1. F2803x の置き換えが繰り返し話題になる理由

TMS320F2803xファミリは、モータ制御およびデジタル電源における大規模な導入済みベースの中心に位置しています。これは12ビットADC、拡張PWM、そしてF28035では制御則アクセラレータを備えた60 MHzのC28xデバイスです。これを中心に構築された多くの製品 — ドライブ、インバータ、ソーラーオプティマイザ、充電モジュール — は、10年以上のライフサイクルを持っています。

この組み合わせは、特定の調達上の問題を生み出します。設計は安定しており、ファームウェアは固定され、ボードは認定済みです。プロセッサへの変更は高コストであるため、購入者は再設計を必要とする部品よりも、既存のフットプリントに適合する部品を好みます。

割り当てが逼迫したり価格が変動したりすると、3つの選択肢が現れます。スポットプレミアムを支払う、ラストタイムバイを通じて購入する、またはピン互換の代替品を認定する、です。本ガイドは、LS-Z3xFシリーズを例に、3番目の選択肢について説明します。

2. "pin-to-pin" が実際にカバーする範囲

pin-to-pinとは、パッケージのフットプリント、ピン数、ピン機能が、同じPCBでどちらのデバイスも受け入れられる程度に緊密に一致していることを意味します。工学的な作業なしに2つの部品が相互交換可能であることを意味するものではありません。

4つの事項を個別に確認する必要があります：

パッケージ図。2つの部品はピン数が同じでも、本体サイズ、リードピッチ、露出パッド寸法が異なる場合があります。ピン数だけでなく、必ず機械図面を比較してください。

ピン機能マップ。あるデバイスのピン1が、別のデバイスでも自動的に同じ信号であるとは限りません。ピン互換部品は通常、ほとんどのピンが一致しますが、マルチプレクシングやオプション機能に少数の違いがあります。

電気的特性。ADC精度、基準電圧、PWM分解能、コンパレータしきい値は、同じフットプリントでも異なる場合があります。これらのパラメータが、基板が依然として仕様を満たすかどうかを決めます。

ファームウェアとツールチェーン。ピン互換デバイスでも、レジスタマップ、割り込みベクタ、ペリフェラルの動作が異なる場合はコード変更が必要になることがあります。ベンダーのツールチェーン対応表明は出発点であり、証明ではありません。

3. LS-Z3xFファミリの概要

LS-Z3xFは、中国を拠点とする半導体企業Guliang Microの32ビットDSPファミリです。120 MHzで動作し、シングルサイクル命令時間は8.33 ns、1.2 Vコアと3.3 V I/Oを採用し、モータおよび電源設計が依存する制御ペリフェラルを統合しています。

このファミリは均一ではなく階層化されている。ベースデバイスはコアと制御ペリフェラルを搭載し、Z35FはCLAを追加し、Z36FはFPU、TMU、より大容量のメモリ、および追加のシリアルチャネルを追加する。この階層化は代替において重要である。なぜならF28034とF28035も同等ではないからだ。

4. パッケージ別ピン互換マッピング

F2803xの注文コードはパッケージと温度グレードによって異なり、LS-Z3xFファミリはパッケージごとに対応付けられる。以下の表は、ベンダーが公開している置換可能部品番号リストに基づく対応関係を示している。

この表を読む際の注意が2点あります。第一に、温度サフィックス（S、T、Q）はグレードに影響し、ピン配置には影響しないため、パッケージのマッピングは変わりません — ただし、注文すべき LS グレードは変わります（S は産業用、Q は車載用）。第二に、F28035 には CLA が含まれますが F28034 には含まれないため、F28034 の置き換えは、その機能セットに合致する LS ティアから選択する必要があります。

注文前に、正確なデバイスサフィックスをベンダーに確認してください。パッケージの一致はドロップイン置き換えに必要ですが、十分ではありません。

F28034 と F28035：CLA の論点

両デバイスはパッケージファミリとピン数を共有しますが、同じプロセッサではありません。F28035 には制御則アクセラレータ（CLA）が含まれ、これはメインの C28x と並行して制御タスクを実行する小型の独立コアです。F28034 には含まれません。

この違いが、どの LS ティアが適合するかを決めます。元の設計が CLA を使用している場合 — 通常は電流ループ制御、フィルタチェーン、または高速保護タスクのため — 置き換え品は、同じトリガ源とタスクモデルを備えた同等のユニットを提供する必要があります。元の設計が CLA を一度も有効にしない場合、その分のコストを払うことは不要なコストを追加するだけです。

ファームウェアから判断できます。CLA を使用するプロジェクトでは、CLA タスクを初期化し、タスクトリガを設定し、特定の関数を CLA からアクセス可能なメモリに配置します。コードにそのいずれも現れない場合、デバイスはすべてをメインコアで実行しており、より単純なティアで十分です。

5. 追加性能で得られるもの

最も明白な違いはクロック速度で、F2803xの60 MHzに対して120 MHzです。クロックを2倍にしても、アプリケーション性能が自動的に2倍になるわけではありません。メモリウェイトステート、ADC変換時間、ペリフェラルのタイミングがそれぞれ独自の制限を課します。それでも、3つの点で余裕は生まれます。

制御ループ帯域幅。高速なコアにより、PWM周期あたりにより多くの演算を実行できます。モータ制御では、これは同じループレートでより高いPWM周波数を実現するか、同じループ内により多くのオブザーバとフィルタを組み込むことを意味します。

計算負荷の高いアルゴリズム。Z36Fでは、FPUとTMUが三角関数および浮動小数点の処理を高速化します。フィールドオリエンテッド制御、Park/Clarke変換、センサレスオブザーバはいずれも恩恵を受け、現在の設計で固定小数点近似を使用している箇所で最大の効果が得られます。

ペリフェラルの余裕。Z36F のより多くのシリアルチャネルと2つ目の eQEP により、多軸設計やマルチプロトコル設計で外部グルーロジックの必要性が減ります。

トレードオフは消費電力と熱です。同じパッケージの 120 MHz コアは 60 MHz 品より多くの電流を消費し、元の設計で十分だった熱設計では不十分になる可能性があります。フットプリントが問題を解決すると仮定する前に、実際の PWM 周波数で接合部温度を確認してください。

ループ帯域幅を数値で見る

具体例を使うと、クロックの違いを判断しやすくなります。20 kHz の PWM では、1 周期は 50 µs です。60 MHz では 3,000 サイクル、120 MHz では 6,000 サイクルになります。現在の電流ループが 2,400 サイクル（予算の 80%）を消費している場合、より高速な品では追加のオブザーバ、フィルタ、通信のために 3,600 サイクルが残ります。

同じ計算は ADC のタイミングにも当てはまります。12 ビット変換には固定数の ADC クロックが必要で、サンプルアンドホールドのウィンドウは独立して設定されます。コアクロックを 2 倍にしても、どちらも短くなりません。ADC ボトルネックの設計は、演算ボトルネックの設計よりも得られる効果が小さくなります。そのため、最初のベンチマークは合成命令テストではなく、実際の制御ループであるべきです。

6. 移行チェックリスト

1. 機械図面を比較する。対象のパッケージバリアントについて、本体サイズ、リードピッチ、リード長、露出パッド寸法を確認する。

2. すべてのピンを対応付ける。両方のデータシートからピンごとの表を作成する。機能が異なるピンにはフラグを付け、その違いが基板に影響するか確認する。

3. ADC経路を再確認する。基準電圧、サンプルアンドホールドのタイミング、チャネルマッピング、変換レイテンシはすべて制御精度に影響します。ADCキャリブレーションを再実行し、動作温度の極値で結果を比較してください。

4. PWMタイミングを再確認してください。デッドバンドの挙動、トリップゾーン、高分解能の分解能、同期更新タイミングを比較してください。これらはパワーステージが同じように動作するかどうかを左右します。

5. CLAを使用している場合は、CLAを検証してください。トリガソース、タスク数、メモリアクセスは実装によって異なります。誤ったタイミングで誤ったタスクを実行するCLAは、CLAがない場合よりも悪いです。

6. ベンダーのツールチェーンで再ビルドし、再フラッシュしてください。コンパイラのバージョン、リンカコマンドファイル、フラッシュプログラミングアルゴリズムを確認すること。セキュリティとパスワードのフローを検証すること。誤った設定はデバイスをロックする可能性があるため。

7. 完全な認定試験を実行する。温度サイクル、EMI、ESD、機能安全のチェックは、旧デバイスから継承するのではなく、新デバイスについて繰り返す必要がある。

アプリケーションごとのチェック

モータドライブ。PWMデッドバンド、トリップゾーン応答、エンコーダインターフェースの動作を確認すること。動作するが故障応答を失っているドライブは、ベンチ上でモータが正しく回転しても、認定されない。

デジタル電源。PWMエッジに対するADCサンプリングタイミング、コンパレータ遅延、高分解能PWMの分解能を確認します。デジタル電源ループは数十ナノ秒のジッタに敏感です。

EV充電とOBC。絶縁関連タイミング、バス故障時のCAN動作、全温度範囲でのデバイス動作を確認します。車載認定は部品単位ではなくシステム単位の判断です。

太陽光発電とエネルギー貯蔵。MPPTループの安定性と系統過渡に対する応答を確認します。これらの設計は多くの場合より低いPWM周波数で動作するため、クロック速度そのものよりも演算余裕が重要です。

7. 認定および供給に関する考慮事項

LS-Z3xFは産業用（S）および車載用（Q、AEC-Q100）グレードで提供され、いずれも−40～+125 °C、MSL3の湿気感受性レベルです。車載用途または屋外産業用途の設計ではQグレードが該当する選択肢であり、一般産業用途の設計では通常Sで十分です。

供給計画では、代替品を単純な置き換えではなくセカンドソースとして扱うべきです。つまり、認定ロットを保持し、差異を文書化し、顧客が要求する場合には元の部品を承認済みのままにしておく必要があります。ピン互換のセカンドソースの価値は継続性にあり、継続性は不足が発生する前に認定を完了している場合にのみ機能します。

ツールチェーンとコードの移植性

ピン互換性はハードウェア上の事項です。コードの移植性は別個の課題であり、移行スケジュールが遅れがちなのは通常ここです。

ベンダーはANSI C/C++、CCS、DSP/BIOS、およびモータ制御およびデジタル電源ライブラリの開発サポートを挙げています。これは適切な開始セットですが、既存のバイナリが変更なしで動作することを保証するものではありません。最初の週に確認すべき3つの事項は次のとおりです：

レジスタマップ。使用するモジュールのペリフェラルレジスタ定義を比較します。ビットフィールドの違いは見落としやすく、デバッグが困難です。

割り込み動作。PIEベクタテーブル、デフォルトの優先度、レイテンシを比較します。特定の割り込みレイテンシを前提とした制御ループは、タイミングが変化すると動作が異なります。

ライブラリ依存関係。設計で変換またはモータ制御にベンダーライブラリを使用している場合は、新しいデバイスに対応する同等のバージョンが存在すること、およびそれらの数値的な挙動が一致することを確認してください。

実用的なテストは、新しいデバイスのサポートファイルを使って量産プロジェクトをビルドし、書き込み、元の設計検証で使用したのと同じ受け入れテストを実行することです。これに合格すれば、残る作業はタイミングと熱設計であり、アーキテクチャではありません。

8. 購買担当者が行うべきこと

設計が寿命末期にあり、元の部品の調達が難しい場合、ピン互換のルートは通常、プラットフォーム変更より迅速です。設計がライフサイクルの初期段階にある場合、より良い答えは、類似した2つの部品を永久に抱え続けるのではなく、現行ファミリを中心に再設計することかもしれません。

このプロジェクトを開始すべき時期

ピン互換品の認定を供給不足前に開始すべき理由は3つある。割り当てが逼迫しているというディストリビュータからの通知、認定コストを上回る価格上昇、または10年分の供給を確保する必要がある長期生産フェーズに入る設計である。

待つべきだとする2つのトリガーは、残りの生産期間が1年未満の設計と、いずれにせよ再設計されるプラットフォームである。いずれの場合も、エンジニアリング工数は他に振り向ける方がよい。

コストを公平に比較する方法

単価だけを比較するのは誤解を招く。関連する数値は認定後のランデッドコストであり、4つの要素を含む。貴社の数量でのデバイス価格、認定ロットとエンジニアリング時間のコスト、新しいリードタイムをカバーするために保持する在庫、および承認済みの2つのソースを維持するリスク調整済みコストである。

年間数量が小さい場合、認定コストがより安価な部品による削減額を上回ることがある。数量が大きい場合、通常は逆である。損益分岐点は、設計のどれだけを再利用できるかに依存する — これこそが、ファームウェアとタイミングのチェックが商用判断の後ではなく前に来る理由である。

9. FAQ

LS-Z3xFはF28035のドロップイン代替品ですか？

同一パッケージでピン互換として提供されています。ファームウェア、ADC動作、PWMタイミング、CLAについては、量産前に検証が必要です。

同じファームウェアを使い続けられますか？

レジスタマップとペリフェラルの動作が密接に一致していれば、可能性はあります。量産用バイナリで早い段階にテストしてください。それが差異を見つける最速の方法です。

どのパッケージを注文すればよいですか？

オリジナルに合わせてください：PNコードにはLQFP-80、PAGコードにはLQFP-64、RSHコードにはVQFN-56です。次に産業用（S）または車載用（Q）グレードを選択してください。

より高いクロック速度は消費電力の面で問題になりますか？

問題になる可能性があります。120 MHzのコアは同じパッケージの60 MHz品より多くの電流を消費するため、実際のPWM周波数と周囲温度で接合部温度を再確認してください。

ピン互換性はアナログ周辺機能にも適用されますか？

いいえ。ピン互換性はフットプリントに関する表明です。ADC精度、リファレンスの動作、コンパレータのしきい値は別途検証する必要があります。

サンプルはどのように入手できますか？

RFQフォームで対象の型番、パッケージ、グレードを送信し、部品が量産用ではなく認定用であることを明記してください。

10. 出典

• TI TMS320F28035の製品ページおよびデータシート:ti.com
• TI TMS320F28034の製品ページ:ti.com
• LS-Z3xFシリーズの技術データ: ベンダーの製品概要、Guliang Micro（毂梁微）、2026。