半導体製品群例

　Amp(アンプ)という言葉は、Amprifier(増幅する)からきているものです。増幅する装置なので、Ampのことを増幅器とも言います。何を増幅させるかというと電気信号です。

　Clocks and timingはそれほど難しいものではありません。よくClock deviceやTiming deviceと呼ばれる製品もあります。

　ClockとはTimingをつくるdeviceです。では、Timingとは何か、という話になりますが、Timingはある周期とかテンポのことを指します。音楽に例えると、メトロノームはある特定の周期に従って左右に振れますよね。つまり、Clockというのはある周期を作るようなdeviceというイメージだと思ってください。

　実際のデバイスには、共振器(Resonator)、発振器(Oscillator)、クロックバッファ(Fan-out Buffer)など色々あります。以下はヤマハの電子楽器の例ですが、共振器や発振器は色々な場面で使われています。ちなみにクロックバッファなどは、共振器、発振器の補完製品という認識で理解して貰ったらいいと思います。

　Converterとは、あるものをConvertするという意味です。例えば、ADCやDACという言葉がありますが、これはAnalog Digital ConverterとDigital Analog Converterの略です。前者はAnalog信号をDigital信号に変換し、後者はDigital信号をAnalog信号に変換するという意味です。Analog信号は様々な情報を含んでいます。人間の声も色々な高さや低さがあり、これは色々な周波数があると言えます。このような情報をAnalog情報と言います。一方でDigital信号とはコンピュータを制御するときには必要な信号です。コンピュータは0か1の2つの信号しか理解できません。YesかNo, 0か１, High and Lowのように2進法で表される情報のことをDigital情報と言います。

　では、どうやってAnalog情報をDigital情報に変換するのかというと閾値を作るのです。Analog情報は沢山あるといました。例えば、100Aを超えたら1という信号を出し、100A以下なら0という信号を出すとすると、このとき100Aは閾値ということになります。これがADCです。DACはその逆です。スマートフォンで話すときは、人間の声を発生して話すときは、声はAnalog情報なので、Analog情報を一度スマートフォンにDigital情報に変換し、もう一人の通話者のスピーカーでは、Digital情報をAnalog情報に変換して響かせます。

　半導体ができるまでには色々なプロセスがあります。半導体を製造するには原料となるシリコンを使います。残念ながら拾ってきたシリコンは多結晶なので、これを単結晶にして、最終的にはインゴットと呼ばれるほぼ円柱状のものを作り、これをスライスして、円盤を作ります。これがSilicon waferです。この後に、現象、エッチング、露光などの加工を行い、半導体が出来上がります。実はこの円盤には1つの電子回路だけを作っている訳でなく、円盤の中にもいくつもあるのです。この正方形のチップがDieと呼ばれているもので、円盤を後からカットします。文字だけでは難しいですが、お好み焼きを想像してください。お好み焼きは食べるときに金属のヘラで縦横に切れ目を作ると思います。そのときいくつか正方形の部分が出来ると思うのですけど、それがDieです。

　イメージしにくい方は以下を参照してみてください。

　ここではDigital Light Processingの頭文字のことを言っています。1987年にTI（Texas Instruments）が開発した映像技術で、DLPチップには、デジタル・マイクロミラー・デバイス（Digital Micromirror Device、DMD）といわれる反射率の高いアルミニウム製のミラーが最大で数百万個敷き詰められています。このミラーの傾きと光源の制御によってさまざまな映像の投影を可能としています。つまり、壁面に映像を投影する方式の1つです。詳しくは以下を参照してみることをお勧めします。

　Interfaceと言っても対象としているのがハードウェアなのか、ソフトウェアなのか、人なのかによって、思っている内容や製品と異なる場合があります。ここではハードウェアに絞ってお話をすると、コンピュータで異なる機器、システム、装置を制御することができる装置のことを指します(例 : HDMI、DisplayPort、Ethernet、USB、SATAなどがあります。これらの用語がわかる人は恐らく自作PC経験者が多いのではないでしょうか)。つまり、異なるシステム、装置を繋ぐものっていう認識でいいのではないでしょうか。

　Isolationとは、絶縁技術のことを言っています。なんで絶縁が必要かと言いますと、電気機械や電子・電気回路において、感電防止や電位の分離を目的として作られます。絶縁は絶縁体(不導体)や各種の部品装置を利用して電流を遮断させます。

　これが何をさしているかという説明をする前に、ICについて話す。ICは大きく分けて2種類あり、アナログICとデジタルICである。アナログとデジタルの違いは、アナログが無限に情報を持っているが、デジタルは1か0の2つの情報しか持っていない点だ。我々人間と違い、パソコンは2種類の情報しか認識できないので、パソコンのようなデジタル製品を使用するときはデジタルICが必要となる。

　次に、デジタルICについて説明をすると、デジタルICは大きく分けてロジックICとメモリICがある。前者がLogicとさしている部分です。ロジック ICの例としてはCPUがあります。CPUを想像して貰えばわかる通り、CPUでは複雑な計算を行います。つまりそういう部分です。人間の脳という例えばよく使われます。一方でメモリICの例としてはDRAMがあります。DRAMは揮発性のメモリーです。つまり、パソコンに電源が入っているときに記憶できるデバイスのことを指します。一方で通電されていないときに記憶できるデバイスのことを不揮発性メモリーと言います。

　マイコン(MCU : Micro Controller Unit)やプロセッサー(MPU : Micro Processor Unit)はCPUのことを言っています。CPUと聞くとパソコンなどを思い浮かべますが、パソコンに使用されるCPUとは異なります。具体的にはパソコンのCPUの方が処理能力が高く、高額なものになっています。

　マイコン(MCU)もプロセッサー(MPU)どちらもCPU（Central Processing Unit）を搭載した演算処理を行う半導体デバイスです。マイコンの方は汎用性が高く、それより高性能・高機能なデバイスのことをプロセッサーと言います。明確な定義はありませんが、この2つを総じてマイコンという人もいます。

　電化製品で回転する部分って結構あると思うんですよね。例えば、掃除機とか、洗濯機とかはそれに該当するし、産業機器だとロボットアームアームがそれにあたる。車載だと、最近では電動化に伴って、電気自動車なんかはモーターが使われて(ガソリン車ではエンジンが使用される)、それがタイヤを回転させる。車のワイパーやウィンドウだってモーターが使われて上げ下げされる、サイドミラーの折り畳みもモーターが使われている。何が言いたいかっていうと、モーターは色んな場面で使われている。

　仕組みは単純で、マイコンがモーター・ドライバーに信号を送る。そして、モーター・ドライバーがモーター電流を流して回転が始まる。

　パワーマネジメントICとは電源IC(APP : Analog Power Product)のことを言っています。リニアレギュレータやスイッチングレギュレータ、パワーマネジメントスイッチIC、システム電源、漏電検出IC、電池管理ICなどの製品があります。

　各回路には色々なICが含まれています。SensorやMotor DriverやAmpなどのAnalog Signal Chain、MCUやMPUなどのCPUを搭載したEmbedded Processingがありますが、これらを動かすためには電流が必要です。電流は電源から流れます。なので各ICにはそれぞれAPPがあります。なぜこれらがあるかというと、電源を安定して供給するためです。電源安定化のことをレギュレーターなどとも呼びます。

　以下はスマートフォンを例にした図です。外部電源から電流を供給し、バッテリーで電流が充電されます。そして、続く先に電源ICがあり、そこからASCやEPに電流が供給されております。APPの中には監視電源というものもあり、何かしらの異常を察知したらリセットを試みるなどいう機能もあります。

　RFとはRFIDのことを意味していると考えればわかりやすいと思います。RFIDとはRadio Frequency Identificationの略です。ではRFIDとは何かというと、電波を用いて非接触でデータの読み書きをするテクノロジーのことを意味しています。SuicaやPASMOを改札でタッチしたことがあるならわかると思いますが、あれらは電波を用いてデータの読み書きをしております。他には車のスマートキーなどが使われています。

　RFIDには4つのタイプがあり、通信帯で区分けしており、それぞれで扱っている周波数が違います。周波数が違うと通信範囲が違い、通信範囲が違うと使用用途も変わってきます。microwaveは4のうちの1つです。

• LF帯 (Low Frequency)
• HF帯 (High Frequency)
• UHF帯 (Ultra High Frequency)
• マイクロ波帯 (Microwave Frequency)

　温度センサ、湿度センサ、ミリ波レーダー・センサ、磁気センサなど、何かを検知するデバイスになります。

　これは航空宇宙と防衛のための半導体製品について重要なことは、長期的な動作寿命になります。そして過酷な環境規格に対応できる高信頼性の製品が必要になります。

　電動化と聞くと車のイメージがあると思いますが、航空機での電動化も進んでいます。また宇宙などの開拓では放射線耐性なども必要になります。こういった半導体製品は通常とは異なりカスタマイズされた製品になることが多いです。

　スイッチと一言でまとめるのは難しい。例えば、Low side SW, High side SW, Smart SW, Load SWなどがあります。

• Low side SWは主にバルブを回すときに使われる。Low side driverとも言われ、スイッチをonにするとdriverが回り動くというイメージ。昔、液体窒素で発熱しているモジュールをある一定の温度で冷やそうとしたことがあります。その時にスイッチを使っていました。ある一定の温度になると液体窒素を入れて、ある一定の温度になるとスイッチを切り、その繰り返しです。具体的にはONとOFFがあるけど、電流を流してコイルを励起させるイメージです。もちろん、自動制御で行う場合はプログラムを作る必要もあります。
• High side SWも同じようなものです。こちらの方が安全にONできるというニュアンスでいいと思います。
• Smart SWとHigh side SWはTIでは同じ扱いをされることが多いけど、Smart SWという以上、沢山の機能がついている。
• MUXとは多数のAnalog信号を扱うときに使います。車には窓を開けるためのスイッチがあります(押すと下がりますよね)。また、ミラーを動かすレバーとかもハンドルの近くにありますよね。そういう時に、MUXを使って信号の切り替えをしてあげると、SOC(System on a chip)のポート数の削減が出来たりします。車では、外部から入力input(スイッチを押す)→MUX→MCU→Load Driver→Out put(窓が下がったり、ドアロックなど)の動作に繋がります。

　BluetoothやWiFiなどがこれらの製品に該当します。BLEはBlue tooth low energyとかはBluetoothに該当します。