LEADER'S VOICE 株式会社東芝 セミコンダクター社 / 東芝マイクロエレクトロニクス株式会社 多彩なIPをARMマイコンに 搭載することで差異化を実現。 ナログ回路内蔵といった特長により、モータ させ、ベクトル制御エンジンを内蔵している。 ①ベクトル制御エンジンによって、セク タごとに計算式が変わる相変換や座標軸変 ベクトル制御をハードウェア化した ベクトル制御エンジンを搭載 換などの複雑な演算を専用演算ユニットと TMPM370 グループには、前述のように スケジューラで構成されたベクトル制御 ベクトル制御をハードウェア化したベクト 東芝セミコンダクター社は、長らくマイコンを開発・提供しており、多彩な IP を持つ。その IP を ARM マイコンに搭 エンジンが自動的に処理できる。これによ ル制御エンジンを搭載している。 載することで、特色あるマイコンに仕上げている。ここでは、Cortex -M3 プロセッサを採用している TX03 シリーズ り、高効率や低騒音に不可欠なベクトル制 御での CPU 負荷低減に貢献する。 東芝マイクロエレクトロニクス株式会社 取締役 応用技術統括部長 の中から、「TMPM370 グループ」および「TMPM380 グループ」を中心に同社の制御系マイコン戦略を聞いた。 （Pulse Width Modulation）制御に対応した ARM コアを制御系マイコンや そ こ で、 世 の 中 で デ フ ァ ク ト に な っ て い ではのコード効率の高さ、高速割り込み、 車載用マイコンなどに採用 ます ARM のコアを当社のマイコンコアの 対応ソフトウェアの豊富さ、充実の開発環 東芝セミコンダクター社は、世界トップ ロードマップに追加しました。ARM コアを 境など、多くの特長を持つ。 クラスのシェアの「ディスクリート半導体」、 採 用 す る こ と で 差 別 化 し た IP の 開 発 や お 東芝セミコンダクター社は、多彩な IP を デジタル機器の高性能化に不可欠な「シス 客様へのサポートに投資をする事で当社と 持っており、それらをさまざまなマイコンに テム LSI」、高速／大容量化を実現する「メ しての差別化を図っています」とは、三谷 搭載している。たとえば、 TX03シリーズには、 さまざまな分野で省エネ対策が進められて モリ」という 3 つの製品群を大きな柱として 統括部長。 ベクトル制御エンジン（VE） 、多目的タイマ、 おり、それは家電製品も例外ではない。 ベクトルエンジンに加え、2 チャンネルの モータ制御における省エネを促進する Ethernet や CAN（Controller Area Network） PMD（Programmable Motor Driver）マ イ ② 2 モ ー タ へ の 対 応 は、2 系 統 の PWM 三谷 了 氏 「TMPM370 グループ」 現在、エコロジーが話題となっている。 コンを展開してきており、TMPM370 グルー プはその第三世代となる（図 3）。 第一世代は、 三相PWM出力、 位置検出回路、 モータ専用タイマと 12 ビット AD コンバー 専用タイマ、保護回路のハードウェアを内蔵 タを搭載することで実現した。これによっ することで、8 ビットマイコンにてモータ制 て、同時に 2 モータのベクトル制御が可能と 御を実現していた。これにより、容易に家電 なっている（TMPM372/373/374 は 1 モー 機器のインバータ化が可能になる。 タ制御のみ）。 第 2 世代は、第一世代に正弦波形生成回路 ③周辺アナログ回路として、最大 10 倍の エアコンや冷蔵庫といったモータを使用 東 芝 セ ミ コ ン ダ ク タ ー 社 は、 従 来 か ら を付加することで、PMD を強化したものだ。 いる総合半導体メーカだ。売上高は世界の ARM コアは、制御系マイコンや車載用マ ゲイン設定ができるアンプ、異常電流検出 ソフトウェアの負荷を増さずに正弦波出力 上位であり、国内でもトップクラスである。 イコン、システム LSI などに採用している。 などのシリアル、ハードウェア HDMI CEC する製品での電力使用量は増えており、省 時の緊急停止信号発生用コンパレータを各 4 を可能にし、洗濯機用モータなどのさらな 制御系マイコンには Cortex-M3 プロセッ （High Definition Multimedia Interface エネを実現するために求められているのが ユニット内蔵した。これにより、1 シャント る低振動化を実現する。さらに、正弦波形 他の IP コアベンダのコアや ARM コアを搭載 サを導入しており、図 1 のような製品グルー Consumer Electronics Control）制御、独立型 効率的なモータ制御だ。モータ制御にはさ と 3 シャントによる 2 モータ制御を外付け部 生成回路により AC インバータにも容易に対 したものなど豊富なラインアップを持つ。 プがある。 RTC（Real-Time Clock） 、 高精度 ADC（Analog/ まざまな手法がある中、ブラシレス DC モー 品無しで実現できる（TMPM372/373/374 応可能となった。 はアナログ回路を内蔵していない）。 マイコンは、自社開発の 8 ビットコアから、 「従来から自社マイコンを開発してきまし M320、M330、M390、M360、M340 は Digital Converter）/DAC（Digital/Analog タのベクトル制御は効率的なモータ制御に たが、高位ビットになるとコアの開発やお客 3V 製 品 で あ り、M370、M380 は 5V 製 品 の Converter） 、大容量メモリなど豊富な IP が 向いている。 様の開発環境への投資が増えてしまいます。 グループとなる。いずれも、ARM コアなら 使用されている（図 2） 。 ※ TX03 シリーズ製品 の特長 製品グループと主なターゲットアプリケーション M320 グループ 144MHz, eDRAM, SRAM 320KB M330 グループ 40MHz, ハードウェア CEC M340 グループ 高精度 AD / DA M360 グループ 64/80MHz, Flash 2MB, USB/CAN/EtherMAC, 外部バス M370 グループ 80MHz, 5V, ベクトルエンジン M380 グループ 40MHz, 5V, 多目的タイマ M390 グループ 20MHz, 1.7V, RTC back-up カーオーディオ コンシューマ ( 例：TV, オーディオ , Blue-ray） コンシューマ ( 例：ディジタルカメラ , ディジタルビデオカメラ ) 東芝 Cortex-M3 ・World Wide デファクトスタンダード 圧倒的な HW ／ SW ／サポート環境の実績 業界最高水準のコード効率 ・32/16bit 混在の Thumb®-2 ISA 採用 ユーザーは意識せず自動生成 産業・ネットワーク ( 例：セキュリティ , PLC, Building Automation System) モータ制御 TMPM380 タイマ TMPM360 Cortex-M3 ・実行時間の長い命令は割り込みで中断可能 ・スタックへの PUSH をハードウエアで 自動的に実行 Connectivity 応 答 NANO FLASH ( 例：エアコン、洗濯機、冷蔵庫、etc) ハード CEC Mobile 制 御 MSC バッテリ駆動製品 大容量メモリかつ低消費電力を実現 ・業界トップクラスの大容量メモリを内蔵可能 2MB 内蔵品も量産中 Vector Control 制 御 ( 例：エアコン、洗濯機、冷蔵庫、ヒートポンプ、etc) 家電 / メイン制御 独立型 高精度 混 載 AD/DA TMPM340 高速変換可能な ADC を内蔵し、多様化する TMPM370 group 内 蔵 開発中 ラインアップ展開 TMPM372 group 64pin 内 蔵 TMP88CS42 PMD1 TMPM390 ( 例：ヘルスケア、ゲーム機器、ＡＶ機器 ) PMD2 センサ付き正弦波駆動 120 度矩形波駆動 870/X core 20 MHz TMP88CS43 TMPM330 RTC 大容量 メモリ Vector Engine TMP19A71 シリアル 技術 サポート 高速な 「TMPM370FYFG/370FYDFG」 を開発し製品化 開発中 豊富な AV Link 割り込み 対応するため、高い演算能力を持つ CPU と 32-bit RISC Core 56MHz HA 組み込み用に 最適な ARM コア 効 率 リアルタイム制御に最適 PMD3 Vector Control 多目的 Vector Engine モータ制御における省エネを促進する Cortex M3 Core 40∼80MHz Vector Engine 搭載 量産中 制 御 すぐれた Code コンシューマ & OA ( 例：AV レシーバー , プリンタ ) TMPM370 ベクトル World Wide デファクト スタンダード MCU さらに第三世代は、ベクトル制御技術に PMD マイコン ロードマップ ハード 特定アプリ向け 図1：ARM コアの製品グループと主なターゲットアプリケーション ARM PARTNERS SUCCESS TMPM370グループは、 ①ベクトル制御エン LEADER'S VOICE LEADER'S VOICE した。Cortex-M3プロセッサを80MHzで動作 を使用する製品の省エネを促進できる。 TM 54 ジンの搭載、②2モータへの対応、③周辺ア 870/X Core 16 MHz Improved PMD TMP88CH41 TMP88CH40 MASK/OTP 48pin ※汎用展開製品 TMPM374 group 開発中 開発中 量産中 開発中 TMP88FW44 開発中 TMP88FW45A TMP88FH41 TMP88F846 44∼100pin パッケージ 8k∼120kFlash ROM 図2：東芝セミコンダクター社は、豊富な IP を持っており、 それを ARM マイコンに搭載することで特長ある製品としている TMPM373 group 44pin PMD2 plus Speed up 870/C1 Core SiP PMD2+BiCMOS 870/C1 Core TMP89FM82T SiP：System in package 図3：東芝セミコンダクター社は、従来から PMD（Programmable Motor Driver）マイコンを提供してきた 株式会社東芝 セミコンダクター社 システム LSI 営業推進第一部 MCU・オーディオ LSI 営業推進担当 部長 猪野 英治 氏 ARM PARTNERS SUCCESS 5 のため、レベルの設定も容易だ。 方法、コンデンサーの充放電時間を使う方 法などがあるが、いずれもソフトウェア処 「T M P M 3 8 0 F Y F G / 3 8 0 F W F G 」 お よ び 理が必要となる。 「TMPM382FWFG/382FSFG」を開発中だ。 混載向け低消費電力フラッシュメモリであ 「たとえば、モータを回すときの電源電圧 ア に よ る CPU ク ロ ッ ク 監 視 機 能 で あ る る。「NANO FLASH は、NAND 型と NOR 型の はコンデンサーで平滑しており、高速で回転 「OFD(Oscillation Frequency Detector)」 を 良いとこ取りをしたもので、高集積で高速 しているモータが何らかの要因で止まってし 内蔵した。8 ビット時代から搭載しており実 のランダムアクセスが低消費電力で可能と まうと、半導体やコンデンサーが破壊してし 績あるものだ。 なっています」 （三谷氏）。 まう恐れがあります。そこで、アナログ入力 ARM マ イ コ ン の シ リ ー ズ に も、「NANO 「ソフトウェア・エンジニアから見れば、 TMPM380 グ ル ー プ の 新 製 品 と し て、 い ず れ も Cortex-M3 プ ロ セ ッ サ を 40MHz 安全規格への対応は製品化していく上で必 で動作させ、多目的タイマを内蔵している。 「欧州に洗濯機などを輸出しているお客 要なものであるのですが、できればやりた 両製品は、TMPM380FYFG/380FWFG は 12 監視機能で常にモニタリングしておき、電圧 様から、IEC60730 への対応を求められた くないというのが本音でしょう。OFD といっ ビット ADC を 18 チャンネル、多目的タイマ FLASH」を搭載することで 2M バイトのメモ が上がったらモータ制御を切り替えるといっ 際に、マイコンでできることは何かと考 たソリューションを用意することで、ソフ が 3 チャンネル、TMPM382FWFG/382FSFG リ容量を実現している。 たことを想定しています。エアコンであれば、 え、OFD で異常を監視するということを思 トウェア・エンジニアの負担軽減に貢献し は 12 ビット ADC を 10 チャンネル、多目的 ているのです」 （外山氏）。 タイマが 1 チャンネルなど、内蔵周辺機能が 東芝マイクロエレクトロニクス株式会社 応用技術統括部 アナログコントロールシステム LSI 応用技術部 担当部長 また、5V 単一電源で動作するというのも 温度センサをモニタリングすることで、変化 いついたのです」 （外山氏）。それ以来、東 大きな特長だ。 「モータは 5V で回すことが多 があったらモータ制御を切り替えるといった 芝セミコンダクター社のマイコンの多くに、 く、それを制御するマイコンにも 5V 動作が 使い方もできます」とは、小柴 主務。 OFD 機能を搭載してきたという。 増田 孝雄 氏 求められます。Cortex-M3 プロセッサで 5V アナログ入力監視では、それぞれのレジ 単一動作するマイコンは、現時点で東芝セミ スタ保存できるデータ量も多いことから使 CPU とは別のクロックによって作られる一 TMPM380 グ ル ー プ は、Cortex-M3 プ ロ インバータ家電機器に対応した。また、演 コンダクター社のものだけです」 （猪野氏） 。 い勝手も良いという。 定周期ごとにソフトウェアで判断するとい セ ッ サ を 40MHz で 動 作 さ せ る こ と で、 主 算モジュールの一部をハードウェア化した さらにモータドライバと組み合わせたソ 「 ア ナ ロ グ 入 力 チ ャ ン ネ ル は 全 部 で 22 う方法がある。しかし、「マイコンのクロッ に家電のシステム制御ニーズに応えるもの 継承性のあるコアを ベクトル制御エンジンを内蔵し、ソフトウェ リューション提案も行っている。「モータ チャンネルあります。他にもこれくらいの ク異常を見るのに、その異常クロックで動 となる。多目的タイマも内蔵しているので、 タイムリーに提供していって欲しい アの負荷を軽減できるようにしている。 を効率よく回すというのは案外難しいもの チャンネル数のマイコンはありますが、デー 作するソフトウェアを使うということはあ モ ー タ 制 御 や IGBT（Insulated Gate Bipolar ベクトル制御エンジンは、ハードウェア部 で、東芝セミコンダクター社は今まで培っ タを格納できる容量が大きいことから、自 る意味矛盾しています」 （外山氏）。 Transistor）制御にも対応する。 分とソフトウェア部分に分けられる。 「すべ た経験をベースとしたソリューション提案 由度が高くなります」とは、外山 主務。 てハードウェア化してしまうと機能が固定化 も行っています」 （猪野氏） 異なっている。「デファクトな ARM M3 コア 主に家電のシステム制御ニーズに応える 「TMPM380 グループ」 CPU ク ロ ッ ク の 異 常 を 監 視 す る に は、 他にも WDT（Watch Dog Timer）を使う に当社の最先端のモータ制御（IP）技術を搭 載することでモータ制御分野では絶対の自 信がある」 （三谷氏）という。 TMPM370/380 に 向 け た ツ ー ル と し て、 ツールベンダ各社からコンパイラやシミュ ADCトリガ付の同期3chPPG出力による三 レータ、デバッガ、エミュレータといったツー 「シスコンとしての使い勝手の良さを追求 相PWM出力、外部トリガスタートやデッド ルが用意されている。さらに、リファレンス されてしまい適応するモータが限られてしま 5V 単一電源にすることで、ノイズやサー した機能であり、ベクトル制御エンジンも タイム出力、同期2chPPG出力可能、緊急出 ボードに加え、各種ツールをワンパッケージ います。ソフトウェア部分を残すことで自由 ジにも強くすることができる。 「東芝セミコン さることながら、このアナログ入力監視機 力停止端子でのIGBT制御タイマなどが可能だ。 化したスタータ・キットも用意されている。 度をあげています」とは、増田 担当部長。 ダクター社は、8 ビットマイコンのころから 能も重要だと思います」 （小柴氏）。 応用製品として、炊飯器や電磁調理器な 「今後は、8 ビットは東芝オリジナルで展 ど の IH（Induction Heating）ヒ ー タ に お け 開し、16～32ビット（一部8ビット・マイコン 「さらに、このベクトル制御エンジンは、 ノイズやサージに関する技術を蓄積してきま 産業機器にも適用できます」 （三谷氏）と、 した。5V 単一電源にすることで余計な電源回 安全規格である国際電気標準規格の る IGBT 制御、電子レンジのインバータでの のハイエンド・ユースを含む）を ARM コア 路が不要となることからノイズやサージでも IEC60730 に準拠 IGBT 制御、それらの家電製品のパネル操作な に統合していきます。もちろん、従来から モータで駆動する機器では、モータ制御 どがある。さらに冷蔵庫では、インバータ制 のマイコンのサポートは引き続き提供して に不具合が生じると甚大な事故に発展しか 御のモータ制御やセンサ入力用のADコンバー いきます」 （猪野氏）。 タ、メイン制御のセンサ入力用のADコンバー TMPM370 グループのロードマップを図 4 タやシリアル通信、パネル部のLED ドライバ に示す。今後は、機能を削減した小ピン版、 やシリアル通信など幅広く活用できる。さら ROM 拡張版などラインアップを充実すると に、東芝セミコンダクター社では、マイコン ともに、I/O を拡張し PMD を 3 チャンネルに ＋ドライバICによる最適な提案を行っている。 増やしたものや CAN を搭載したものなどを 適用範囲は広い。 ちなみに、ベクトル制御エンジンは、東 暴走し難くすることができます」 （増田氏） 。 芝の生産技術センターと共同で開発したも のだ。「東芝は総合電機メーカーとして様々 初期設定のみで周辺センサを ねない。そこで、欧州では2007年10月から、 なモーターを使用したセットを作ってお ハードウェアで監視できる 家電機器についての安全規格である国際電 り、そこで蓄積した技術をベクトル制御エン ジンに活かしています」とは、猪野 部長。 ADC のトリガ待ちの時間を利用すること で、比較的低速なデジタル・コンペアを実 気標準規格の IEC60730 に準拠することが義 務付けられている。 モータ駆動を考慮し 5V 単一で Cortex-M3 プロセッサを動作 東芝セミコンダクター社ならではの IP とし 従来からのトリガ同期モードでは、トリ NAND 型のフラッシュメモリは、高集積化 AD 変換するか、いったん停止して変換しな 1 バイト単位の読み出しはできないことか ら、ランダムアクセスが低速となってしまう。 ・Cortex-M3 80MHz ・大容量フラッシュメモリ ・モーター制御用ハードウェア、ベクトルエンジン ・扱い易いモータ制御回路、PMD ・豊富なアナログ回路 ・他 アナログ入力監視機能では、トリガモー 高速のランダムアクセスが可能であるが、集 短い時間でアナログデータを監視すること 100pin 「NANO FLASH」は、NAND 型 の セ ル デ バ ことで、変換値が比較レジスタより大もし イス技術と NOR 型の回路技術を融合するこ くは小で割り込みが発生するデジタル比較 小柴 晋 氏 ARM PARTNERS SUCCESS ができる。さらに、比較レジスタを設ける Ｉ/Ｏ拡張 PMD 3ch 版 256KB M370FY PMD 2ch 512KB 512KB 256KB 512KB 512KB 256KB M37eFY PMD 2ch PMD 3ch ・CAN 2ch ・PMD 3ch ・AMP/CMP 6ch ・ DAC 2ch PMD 3ch ・PMD 3ch ・AMP/CMP 6ch ・DAC 2ch PMD 2ch 144pin M37eFD M37cFY M37bFY せない。それに対して猪野氏は、「国内メー カならではのきめ細かなサポートを行って M37cFD M37aFD 東芝マイクロエレクトロニクス株式会社 応用技術統括部 アナログコントロールシステム LSI 応用技術部 主務 積度としては NAND 型に劣ってしまう。 100pin 144pin 100pin 開発中 + CAN 版 ROM 拡張 版 ドのトリガ待ちの期間に自動的に特定の AD 変換を実行することで、トリガ周期よりも 計画中 M370 の基本機能 ければならない。 それに対して NOR 型のフラッシュメモリは マイコンの導入には技術サポートは欠か M370 グループ 製品ラインアップ ガ待ちの際に ADC を使用できない。そのた め、トリガに連動してセンサからの信号を に向いており高速書き込みができる。しかし、 展開していく。 ハードウェアで監視することができる。 て、 「NANO FLASH 」をあげることができる。 TM 東芝マイクロエレクトロニクス株式会社 応用技術統括部 アナログコントロールシステム LSI 応用技術部 主務 外山 浩昭 氏 現しており、初期設定のみで周辺センサを 6 それに対して TMPM370 ではハードウェ LEADER'S VOICE LEADER'S VOICE とで、それぞれの特長を活かしたロジック います」と胸を張る。 ARM 社への要望として、「コード効率やリ アルタイム性のニーズに応えながら、継承 性のあるコアがタイムリーに提供されるこ とを期待している」 （三谷氏）という。 機能削減、少PKG 版 64pin 128KB M372FW PMD 1ch 48pin 128KB M373FW PMD 1ch 44pin 128KB M374FW PMD 1ch 図4：TMPM370 グループのロードマップ ※記載されている製品群の 仕様・製品化計画は、 予告なく変更することがあります。 ARM 社のソリューションは、東芝セミコン ダクター社のマイコンやシステム LSI 戦略に 大きく貢献している。 ARM PARTNERS SUCCESS 7
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