民生機器アプリケーション

デジタルテレビ

デジタル・セットトップ・ボックス (DSTB) は、衛星、ケーブル、および地上波ソースからのテレビ放送を受信し、デコードします。デジタルテレビ (DTV) は、デジタルチューナー、複調器およびソースデコーダーを内蔵しているためデジタル放送を受信する際にデジタル・セットトップ・ボックスを必要としません。

従来の DSTB は、SD (standard definition) MPEG2 (Moving Pictures Experts Group-2) のビデオ・フォーマット放送を受信するように設計されています。しかしながら、今日の DSTB の多くは高解像度 (HD) 放送の受信が可能です。実際に、いくつかのケーブルテレビ・サービス・プロバイダー、ネットワークおよび地上波テレビ局は、現在 SD および HD 方式で放送を送信しています。時間とともに、SD および HD 方式で使用されている MPEG-2 フォーマットは MPEG-4 に置き換わるでしょう。

MPEG-4 が圧縮技術の標準になる際、インテル® FPGA のようなリプログラマブル・ロジック・デバイスを使用するシステムでは、在庫品を無駄にすることもなく、かつ新しいハードウェアを作る必要もないためアップグレードをシームレスに行うことが可能になります。メーカーは、MPEG-2 ビデオ・フォーマットをデコードする STB を設計し、FPGA をインシステムで再プログラムするだけで、後から MPEG-4 のビデオ・フォーマットをデコードするための STB にアップグレードできます。

ハイエンド DSTB は通常、パーソナル・ビデオレコーダー (PVR) や HD DVD レコーダーのような追加機能を内蔵しています。DSTB 内または STB 内蔵 DTV 内のマイクロコントローラーは、これらのシステムに対し、コントロール・パネル・マネジメントおよびオンスクリーン・ディスプレイ (OSD) を含む多数の機能を実行します。

多くの現存する DSTB も Free to Air (FTA) または Pay TV (課金制サービス) バージョンに分類することができます。Pay TV の代表例として、アメリカで提供されている DirecTV または Dish Network 用に設計された DSTB があり、音声と映像をデコードするために条件付きアクセスが必要になります。

DSTB メーカーは一般に、プリント基板 (PCB) をローエンドおよびハイエンド DSTB の両方の機能に対応できるように設計する傾向があり、さまざまな設計を実装するための柔軟なソリューションを求めています。以下の図に代表的な DSTB 用のインテルのプログラマブル・ロジック・ソリューションを示し、広範囲のアプリケーションに対応する FPGA ベースのソリューションを紹介します。

DSTB および DTV 向けインテルの PLD ソリューション

注:

  1. AGC = オート・ゲイン・コントロール
  2. AGC = アナログ - デジタル・コンバーター
  3. FEC = Forward Error Correction (順方向エラー訂正)
  4. SC = スマートカード

DSTB および DTV で使用されるインテルまたはサードパーティーの IP の例を以下に示します。

  • イーサネット
  • エンベデッド・ソリューション
  • USB
  • 動き予測
  • カラースペース (色空間) 変換
  • DCT および iDCT
  • I2C
  • IDE コントローラー

DSTB および DTV のための低コストのプログラマブル・ソリューション

インテルの低コストの Cyclone® III、MAX® II、MAX® 3000A は、コスト効率に優れたオーディオおよびビデオ処理用のプログラマブル・ソリューションであり、デジタルビデオ・アプリケーションに最適なデバイスです。さらにインテル® Cyclone® FPGA シリーズ、インテル® MAX® CPLD シリーズは、オンスクリーン・ディスプレイ (OSD) やタイミング表示など、既存の ASSP を補完するシステム機能を含んでいます。

Cyclone® III FPGA は、65 nm の低消費電力 (LP) プロセス・テクノロジーにて製造されています。Cyclone® III ファミリーには 8 種類のデバイスがあり、ロジックエレメント数 (LE) は 5,000 ~ 120,000、ユーザー I/O ピン数は最大 534 です。Cyclone® III FPGA は、最大 4M ビットのエンベデッド・メモリー、最大 288 個の 18x18 乗算器、専用外部メモリー・インターフェイス回路、フェーズロック・ループ (PLL) を提供し、ハイエンドのビデオ処理機能と画像処理機能を実現するために最適です。

インテルの Nios® II エンベデッド・プロセッサー・ファミリーをインテル® Cyclone® シリーズデバイスに実装し、高性能でコスト効果の高いプロセシング・ソリューションを生み出すことができます。Cyclone® シリーズとそのソリューションは、デジタルビデオ設計者に極めて手ごろな価格で高い性能を提供します。

インテル® MAX® CPLD シリーズは、業界で広く使用されている CPLD です。MAX® 3000A デバイスは、量産向けの価格重視のアプリケーションに最適です。インテルの最新 CPLD である MAX® II デバイスは、低コストで低消費電力のアプリケーション向けに設計されています。不揮発性で低コストを特長としている MAX® 3000A と MAX® II デバイスは、アドレス・デコーディング、システムタイミング、およびシステムバグ修正のような DVD プレーヤー / レコーダーの機能に理想的なソリューションを提供します。

ビデオ・ディスプレイ

標準的な LCD TV インターフェイスのブロック図

フラットパネル・ディスプレイ (LCD、プラズマ・ディスプレイ・パネル、プラズマ・ロープロファイル、およびシリコン上の液晶) およびビデオ・プロジェクターは、さまざまなソースからのデジタルビデオ・ストリームを受信、デコード、および表示します。フラットパネル TV の価格が下がるにつれて、それらは一般的な家電製品になりつつあります。

LCD HDTV の心臓部は、画像処理およびタイミング・コントロール・ブロックです。画像処理ブロックには、一般にスキャン・レート・コンバーター、フレームレート・コンバーター、カラーデコーダー、モーション検出、スケーラー、デインタレースなどの機能が含まれています。

HDTV の LCD ディスプレイのカラー応答時間は、従来のディスプレイに比べて遅く、またカラーの内容に左右されます。このため、何らかのノイズや歪みを除去する必要性をさらに考慮する場合、画像処理アルゴリズムの開発が迫られます。FPGA のデザインの柔軟性は、アルゴリズムを再プログラムする必要がなく、デバイス内で再設計できるという大きな利点をもたらします。

データが処理されると、ビデオボードは最大 400 Mbps で動作する LVDS バスまたは RSDS (Reduced Swing Differential Signaling) バスを介して LCD のカラムドライバーおよびロウドライバーと接続します。

インテルおよびパートナーが提供する IP および開発キット

インテルは、ディスプレイ・アプリケーション向けに Intellectual Property (IP) コアの幅広いポートフォリオを提供しています。この IP コアには、エンベデッド・プロセッサー、ビデオおよび画像処理機能、標準インターフェイス、およびペリフェラルが含まれています。この幅広い IP コアのポートフォリオに独自のロジックを追加して、ユニークなソリューションをタイムリーに開発することができます。これらの IP コアは、インテルから直接、またはサードパーティー IP パートナーから入手できます。また、すべての IP コアは徹底的にテストされ、インテル® 製品向けに最適化されています。インテルが提供するビデオ・ディスプレイ関連 IP には次のものがあります。

インテルとパートナーは、フラット・パネル・ディスプレイのデザインプロセスを高速化するための開発キットも提供しています。インテル® FPGA をベースにしたこのようなキットにより、ディスプレイの設計者や ASSP ベンダーは、ASIC の長期にわたる開発サイクルに縛られることなく、市場の要求の変化に合わせて、製品に次世代の画像強化機能を追加することができます。

ディスプレイおよびプロジェクターの低コスト・プログラマブル・ソリューション

インテルの低コストの Cyclone® III と MAX® II は、コスト効率に優れた A/V 処理用のプログラマブル・ソリューションであり、デジタル・ビデオ・アプリケーションに最適なデバイスです。さらにインテル® Cyclone® FPGA シリーズとインテル® MAX® CPLD シリーズは、OSD やタイミング表示などの既存の ASSP を補完するシステム機能を含んでいます。

Cyclone® III FPGA は、65 nm、低消費電力 (LP) プロセス・テクノロジーにて製造されています。Cyclone® III ファミリーには 8 種類のデバイスがあり、ロジックエレメント (LE) は 5,000 ~ 120,000 個、ユーザー I/O ピンは最大 534 本です。Cyclone® III FPGA には、最大 4M ビットのエンベデッド・メモリー、288 個の 18 x 18 乗算器、専用外部メモリー・インターフェイス回路、PLL (Phase-Locked Loop) が搭載されており、ハイエンドのビデオ処理機能と画像処理機能を実現するために最適です。追加機能として、フラットパネル・ディスプレイで使用される LVDS および RSDS インターフェイスをサポートする高速差動 I/O 機能を提供します。

インテル® MAX® デバイスファミリーは、業界で成功し、広く使用されている CPLD ソリューションです。インテルの最新 CPLD である MAX® II デバイスは、低コストかつ低消費電力のアプリケーション用に設計されています。MAX® II デバイスは不揮発性および低コストを特長としており、アドレス・デコーディング、システムタイミング、およびシステムバグ修正などのディスプレイ機能に最適です。

インテル® Cyclone® FPGA におけるインターフェイス・サポート

 

DVD プレーヤー

Blu-ray* プレーヤーと Blu-ray* レコーダーは、高品質のデジタルビデオとオーディオの圧縮解除と再生、および高品質のデジタルビデオとオーディオの圧縮と記録を行います。ハイエンドの Blu-ray* プレーヤー・レコーダー・システムは、デジタルテレビ信号を記録するための高度なオーディオビデオ処理機能も備えています。Blu-ray* プレーヤー・レコーダー・システムに CD-RW ドライブが搭載されている場合、ビデオバスとのインターフェイス接続には Integrated Drive Electronics (IDE) 変換が必要です。Blu-ray* ドライブへの実際のインターフェイスは、AT Attachment Package Interface (ATAPI) です。ATAPI によって、CD-ROM プレーヤーまたは Blu-ray* プレーヤーの制御に必要な追加コマンドを実行可能になるため、コンピューターは IDE インターフェイスとコントローラーを利用してこのような種類のデバイスを制御することができます。Blu-ray* プレーヤーと Blu-ray* レコーダーのマイクロコントローラーは、コントロール・パネル管理やビデオとオーディオのポストプロセスなどの多数のシステム機能を実行します。以下の図は、インテル® デバイスを用いた Blu-ray* プレーヤー・レコーダー・システムの例です。

Blu-ray* プレーヤー・レコーダー・システム向けインテル PLD ソリューション

Blu-ray* プレーヤー・レコーダー・システム向け低コスト・プログラマブル・ソリューション

インテルの低コストの Cyclone® III、MAX® II、MAX® 3000A は、コスト効率に優れたオーディオおよびビデオ処理用のプログラマブル・ソリューションであり、デジタルビデオ・アプリケーションに理想的なデバイスです。さらにインテル® Cyclone® FPGA シリーズ、インテル® MAX® CPLD シリーズは、オン・スクリーン・ディスプレイ (OSD) やタイミング表示など、既存の ASSP を補完するシステム機能も備えています。

Cyclone® III FPGA は、65 nm、低消費電力 (LP) プロセス・テクノロジーにて製造されています。Cyclone® III ファミリーには 8 種類のデバイスがあり、ロジックエレメント数 (LE) は 5,000 ~ 120,000、ユーザー I/O ピン数は最大 534 です。Cyclone® III FPGA は、最大 4M ビットのエンベデッド・メモリー、最大 288 個の 18x18 乗算器、専用外部メモリー・インターフェイス回路、フェーズロック・ループ (PLL) を提供し、ハイエンドのビデオ処理機能と画像処理機能を実現するために最適です。Cyclone® III FPGA とそのソリューションは、デジタルビデオ設計者に極めて手ごろな価格で比類のない性能を提供します。

インテル® MAX® デバイスファミリーは、業界で広く使用されている CPLD ソリューションです。MAX® 3000A デバイスは、量産向けの価格重視のアプリケーションに最適です。インテルの最新 CPLD である MAX® II デバイスは、低コストで低消費電力のアプリケーション向けに設計されています。不揮発性と低コストを特長とする MAX® 3000A と MAX® II は、アドレス・デコーディング、システムタイミング、システムバグ修正のような、Blu-ray* プレーヤーや Blu-ray* レコーダーの機能に理想的なソリューションです。

ポータブル・エンターテインメント

モバイルデバイスとしても知られているポータブル・アプリケーションには、携帯電話、スマートフォン、モバイル・インターネット・デバイス、ポータブル・メディア・プレーヤー、電子玩具 / ゲーム、ポータブル・ナビゲーター、およびデジタルカメラ / ビデオカメラなどの消費者向けの多種の携帯機器があります。2008 年の終わりに景気の低迷にもかかわらず、業界アナリストは、モバイル機器や家電機器の需要が上昇し続けると予測しています。モバイルデバイスの最大の成長分野は、モバイル・インターネット・デバイス、スマートフォン、ポータブル・ナビゲーションになります。

このような市場動向に対応するために、インテルは低消費電力、低コストのハンドヘルド・デバイスをターゲットとした MAX® IIZ CPLD を発表しました。ほかの市場とは異なり、ポータブル・アプリケーションは、低消費電力 (バッテリー持続時間を延ばすため)、低コスト (通常 2 ドル以下)、小型パッケージ (5 x 5 mm 以下など) のシリコン・ソリューションを必要とします。このポータブルデバイスの市場要件を念頭に置いて設計されたインテルの MAX® IIZ は、スタンバイモード時の消費電力はほぼゼロ、量産時のコストは 2 ドル以下で、非常に小さなパッケージサイズ (デバイスのパッケージオプションの最小サイズは 5 x 5 mm 以下) にまとめられており、市場で最も魅力的な CPLD ソリューションの 1 つとなっています。

MAX® IIZ は、低消費電力、低コスト、小型パッケージという利点を生かし、システムのプロセッサーの消費電力やシステムのブートアップ・シーケンスの管理を支援する ASSP や ASIC のコンパニオン・デバイスとして使用することができます。ほかの典型的な用途は、I/O 拡張、電圧レベルシフト、静電容量式タッチセンサー、タッチスクリーン・エンコーダー、キーボードデコーダー、カラー LED ドライバー、割り込み処理、またはデータ処理が挙げられます。MAX® IIZ だけが提供できるユニークな機能により、MAX® IIZ の内部ユーザー・フラッシュ・メモリー (最大 8 KB) にユーザー自身がセキュリティー・コードを書き込むことができます。以下の図は、ポータブル・アプリケーションにおける MAX® IIZ CPLD の一般的な使用例を表しています。

ポータブル・アプリケーションにおける MAX® IIZ CPLD の一般的な使用例

システムの消費電力管理

以下の図は、MAX® IIZ CPLD によるポータブルデバイスのシステム電源管理の例を示しています。この例では、MAX® IIZ が 60 マイクロ秒の速さでシステムのブートアップを行い、最小限の待機電流 (29 uA) によってシステム消費電力を低減します。また、I/O 電圧変動の広い範囲 (1.5 V、1.8 V、2.5 V、3.3 V) で、3 つの電圧レベルシフターとして機能することができます。小型パッケージのため、高いシステム統合が可能となり、プログラマビリティーのおかげでデザインに臨機応変の変更を行うことができます。MAX® II と MAX® IIZ CPLD のデザイン例のウェブページには、ポータブル・アプリケーションにおける MAX® IIZ のさまざまな使用例が掲載されています。

MAX® IIZ によるシステムの電源管理

タッチスクリーン・ディスプレイ

グラフィカル LCD タッチスクリーンは、多くのポータブル・アプリケーションで徐々に機械的な押しボタンを置き換え、より現代的な、洗練されたヒューマン・マシン・インターフェイス (HMI) にするため、ますます主要になりつつあります。最新のタッチテクノロジーには「マルチタッチ」が採用されており、Apple の iPhone のように、2 本の指でオブジェクトを操作できます。

MAX® IIZ CPLD は ASSP や MCU などの競合テクノロジーとは異なり、高い I/O 数、使いやすさ、低消費電力、低コスト、小型パッケージで、ポータブルデバイス用のシングルタッチ・ディスプレイまたはマルチタッチ・ディスプレイを実装するために必要な柔軟性も備えています。以下の図は、マルチタッチ・デザインの 2 チップ・ソリューションを示しています。Analog Devices の AD7142 統合容量デジタル・コンバーターと MAX® IIZ EPM240Z CPLD を統合し、二次元 ITO ガラスやフィルムを処理するために AD7142 の機能を拡張しています。

MAX® IIZ を搭載した LCD タッチスクリーン・ディスプレイ

スマートフォンまたはモバイル・インターネット・デバイス

MAX® IIZ デバイスに加えて、インテルは MAX® II および MAX® IIG CPLD 製品、また Cyclone® III FPGA を含む低コストの Cyclone® FPGA ファミリーを提供しています。不揮発性 CPLD と異なり、FPGA は、例えば信号処理、画像強調、またはシステムの CPU のようにデジタル信号処理 (DSP) 機能を行うことを可能にする RAM を内臓しています。

以下の図は、スマートフォンやモバイル・インターネット・デバイスにおける FPGA の使用例です。

スマートフォンまたはモバイル・インターネット・デバイスにおける FPGA の使用例

ポータブル・メディア・プレーヤー

一般的なポータブル・メディア・プレーヤー・システム (以下の図を参照) の中心的な機能ブロックは、画像処理コントローラーです。画層処理コントローラーに必要な基本的な機能は、通常デジタル信号プロセッサーまたは ASIC/ASSP に実装できますが、メーカーの製品差別化戦略の下で、機能を強化するためにコンパニオン PLD が搭載されている場合がよくあります。ベース・プラットフォームで提供されていない最新機能を追加するときには、ピン数が多くプログラム機能を備えた CPLD は、データ・フォーマット間でインターフェイスをブリッジしたり、IO 拡張を行うのに最適なデバイスです。

また、CPLD は従来ではボードレベルのパワー・マネジメント、電圧レベルシフト、および DSP コンフィグレーション機能にも使用されてきました。ポータブルシステムの場合、CPLD はシステム内の未使用 IC をシャットダウンして、システムのバッテリー持続時間を延長します。

さらに、CPLD は本質的に不揮発性なので、コンテンツ、ユーザー固有の情報、および intellectual property (IP) を保護するためのセキュリティー機能を実装することができます。

ポータブル・メディア・プレーヤーにおける CPLD の使用例

知育玩具

ポータブル知育玩具は、子供が遊びながら学習できる知育玩具です。「遊ぶだけでなく学ぶこともできる玩具を」という保護者の声が根強く、このような玩具に対する需要が高まっています。

一般的なポータブル知育玩具システム (以下の図を参照) の中心的な機能ブロックは、信号調整コントローラーです。信号調整コントローラーは、外部センサーからの入力に基づくモーターの位置調整、画像の処理およびディスプレイ・パネルへのロード、オーディオトーン合成などのオーディオ処理機能の処理、および外部オーディオソースの管理を実行します。これら 3 つの機能は最終製品のシステム仕様としては独自なもののため、CPLD 実装により、デザイン柔軟性の向上、低リスク、および迅速な市場投入などの複合的な利点をもたらすことができます。

ポータブル・メディア・プレーヤー・アプリケーション同様、CPLD はインターフェイス・ブリッジング、I/O 拡張、パワー・マネジメント、電圧レベルシフト、デジタル信号処理 (DSP) コンフィグレーション、およびクロック生成機能に最適です。

知育玩具における PLD の使用例

タッチスクリーン

タッチ技術は、タッチポイントから 2D タッチ領域へと進化してきました。最も一般的な 2 次元のタッチ・アプリケーションは、PC ナビゲーション・タッチパッドと LCD タッチスクリーンです。MAX® IIZ CPLD は、タッチパッド・ソリューションやタッチスクリーン・ソリューションにおいて静電容量式タッチスイッチを製品に統合するのに最適です。

シングルポイント・タッチ・ソリューションとツーポイント・タッチ・ソリューション

シングル・タッチ・ポイント・ソリューションは、長年、使用可能でした。シングル・ポイント・ソリューションは、伝統的に抵抗性または容量 4 線イリジウムスズ酸化物 (ITO) のスクリーン・オーバーレイを使用して実装されています。このようなタッチスクリーン・ソリューションは、一度に単一のポイントをデコードするだけに限られ、2 つ以上のタッチは間違って解釈されます。また、このソリューションはアナログであり、正確なデコードのためには洗練されたアナログ電子回路を必要とします。MAX® IIZ デバイスは、デジタル抵抗 ITO タッチスクリーンを使用することにより、すべてデジタルのソリューションを提供します。

インテルのデジタル・タッチ・リファレンス・デザインは、すべての 1 点タッチパターンと 2 点タッチパターンをデコードできるだけでなく、多くの 3 点、4 点、5 点タッチパターンもデコードすることができます。デジタル・タッチスクリーン・コントローラー・リファレンス・デザインは、30 ピンのタッチスクリーン出力を業界標準のシリアル・インターフェイス出力に変換します。MAX® IIZ デバイスは、独自設計のシリアルまたはパラレル・インターフェイスにも対応し、容易に設計変更することができます。MAX® IIZ デジタル・タッチスクリーンの開発ボード (2009 年第 1 四半期で利用可能) は、MAX® IIZ コントローラー・カード、5.7 インチ・デジタル・スマート・タッチ画面、および 4 インチ・デジタル・タッチパッドが含まれています。

マルチポイント・タッチ・ソリューション

マルチタッチ・スクリーンまたはパッドは、ユーザー・インターフェイスの柔軟性を新たなレベルへ移行します。インテルのマルチタッチ・リファレンス・デザインは、数に制限なく同時タッチポイントを解釈することができます。このリファレンス・デザインで 14 センチ × 16 センチ容量性タッチパッドまたは容量性タッチスクリーンまで対応します。2D マルチタッチ・リファレンス・デザインは、MAX® IIZ EPM240Z CPLD と Analog Devices の AD7142 統合容量デジタル・コンバーター (CDC) に基づいています。

ITO センサーボードの容量バリアントを感知する AD7142 デバイスは、わずか 14 の静電容量センサーのチャネルを有します。インテルのリファレンス・デザインでは、二次元 ITO ガラスまたはフィルムに対応できるよう、MAX® IIZ CPLD によって AD7142 の機能を拡張しています (以下のマルチタッチ図を参照)。アプリケーション・プロセッサーは、I2C (タッチポイント図を参照) を使って AD7142 デバイスの CDC レジスターファイルにアクセスし、該当する車軸に SRC 信号を駆動する MAX® IIZ の CPLD を設定します。

リファレンス・デザインは、SPI または I2C を使用し AD7142 デバイスの CDC レジスターファイルにアクセスし、積極的にスキャンされているタッチセンサーの列を選択するために MAX® IIZ CPLD を設定します。また、MAX® IIZ CPLD はタッチスクリーンが、長い休止の後の最初のタッチを感知すると、割り込み信号を発生します。MAX® IIZ CPLD は、静電容量式タッチポイントの 1×14 配列から 16×14 アレイのセンスポイントまでを感知するように AD7142 の能力を強化します。

マルチタッチの図

タッチポイント

インテルのリファレンス・デザインはパワーダウンまたはスリープモードのための規定を提供します。スリープの最初のレベルは、アプリケーション・プロセッサーがサンプルレートを低減することによって得られます。アプリケーション・プロセッサーはまた、サブセットの水平および垂直のトレースをサンプルし、AD7142 デバイスの精度を使用することでアクティブなトレース間の接触を補間することができます。アプリケーション・プロセッサーがパワーダウンされる時に消費電力の最大限の節約が達成され、MAX® IIZ CPLD は、スクリーンがタッチされたことを感知するための非常に電力効率に優れた容量検出システムを実装しています。CPLD は、タッチを検出すると、割り込み信号を使用してプロセッサーをウェイクアップすることができます。プロセッサーがウェイクアップすると、システムが適切にタッチ位置を読むことができます。

民生機器ソリューションの参照リンク

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