みなさま こんにちは ST Micro Electronics シテムソリューションラボのからさわですこのセミナーでは 幅広いアプリケーションで 高電量供給 高速充電を実現する技術として期待が高まっていますUSB Type-C Power Deliveryのメリットや技術トレンド STの製品やソリューションについて解説いたしますそれでは早速 セミナーを始めさせていただきます本日のアジェンダはこちらになりますまずはじめにUSB Type-C市場と技術トレンドについて次にUSB Type-C PDのさまざまなユースケースと それに対応したSTソリューションの概要を次に汎用マイコンSTM3人を使ったUSB Type-C PDソリューションを最後にSTのUSB Type-C PDコントローラーと電源向け製品について説明いたしましてまとめさせていただきますまずUSB Type-Cの市場と技術トレンドについてご説明させていただきますまず一般的なUSB Type-Cのメリットについて説明させていただきますこちらSTでまとめさせていただきました大まかに5つのメリットに対して各2つずつですね10個のメリットとしてまとめさせていただいておりますまず第一に汎用性についてですがこのコネクター地震がまずどちらでさしても大丈夫なリバーシブルな使用であることそして薄型また抜けにくい厳労な最新コネクターを使用しておりますまたこのUSB Type-Cの大きな特徴といたしましてホストやデバイス側また電力で行きますとシンクソースという役割を機器に応じて買えていくことができるような仕様になっておりますこのことから高い汎用性をもってさまざまなユースケースに対応するという汎用性を持っているという形になります2番目に高電力対応としてですが5V 3Aの最大15Wの従来の供給だけでなくUSB PDに対応することによって9V 3Aでありますとか15V 3Aのような高電力対応が可能になっておりますこの最大電力は最新の企画によって48V 5A 240Wまでサポート範囲が広がっております20mVずつ電圧値を変更することができるようなPPS プログラミングパワーサプライという機能にて高速充電機能などもサポートすることが可能です3番目マルチプロトコル高速対応が上げられますUSB 2.0とUSB 3.5最新は3.2になりますがこちらが個別のチャンネルに割り当てられておりますまたディスプレイポートやHDMI イーサーネットサンダーボルトといった独自プロトコルをサポートしている点が非常に使いやすい企画となっております4番目の安全性といたしましてUSB PDを使用した回してデバイス側デバイス側とソース側の認証を確認ネゴシユエーションを行って電圧供給をするような企画となっておりますまたデバイス側ホスト側をセキュアファームエアの更新やインストールによって保護することが可能です最後に幅広いユースケースとして電源をシンクソースを動的に切り替えることが可能であったりデータ通信としてホストやデバイスを切り替えることができるといった非常に使いやすいインターフェースとなっておりますこれらのメリットがさまざまな電子機器に今広がっている要因であると考えておりますこれがUSB Type-Cコネクターの各ピンの機能になりますUSB 2.0のデータ通信はこの中央の青い部分によって行われますパワーデリバリーのコンフィギュレーションを行うピンとしてCC1 CC2ラインがありますそしてその外側に電力通信を行うVBUS端子が配置されております本日説明に出てきますUSB PDコントローラーはこのCC1 CC2端子を使用しVBUS端子の電圧電流を制御するものですこのPDコントローラーが行う処理としてはUSB Type-Cコネクターの接続管理抜けたやさされたあとケーブルが表か裏かといった向きやどちらのデバイスがホストでデバイスだといったような管理というものを行いますこれらの電力通信の外側にはUSB3.pekeのシリアルインターフェース部やオルタネートモードで使用する高速データ通信部が配置されております今回紹介するSTM32マイコンをはじめとしたSTのソリューションではこの部分については対応しておりません続いてUSB PDの最新の技術トレンドでありますエクステンレッドパワーレンジ EPRについて紹介いたしますこちらの企画は電源の反用化ポータブル電子機器の高速 効率充電を目指して制定された企画になっております現状ではそれぞれの機器に応じて専用のACアダプターを準備することによって非常にデスクの上が反雑になったり非常に効率の悪いシステムになっておりますこの企画はそういったことが必要ないスマートな社会というものを目指した企画になっておりますこの企画には世界的なこちらのような世界的なIT企業を参加して導入が進んでおりまして現在最大で48V 5A 240Wまでの高電力化が制定されておりますこの企画は今後急速に広まっていくものと考えられておりまして現状のPC、スマートフォン等だけではなくこちらに示しますような電動工具あとは電動自転車その他、火電や照明機器など多くの分野に広がっていくと考えられておりますこのEPRについては本年度中にSTでも対応していく予定です現在STM32ファミリーからSTM32ファバンを提供可能でございますのでターゲット賞金の方を考えておられるお客様があられましたらぜひSTまでお問い合わせいただきたいと思いますここまではUSB Type-C PDの技術トレンドについて説明いたしましたここからはUSB Type-CのユースケースとSTのソリューション概要について説明いたしますUSB PDのユースケースというのはこのように3つに分けられます1つ目は一番したコスト優先の機器でしてType-Cのコネクタのみを使用するタイプですファンクション的には今までのUSB Type-Bと同じものを想定しておりますUSB 2.0のデータ通信と5Vの供給のみが必要なタイプでございます2つ目は真ん中 PDに対応したタイプでバスの電圧を5Vから20Vまで可変するようなものを対応しつつオルタネートモードでデータ通信を行いたいデバイスになりますパワーデリバリーが必要な機器としてはゲーム機であるとか電動工具といったものオルタネートモードが必要なデバイスとしてはモニターなどが相当しています3つ目はPCなどのように電源のシンクソースが入れ替わるものデータのホストやデバイス側が入れ替わるようなものを想定したアドバンスのモード一番上のものになります先ほどのUSケースをもう少し細かくマトリックス上にしたものというのがこちらの表になります横軸はパワーロールソース側というのは電源の供給側ACアダプターや充電機みたいなものになりますシンクは充電側になりましてリュアルロールはシンクソース両方を両方切り替えることができるようなデバイスを想定しています縦軸はそれに対してデータロールデータ通信のないアダプターなどがデータなしという部分に当てはまりましてその他のUSBデータ通信があるさまざまな機器というのがこちらの下のような分類に該当していますこのようなマトリックスにあります多くの電子機器にUSBPDというものは広く使われていくと想定しておりますこちらは先ほどありましてUSケースの中のソース側のブロックズになりますコンセントのAC入力から二次側の機器が使用するDC電圧を生成するACDCコンバーターその高段にUSB Type-CのCCラインのコントロールを行うUSBPDコントローラーからの指示により出力電圧や電流をコントロールするパワーマネージメントICその他ロードスイッチや生破のESD家電圧保護などを兼ね備えたプロテクションICなどによって構成されていますこの水色の部分パーツというものはSTが持っているアイテムになりましてこのソース側のブロックズでほぼすべてをカバーできていることがわかるかと思います次にこちらはシンク側のデュアルロールのブロックズになりますこちらの想定ではポート1をシンクという設定にさせていただいてましてこちらの端子には他のアダプターやモニターなどの機器から電力が供給されるというようなポートになりますこのUSBコネクターの直近には先ほどソース側と同様にプロテクションのICが配置されましてそこを通過したCCラインがSTM32マイコンに内蔵されたUSBPDコントローに接続されますそして左から左のポートにはデュアルブロールパワーということでさまざまなシンクソースの機器が接続されるパターンを持っているようなポートになりますこの一例としまして右のポート1に何も接続されていないときポート2にスマートフォンなどを接続した場合は想定されますそのような場合にはこちらの機器はスマートフォンから電源の供給をシンクとして動作しますそれとは別にポート1の方に電源が接続されている場合にはポート1の電力をUSBPDコントローラーからi2Cなどでコントロールされたレギュレーターによってシンク側のデバイスに合わせた電圧が供給されるその供給された電圧によってそのスマートフォンが充電されるような動作を行いますこのように電源の役割というものがそれぞれポート1に刺されている状況刺されていない状況によって動的に切り替わるというものがリュアルロールパワーというようなUSBケースになっておりますまたこのポート2からはUSB3.pekeの信号の他にもオルタネートモードでHDMIの信号などを高速に通信することが可能となっておりますこのようなUSケースにおいてもSTのソリューションにて多くの部分をカバーすることが可能です次に今まで説明してきましたUSケースに対応するSTの汎用マイコンSTM32を使ったUSB Type-C PDソリューションについて説明いたします初めに新しいコンセプトUSB Type-C PDソリューションとして現在強く推奨させていただいているソリューションについてご紹介いたします今までのUSB PDのソリューションではマイコンと専用のUSB Type-CのコントローラーそしてCCポートを転落や散落ESDなどにから保護するような保護措置のスリーチップ構成というものがというようになっておりました今回STではUSB Type-Cコントローラーの機能というものをマイコンに持たせたUCPD機能というものを有したSTM32マイコンと保護措置またバスコントローラーなどを集約したプロテクションチップによる通知ップ構成というものを提案させていただいておりますこの方式では少ないシディコンによってコスト効率を高めることができますしSTM32マイコンが持っていたソフトウェアによる柔軟性を最大限に高めることができるようなソリューションになっております次にSTM32を使ったUSB Type-C PDソリューションをご紹介いたします弊社のSTM32シリーズはアーム社のコアテックスシリーズを搭載した汎用マイコンになっております昨年汎用マイコン資料でトップシェアを獲得させていただきましたがSTが誇る世界トップの汎用マイコンシリーズでございますこちらのシリーズを用いたUSB Type-Cパワーデリバリーのソリューションというものを構成する場合には2通りの選択肢というものがございます1つ目は先ほどご説明いたしましたUSB PDに対応したペリフェラルを搭載したSTM32マイコンを使用してPDを行うケースですこちらのソリューションではマイコンにCCラインのロジックとUSB PDのファイが内蔵されておりますのでPDメッセージの物理的なやり取りというものをこのペリフェラルで行ってポリシーマレージャンなどのプロトコル制御というものをマイコン上のソフトウェアで行うことが可能です2つ目は従来のスリーチップ構成ですPD制御を外付けのポートコントローラーで行ないようなケースになりますこちらの場合でもそれぞれのマイコンにソフトウェアパッケージXCubeUSB PDというものが準備されておりましてUSB Type-C PDに対応することが可能になっておりますこちらが現状のSTM32のラインナップとなっておりますCC端子のコントロールとUSB 2.0のコントロールが可能なマイコンというものがこちらの赤枠と青い枠で囲われておりますSTM32G0G4U5L5となっておりましてこちらのSTM32G0には通ポートの制御というものが可能な製品というのもラインナップされておりますこの通ポートをコントロール可能なUSB Type-C PD搭載のSTM32マイコンがSTM32G0シリーズになりますこちらは最大64MHzで動作するコアテックスM0コアのマイコンで2つのUSB Type-C PDをコントロール可能なUSB Type-C PDペリフェラルを内蔵したマイコンになっております両ポートを独立したインスタンスで制御できますこれによって2つのUSB Type-C PDポートを持つというものをこの1つのマイコンで実現することが可能です各ポートにはRPRD抵抗のようなものを内蔵していますしソースシンクあるいはデュアルロールポート向けのデバイスとして対応することが可能ですまたこのG0シリーズにはUSB 2.0フルスピードインターフェースが一軒と内蔵されておりますこれにより Type-Cのビルボードクラスの対応であったりチャージングスペシューケーションバージョン1.2順挙のバッテリ充電器の検出などにも対応することが可能です続いてはCCポート搭載マイコン用の組み込みソフトウェアの全体図を説明させていただきますUSB PD対応STM32キューブソフトウェアパッケージということで先ほどの対応ラインナップG0 G4 L5のパッケージになっておりますこちらのソフトウェアパッケージにはSTUSB PDライブラリーとUCPD用のデモ向けのデモンスレーションコードが組まれておりますこういったファームウェアパッケージもSTのホームページ上からダウンロードが可能になっておりますここからはSTM32が誇る充実した評価ボードであるとかグイベースのアプリケーションソフトウェアなどを説明させたいと思いますこのスライドはSTM32マイコンベースのUSB Type-CPDのエコシステムの一部になりますUCPDインターフェースを搭載したG0シリーズG4シリーズL5シリーズのそれぞれにおいて評価ボードが提供されております各ボードにはType-Cのポートが1ポートまたは2ポートを搭載されておりましてURLロールポートとして使用することができますこのような評価ボードはType-CのPDだけでなくディスプレイポートのオルタネートモードなどの評価も同時に行うことが可能ですこちらはSTM32 CubeMXという簡単にマイコンのコンクリエーションができる無償のアプリケーションソフトウェアになります使用するマイコンのモデルを選択しますそうするとそのモデルに合わせた利用可能なペーフェラルのリストというものがバット表示されるようなソフトウェアですこの中でUCPDを有効にしてパワーロールを選択いたしますとCC信号として使用されるピンが右のような形で実際のICのピンとしてハイライトされるような形ですこのCCピンの設定を追加しましてジェネレーションコードというものをクリックしますとピンに必要な初期化設定などがC言語で技術されたソースコードが自動生成されるようなソフトウェアになっておりますこのQVMXこのUCPD以外にももちろんいろいろな機能で使用することが可能ですこれらの詳細の使用方法については弊社のWebサイトに動画で開設したものなどが準備されておりますのでぜひお時間があるときにお楽しみでーす続いてUSBPDアプリケーションにおける無償のアナライザーモニタツールSTM32 Cube MonitorUCPDのご紹介になりますこちらはUSB Type-C Power DeliveryアプリケーションにおけるアナライザーモニタツールですSTM32マイコンで動作するUSBPDミドルウェアのさまざまな情報というものを表示することが可能ですこちらでは動作中のSTM32マイコンと接続してランタイム制御することが可能でPDのパワープロファイルをこの具合を通じて切り替えることができたりその切り替えた電圧や電流というものを視覚的に表示したりまたUSBPDパケットの注入や送信を行うことが可能ですこのようなツールを用いてSTM32マイコンのパワーデリバリー機能というものをデバッグすることが可能になりますここまではSTM32マイコンによるUSBType-Cパワーデリバリーソリューションの説明を行わせていただきましたここからはその他のSTソリューションについて説明させていただきますまず初めにSTM32マイコンのコンパニオンチップであるUSBType-C PortのProtection ICシリーズを簡単にご説明いたしますUSBType-CのTCPPシリーズについて説明したものですこのデバイスの主な役割は機器の外側に出力されるVBUS端子であるとかCC端子こちらの整電機の保護やリーセスショートなどから来る火電圧に対しての保護を行うことですこのデバイスはコネクターとマイコンの間に置いていただいてCCラインを保護するものでございますしこのデバイスにNちゃんもスFETを駆動できるようなドライバーこちらのVBUS端子が火電圧を持っていないかというものを検出保護するモニター回路が内蔵されているような商品ですVBUSやCCラインに対するESD大量はプラスマイナンス8キロボルトHBMでプラスマイナンス8キロボルトの大量がありまして製品で必要な企画というものを十分に満たすことが可能ですこれらのProtection ICシリーズにもすぐにご評価いただける評価キットが準備されておりますそれぞれの評価キットはマイコンの単体の評価キットユークリオボードの機能拡張ボードとして設計されておりましてこの左にやりますユークリオボードの上にそのまま挿すというようなことでセットで評価していただくことが可能なキットになっておりますこのキットはそれぞれシンクデバイス側リュアルロールソースホスト側に対応したものというのが準備されておりまして専用のソフトウェアも準備されておりますしそれをまたSTのホームページ上からダウンロードすることが可能になってます最後にUSB Type-CPD Controllerまた最新の電源ソリューションについて紹介いたしますはじめにSTのType-CPD ControllerのMatrixを紹介いたしますSTはソースシンクデュアルロールの各役割に対応したものまたUSB Type-Cからフル機能のパワーデリバリーまでいろいろなユースケースに対応するような商品具を持っておりますソースデュアルロールシンクそれぞれに対応したようなデバイスはこのMatrix上に記載されておりますのでどのようなユースケースに対応することが可能です次にACDCコンバーター製品Viper Gunという商品についてご紹介いたしますこのViper Gunは通常のシリコンのモスフェットよりも低温抵抗で高周波区度が可能になるガンヘムトと呼ばれるFETを内蔵することによって大幅な小型化が実現できるようなACDCコンバーターとなっておりますこのサイズのイメージはこの右下の写真のようになっておりましてこちらの商品ですと従来のシリコンソリューションの約半分のサイズで電源の方が構成可能ですこのような技術を用いてACアダプター急速充電器をより小型化にすることに貢献することが可能ですこのViper Gunは同じパッケージ長で50W、65W、100Wに対応した3種類というものをラインナップしておりますこのそれぞれのViper Gunを使用したUSB PD対応のリファレンスデザインというもののご紹介がこのスライドになっておりますこちら左から45W65W、100Wに対応したものになっておりまして45W、65Wについては現状リリース済みになっております100Wは12月にリリースを予定しておる商品になります最後にETのブースにて展示しておりましたリファレンスデザインを紹介させていただきますこちらはSTM32G0シリーズを使用したニュークリオボードとProtection IC,TCPP02ソース側のものあとはDC-DC Converter STPD01を2つずつで構成されたような通報とソース向けのリファレンスデザインでございますこちらは2つのソースポートをSTM32G0のデバイスでコントロールすることが可能ですこちらの写真の中では2台のスマートフォンを同時に急速充電することができたり60Wですので2台のノートPCなんかを同時に駆動することも可能になったような商品にソリューションになっております最後にまとめさせていただきますSTは高範囲な製品ポートフォリオで通信や電源汎用化に貢献しますUSB Type-CPDのさまざまなアプリケーションに対応できるということをご説明させていただきましたソリューションの提案としてSTM32マイコンとソフトウェアプロテクションデバイスUSB Type-C PDコントローラ電源ソリューションまでの紹介を行わせていただきましたこの紹介によってSTが包括的なソリューションが出たのではないかと思います最後に充実した開発エコシステムを随所に紹介させていただきましたこれらのすぐ手に入る評価キットファームエアパッケージによりお客様の迅速な開発サポートが可能となるということが分かりいただけたのではないかと思います以上STのUSB Type-C Power Delivery向け製品ソリューションについて解説いたしましたSTはすぐに評価組み込みをスタートできるトータルソリューションや評価キットを始め充実した開発サポートを提供していますまた、さがなる高電力化に向けて普及が進む最新規格の対応など継続した製品開発を行っておりますのでぜひご検討いただけると幸いです詳細についてはSTのウェブサイトをご覧くださいご視聴ありがとうございました