USB 2.0 HS PHY内蔵・128KB以上ROM・90MHz以上のBGAマイコンの選び方と候補を解説

USB 2.0 High Speed対応の組み込み機器を開発する場合、USB PHY内蔵、十分なプログラム容量、高速クロック、さらにBGAパッケージなど複数の条件を同時に満たすマイコンを探す必要があります。しかし、これらの条件をすべて満たす製品は一般的な低価格マイコンより選択肢が限られます。

この記事では、USB 2.0 HS PHY内蔵、内蔵ROM（Flash）128KB以上、90MHz以上の動作周波数、BGAパッケージという条件でマイコンを選定するときの確認ポイントや、候補になりやすいシリーズについて解説します。

USB 2.0 HS PHY内蔵マイコンを選ぶときの重要ポイント

USB 2.0にはFull Speed（12Mbps）とHigh Speed（480Mbps）があり、High Speed通信を行うにはUSB 2.0 HS PHYが必要になります。USBコントローラだけを搭載していても、PHYが外付けの場合は別途USB PHYチップが必要になります。

そのため、部品点数や基板面積を減らしたい場合は「USB 2.0 High Speed PHY内蔵」と明記されたマイコンを選ぶ必要があります。

データシートでは、USB部分について「USB 2.0 HS Host/Device」「High-Speed USB PHY」「480Mbps USB transceiver」などの記載を確認すると判断できます。

USB 2.0 HS PHYを内蔵し、比較的高速な処理能力を持つマイコンとしては、Arm Cortex-M系の高性能マイコンが候補になります。

代表的なシリーズとして、STMicroelectronicsのSTM32F7シリーズ、STM32H7シリーズ、NXPのi.MX RTシリーズ、MicrochipのSAM系高性能マイコンなどがあります。

特にSTM32H7シリーズは、高クロック動作、USB High Speed対応モデル、豊富なメモリ容量を持つ製品があり、USB機器や産業機器で利用されています。

STM32H7シリーズはArm Cortex-M7コアを搭載し、製品によっては400MHz以上の動作周波数を実現しています。また、USB 2.0 High Speed対応のPHYを内蔵したモデルも存在します。

例えばSTM32H743やSTM32H753などは、数百KB以上のFlashメモリを搭載しており、128KB以上という条件を十分に満たします。

BGAパッケージ品もラインアップされているため、小型化が必要な製品設計では候補になります。ただし、価格については性能が高いため、購入数量や販売店によっては1000円以下という条件を満たさない場合があります。

NXPのi.MX RTシリーズは、高性能なCortex-Mマイコンとして知られており、高速USB通信を必要とする組み込み機器で利用されています。

例えばi.MX RT10xxシリーズでは、600MHz級の高速動作や大容量メモリ対応モデルがあり、USB High Speed対応機能を持つ製品があります。

ただし、i.MX RTシリーズは一般的なマイコンより高性能であるため、価格面では1000円以下という条件とのバランス確認が必要です。

USB HS PHY内蔵、90MHz以上、BGAパッケージという条件をすべて満たすマイコンは、ローエンド製品ではなく比較的高性能なカテゴリになります。そのため、1個1000円以下という価格条件は購入数量や在庫状況によって大きく変化します。

Digi-Keyなどの通販サイトでは、同じ型番でも購入数量による価格差があります。試作で1個購入する場合と、量産向けに数千個購入する場合では価格が大きく異なることがあります。

また、半導体市場では在庫状況が頻繁に変化するため、設計初期段階では複数メーカーの候補を持っておくことが重要です。

BGAパッケージは、端子を底面に配置することで小型化や高速信号処理に有利ですが、実装には専用設備や基板設計上の注意が必要です。

特にUSB High Speedでは信号品質が重要になるため、配線長、インピーダンス制御、電源品質なども考慮する必要があります。

そのため、単純にスペック条件だけでなく、開発環境、評価ボードの有無、量産時の実装方法まで含めて選定することが重要です。