～Maker Interview～
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メーカーインタビュー > 消費電流を大幅削減したDC-DCコンバーターIC、ウエアラブル機器の駆動時間延長に貢献
消費電流を大幅削減したDC-DCコンバーターIC、ウエアラブル機器の駆動時間延長に貢献
商品開発一部 開発三課主任 企画担当 小澤貴一 氏（左）
商品開発一部 部長 須藤稔 博士（工学）
商品開発一部 開発三課長 和気宏樹 氏（右）
携帯型電子機器やウエアラブル機器、IoT機器にとって、電池駆動時間は極めて重要な性能である。電池の交換や充電が頻繁に必要になるようでは、製品価値を高めることができないからだ。例えば、1個のコイン電池だけで、2年や3年といった長い期間駆動し続けられるような設計が求められる。
それには、少しでもエネルギー容量の大きな電池を採用したり、消費電力の小さいマイコンや無線通信チップなどを搭載したりすることが求められる。しかし、長い電池駆動時間を実現するには、これだけでは不十分だ。実は、電池の出力電圧を、マイコンなどの動作に最適な電圧に変換する電源（DC-DCコンバーター）回路の低消費電力化も欠かせない要素だ。
こうした用途に向けて、エスアイアイ・セミコンダクタは、静止時消費電流を260nAに削減した降圧型DC-DCコンバーターIC「S-85S1A/S-85S1Pシリーズ」を開発し、製品化した。今回は、このICの開発やマーケティングに携わっている商品開発一部 部長の須藤稔（すどう・みのる）氏と、商品開発一部 開発三課長の和気宏樹（わけ・ひろき）氏、商品開発一部 商品三課主任 企画担当の小澤貴一（おざわ・たかかず）氏に、開発の背景や製品の特徴、技術的なポイント、販売戦略などについて聞いた（聞き手：山下勝己＝技術ジャーナリスト）
新しい降圧型DC-DCコンバーターICの開発に着手したきっかけは何か。
S-85S1A/S-85S1Pはどのような降圧型DC-DCコンバーターICなのか。簡単に説明してほしい。
最大の特徴は何と言っても、静止時消費電流が260nAと極めて少ないことだ。業界で最も少ない値だ。100μAの軽負荷時であっても変換効率は90.5％と高い（図3）。実は、出力電流がもっと少ないケースでも、かなり高い変換効率が得られる。例えば、10μA出力の場合は約85％、1μA出力の場合は約70％である。一般的な製品であれば、10μA出力の場合は20％程度の効率しか得られないだろう。
図1 製品ラインナップ
今回、最大200mA出力で、消費電流が260nAと少ない降圧型DC-DCコンバーターICを2製品追加した。
1つは、SNT-6Aパッケージ封止の「S-85S1A」。
もう1つは、SNT-8Aパッケージ封止のパワー・モニター機能搭載品「S-85S1P」である。
図2 発売した製品の基本特性
フィードバック・ループの制御方式は何か。
図3 軽負荷時の変換効率特性
出力電流が100μAのときの変換効率は90.5％、
10μA出力のときは約85％、
1μA出力のときは約70％といずれも高い。
図4 高速負荷応答特性
コンスタント・オン・タイム（COT）制御方式を採用したため、
高い負荷過渡応答特性を実現した。
例えば、出力電流を10μAから100mAに変化させたとき、
出力電圧の変動分は40mVと少ない。
＋1.8Vの出力電圧に対する変動率はわずか2.2％である。
回路構成の工夫で実現
どうやって低消費電流化を実現したのか。
ただし、これをアナログ回路に適用するのはかなり難しい。アナログ回路自体はかなり高速で動作しているため、どのタイミングでどの回路を動かせば、必要な機能を実現しながら、電流消費を最小限に抑えられるのか。そのタイミングや、バランスを解き明かすのに苦労した。
製造プロセス技術に関する工夫はあるのか
静止時消費電流を競合他社品と比べると、どのような関係になるのか。
*1）静止時消費電流の比較については、エスアイアイ・セミコンダクタの調査結果に基づく。
パワー・モニター機能も搭載
このほかに特徴はあるのか。
抵抗分圧回路は、通常2個の抵抗器で構成する単純なものだが、その設計は決して簡単ではない。抵抗分圧回路での消費電流を減らすには、抵抗値の高い抵抗器で構成すればいいが、それではインピーダンスの関係で低電圧マイコンのADC端子には直接接続できなくなってしまう。抵抗値の低い抵抗器で構成すればマイコンに直接接続できるようになるが、抵抗分圧回路での消費電流が増えてしまう。このインピーダンスと消費電流を最適化する設計作業は、かなり難しいと言えるだろう。
この問題をどのようにして解決したのか。
小澤 さらに、抵抗分圧回路をICに集積したため、基板上の実装面積を削減できるというメリットも得られる。想定する用途がウエアラブル機器やIoT機器であるため、抵抗分圧回路分の面積削減でもかなり大きなメリットだと言えるだろう。
なおS-85S1Pのパッケージは、外形寸法が1.57mm×2.46mm×0.5mmのSNT-8Aである。外付け部品を含むDC-DCコンバーター回路全体の実装面積は2.4mm×5.7mmで済む。
競合他社はパワー・モニター機能を搭載しているのか。
図5 高速負荷応答特性
コンスタント・オン・タイム（COT）制御方式を採用したため、
高い負荷過渡応答特性を実現した。
例えば、出力電流が10μAから100mAに変化したときに、
出力電圧（＋1.8V）の変動率を2.2％（40mV）に抑えられる（図4）。
競合他社品の変動率は6.7％と大きい。
製品ラインナップを拡充へ
今後の製品展開について教えてほしい。
例えば、今回の軽負荷時高効率品において、最大出力電流が400mAと大きい製品や、さらに50mAと小さい製品を投入する予定である。50mA品は小型の外付け部品と組み合わせることで実装面積をさらに小さくすることが可能になる予定だ。
和気 技術的には、最大出力電流が1Aや2Aと大きい製品も実現可能である。今後、製品化を検討していきたい。
米国のアナログ半導体メーカーは、付加価値の高い高性能な製品を開発し、その付加価値に応じた価格を設定している。
今回のICは、米国メーカーの製品を上回る性能を達成している。どのような価格戦略を立案しているのか。
