ニュースリリース

（1） タイマ機能を強化し、三相モータを最大3個制御可能

本製品では、最大2個の三相モータ駆動を実現するマルチファンクションタイマパルスユニット3（以下、MTU3と称す）と、三相モータを１個駆動可能な、新規開発の16ビット汎用PWM（注2）タイマ(以下GPTと称す)を搭載し、最大3個の三相モータの同時制御を1チップで実現可能です。このため、当社従来品の2個駆動に比べ、外付けLSIの削減によるシステムの小型化、低コスト化が図れます。

詳細は、以下の通りです。
MTU3は、モータ制御用タイマ（注3）として当社の32ビット RISC（注1）マイコンSuperH（注4）で実績のあるマルチファンクションタイマパルスユニット2（以下、MTU2と称す）の機能を継承・強化しています。
8チャネルの16ビットタイマカウンタからなる多機能タイマでカウンタクロックとしてCPUの最高動作周波数と同じ100MHzを使用し、入出力ポートとして27本、入力専用として3本の端子を持ち、様々なPWM出力、波形幅測定やモータ制御機能を10ナノ秒の分解能で実現します。
8チャネルのタイマカウンタはチャネル毎に三相PWM波形出力、エンコーダ入力、ホールセンサ入力等モータを駆動する機能を搭載、民生から産業分野で使用されるモータの様々な駆動方法に対応しています。

加えて、MTU3の機能強化の一つは、PWMのデューティを設定するレジスタをダブルバッファ化にすることにより、CPU負荷を上げることなくPWMデューティ10ナノ秒の精度を保つことを可能としました。

一方、GPTは、「RX62T」用に新しく開発した16ビット4チャネルのPWMタイマで、チャネル毎に2本の出力ポートを搭載しています。各チャネル毎に1相のデッドタイム付きの相補型PWM波形出力やアウトプットプットコンペア、インプットキャプチャとして使用可能です。また、GPTの3つのチャネルを同期動作させることにより本タイマでも三相モータを１個駆動することが可能です。
これらにより本製品では最大3個の三相モータの同時制御を1チップで実現可能です。

（2） アナログ機能を強化し、モータのベクトル制御応用での使い勝手向上とシステムコスト削減に対応

本製品は、A/D変換器として12ビットA/D変換器を2ユニット、10ビットA/D変換器を1ユニットの計3ユニットを搭載し、20チャネルのアナログ入力が可能です。変換速度はすべてのユニットが1マイクロ秒で変換します。
また、2つの12ビットA/D変換器にはモータの高精度な制御方法であるベクトル制御を容易に実現するための下記の新しい機能を搭載しています。

① 電流検出機能強化により、センサレスベクトル応用の使い勝手を向上

近年、エアコン、洗濯機等の民生モータ制御機器では、省エネに対応するため高精度にモータを制御する方法として、センサレスベクトル制御方式が多く採用されています。センサレスベクトル制御方式では三相モータの各相電流を検出することが必要でその方法としては3シャント電流検出（注5）と1シャント電流検出（注6）が主流となっています。 本製品では、各々の電流検出方式を効率的に実現するための次の機能を有しています。

• 3シャント電流検出方式への対応：
  本方式では三相モータの各相(U,V,W相)に流れる電流を同時にサンプリングすることが必要であるため各12ビットA/D変換器の入力端子のうち3本それぞれに専用のサンプルアンドホールド回路(以下S/Hと称す)を搭載しました。タイマからのトリガでサンプリングを開始させることが可能で3シャントを容易に実現可能です。また12ビットA/D変換器を2ユニット内蔵することで2個のモータを3シャントセンサレスベクトルで制御可能です。3つのS/H回路の搭載は産業分野向けのハイエンドのマイコンでは従来から搭載していましたが民生分野向けマイコンとしては初めての搭載です。
• １シャント方式への対応：
  本方式ではモータのキャリア周期毎に任意のタイミングで2回のA/D変換が必要で、かつ1回目と2回目のA/D変換間隔は毎回変化します。従来のマイコンでは、本方式に対応するために2ユニットのA/D変換器を使って実現していました。
  本製品では、それを1ユニットのA/D変換器で対応可能としました。不連続に発生するA/D変換タイミングに対応するために各12ビットA/D変換器の１入力端子に対する変換結果レジスタを2本用意しました。1回目、2回目のA/D変換結果がそれぞれのレジスタに格納され、A/D変換が終わった段階でCPUはA/D変換値を同時に読むことが可能となりCPUの負荷軽減を可能としました。

②  オペアンプ・コンパレータ等の外付け部品を削減可能

本製品は、12ビットA/D変換器にプログラマブルゲインアンプと、ウィンドウコンパレータを各々3個内蔵しています。これによりモータのベクトル制御に使用する電流増幅用の外付けオペアンプや過電流・過電圧保護用のコンパレータを削減できシステムの小型化と、実装基板の面積縮小によるシステムコストの削減が図れます。

内蔵プログラマブルゲインアンプは、A/D入力信号の増幅用でスルーレート10v/s、ゲインを11段階に設定(×2、×2.5、×4等)でき、モータの出力容量に合わせて調整が可能です。

内蔵のウィンドウコンパレータは、A/D入力信号とリファレンス電圧を比較しモータ制御用PWMタイマの出力遮断やCPUへの割込み要求、およびGPTと連携動作に使用可能です。リファレンス電圧は、外部入力、または内部生成の7レベルから選択可能です。

（3）  モータ制御用ベクトル演算の高速化と低消費電力動作を両立

当社従来のCISC CPUに比べ「RX」CPUは、約4倍の演算性能となる100MHz動作時165DMIPS(Dhrystone（注7） MIPS[Million Instructions Per Second])を実現しています。特に32ビットの乗除演算を最速1サイクル(除算は2～8サイクル)処理しモータ制御のベクトル演算の高速化が可能です。

モータのベクトル制御では、小数点演算が必要で、かつ使用するモータのパラメータや演算定数等は小数点の桁数が異なるため整数演算器のみの従来製品では小数点の桁合わせをモータが変わる度に行わなくてはならず、制御の精度劣化や開発効率の面での課題となっています。
これに対し本製品では、FPU（注8）を搭載しているためモータの変更に伴う桁調整が不要となり、かつベクトル演算に必要なサイン（Sin）、コサイン（Cos）等三角関数演算も高速に実行でき、処理の高速化とソフトウェア開発の負担軽減が図れます。

また、先進の90nmプロセスの採用や各種低消費電力化技術の導入により、ベクトル演算の高速化と低消費電流0.5mA/MHzを両立しました。その結果、モータ制御アプリケーションにおいて当社従来品に比較し約67％の低消費化を実現することが可能となりました。

（4）  安全機能や周辺機能を強化しシステムの安全性、および使い勝手を向上

モータ制御用タイマ出力に関しては、端子出力レベルの監視をハードウェアで常時行い、異常検出時にはCPUの介在なしにタイマ出力を遮断、また、外部入力端子によるタイマ出力の遮断が可能です。システム復帰時は、①出力遮断要因の解除、②ソフトウェア処理の2重手続きでより安全な復帰シーケンスを実現できます。また、システム監視に関しては、専用のオンチップオシレータで動作するウオッチドッグタイマを搭載していますので、メインクロックに依存しない監視が可能です。
さらに、クロック発振停止および異常発振検出機能、A/D変換器および出力ポートの自己診断機能、CRC回路等も搭載しています。 これらの安全機能によりIEC60730等欧米で進む家電の機能安全規格にも外付け部品の追加なしに実現可能です。

加えて、データ格納用に当社独自のデータフラッシュ（注9）を8kバイト搭載、またパワーオンリセット回路（注10）(以下PORと称す)や低電圧検出回路（注11）(以下LVDと称す)を搭載しているため、モータのパラメータや異常発生時のパラメータ保存に使用している外付けのEEPROMやリセットICを削除可能で小型化、システムコスト削減が可能です。

さらにはノイズキャンセラ付シリアルコミュニケーションインタフェース（SCI）3チャネル、I2Cバス1チャネルや、CAN（注12）、LIN（注13）を搭載しており幅広い用途のモータ制御のニーズに対応可能です。

＜開発環境について＞

＜製品化の背景＞

＜製品の補足＞

■ 注記

（注 1）

CISC： Complex Instruction Set Computerの略で、複雑な命令セットをもつコンピュータ。これに対し、RISC (Reduced Instruction Set Computer)は、命令セットを簡略化することで、ハードウェアを簡素化し、高速化を図ることを目的にしたコンピュータ。
CISCは命令数が多いため、プログラミングが比較的容易な特徴がある。

（注 2）

PWM： Pulse Width Modulation（パルス幅変調）の略。

（注 3）

モータ制御用タイマ： 
三相モータを駆動するための波形の生成に使用する機能。モータの駆動には、120°位相をずらした3本の正弦波波形が必要です。これを実現するためマイコンの出力ポートで外部回路（IGBTまたはMOSFET）を定期的にスイッチング(ON/OFF)することにより正弦波を生成します。スイッチングの間隔をCPUで調整することによりモータの速度の変更やトルクの調整を行ないます。

（注 4）

SuperHTMは、(株)ルネサス テクノロジの商標です。

（注 5）

3シャント電流検出方式： 
3シャント電流検出方式は、三相モータ駆動用インバータの3つのアーム(U,V,W)のGNDラインにそれぞれに保護用としてシャント抵抗を挿入しているシステムにおいて、各々の抵抗に流れる電流から各相の電流を個別に検出する方法です。

（注 6）

1シャント電流検出方式： 
1シャント電流検出方式は、三相モータ駆動用インバータのGNDラインに保護用として1つのシャント抵抗を挿入しているシステムにおいて、シャント抵抗に流れる電流を検出する方式です。但し、同抵抗に流れる電流はU,V,Wの和となるため電流を測定するタイミングを調整し検出した電流から演算によって各相に流れる電流を推定します。

（注 7）

Dhrystone：
「RX62Tグループ」の165DMIPSは測定基準Dhrystone2.1で測定した値です。

（注 8）

FPU（浮動小数点演算器）：
FPUはFloating-point Processing Unitの略で、浮動小数点演算を専門に行う回路です。大量の浮動小数点演算を高精度かつ高速に処理する際に有効です。

（注 9）

データフラッシュ： 当社独自のもので、通常はソフトウェア格納用として使用されるフラッシュメモリとは別に、主にデータ格納用として使用するフラッシュメモリ。

（注 10）

パワーオンリセット回路(POR)：
マイコンの初期化に使用する回路。通常リセットICとして外部に接続しシステムの電源ON時やシステムの異常発生時にマイコンを初期化するための信号を生成する回路。
システムの電源電圧が上昇し設定されたマイコンの稼動領域に達すると自動的にマイコンを初期化する信号を生成。これによりマイコンが動作を開始します。
マイコンに内蔵することにより外付け部品を削減できシステムコストの削減が可能。

（注 11）

低電圧検出回路(LVD)：
マイコンの動作電圧を監視し、動作電圧があらかじめ設定された電圧になるとCPUに対し割込みを入れたりCPUをリセットしたりできる回路。

（注 12）

CAN： Controller Area Networkの略で、独Robert Bosch GmbHが提唱している車載用のネットワーク仕様です。

（注 13）

LIN： Local Interconnect Networkの略で、車載LANの通信プロトコルの一種です。

（注 14）

TRON は "The Real-time Operating system Nucleus" の略称です。ITRONは "Industrial TRON" の略称です。μITRON は "Micro Industrial TRON" の略称です。

■ 応用機器例

• モータ制御機器： エアコン室外機、冷蔵庫、洗濯機、モータ制御ドライバ等
• インバータ制御機器： 太陽光発電、IHクッキングヒータ等
• 産業機器： ビル管理(空調・照明制御、入退室管理等)

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