自動車のインテリジェント化が加速して着地し、ロームが安全のために高い壁を築く
2022-09-17
世界の新しい科学技術と産業革命がひそかに到来しており、電動化、ネットワーク化、知能化、共有化が自動車産業の発展の潮流と趨勢となっている。自動車の新四化の推進の下で、自動車の電子電気アーキテクチャは従来の分散式からドメイン間集中式と車両集中式へと徐々に進化し、自動車の電子ソフトウェアアーキテクチャは絶えずグレードアップし、ソフトウェアとハードウェアは階層的に解凍され、ソフトウェアが自動車を定義する時代が来る。自動車のインテリジェント化が加速度を上げ、中国の新エネルギー車市場は好調に推移し、ADAS機能搭載率は絶えず上昇し、L 2は標準装備となりつつあり、L 3は量産乗車を開始した。

自動車のインテリジェント化傾向における機能セキュリティが業界の注目を集めている

自動車の知能化の推進と自動運転技術の革新の日進月歩に伴い、安全は業界の期せずして注目されている。セキュリティには、本質的なセキュリティと機能的なセキュリティの2種類があります。本質的な安全は危険な原因を取り除くことによって安全を確保する方法である、一方、機能的セキュリティは、機能的な努力によってリスクを許容可能なレベルに下げることで安全を確保する方法です。本質的なセキュリティは絶対的なセキュリティを確保することができますが、コストが高いことがよくあります。対照的に、機能セキュリティのコストは低いが、追加の機能に障害が発生した場合にどのようにセキュリティを確保するかを考慮して設計する必要がある。


図|本質的な安全と機能的な安全の考え方
例えば、鉄道と道路の交差点において、鉄道と道路を分離し、物理的に列車と自動車の衝突を回避する方法を採用すれば、これは本質的に安全な考え方である。道路と鉄道の交差点に警報器と手すりを設置し、鉄道にセンサを設置することにより、センサが列車の接近を検出すると警報器が鳴り、手すりを降ろし、別のセンサが列車が通過したことを検出すると警報器が停止し、手すりを上げ、道路と鉄道は物理的に交差しているが、しかし、踏切を設置することで自動車と列車の衝突リスクを許容できるレベルに下げることができるのが機能安全の考え方だ。もちろん、このケースでは、センサーが壊れていると、列車が近づくと警報器や手すりが働かない「危険」な状態になるので、センサーの自己診断やデュアルセンサーの冗長設計を組み込んで、センサーが壊れても危険な状態にならないように設計する必要があります。これが故障安全(Fail Safe)の考え方です。

このことから、機能セキュリティは実際には「人は間違いを犯す」、「物は壊れる」という考え方の下の設計に基づいているが、機能セキュリティは通常、「システム的な障害」と「ランダムな障害」の両方を考慮して、システム的なBugがないことと、ランダムな障害が発生したときに人に被害を与えないことを確保しなければならない。中国ではISO 26262(機能安全)が推奨国家規格に組み込まれており、ISO 2626262の第1版中国語訳本GB/T 34590は2018年5月から施行されている。

もちろん、自動車分野だけでなく、多くの産業シーンで同様に安全性に対する要求が非常に高い。より安全なシステムを構築するためには、問題が発生した場合にどのように安全を確保するかを考慮する必要があります。これは、障害の安全性と機能の安全性がデバイス開発の全プロセスを貫通していることを意味します。

ICをリセットして自動車と産業用設備の安全を守る

自動車と工業応用シーンの設備安全性に対する需要といえば、システム電源電圧を監視する重要性に言及せざるを得ないが、リセットICは電圧監視回路に不可欠な製品の一つであり、現在EV/HEVインバータ、エンジン制御ユニット、ADAS、カーナビゲーションシステム、カーエアコン、FA設備、計器、サーボシステム、各種センサシステムなど、電子回路の電圧監視が必要な各種車載や産業機器への応用において。

同市場の需要に向けて、ロームは1000種類以上のリセットICを発売し、2021年度には、低電圧域の幅広い応用分野で、2億5000万枚の年間出荷量を記録した。ロームは最近、高精度で超低消費電力で40 V電圧に対応したウィンドウ型リセットIC「BD 48 HW 0 G-C」を開発した。


図|リセットIC動作例
ではリセットICとは?リセットICは、電子回路の電圧モニタに利用可能なスイッチICであり、モニタされた電圧が閾値を超えたことを検出すると出力を変更することでリセット動作の効果が得られるため、マイクロコントローラと連携することでシステムの安全を確保する役割がある。川の水位警報器のように、川の水が最高警戒線を越えたり、最低警戒線を下回ったりしたときに警報を鳴らし、放水や貯水動作をトリガしなければならないが、ここの水位センサは回路中のリセットICのようなもので、効果は同じだ。

ロームが新たにプッシュしたリセットIC「BD 48 HW 0 G-C」には何か特別な点がありますか?

同じリセットICでも、なぜこんなに多くのタイプが必要なのでしょうか。ロームが最新リリースしたリセットIC「BD 48 HW 0 G-C」にはどんな特徴やメリットがあるのでしょうか。応用場面の違いにより、システム回路はリセットICの精度、消費電力、動作電圧、機能安全、監視電圧範囲、不足電圧/過電圧検出などの需要が異なるため、対応する市場需要に合致するために異なるリセットICを開発する必要がある。


ロームウィンドウ型リセットIC製品ラインナップ:

Nanoマーク製品はNano Energy搭載™超低静電流技術の製品。

*FS supportive:車載分野向けに開発されたICであり、機能安全に関する安全性分析をサポートしていることを示します。

ロームが最新リリースしたリセットIC「BD 48 HW 0 G-C」は、高耐圧のBiCDMOSプロセスを採用し、ロームが得意とするアナログ設計技術を融合したため、BD 48 HW 0 G-C動作電圧範囲は1.8 V~40 Vまで広い。ウィンドウ型の設計については、BD 48 HW 0 G-Cには2つの独立した基準電圧回路が搭載されているため、High側とLow側の検出電圧を柔軟に設定し、検出出力を独立にリセットすることができる。検出精度の面では、BD 48 HW 0 G-Cは-40℃-+125℃の温度範囲で業界先進の±0.75%電圧検出精度を実現でき、業界標準製品の精度±2.2%より高い。消費電力の面では、BD 48 HW 0 G-Cの静電流は500 nAしかなく、通常の動作電圧24 V以上のウィンドウ型リセットICの1/16にすぎないため、エンジニアは回路を設計する際にリセット回路による消費電力の増加を心配する必要がない。


図|全動作温度範囲における高精度リセットICの方がシステム設計が容易
なぜ車載や工業分野では全動作温度範囲での安定した高精度特性を強調する必要があるのだろうか。25℃で値がずれるだけの問題であれば、固定補償で調整することができ、比較的容易に実現できることを知っています。しかし、自動車や工業用途では、環境温度および本体自体の発熱と放熱の場合の差が大きく、電源電圧とリセット検出電圧は温度の影響を受けて変動し、このような温度の影響を受けたずれは非常に修正しにくいため、車載や工業環境では、全動作温度範囲内の安定した高精度リセットICを選択することでシステム設計が容易になり、顧客の設計負担を軽減することができる。また、車載や工業環境下では、通常は環境ノイズが大きく、外部ノイズが侵入してきたときに電圧の精度が悪いことを検出すると誤動作が発生しやすいため、外部ノイズの影響を回避または減少させ、システム運転の信頼性を高めるためには、高精度複素ICがより良い選択である。

特筆すべきは、ロームは2015年からISO 26262のプロセスを構築し始め、約2年半後の2018年3月にドイツの第三者認証機関T?V RheinlandはISO 26262のプロセス認証を取得した。ISO 26262規格及び応用回路に対する理解が高いだけに、ロームは機能的で安全な車載及び制御電源を必要とする、低から高までの幅広い電圧範囲をサポートする、高精度に電圧異常を検出するリセットICを開発した。

アナログ電源装置の超低消費電力を実現する秘密のNano Energy™

前述したように、BD 48 HW 0 G-Cの静電流は500 nAしかなく、通常の動作電圧24 V以上のウィンドウ型リセットICの1/16に過ぎないが、このような超低消費電力はどのように実現されているのだろうか。

実際、ロームはIDMのモデルを採用しており、この垂直統合型生産体制の下で、ロームは「回路設計」、「レイアウト」、「プロセス」の3つの面でより深い経験蓄積とより強いシミュレーション技術の優位性を持っている。これを踏まえ、ローム研は超軽量負荷状態で徹底的に消費電流を削減する画期的な技術「ナノエナジー?」を発表した。この技術を使用すると、無負荷時の静的電流をナアン(nA)レベルまで低くすることができ、電池に電力を供給するモノネットワーク機器やモバイル機器の駆動時間を延長するだけでなく、消費電力を増加させたくない車載や産業機器の効率的な動作にも役立つ。

例えば、新エネルギー自動車は世界の「二重炭素計画」を実現する重要な構成部分であり、EV/HEVにとって、燃費を向上させ、走行距離を増加させることが必要であり、低消費電力化が特に重要になることを知っている。次に、自動車がアイドリングストップするとエンジンが停止し、バッテリーが機能に必要な電力を供給する。また、駐車時には、時計がバックグラウンドで運転され、警報システムがオンになり、鍵のないシステムがオンになるなど、電池から直接電力が供給され、電池が切れてしまうリスクがあります。そのため、電源ICの消費電流をさらに低減することが必要であり、Nano Energy?技術は、自動車システム全体の低消費電力に貢献することができる。また、低静電流はバッテリ給電装置の寿命を延長するメリットだけでなく、自動車や産業用途にとっては、回路内の暗電流を減らすことができ、EMCの改善に役立ちます。