end TM External Use 30 １つのモジュールに統合されたNFC と ワイヤレス給電技術 シングルMCU ソリューション (WCT1003) ワイヤレス給電ソフトウェア・スタック NFC ローレベル・ドライバ・スタック アッパーレイヤのスタックは、別のコン トローラで処理(e.g. BCM) i.MX 6 Wi-Fi Display Audio スマートフォンのカーナビ機能で Display Audioは、送られた映像 ファイルを再生 Qiワイヤレス給電 給電 LTE Internet スマートフォン TM External Use 31 車載向けQiワイヤレス・チャージャのラジオ干渉回避 • デモ概要 − − − • Tech Lab No. 48 ワイヤレス・チャージャの充電周波数(約110kHz)の高調波がカーラジオ(AM)に干渉してし まう。 この問題を、カーラジオと連携して動作することで回避出来ることを紹介するデモ カーラジオ側として、i.MX 6プロセッサを使用しワイヤレス/チャージャ/リファレンス・デ ザインとの組み合わせでデモを行う。 フリースケール・ソリューションのアドバンテージ − − 他社のソリューションは充電周波数が固定できないため、ラジオにノイズが入る ラジオの選局にあわせて、プログラムで充電周波数変更可能 CAN Qi A13タイプ ワイヤレスチャージャ・トランスミッタ TM External Use 32 i.MX 6ボード + ALPS社製AM/FMラジオモジュール ワイヤレス給電まとめ 期待されるワイヤレス給電マーケット スマートフォン、タブレット、スマートウォッチ 公共の場所、車載、飛行機など 優れたフリースケール・ソリューション フレキシビリティ、スケーラビリティ、リファレンス・デザイン、車載対応 ワイヤレス給電＋付加価値の追加 スマートフォン連携のDisplay Audio製品向けなど TM External 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