アナログ回路設計

アナログ回路設計とは

アナログ回路設計とは、パソコンなどの電子機器や家電といった電化製品の電源などに使われている、アナログ信号を司る電子回路を設計することです。

アナログ回路だけで動作する機器もありますが、多くの機器において、デジタル回路とアナログ回路が共存しています。例えば電源は、デジタル回路にとって必要なものですが、アナログ回路を要するものの一つです。コンセントの「AC(交流)電源」を「DC(直流)電源」に変換するのはアナログ回路です。

デジタル回路はデジタル信号の0と1を認識しますが、その際、アナログ回路がノイズ除去を担います。つまり、アナログ回路があるからこそ、デジタル回路は動作が可能となるものもあるのです。

アナログ回路設計のポイント

デジタル化が進む中、アナログ回路はもはや必要がないと思われがちですが、先述の通り、アナログ回路はデジタル化しても必要であるため、廃れることはありません。
最近では、純粋なアナログ回路設計は少なくなっていて、デジタル信号とアナログ信号が混在したミックスドシグナルが一般的です。

一般的にミックスドシグナルにおいては、トップダウン設計が重要になってきます。いきなり回路を設計するのではなく、ファンクションをまず考え、ファンクション間の動作で目的の機能が実現できるかを考えます。最後にアナログ回路、デジタル回路と、より具体的な回路に落とし込みます。とはいえ、最終的に統合したときに全体の機能や性能が不十分で目標を達成できないという問題が発生することはよくおこります。このため、デジタル・アナログの各分野のエンジニアが連携して設計を進め、上位レベル、つまりシステムをしっかりと理解する必要があります。

ディー・クルー・テクノロジーズのアナログ回路設計の特長

当社のアナログ回路設計の特長として、当社には異なる分野エンジニアが在籍しており、開発開始段階からアナログエンジニアとデジタルエンジニアがお客様と密に連携して設計する=「合わせミソ」で進めることが特長です。開発当初からエンジニアの連携でトップダウン設計を行うことにより、開発の出戻りを防ぎつつ、高性能の「大規模 Mixed LSI」を実現しているということが挙げられます。

例えば「最先端超音波診断装置用 LSI」の開発事例では、高度医療機器に求められる高い信頼性を担保しながら、極小サイズと超高解像度(当時世界最高レベル)を実現したアナログ・デジタル MIX技術を用いて開発しました。

また電源ICの「IPC(Intelligent Power Converter)」の開発事例では、ミックスドシグナルICにおいて、高度な制御を行うために、アナログとデジタルの協調設計を行い開発することで、課題を解決しました。

アナログ回路設計による課題解決例

●事例1「最先端超音波診断装置用LSI」

課題

医療分野における超音波診断装置において、人体の食道に入る大きさで、約2,000個の振動子を制御したいという課題や、火傷を防止するために消費電力を極限まで減らしたいという課題がありました。

解決策

そこで、この超音波診断装置に用いるLSI(大規模集積回路)を開発しました。
アナログ・デジタル MIX 技術を用いながら、超音波振動子に接続する送受信回路を約10mm x 10mm のサイズに1,900個、アレイ状に配置し、特定の方向へ電波を送受信するビームフォーミング技術により、極小サイズで当時世界最高レベルの高解像度を実現しました。
また、消費電力は2W以下と、超低消費電力化で発熱を極限まで抑制することに成功しました。

●事例2 「IPC(Intelligent Power Converter)」

課題

半導体プロセスの進化とともに低電圧大電流のデバイスが増えており、このトレンドにマッチした電源モジュールの需要が急速に伸びてきていますが、既存のメーカーだけでは供給能力が不足すると予測できます。ディー・クルー・テクノロジーズはこの需要増加に対応する事業を推進しており、既存メーカーとピンコンパチの電源モジュール(IPC)を開発しています。そこにはピンコンパチを保ちながら既存のメーカーより高性能を実現するという課題があります。

解決策

既存のメーカーよりも高性能な電源モジュールを実現するためにMixed Signal設計技術を投入しました。既存のメーカーはアナログ制御方式を搭載していますが、我々はデジタル技術とアナログ技術を連携させたハイブリッド制御方式を採用することで、既存のメーカーと同等以上の性能を少ない外付け部品(※)で実現しています。

※バイパスコンデンサなどデバイスの周囲に搭載する部品。

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