昨秋ルネサスエレクトロニクスが発売した「Smart Analog MCU」の�h判がすこぶる良いようだ。性�Δ�高い�lではない。機�Δ��Hい�lでもない。消�J電��の低さを��っている�lでもない。しかし、「誰でも使える」、という設��思�[が�f流にある(図1)。3月になり、ミクストシグナル�\術に長けたシリコンラボラトリーズ（Silicon Laboratories）社が発表した32ビットマイコン「Precision32」もルネサスの思�[と同様、使い�M�}を最�_��している。

図1　GUIによる使いやすさ�_��のアナログ・マイコン開発環境　出�Z：ルネサスエレクトロニクス

ルネサスの「Smart Analog MCU」では、低消�J電��の16ビットCPUコアを集積しており、アナログフロントエンドを�O�yに��べる�擬阿砲覆辰討い襦�RL78コアを集積したこのマイコンでは、アンプやローパスフィルタ、可変レギュレータ、コンフィギュアラブルアンプ、オンチップ�a度センサなどのアンプ群とチャンネル数、ADCなどを���Iするためのツールが充実している。CPUコアは低消�J電��であるが、それを売り�颪砲靴討い��lではない。使いやすいGUIを�W��して、アナログ�v路などを���Iできるだけではなく、�v路を動かした時の信���S形も開発環境のシミュレーションで見ることができる。ターゲットとなる応��はセンサからの信�ｽ萢�である。工業���R��の圧��伝送システムだけではなく、�c�效�のセンサで検出した光や機械的な動作、などの信�､皀侫蹈鵐肇┘鵐匹能萢�しマイコンへとつなぐ。

これによるユーザーメリットは、なんといっても�]期間で�O分の好きなように���R�U御したい�v路を設��できることであり、また1チップにアナログもマイコンも集積しているため実���C積がぐっと小さくなることである。��来は個別素子や小��模のICで�v路基��を構成していた。例えば、ディスクリート����で構成されていた��来のセンサシステム基��と比べ、����点数は1/10、基���C積は1/4と小さくなり、消�J電��も20%削��できるという。

マイコンとセンサのアナログ�v路を1パッケージに入れることで、�v路構成や��性をダイナミックに変えられることもメリットだ。例えば出荷�iのセンサの��性バラつきを入��アンプの�B�^を切り��えることでトリミングすることで��らしたり�@度を�屬欧燭蠅垢襪海箸�できる。初期のバラつきに�官�するだけではなく、経時変化で��性が変化した場合にも�B�^値をトリミングしセンサシステムを最適にできるため、システムの��命を長くできる。加えて、位��センサや�a度センサなど、複数のセンサを�R定する����には、時分割で�Qセンサをダイナミックに調�Dすることにより、����の小型化も実現できる。

Smart Analog MCUが昨�Q11月に発表された時には20�|類��度のセンサしか�官�できなかったが、今では38�|類のセンサに�官�できるようになった。その中には、フォトダイオードや圧��センサ、ジャイロセンサ、加�]度センサ、歪ゲージ、�a度センサ(サーミスタや��電効果、�X電�瓦覆匹鮠W��）、磁気センサ（磁気�B�^やホール素子を�W��）などがある。こういったセンサに�瓦靴胴�業��では���▲▲鵐廚���要になり、またフォトダイオードセンサではI/Vアンプ、�a度センサや磁気センサには��反転アンプが��要となる。センサごとに�官�させるアンプが異なる。だからSmart Analog開発環境が��要となる。

����には、アナログ�v路を集めたSmart Analog ICとMCUを別チップで同�kパッケージにSIPで収めたファミリーと、シングルチップでMCUとアナログ信�ｽ萢�を実現したものとがある。MEMSセンサの場合は、バラつきが��に�jきいため、常に調�Dすべきデータをデジタル値で�eっていたいという要望がある。この場合はMCUの中のEEPROMにトリミングデータを入れておき、動作している最中でも常に微調�Dできるようにしておく。

図2　�Q�|センサに合わせたハードウエア開発のドーターボード　出�Z：ルネサスエレクトロニクス

ルネサスが提供するSmart Analogの開発環境では、�v路図入��をGUIで設��・検証できることに加え、センサごとのドーターボードといったハードウエアの開発ボードも���△靴討い�(図2）。これらの開発ボードはUSBからの電源で動作するため、パソコンさえあれば�v路設��が可�Δ砲覆襦�もちろんマイコンのソフトウエア開発環境CubeSuiteも、エディタからコード�收�、コンパイラ/リンカー、解析ツール、デバッガ、シミュレータ、書き込みツールなどマイコンのプログラミングに��要なツールもすべて揃えている。

ルネサスは今後もアナログ・マイコン�k��化をモノリシックとSIPと共に進めていく。次は�O動�Z�x場などに向けた����のロードマップを�Wいている（図3）。

図3　ルネサスが�Wく����ロードマップ

32ビットマイコンも����
ルネサスのマイコンに�瓦靴董▲轡螢灰鵐薀椶�����Precision32ファミリーは、32ビットのARM Cortex-M3コアをCPUとするマイコンにアナログ�v路をプログラマブルに搭載したもの。これまで同社は8ビットの8051コアをベースにしたマイコンにアナログ�v路を集積した����を�搥で10億個出荷してきた実績がある。8051コアは無料で使えたため数量は�Hかった。しかし、8ビットマイコンだと内�鼎垢�RAM容量は256バイトしか集積できない。16ビットでは64Kバイトまで、32ビットでは4Gバイトまでアドレッシングできる。

シリコンラボがこのマイコンを開発するに至った背景は、数100�@のエンジニアと会いヒアリングした�T果をフィードバックしたことにある。マイコンのユーザは、複雑な設��や��な仕様変��を要求することに加えて、低消�J電��と低コストも同様に要求する。それらに応えるためにはICを�]時間で設��しなければならない。ユーザのこういった�椶澆魏鬲�しようと考えて出した答えが今�vのマイコンファミリーだ。

図4　GUIベースのマイコン開発環境はプログラミング不要　出�Z：Silicon Laboratories

このチップの設��思�[は、ルネサスがセンサという応��に最適化するための開発環境を充実させたのに�瓦靴董▲轡螢灰鵐薀椶呂任�るだけ�@��の32ビットシステムを作るための開発環境を提供している。シリコンラボもやはりGUIベースで動作する開発ツールAppBuilderを提供する。「ユーザはこれまで、データシートを読みレジスタセットを���咾靴討�ら設��していたが、いらいらしていた。これらを読まなくても済むようにGUIベースのツールを作った。GUIから機�Δ鯊��Iし、�T��も割り当てもできる。しかも�O動的にソースコードを�收�してくれる」と同社は言う。ユーザの設��時間の�]縮を何よりも優先した(図4)。

シリコンラボは、どのような周辺�v路を��べばユーザがフレキシビリティを最�jにできるか、を考えた。この���I次��でプリント�v路基��の設��が変わってくるからだ。そこで、ICチップ内にインターフェースを含む2�|類の周辺�v路をユーザが�O分で��び切り��えられるように、デュアル構成のクロスバースイッチ�v路を考案した（図5）。周辺インターフェースを��ぶことでチップとプリント基��のピン配��や配線が��らかになり、基��設��が楽になる。インターフェースの周辺に�Lかせないアナログ�v路も揃えた。アナログに�咾ぅ轡螢灰鵐薀椶蓮▲泪ぅ灰鵑縫▲淵蹈��v路を集積しても、保証する�a度と電圧の�J囲内で動作できるという。

図5　デュアル�v路構成をクロスバースイッチで切り��える　出�Z：Silicon Laboratories

加えて、IC����のシステムレベルからの消�J電��を下げるための問��に�瓦靴討癲⊆��S数と電圧を��べるようにした。��に周�S数に関しては、動作を休んでいる時に周�S数を落とせるようにPLL�v路を内�邸�動作中にもダイナミックに1~80MHzの�J囲で�O�yに変えられるようにした。�Y��的なインターフェース�v路は5Vないし3V�Uだが、ARMコアのような内���v路は動作電圧が低い。このため内�陲縫譽�ュレータやDC-DCコンバータを集積するが、外�陲�USB電源も�W��できるように柔軟性を�eたせておく。このためにUSBレギュレータを内�鼎靴拭３��陲凌緇夙�振�_や電圧レギュレータ�v路、さらには��電容量式タッチセンサ入���v路も集積したため、外��け����点数が��りBOMコストも低��する。

����仕様としては、フラッシュサイズは32〜256KB、5�|類のリード�~り無しのパッケージ、QFN-40からLGA-92までさまざまなピン数を��ぶことができる。周辺�v路では最�j300mAの高電流�~動するための6本のI/Oも��べるため照����LEDやモータ、パワーMOSFETの直接�~動、などができるようになっている。