プリンター設計者必見!低消費小型FPGAでの付加価値まとめ

 

本記事では、プリンターを設計している方を対象に、低消費・小型なLatticeのFPGAを用いたソリューションを紹介していきます。

 

下記のように、プリンターの構成を大まかに、

 

 Ⅰ. メイン処理部

 Ⅱ. プリント部

 Ⅲ. スキャン部

 Ⅳ. HMI部

 Ⅴ. オプション部

 

と分け、それぞれの機能ブロックごとに最適なソリューションを紹介していきますので、是非現在ご設計されている内容に合わせてご覧ください!

Ⅰ. メイン処理部

 

 メイン処理部では、下記の3つのソリューションをご紹介します。

 

1. 電源シーケンス管理が必要なSoCやCPUに対して、小型FPGAで電源監視および電源シーケンス制御

2. バス接続などでIOが不足しているASICやCPUに対して、小型FPGAでIO拡張やレベルシフト          

3. NISTなどSecurityの対応が求められる基板に対して、Securityエンジンをハードで搭載した小型FPGAでSecure bootの構成を構築

 

Ⅰ-1. 電源監視および電源シーケンス制御

 

・ディスクリート回路による電源監視機構をIC化することで、基板の面積削減に貢献                     

・6~12chのマルチ電源監視ポートを持ち、トリップポイントの設定数は368ポイント、15~20mv単位での高精度監視が可能   

・電源異常やその兆候を検知し、内容を記録する事で故障時の解析に役立てることが可能                     

 

 

Ⅰ-2. IO拡張/レベルシフト

 

・小型、低消費、低コストのFPGAでASICやCPUのポート不足を解消         

・電圧レベルが合わないIC間での電圧レベルを調整                

・Latticeでは3.3V単一電源駆動が可能なFlash内蔵の1chip型FPGAでまとめて実現可能 

 

 

Ⅰ-3. Securityエンジンをハードで搭載した小型FPGAでSecure boot

 

NIST 800-193で求められる下記機能を小型FPGAで実現

  ・Protection:コンフィグデータを署名             

  ・Detection:XO3Dが署名を検証               

  ・Recovery:検証後、不備があれば別フラッシュからブート開始

 

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Ⅱ. プリント部

 プリント部では、下記の5つのソリューションをご紹介します。

 

1. Stepping Mmotorの複数軸同期制御

2. Servo motorのFOC制御

3. Head基板制御とADC

4. Ink/Laser基板等の複数基板間の通信

5. 基板間通信のケーブルを省配線化

Ⅱ-1. Stepping Mmotorの複数軸同期制御

 

並列処理可能なFPGAの特徴を生かしてPWM出力し、複数軸を1Chipで高精度に制御 

 

 

 

Ⅱ-2. Servo MotorのFOC制御

 

・電流ループ演算をMCUからFPGAに任せることで精度向上が可能    

・Park変換やClarke変換等のライブラリを提供            

・エンコーダーI/Fの取りまとめやフィルター回路などもまとめて実装可能

・これらの処理をLatticeでは最小10mm角のパッケージで実現可能  

  

Ⅱ-3. Head基板制御とADC

 

・小型で低消費電力なFPGAで発熱を抑えながら同時に複数のHead基板を制御

・温度センサーのアナログ信号を内蔵ADCで監視             

 

Ⅱ-4. Ink/Laser基板等の複数基板間の通信

 

・低コストで小型なFPGAで末端基板増設などの要求に柔軟に対応               

・基板上のMCUの補助としてロジックICの取りまとめやIO拡張といった機能も取り込むことが可能

・LatticeからEther-connectのリファレンスデザインを提供可能                

 

Ⅱ-5. 基板間通信のケーブルを省配線化

 

・LVDSのClock Laneを排除し通信を行うことによって省配線化

・Data/Clock間のSkewが発生しない             

 

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Ⅲ. スキャン部

 スキャン部では、下記の2つのソリューションをご紹介します。

 

1. Sensor IFの取りまとめ

2. Channel Linkの取りまとめ

Ⅲ-1. Sensor IFの取りまとめ

 

・I2C, UART, GPIOの複数チャンネルを取りまとめ、一本のワイヤーで送受信  

・最大7チャンネルまで取りまとめが可能 (トータルデータレートは7.5Mbps以下)

・I2Cは100Kbps, 400Kbps[Fast-Mode], 1Mbps[Fast-Mode Plus]をサポート    

・GPIOは1チャンネルあたり、最大16bitかつ2Mbpsの送受信が可能      

 

Ⅲ-2. Channel Linkの取りまとめ

 

・CCD, CISイメージセンサーからAFEを経由して出力されるChannel Linkを、小型低消費FPGAで受信可能

・ハードマクロにより1:7のDeserializeを1チップで実現可能         

 

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Ⅳ. HMI部

 HMI部では、下記の2つのソリューションをご紹介します。

 

1. 映像 IFの取りまとめ

2. Wifi Module IFの取りまとめ

Ⅳ-1. 映像 IFの取りまとめ

 

・Display IF(FPD LinkやMIPI DSI)の変換とSerDes(PCIeやeDP)でのMain基板への伝送

・Latticeは最小10x10mmのFPGAで実現可能                    

 

Ⅳ-2. Wifi Module IFの取りまとめ

 

CPUでPCIeの制御とデータ処理を行うと負荷が大きくなってしまうため、小型低消費FPGAを用いることでCPUの負荷を削減可能

 

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Ⅴ.オプション部

 オプション部では、下記の2つのソリューションをご紹介します。

 

1. ロジックICの取りまとめ

2. エッジAIの活用

Ⅴ-1. ロジックICの取りまとめ

 

FAXやCard Readerで使用される複数のSensor IFを取りまとめ制御

 

 

 

 

・小型FPGAによるAI処理によって、ジェスチャー検知、音声認識、人感検知を行うことが可能

・Lattice FPGAによる圧倒的な低消費電力AIソリューションで実現            

関連情報

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