マイコン(MCU)

MSP430 超低消費電力マイコン – アプリケーション

ファクトリ・オートメーション

産業用センシングと通信

プロセス制御システムがますます複雑になる中で、センサ・ユニット内の組込みプロセッサへの要求も複雑さを増しています。ローカル・データ分析、デジタル通信プロトコルに対するニーズの増大への対応など、さまざまな目的のために、多くのセンサ・メーカーが、センサ・ノード内にマイコンを集積することにより、新たな機能を追加しています。

ワイヤレス通信における最新の技術革新により、ワイヤレス・センサ・ネットワークの成長が加速されています。さらに、新しいエネルギー・ハーベスト技術の普及にともない、ワイヤレス・センサ・ネットワークはモーターの状態監視などのリモート・センシング・アプリケーションの分野で日常的に使用されるようになっています。

産業用プロセス制御システム

差別化要因

  • アクティブ・モード/スタンバイ・モードで最小の電力プロファイル
    • 100μA/MHz 未満のアクティブ・モード<
    • 500nA 未満の RTC スタンバイ・モード<
    • 電力最適化された統合型アナログ
  • FRAM の書き込み速度と耐久性により、長期間にわたってより多くのデータの保存と解析が可能
  • 特許申請中の Compute Through Power Loss(CTPL、停電中もデータを失わない)ソフトウェア・ライブラリにより、画期的なコンテキスト保存と復元を実現
  • 広い動作温度範囲オプションが利用可能
  • ボタンあたり 0.9µA の消費電流、10V RMS のノイズ耐性で、金属保護層をサポートする CapTIvate™ タッチ技術

利点

  • メンテナンス・コストと運用コストの低減
    • 10 年超のバッテリ動作>
    • bq25570 エネルギー・ハーベスト IC と組み合わせる場合は、バッテリ不要の動作
  • より多量のデータに基づく、よりスマートな意思決定
  • 予期しない電力損失が発生した後でも、システム状態のインテリジェントな復元により迅速なウェークアップが可能
  • 過酷な環境条件で動作
  • 静電容量性タッチパッドの誤検出を低減し、15 年超のバッテリ寿命を実現。さらに、防水設計と手袋着用でも操作できる設計をサポート

システム・ブロック図

エネルギー・ハーベスト、代替エネルギー、再生可能エネルギー

TI のソリューションは、消費電力が世界最小のマイコンにより、ピーク電流と平均消費電流を低減しており、従来の電池動作システムでは実現が困難だった新しいアプリケーションの可能性を生み出しています。bq25570 エネルギー・ハーベスト IC などのバッテリ管理ソリューションは、ブドウ 1 粒で時計に必要な電力を供給したり、橋上の振動を利用したセンサへの電力供給が可能になります。また、農園やワイナリーでワイヤレス・モニタリング用太陽光発電センサに対して光による電力供給も可能になります。TI やエネルギー・ハーベストの大手ベンダは、総合的なエコシステムを構築し、バッテリ不要の環境を実現します。

太陽光発電

差別化要因

  • アクティブ・モード/スタンバイ・モードで最小の電力プロファイル
    • 100μA/MHz 未満のアクティブ・モード<
    • 500nA 未満の RTC スタンバイ・モード<
  • 高精度のアナログ・ペリフェラルにより、真のシステム・オン・チップ設計を実現
  • 内蔵 USB ペリフェラルを利用し、データのダウンロードや解析のために、コンピュータとのシンプルな直接接続が可能に

利点

  • システムの電力漏洩が少なく、再生可能エネルギーを使用する場合の効率やスループット向上が実現
  • スケーラブルな製品構成により、さまざまなアプリケーション間でソフトウェアの移植が簡単に

システム・ブロック図

ビル・オートメーション

アクセス制御とセキュリティ

MSP マイコンは、占有 / 侵入者検出器、電子式アクセス制御、静電容量性タッチパッドなどの新しいアプリケーションのニーズに対応できます。 これらの低消費電力マイコンは、複数のセンシング・トポロジーに対応しており、RFID と NFC 技術のサポートが可能なアナログ機能も搭載しています。

アクセス制御とセキュリティ

差別化要因

  • 超低消費電力 – アクティブ・モード:100uA/MHz
  • Energy Trace++™ ソフトウェア
  • 静電容量性タッチパッド IO 機能およびソフトウェア・ライブラリ
  • NFC ソフトウェアおよび ROM コントローラ
  • ボタンあたり 0.9µA の消費電流、10V RMS のノイズ耐性で、金属保護層をサポートする CapTIvate™ タッチ技術

利点

  • 外部コンポーネント数を最小限に抑えた、優れたコスト効率性
  • 長バッテリ寿命
  • 高精度で効率的な電力監視
  • 信頼性が高いフェイル・セーフ・モード動作
  • 静電容量性タッチパッドの誤検出を低減し、15 年超のバッテリ寿命を実現。さらに、防水設計と手袋着用でも操作できる設計をサポート

システム・ブロック図

火災探知器と煙探知器

煙探知器は、通常は火災の兆候と考えられる煙を検出するデバイスです。商業用や住宅用のセキュリティ・デバイスは、火災アラーム・システムの一部である火災アラーム制御パネルに対して信号を送信します。それに対し、家庭用の煙探知器は一般的に、周囲に対して聴覚または視覚的に認識できる警報を発します。

煙探知器は一般的に、およそ直径 150mm(6 インチ)、厚さ 25mm(1 インチ)の円形をしたプラスチック匡体に収容されていますが、メーカーや製品ラインによって形状は異なります。煙探知器の多くは、光学的検出(光電気)と物理的プロセス(イオン化)方式のいずれかを採用していますが、煙に対する感度を向上させるために両方式を使用する製品もあります。高感度アラームを使用して、禁煙区域で喫煙が行われた場合、煙を検出することにより、喫煙を防止する用途にも使えます。商業、産業、住宅用の大規模ビルに設置されている煙探知器は通常、集中制御方式の火災警報システムから電力を供給されます。こうした火災警報システムは、ビルの電源系統から電力を供給されており、バッテリ・バックアップも用意されています。一方、多くの戸建て住宅や小規模な集合住宅では、単一の使い捨てバッテリから煙探知器に電力が供給されています。

MSP430™ マイコンは、超低消費電力を特長としており、製品のバッテリ寿命を延長できる(10 年超)ほか、オペアンプや ADC などのアナログ機能の集積によりコストの最適化を実現していることから、こうしたアプリケーションで広く利用されています。>

火災探知器

差別化要因

  • HF 発振器の内蔵により水晶なしで動作
  • リーケージの非常に小さい内蔵トランスインピーダンス・アンプ
  • <2μA の平均消費電力
  • FRAM は、迅速なプログラミングと量産化をサポート

利点

  • 超低消費電力により 10 年超のバッテリ寿命を実現
  • サイズの制約に対応できる小型フォーム・ファクタ
  • コスト効率が高いシングルチップ実装のために、アナログ機能を集積
  • 音声帯域と音声再生機能に対応した設計

システム・ブロック図

ガラス破損検出器

ガラス破損検出器は、ガラス窓の破損を検出する盗難警報器に使用されるセンサです。こうしたセンサはガラス扉や店舗入り口のガラス窓の近くに設置され、侵入者がガラスを破損して侵入したときにその破損を検出します。ガラス破損検出器は通常、マイクを使用し、ガラスから発生するあらゆるノイズや振動を監視します。振動が一定のスレッショルド(ユーザー選択も可能)を上回った場合に、検出回路により振動解析が行われます。シンプルな検出器の場合は、単純にガラス破損の代表的な周波数だけに対応した狭帯域マイクを使用し、一定のスレッショルドを上回る音に反応します。一方、より複雑な検出器の場合には、DCT や FFT などの変換を使用し、音解析の結果を 1 つまたは複数のガラス破損プロファイルと比較し、振幅のスレッショルドを超え、さらに統計的に計算した類似性のスレッショルドを超えた場合に反応します。

MSP マイコンは、コスト効率の優れたシングルチップ実装、消費電力の低減、リファレンスのための堅牢性の高いアルゴリズムの採用により、ガラス破損検出器の最適化を可能にします。

ガラス破損検出器

差別化要因

  • LEA により、低消費電力で高い処理要件に対応
  • AES256 と Regional Secure Zones(範囲限定のセキュリティ・ゾーン)により、セキュリティを強化
  • 14 ビット高速 ADC を搭載し、先進的なキャプチャ・アルゴリズムと性能向上に寄与

利点

  • 超低消費電力により 10 年超のバッテリ寿命を実現
  • シングルチップ実装によりサイズの制約に対応できる小型フォーム・ファクタ
  • すぐに利用できるリファレンス・デザインとソフトウェア - 誤トリガ/検出に対処できる堅牢なアルゴリズム

システム・ブロック図

電子ロック

電子ロックは機械式や電気式の施錠デバイスを組み合わせたシステムです。ロック解除は、物理的な物体(鍵、キーカード、数値の組み合わせによるキーパッド、指紋、RFID カード、セキュリティ・トークン)、シークレット情報の入力(コードやパスワード)、あるいはそれらの組み合わせにより行われます。 

MSP430™ マイコンは、低消費電力で性能を最適化しバッテリ寿命の延長とセキュリティ機能の向上を実現します。FRAM 技術の採用により、データ・ロギング機能にさらにインテリジェンス機能の付加が可能になっており、こうした電子ロック機器に最適なソリューションを提供します。

電子ロック・ドア

差別化要因

  • AES256 と IP(インターネット・プロトコルのパケット)カプセル化によるセキュリティの強化&
  • ファームウェアのアップグレードとデータ・ロギングに活用できる FRAM
  • ボタンあたり 0.9µA の消費電流、10V RMS のノイズ耐性で、金属保護層をサポートする CapTIvate™ タッチ技術

利点

  • 超低消費電力により 10 年超のバッテリ寿命を実現
  • サイズの制約に対応できる小型フォーム・ファクタ
  • 通信スタックが利用可能 – NFC、6LoWPAN、SimpleLink™ 製品ラインアップなど
  • 静電容量性タッチパッドの誤検出を低減し、15 年超のバッテリ寿命を実現。さらに、防水設計と手袋着用でも操作できる設計をサポート

システム・ブロック図

占有検出器、モーション検出器

占有検出器やモーション検出器は、特定の領域内に人間が存在しているときに、それを検出するために複数の技術を採用したセンシング・アプリケーションです。通常は、人間がいないはずの状況で人間の存在があった場合、それを検出することを目的としています。赤外線、超音波、音響、画像認識など、各種センシング技術を採用しています。こうした検出器が使われるのは、オフィス、教室、会議室、休憩室、倉庫、通路などで、消費電力の低減のため、エネルギー消費の最適化が重要な役割を果たします。超低消費電力、アナログ機能の集積、先進的なセキュリティ機能などを特長とする MSP マイコンは、こうしたセンシング・アプリケーションに最適です。

占有検出器、モーション検出器

差別化要因

  • AES256 と IP(インターネット・プロトコルのパケット)カプセル化によるセキュリティの強化
  • ファームウェアのアップグレードとデータ・ロギングに活用できる FRAM
  • 14 ビット高速 ADC を搭載し、先進的なキャプチャ・アルゴリズムと性能向上に寄与

利点

  • 低消費電力により電源回路をよりシンプルに
  • サイズの制約に対応できる小型フォーム・ファクタ
  • 複数のセンサ入力(PIR、サーモパイル、誘導性など)に対応するために、アナログ機能を集積
  • 通信スタックが利用可能(6LoWPAN、SimpleLink、KNX など)

システム・ブロック図

サーモスタット

サーモスタットは、温度を検出し、所定の水準に近い温度で維持する制御システムのコンポーネントの一つです。サーモスタットは、加熱デバイスや冷却デバイスのオン/オフ切り替えや、必要に応じて熱の伝達を制御することにより、温度を適切な水準で維持します。サーモスタットは、加熱システムや冷却システムの制御ユニット、またはヒーターやエアコンのコンポーネントとして使用できます。サーモスタットは多くの方法で構築でき、温度測定のため多様なセンサを使用できます。センサの出力により、加熱/冷却機器の制御を行います。サーモスタットは、設定温度の上か下のいずれかに温度が達した時点で、オン/オフ切り替えが可能です。この結果、頻繁なスイッチングによる機器へのダメージを防止できます。

超低消費電力や LCD 駆動機能内蔵を特長とする MSP430™ マイコンをこれらのアプリケーションに利用すると、バッテリ寿命の延長や、高コントラスト LCD ディスプレイによる視覚的な表示機能の向上を実現できます。

差別化要因

利点

  • 超低消費電力によりバッテリ寿命を延長
  • LCD 駆動機能を集積し、大型ディスプレイに対応
  • 低消費電力のリアルタイム・クロック・ペリフェラルを統合
  • 静電容量性タッチパッドの誤検出を低減し、15 年超のバッテリ寿命を実現。さらに、防水設計と手袋着用でも操作できる設計をサポート

システム・ブロック図

グリッド・インフラ

MSP マイコンは、サーキット・ブレーカ、セルフ・パワー保護リレー、電力モニタなどスマート・グリッド・インフラ製品で求められる高い精度と信頼性を実現します。これらの低消費電力マイコンには、複数のセンシング・トポロジーや先進的な通信の要件に対応できるユニークな機能が備えられています。

スマート・グリッド・デバイス

差別化要因

  • 超低消費電力 – アクティブ・モード:100uA/MHz
  • < 6uS の高速スタートアップ時間
  • 高性能 ADC
  • 内蔵オペアンプ
  • 高精度内蔵オシレータ
  • 小型フォーム・ファクタおよびパッケージ

利点

  • シンプルな電源要件
  • 信頼性が高いフェイル・セーフ・モード動作
  • 正確な電力監視と高精度の実現
  • 外部コンポーネント数を最小限に抑えた、優れたコスト効率性

システム・ブロック図

水道 / 暖房 / ガス / 流量メーター

MSP ベースの流量メーターは、高い精度と、20 年超のバッテリ寿命を実現します。>拡張ペリフェラルは、流量測定用の複数のセンシング技術(光センシング、磁気センシング、LC センサ、超音波センシングなど)をサポートし、水道メーターやガス・メーターで複数の通信技術の採用も可能にします。また、これらの低消費電力マイコンは、新しい FRAM 技術の採用により、恒常的なリアルタイム・データ・ロギング機能と、迅速でシンプルなワイヤレス・ファームウェア更新を実現しています。

水道 / 暖房メーター

差別化要因

  • 拡張スキャン・インターフェイス・ペリフェラル搭載のシステム・オン・チップ
  • 超低消費電力アクティブ・モード(100uA/MHz)/スタンバイ・モード(350nA)
  • Energy Trace++™ ソフトウェア
  • FRAM メモリ
  • AES256 および真の乱数シードによる乱数生成アルゴリズム
  • 計測およびワイヤレス M-Bus ソフトウェア

利点

  • 超低消費電力バックグラウンド流量測定
  • 最適化されたエネルギー・ベースのコード解析
  • 長バッテリ寿命
  • 高速で信頼性の高いデータ・ロギング
  • 自動メーター読み取り、自動検針システムのニーズに対応する高度なセキュリティ
  • リファレンス・デザインによる製品開発期間の短縮

システム・ブロック図

電力メーター

MSP ベースの電力測定製品は、スマート電力メーターに対する ANSI C12.20 と IEC 62053 の精度基準を全温度範囲で満たします。位相電流に関して <0.1% の精度と 2000:1 以上のダイナミック入力レンジを実現します。これらの低消費電力マイコンは、電流トランス、シャント抵抗、Rogowski コイルなどの複数のセンサをサポートするユニークな機能を搭載するとともに、スマート・グリッド要件への対応のため、システム・セキュリティ機能を向上させています。さらに、コード/データ保護の強化のために洗練されたペリフェラルを内蔵しています。<それに加え MSP マイコンは高精度で高効率の電力監視アプリケーションにも最適です。

電力メーター

差別化要因

  • 差動入力および内蔵 PGA 付き 24 ビット、7 基の同時 S コンバータ搭載のシステム・オン・チップ 
  • 個別の Vbat および改ざん検出 IO を備えたハードウェア・リアルタイム・クロック
  • ハードウェア AES-128 モジュールによる暗号化
  • スタンバイ・モード < 2uA の超低消費電力モード
  • DLMS をサポートするエネルギー・ソフトウェア・ライブラリ

利点

  • Class 0.2 の計測精度
  • 超低消費電力により 10 年超のバッテリ寿命を実現>
  • 規格に準拠した自動メーター読み取り
  • メーター改ざんによる電力の盗用と売り上げ損失を防止
  • 包括的なリファレンス・デザインによる製品開発期間の短縮

システム・ブロック図

その他のアプリケーション

血圧計

ライフクリティカル・アプリケーション

ライフクリティカル・アプリケーション(FDA Class III 同等)に TI のコンポーネントの使用をご検討されている方は、プロダクト・インフォメーション・センター(PIC)まで詳細情報をお問い合わせください。定期的な血圧測定は健康面のメリットがあり、病気の早期発見につながります。携帯型の血圧測定機器には、システムの正確な動作と効率の最大化のため、高精度アナログ測定機能と高精度制御機能が求められます。

血圧計

差別化要因

利点

  • 部品コスト(BOM)、フォーム・ファクタ、システム・コストを低減
  • シングルチップ設計により製品開発期間を短縮するとともに、設計の手間を低減
  • 静電容量性タッチパッドの誤検出を低減し、15 年超のバッテリ寿命を実現。さらに、防水設計と手袋着用でも操作できる設計をサポート

システム・ブロック図

パルス・オキシメータ(血中酸素飽和度計)

パルス・オキシメータ(血中酸素飽和度計)は、患者の酸素飽和度測定のための医療用デバイスです。MSP マイコンはシングルチップ・ソリューションを提供します。

パルス・オキシメータ(血中酸素飽和度計)

差別化要因

利点

  • 部品コスト(BOM)、フォーム・ファクタ、システム・コストを低減
  • シングルチップ設計により製品開発期間を短縮するとともに、設計の手間を低減
  • 静電容量性タッチパッドの誤検出を低減し、15 年超のバッテリ寿命を実現。さらに、防水設計と手袋着用でも操作できる設計をサポート

システム・ブロック図

心拍モニタ

ライフクリティカル・アプリケーション

ライフクリティカル・アプリケーション(FDA Class III 同等)に TI のコンポーネントの使用をご検討されている方は、プロダクト・インフォメーション・センター(PIC)まで詳細情報をお問い合わせください。1 線式のヘルス・モニタ、フィットネス用心拍モニタ、胸部用ストラップ、ホルター、発作監視システムから、医療用診断システムに至るまで、TI の医療用半導体製品は多くの心拍モニタ・アプリケーション向けに多様なソリューションを提供します。

心拍モニタ

差別化要因

利点

  • シングルチップ・ソリューションにより、部品表(BOM)の最適化とコスト低減をサポート
  • FRAM メモリは、不揮発書き込み機能の消費電力を低減し、バッテリ寿命を大幅に延長します。また、書き込み回数はほぼ無制限で、従来を上回るデータ・ロギングも実現できます。
  • 静電容量性タッチパッドの誤検出を低減し、15 年超のバッテリ寿命を実現。さらに、防水設計と手袋着用でも操作できる設計をサポート

システム・ブロック図

活動量計

MSP デバイスは、最適な処理性能と低消費電力を実現しており、最新世代のパーソナル・フィットネス、アクティビティ・モニター/トラッキングを実現するとともに、バッテリ寿命を延長します。

腕時計式フィットネス・トラッカー

差別化要因

利点

  • 不揮発のデータ・ストレージが求められるアプリケーションを含め、バッテリ動作時間を延長
  • USB ペリフェラルの内蔵により、データのダウンロードやファームウェアの更新を簡素化
  • 静電容量性タッチパッドの誤検出を低減し、15 年超のバッテリ寿命を実現。さらに、防水設計と手袋着用でも操作できる設計をサポート

システム・ブロック図

医療用スマート・パッチ

ライフクリティカル・アプリケーション

ライフクリティカル・アプリケーション(FDA Class III 同等)に TI のコンポーネントの使用をご検討されている方は、プロダクト・インフォメーション・センター(PIC)まで詳細情報をお問い合わせください。医療用スマート・パッチは目立たず、従来の生理学的なデータの収集法を補完または代替できるため、採用が増加しています。FRAM 不揮発性メモリや NFC トランシーバなどの革新的な技術の誕生により、エネルギー・ハーベストによる電力供給が可能になり、バッテリが不要になりつつあります。

医療用スマート・パッチ

差別化要因

  • 超低消費電力の FRAM マイコンは、フラッシュや EEPROM などの従来型不揮発性メモリに比べて、書き込みに要する消費電力を大幅に低減
  • AES256 暗号化および復号化ハードウェア・アクセラレータを内蔵

利点

  • 不揮発ストレージのための電力追加が不要で、バッテリ動作時間の延長が可能
  • NFC フィールドのみでシステムに電力を供給でき、バッテリ不要システムを実現できます。

システム・ブロック図

パーソナル・エレクトロニクス(コンシューマ)

タッチに最適なペリフェラルを採用し、低消費電力と低コストにより、MSP マイコンはコンシューマ / ポータブル・エレクトロニクス機器に最適です。これらのマイコンを、アプリケーション・プロセッサに対する常時オンの超低消費電力コプロセッサとして使用し、システムの付加価値を高めることもできます。MSP を使用して、センサ・ハブ、キーボード制御、バッテリ管理/パワー・マネージメント、静電容量性タッチ、ハプティクス、近接検出などの機能をオフロードすることもできます。

コンシューマ・エレクトロニクス携帯電話

差別化要因

  • アクティブ・モード/スタンバイ・モードで最小の電力プロファイル
    • 100μA/MHz 未満のアクティブ・モード
    • 500nA 未満の RTC スタンバイ・モード
  • 0.4nsec 高分解能タイマ
  • 静電容量性タッチパッド I/O モジュールを統合
  • 1.8V/3.3V の分割レール・オプションが利用可能
  • ボタンあたり 0.9µA の消費電流、10V RMS のノイズ耐性で、金属保護層をサポートする CapTIvate™ タッチ技術

利点

  • 低消費電力アーキテクチャとペリフェラルによるバッテリ寿命の延長
  • 高分解能のタイマにより、応答時間の高速化と、複数のボタンに対応できる感度を実現
  • 外部コンポーネントなしでタッチ入力に対応
  • アプリケーション・プロセッサやセンサに直接接続
  • 静電容量性タッチパッドの誤検出を低減し、15 年超のバッテリ寿命を実現。さらに、防水設計と手袋着用でも操作できる設計をサポート

システム・ブロック図

血糖値計(開ループ)

血糖値計(開ループ)は、患者の血糖値レベルをモニタするためのハンドヘルド型ポータブル医療用デバイスです。血糖値計は現在、一般的に微量の血液サンプルと特定の試薬の間での電気化学反応を利用する電流測定方式を採用しています。微小電流は電圧に変換され、A/D コンバータを使用してその電圧を測定します。その後、測定電圧を処理し、血糖値の測定値として表示します。さらに、データをダウンロード可能な形で保存します。

血糖値計

差別化要因

利点

  • シングルチップ設計により製品開発期間の短縮と、設計の手間の軽減を実現
  • 製品ラインアップはスケーラブルで、幅広いメーター製品間でソフトウェアの容易な移植が可能
  • 静電容量性タッチパッドの誤検出を低減し、15 年超のバッテリ寿命を実現。さらに、防水設計と手袋着用でも操作できる設計をサポート

システム・ブロック図