冗長回路とは？ – 信頼性を高めるための仕組みと活用例

1. 冗長回路とは

冗長回路とは、システムや回路の信頼性を高めるために、予備の回路や機能を追加しておく仕組みのことです。
万が一メインの回路が故障しても、冗長回路が代わりに動作し、全体の機能を維持します。

日常生活で言えば、

• 車のスペアタイヤ

• 航空機の複数エンジン
  のような「バックアップ」の考え方と同じです。

2. なぜ冗長回路が必要か？

電子機器やシステムは、次のような原因で動作不能になることがあります。

• 部品の故障

• 接触不良

• 過熱や過電流

• 外部からのノイズや衝撃

特にミッションクリティカルな分野（航空宇宙、医療、通信インフラ、半導体製造装置など）では、一瞬の停止も許されません。
冗長回路は、このリスクを最小限にするための重要な手段です。

3. 冗長回路の主な方式

3-1. 二重化（Dual Redundancy）

同じ回路を2つ用意しておき、1つが壊れたらもう1つを使う方式。
例：電源回路を2系統用意し、片方が停止しても切り替えて動作。

3-2. 三重化（Triple Modular Redundancy, TMR）

同じ回路を3つ用意して、**多数決（投票）**で正しい出力を決定する方式。
例：1つが故障しても、残り2つが一致していれば正しい結果を維持。

3-3. 自己修復型冗長

予備回路が待機していて、異常検知時に自動で切り替える方式。
FPGAなどの再構成可能デバイスで使われる。

3-4. パリティ・ECC（Error Correction Code）

回路そのものではなく、信号やデータに冗長情報を付加してエラーを検出・訂正する方法。

4. 冗長回路の実例

5. メリットとデメリット

メリット

• システムの信頼性・稼働率向上

• 故障時のダウンタイム削減

• 安全性の確保

デメリット

• コスト増（部品・設計・スペース）

• 消費電力増加

• 設計の複雑化

6. 冗長回路の設計ポイント

• どの部分を冗長化すべきか（全体ではなく重要部のみ）

• 自動切り替えか手動切り替えか

• 故障検知の仕組み（自己診断回路など）

• 冗長回路の試験方法（定期的に動作確認）

7. まとめ

冗長回路は、**「壊れても止まらないシステム」**を実現するための重要な技術です。
特に、停止が重大な損害や危険につながる分野では欠かせません。
コストや消費電力とのバランスを取りながら、適切な範囲で導入することが成功のカギとなります。