MELSEC iQ-R 시리즈의 개발 과정에서 2장에서 설명한 특징을 실현하기 위해 적용한 기술에 대해 설명합니다.

MELSEC iQ-R 시리즈 시스템 버스는 전송 속도 3Gbps의 고속 시리얼 버스를 채택하였습니다.
이 전송 속도는 노이즈가 많은 공장 환경에서 안정적인 동작이 장기적으로 요구되는 FA 분야에서는 사례가 없는 기술 영역으로 전송 설계 기법의 확립이 중요합니다.
이에, 아래에 설명하는 2가지 설계 방법을 확립하였습니다.

(1)　기판 전송 설계 방법
그림 2에 설명한 것과 같이 전송로의 구성에서 고속 신호 전송 3Gbps를 실현하기 위해 고속 신호에 대한 기판 전송 설계 방법을 확립하였습니다. 구체적으로는 배선 길이의 제약 및 크로스턱 간섭을 억제하는 배선 간격 등 배선 설계에 대한 제약 사항을 전송로 시뮬레이션을 이용, 수집하여 전송 설계 방법의 확립을 도모하였습니다.
전송로 시뮬레이션에서는 분석 정밀도가 포인트가 됩니다. 분석 정밀도 향상을 위해 전송로 모델화 시 ASIC 패키지, 버스 커넥터 및 베이스 기판에는 3D 전극 구조에 따라 전자계 분석을 통해 전송 특성을 추출하여, 실물에 가까운 각 전송부의 모델화를 도모하였습니다 (그림 3).
모델화한 각 전송부를 그림 4의 분석계에 이용하여 전송로 시뮬레이션을 통해 각 모듈 공통 부분이 되는 기판 설계(버스 커넥터의 인출 패턴 및 패드 크기, 배선 길이, 배선폭, 배선 간격 및 층 구성)에 대해 최적의 값을 찾아내어, 고속 전송을 위한 최적의 배선 설계값을 표준화함으로써, 기판 전송 설계 방법을 확립하였습니다.

그림 2. PLC 시스템

그림 3. 전송로 모델

그림 4. 전송로 시뮬레이션 분석계

(2)　증설 케이블을 이용한 장거리 전송 설계 방법
MELSEC iQ-R 시리즈는 MELSEC-Q 시리즈와 같이 다단 접속이 가능하므로, 증설 케이블을 중개하여 파형 품질을 확보하는 것도 중요합니다.
MELSEC iQ-R 시리즈에서 케이블 길이 5m의 증설 케이블을 접속하면, 케이블의 전송 손실이 커져 파형 품질을 확보할 수 없게 됩니다(그림 5). 이에, 에코라이징 기술을 이용하여 전송로의 전송 손실을 보상하여 파형 품질 열화를 개선하였습니다.
또한, 새로 개발된 증설 케이블과 커넥터의 어셈블리 가공 시 실드를 벗기는 방법 및 납땜 방법 등의 가공 정밀도가 전송 특성에 영향을 미치므로, 전송 특성 측정 및 파형 분석을 실시하여 전송 특성을 열화시키지 않는 최적의 어셈블리 가공 방법을 실현하였습니다.

그림 5. 전송 거리에 따른 파형 품질

3.1.2 연산 성능 향상을 위해 적용한 기술

기존의 Q 시리즈는 ST 언어에서 IF문의 분기 동작을 소프트웨어 명령(분기 처리(JMP) 명령 등)으로 처리하였으므로, 명령 실행 시 오버헤드 시간이 걸렸습니다. 또한, 이 JMP 명령에서는 분기 위치를 포인터용 디바이스로 지정하므로, 그 만큼 고객이 사용할 수 있는 포인터용 디바이스가 줄어든다고 하는 문제가 있었습니다. MELSEC iQ-R 시리즈는 IF문의 분기 동작을 전용 하드웨어 명령(IF 명령 등)으로 처리함으로써, 프로그램의 스텝수와 처리 시간을 대폭 단축하였습니다(IF 명령의 처리 시간을 MELSEC Q 시리즈 대비 175배 고속화).
또한, 이 IF 명령에서는 분기 위치의 지정에 포인터용 디바이스를 이용하지 않으므로, 사용 디바이스 점수에 관계없이 IF문을 사용할 수 있습니다. 기존의 Q 시리즈와 MELSEC iQ-R 시리즈의 IF문의 머신 코드 변환 예를 그림 6에 나타냅니다.
또한, 마찬가지로 기존 소프트웨어 명령에 의해 처리하고 있던 FB의 호출 처리에 전용 하드웨어 명령을 이용함으로써, FB 호출 시 실행 시간을 단축하였습니다.

그림 6. ST 프로그램(IF문)의 머신 코드 변환 예