matlabexpo20161019 ctd mbdg 59 014...2016年10月19日ローム卯厚会社丸本厗匮...

© 2016 ROHM Co.,Ltd. CTD_MBDG_59_014

モータIC開発に於けるMBD手法適用概要ご紹介

2016年10月19日ローム株式会社丸本共治

＊本資料内で使用している社名ならびに製品名は当該会社の登録商号ならびに登録商標です。

MATLAB EXPO 2016配布用資料

P. 1© 2016 ROHM Co.,Ltd. CTD_MBDG_59_014

会社紹介

900J02A

われわれは、つねに品質を第一とする。いかなる困難があろうとも、良い商品を国の内外へ永続かつ⼤量に供給し、

文化の進歩向上に貢献することを目的とする。

品目別売上⽐率（連結）

企業目的

設⽴年月日

資本⾦

代表者

売上高

従業員数

グループ会社

1958年9月17日

86,969百万円（2016年3月31日現在）

代表取締役社⻑ / 澤村諭

352,397百万円（2016年3月期）

21,171人（2016年3月31日現在）

国内 : 12社海外 : 34社

LSI47%

半導体素子36%

その他7%

モジュール10％


kロームの特⻑2

幅広い商品ラインアップを用意

900J06A

パワー半導体センサラインアップ LSI

ワンストップショッピング対応を実現

トランジスタレーザーダイオード LED抵抗

タンタルコンデンサダイオード

モデルベース開発手法の構築と展開


モデルベース開発手法の構築と展開

ミッション設計品質向上＝＞上流設計での品質作り込み開発効率アップ＝＞ミスゼロ付加価値創造＝＞システムを把握した上での付加価値創造/検証

適用範囲（全社的な広がり）分野毎の環境構築

モータ分野センサ分野（MEMSモデリング）電源分野オーディオ分野画像処理分野

製品に寄り添ったモデルベース開発手法のサポート自動設計制御設計プラントモデリングツール開発


IC開発に於けるMBD手法構築の方針




一般的なMBD手法の理解

試作は極⼒⾏わないで、シミュレーションの世界で良い仮想製品を作ってしまおう！その結果を元にトップダウンで効率的な設計を始めよう。

そうすれば一発で動く良い製品が早くできるだろう！



IC開発に於けるMBD手法

＊ICの仕様検証を工程として取り入れよう。＊仕様検証はIC単体で⾏なわず、システムとして検証しよう。

・IC動作に直接関係する制御対象モデリング・IC動作に直接、間接的に関係する周辺デバイス、機構モデリング・できる限り高い精度のデータを集め、必要であれば実機を測定・想定されるばらつきの仕様/データも加味

試作は極⼒⾏わないで、シミュレーションの世界で良い仮想製品を作ってしまおう！

その結果を元にトップダウンで効率的な設計を始めよう。そうすれば一発で動く良い製品が早くできるだろう！




＊検証された仕様モデルを元にIC設計（詳細モデリング）を進めよう。＊目的に合わせたICモデルのリファクタリングを⾏おう。

・モデリング粒度を細かくして⾏き、定量化された詳細設計仕様・RCP環境対応のデータ生成用モデリング・ターゲットMCUソフト、ロジック回路の自動生成用モデリング・アナログ回路設計仕様としてのゴールデンモデル






＊ICモデルはIC開発環境へシームレスに移⾏するよう環境構築しよう。・IC開発環境につながるモデルリファクタリング

＊IC回路検証では仕様検証と同じシステムでサインオフを実施しよう。・IC以外の上位モデルをIC開発環境対応に変換・ICのサインオフは上流仕様検証と等価な環境で実施






＊ICの仕様検証を工程として取り入れよう。＊仕様検証はIC単体で⾏なわず、システムとして検証しよう。

・IC動作に直接関係する制御対象モデリング・IC動作に直接、間接的に関係する周辺デバイス、機構モデリング・できる限り高い精度のデータを集め、必要であれば実機を測定・想定されるばらつきの仕様/データも加味

＊検証された仕様モデルを元にIC設計（詳細モデリング）を進めよう。＊目的に合わせたIC仕様モデルのリファクタリングを⾏おう。

・モデリング粒度を細かくして⾏き、定量化された詳細設計仕様・RCP環境対応のデータ生成用モデリング・ターゲットMCUソフト、ロジック回路の自動生成用モデリング・アナログ回路設計仕様としてのゴールデンモデル

＊ICモデルはIC開発環境へシームレスに移⾏するよう環境構築しよう。・IC開発環境につながるモデルリファクタリング

＊IC回路検証では仕様検証と同じシステムでサインオフを実施しよう。・IC以外の上位モデルをIC開発環境対応に変換・ICのサインオフは上流仕様検証と等価な環境で実施

システム仕様

仕様分析仕様モデリングシステム検証

LSI詳細仕様設計LSI詳細仕様検証

回路設計RTL/ソフト設計

デジタル/ソフト(HDL Coder™、詳細仕様モデル）アナログ(詳細仕様モデル）

Co-Sim

ミックスドシグナル検証プラントモデル

レイアウト設計/検証サンプル

評価

環境

/評価

ベン

チ

シームレスな工程の流れ


モータIC開発に於けるMBD手法

・仕様設計/検証・・・システムレベルでの仕様検証

・モデリング指針・・・上流レベルでの精度の良いモデリング

・プロトタイピング・・・実機での確認のための環境

・IC開発環境へのリンク・・・ IC設計/検証環境へのシームレスな移⾏




仕様設計/検証

仕様設計/検証



モータドライバ開発リファレンスモデル基本環境を社内提供、各開発グループ/製品毎にモデリング追加/変更（設計）

仕様設計/検証



リファレンスモデル動作精度のステップアップ（１）モータが回らない

（２）特性が実機とかけ離れている

（３）ある条件では実機特性と合うが、違う条件では実機と合わない

（４）測定結果とほぼ一致

（５）（寄生素子の考慮）＝＞回路検証

（２）適当なパラメータ

（４）⾼精度なパラメータ/モデリング

測定結果

ドライブ電圧

相電流

ドライブ電圧

相電流

ドライブ電圧

相電流

カタログパラメータなどを設定

測定データからモータパラメータの合わせこみを実施

モータそのものを測定し、パラメータを推定しドライバの特性も実機に合わせる

寄生素子の特性を加味してモデリング

仕様設計/検証



測定結果との差異レベル

仕様設計/検証



モデリング指針




モータモデルについてSimscape Power Systems™モデルか自作のモデルか？

Simscape Power Systems

自作モデル

)())(sin()(

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)()( tmteKedt

tdiuLutiuRutVbemfu

dt

tdiuLutiuRutuv ωθ ⋅⋅−+⋅=++⋅=

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tmdNpteNstVbemfu MM ωθ

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モータの理論数式)()( tmNpte θθ ⋅=




モータモデルについて自作モデルなので特性やバラつきをダイナミックに組み込むことができる。＝＞風損の影響を測定データに合わせてモデリング




モータモデルについて自作モデルなので特性やバラつきをダイナミックに組み込むことができる。＝＞磁気飽和によるインダクタンスの変化




モータモデルについてインダクティブセンスによる起動確実性の検証結果例




モータモデルの精度3相BLDCモータ（SPM,IPM対応）のパラメータ抽出システム

社内リリース

モデル名MBDG_ 概要

仕様

駆動電圧範囲⼊⼒電流範囲測定電流範囲

MPE102 低電圧低電流版（⼆乗損） 5V〜24V 〜1.8Arms 〜6.5A

MPE103 低電圧低中電流版（⼆乗損） 5V〜24V 〜1.8Arms 〜22A

MPE202 中電圧版 12V〜60V 〜7Arms

MPE303 高電圧版 100V〜400V 〜25Arms〜10Arms

MBDG_MPE102／103(概観）

項目記号単位相抵抗 Rm Ω相インダクタンス Lm mH逆起電圧定数 Ke V/(rad/s)粘性摩擦係数 Bm Nm/(rad/s)負荷トルク Tl N･m慣性モーメント Jm Kgm^2

抽出パラメータ例




モータモデルの精度自社開発のパラメータ抽出システム（MBDG_MPE102)




モデル精度（ドライバ電流）ドライバ電流/スイッチング能⼒をシミュレートする為にモータの巻線モデルを併置

モータモデルからの逆起電圧




モデル精度（ドライバ特性）Simscape Power Systems™/Simscape Electronics™モデルか自作のモデルか？

Slew Rate,BD付きNMOS

Simscape Power Systems/ Simscape Electronics 自作モデル

(Simscape™ 言語）


Simscape Power Systems

Simscape Electronics



測定データオリエンテッドなモデリング例）FRA結果から伝達関数を推定＊ssest、tfestでは現実世界のデータから正確な推定ができない。（SISOツールを活用）

csv（またはxls）形式でデータ化

sysTF_TunesysTF_TunesysTF_TunesysTF_Tune ====

----0000....001936001936001936001936 s^s^s^s^3333 ---- 10101010....69696969 s^s^s^s^2222 ---- 34343434....23232323 ssss ---- 2949294929492949------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

s^s^s^s^3333 ++++ 128128128128....8888 s^s^s^s^2222 ++++ 699699699699....1111 ssss ++++ 0000....2458245824582458

推定結果（⻘：FRAデータ、赤線：推定伝達関数特性）

推定伝達関数

FRA結果




モデリング効率の悪いブロックCPU,SPIなどのインターフェースについてはRTL設計資産をCo-Sim/FILで活用

IC開発開発開発開発環境環境環境環境

HOSTポート

Simulink® Co-Sim環境RTLソースファイル

RTLソースファイル

Simulinkモデル上のFILブロック

Ethernet

USB Bluster

Simulink FIL環境

Incisive対応Co-Simブロック

LAN




プロトタイピング




フレキシブルプラットフォーム【以下の目的で作ったサンプルチップと使用するためのツール・ソフトウェア一式】⇒ フレキシブル技術（マスク変更無しで機能を変える）の確⽴⇒ フレキシブル・プラットフォームICを用いたプロトタイピングにより製品開発効率を向上

フレキシブル・プラットフォームTOOL2チップ

周辺回路・FPGA + Function Module・DSP（24ビット固定小数点）・フレキシブルアナログ（OPAMPモジュール / アナログBUS）・アナログコア（12bit 逐次ADC / 12bit DAC / 8bit DAC / 16bit ΔΣADC / 基準電圧源 / コンパレータ / 低オフセットOPAMP / 高速OPAMP / バンドギャップ / 定電流源 / 温度センサ）・PLL、高分解能PWM

Flashマイコン・Cortex-M0, M3 / Flashメモリ（36KB） / RAM（12KB）・マルチレイヤーバス / DMA / 除算器 / CORDIC・LDO / シリコン発振器（24MHz） / 低速シリコン発振器（100KHz/33KHz）・Timer / GPIO / WDT / UART / I2C / SPIM / SPIS / FTM / RTC / I2CHS（slave）

アナログコア間の接続を変更可能

オペアンプ回路構成変更可能

FPGAにより回路追加可能

IOピンアサイン変更可能

CPU / DSPプログラムにより様々な処理が可能VQFP100

SRAM

FLASH

Δ∑ADC

FPGA

PM, Clock

MTRCOMP

Digital

高性能アナログ／OAモジュール

PLL RTC

Analog Bus




目標仕様/システム情報

上位設計/検証

回路設計

チップ試作

評価


フレキシブルプラットフォームTOOL2チップ

SRAM

FLASH

Δ∑ADC

FPGA

PM, Clock

MTRCOMP

Digital

高性能アナログ／OAモジュール

PLL RTC

Analog Bus

商品企画要求仕様

�上位設計を実機で検証�アナログコア込みのシステム特性の確認�少ない外付け回路でプロトタイプ作成可能�S/Wによる容易な実験

�内蔵回路ブロックの流用＝＞機能、特性を継承したIC製品開発が可能（特性確認済のプロセス対応コアを流用可能）

【開発効率向上】

【開発効率向上】

�内蔵FPGAでデジタル回路検証�プロトタイプで先⾏ソフトウェア開発�フレキシブル機能内蔵製品の商品検討

フレキシブルプラットフォームの活用フロー




評価ボード ULINK2デバッガ（5万円程度）

USB-UART変換ケーブル（RS232C直結でもよい）TOOL2チップ

基幹テク提供

開発者で準備

コンフィグレーションツール

MDK-ARM

WindowsPC

【ドキュメント】TOOL2チップ仕様書フレキシブルプラットフォームTOOL2開発・評価環境説明書ﾌﾚｷｼﾌﾞﾙﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑTL2ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ開発環境説明書デバイスドライバ仕様書評価ボード図面

フレキシブルプラットフォーム評価キットの基本構成

フレキシブルソリューション

キット

【ソフトウェア】デバイスドライバソフトウェア枠組み（初期化部分を含む）

【サンプルプロジェクト】



モータIC開発に於けるMBD手法モータソリューションキット（フレキシブルプラットフォームをモータIC開発に特化）

フレキシブルチップ搭載ボードCortex M0/M3 切替可能LSI内蔵FPGA搭載アナログ構成変更可能

・リアルタイム波形表示（内部信号/データのモニタ）・各種パラメータ変更・メモリ読み書き機能・ステータス表示(未)SWプロファイリング(未)Flashダウンロード機能

・Flexible Platform Chip TOOL2 搭載・FPGAボード搭載・子ボード交換により各種アプリケーションに対応・Arduinoシールド装着可能

ICE接続

FPGA搭載ボードリアルタイムデバッガI/F拡張回路としての利用も可能

・モータ制御S/W (パラメータ変更でどんなモータでも回る)センサレス120°通電制御ベクトル制御S/W

フレキシブル・ソリューションボード

リアルタイムデバッガ

サンプルソフト

アプリケーションボード各分野に対応したボードドライバ、各種センサ、LCなど

USB




IC開発環境とのリンク




IC開発環境とのリンク：ロジック (HDL Coder™/HDL Verifier™)ロジックへインプリメントするモデルのリファクタリング＝＞ HDL Modeling GuidelineマニュアルRTL（設計資産）を含む全てのロジック＝＞ Co-Sim,FIL

RTL生成用リファクタリング全てのロジックを組み込んだシステムシミュレーション





IC開発環境とのリンク：ソフト (Simulink Coder™/Embedded Coder™)ソフトへインプリメントするモデルのリファクタリング＝＞ (HDL Modeling Guideline)ロジック（CPU）＋ソフト（ROM)を含めた全てのロジック＝＞ Co-Sim,FIL

ソフトウェア生成用リファクタリングソフトウェアを組み込んだシステムシミュレーション

RTLソースファイルソフトデータ（ROM)

RTLソースファイルソフトデータ（ROM)





IC開発環境とのリンク：アナログ (Simulink Coder/Embedded Coder)アナログ系回路をIC開発環境対応へ変換

＝＞ SystemVerilog（DPI-C)ラッパーモデル＝＞アナログ回路設計時のゴールデンモデルとして使用

Simulinkで作成したOpAmpモデル例




IC開発環境とのリンク：周辺デバイス (Simulink Coder/Embedded Coder)制御対象/周辺デバイスをIC検証環境対応へ変換

＝＞ IC回路サインオフをシステムシミュレーションで実⾏

モータICワンチップ

モータモデル（w/センサ）

モータIC回路（ワンチップ）のサインオフ




アナログ系モデル、マルチドメイン系モデルをIC開発環境へのリンクする時の問題点SystemVerilog（DPI-C）ラッパーモデルとしてIC開発環境にリンク＝＞エレクトロノードが扱えない！＝＞モータモデルは外付けに巻き線モデルを併設して対応

MathWorks社にVerilog-A Coder開発検討を依頼



最後に

最後に


(再掲）モデルベース開発手法の構築と展開

ミッション設計品質向上＝＞上流設計での品質作り込み開発効率アップ＝＞ミスゼロ付加価値創造＝＞システムを把握した上での付加価値創造/検証

適用範囲（全社的な広がり）分野毎の環境構築

モータ分野センサ分野（MEMSモデリング）電源分野オーディオ分野画像処理分野

製品に寄り添ったモデルベース開発手法のサポート自動設計制御設計プラントモデリングツール開発

始まったばかり!

・更に効率アップ・機能安全対応・EMI(EMC)目安

・適用範囲の拡大・セット対応

・自動化の促進・ツールチェイン整備

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