汎用ロジックのデータシートダウンロード先

74シリーズや4000シリーズのデータシートをダウンロードするためのページ。


テキサス・インスツルメンツ
http://www.tij.co.jp/home_p_logic

tag: 標準ロジック 

picfunが見れない

ここ数日、電子工作の実験室にアクセスできない状況が続いているみたいです。
PIC16Fの日本人ユーザーでこのページを見たことがない人はいないというほどの有名サイトだったのですが、復活はしないのでしょうか?

模型飛行機大会を見に行きました

2008年9月27日にMeister恒例行事である模型飛行機大会が多摩川の河川敷で行われました。




これは、毎年この時期にサークルの一年生に模型飛行機を作ってもらい、飛行距離を競う競技です。飛行機は皆当然自作です。一応、飛行機のサイズや乗せなければいけないおもりの量などのルールがありますが、今年のレギュレーションはよく知らないので割愛。

まあとにかく投げるんです。




そして、飛ばす。




距離を測って、遠くまで飛んだチームが勝ち。
例年は、ほとんどがプロペラ機なのですが、今年のトレンドは滑空機だったようで、プロペラ機は1チームだけでした。

競技風景を動画で見てみましょう。コレは1チームだけのプロペラ機ですね。



もちろん、上の動画のようにうまく飛ぶばかりじゃありません。まっすぐ飛ばすのは思いのほか難しいのです。



そんなわけで結果です。




読みづらいですが、結果は以下の通り。

1位 6班:32.30m2位 2班:23.40m3位 5班:21.20m

優勝した6班の皆さん。おめでとうございます。
(写真は6班の優勝時のフライト)


PSoCセミナー参加レポート

2008年9月18日(木)東京の秋葉原でおこなわれたワンチップで実現するセンサー設計PSoCワークショップに参加しました。




下の写真は、実習で使われたキットとセンサ基板。キットはPSoC EVAL1でした。センサ基板には、ショックセンサ、赤外線センサ、サーミスタがついています。もう一つ下の写真は、箱の中身。






午前中は、製品説明のプレゼンテーションと開発環境の動作確認でした。
実習の前に開発環境の動作確認があると、環境のせいで置いていかれる人が出なくていいですね。

そして、お昼ご飯。
タダ飯という言葉にはなんというかえもいわれぬ魔力があると思いませんか?






午後は実習。
・・・だったのですが、結構ハイペースでついていくのに精一杯。
写真は撮らないでもなかったのですが、雰囲気が伝わるものが無いッス。

LEDひとつで、光センサと照明の両方の役割を果たさせるアプリケーションは感動しました。外付け部品がほとんど無いのにこういったことが出来るというのがPSoCらしいと思いました。

実習以外の展示も面白かったです。特に↓のインテリジェントシューズ。








それはともかく、2ちゃんねるの【新時代!】PSoC スレ 其の六にて、もっとちゃんとしたレポートをしている方々がいます。

487 名前:774ワット発電中さん[sage] 投稿日:2008/09/18(木) 19:21:45 ID:DOSW50uu皆さんお疲れさんでした。ただいま帰還しましたよととりあえず簡単なレポ今回サイプレスが用意したセンサボード上には、ショックセンサ、赤外線人体検知センサ、温度センサが実装午前中はPSoCの概要と開発環境のチェックPSoCの概要ではアナログブロックの説明がちょっと詳細にされていた印象がありました。温度センサを使用し温度表示をLCDに行うHEXファイルやプロジェクトが用意されていてその書き込みやビルドで環境のチェック午後は実習1-1. EVAL1のVRの電圧をADCで読み出しLCDに表示(中級編でもやった実習かも)1-2. VRの代わりにセンサボードの温度センサを使用してLCDに表示2. EVAL1のLEDを光センサとして使用すると同時に表示にも使用3. センサボードの赤外線人体検知センサを使った事例4. センサボードのショックセンサを使った事例個人的には2のLEDの事例が面白かった。実習で使ったセンサボードはEVAL1以外の開発ボードを購入してももらえるとのことでしたが、欲しいものはほとんど購入済みだったので今回は何も買わず^^;# 回路図もあることだし最悪自分でも組めるだろうってことで今回はDesigner 5.0を使用しての実習だったので一通り終えてDesigner 5.0になれたかなって思いました。あと個人的には事例の数を減らしても良いのでもうちょっと外部回路も含めた詳細な説明をしてもらえたらうれしかったかな・・・。493 名前:774ワット発電中さん[sage] 投稿日:2008/09/19(金) 15:10:59 ID:2Z3EUmt1ワークショップの後、二人で飲みに行きました。初対面の人とPSoCで話が続くのか不安だったけど、PSoC以外の話で盛り上がりました。こういう縁もおつなものですな。・ワークショップに関して恐ろしく回転の悪いキット販売コーナに並んでいるとき、Cypress の人に「PSoC3の話はないんですか?」と尋ねた。来年2月頃発表だそうで、まだ言えないとのこと。上にあるCPLDだのVerilogだのについては、PSoCDeveloper経由でなぜか漏れちゃったらしい。オペアンプの-端子が出たタイプのPSoCも出るらしい。外付け抵抗は必要になるわけだが。俺もLAB2がおもしろかった。PSoC Designer5は細かいところが便利になっていて気に入った。ex)ユーザモジュール配置後もドラッグドロップで別のブロックに動かせる



tag: PSoC セミナー 

2万アクセス

ついこの前、ひつじさんのHills Lunch+が7万アクセスを達成しましたが、このねがてぃぶろぐも今日で2万アクセスです。
いつも見てくださってる皆さんありがとうございます。

これからも、ねがてぃぶろぐをよろしくおねがいします。



































































あ・・・そういえば今日、大学卒業しました。




素敵な笑顔の方が私です。

Eco Car Festa 2008観戦報告

2008年9月23日に行われた、Eco Car Festa 2008の観戦に行きました。




最寄り駅から、片道3500円のタクシーに一人で乗って会場に着いたときには、すでに予選タイムアタックの30分前。
あわただしいんだか、まったりしているのだかよく分からない空気のなかで作業が進められていました。

あれよあれよという間に、ピットスタート。




走った、飛ばした、勝った。
見たいなノリで、DAWは特に問題も無く予選終了。




えっと、ポールポジションなんですけど・・・DAW。




他の角度から見ても、ちゃんとポールポジション。

もちろん1位だったのは一瞬だったんですけど、その後も問題なく走行を続けたDAWは、気がついたら3位のポジションをキープ。



見ているこっちは・・・

「いやあ、3位だねぇ」
「ですねぇ。」
「こうなると欲が出るねぇ」
「そうですねぇ。」
「いや、欲が出るねぇ。」
「そうですねぇ。」
「欲が出るねぇ。」
「いや、そういうのよくないですよ。」

みたいな会話を続けていました。いや、本当に欲が出ますよ。
しかし、レース時間が1時間だったこともあり、あっという間にレース終了。

















なんと、本当にそのまま3位入賞!



いやぁ、今回は本当に来た甲斐がありました。毎回行く甲斐はあるんですけど、今回は本当に。

記念撮影は、DAWのポーズ(新開発!)。



***
一方、2年生が主導で運用されていたLeitbildは2週目の途中で停止。
ブレーキ周りに不安があるとのことで、そのままリタイアとなりました。残念。

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本家Meisterのレポートがアップロードされたようです。以下をどうぞ。
おたま日記 2008年09月27日 セントラルでの戦い

ウィーン・ブリッジ型正弦波発振回路によるシグナルジェネレータ

秋月オシロPDS5022Sレビューで表示している正弦波はウィーン・ブリッジ型正弦波発振回路で生成しました。

画面の赤い方(黄色の方はLTspiceでオールパス・フィルタのオールパスフィルタででつくりました)



実はこの発振回路、ずいぶん前に作ったんですがコレを機にケースに入れました。




回路図は以下




周波数を可変するために、コンデンサの切り替えをロータリースイッチで、抵抗値の変更を2連ボリュームで行います。発振周波数は15Hzぐらいから150kHzぐらいです。
トランジスタ技術SPECIAL増刊「OPアンプによる実用回路設計」P273を参考に作りました。かなりいい加減に作ったので、波形は相当ひずんでいます。

とはいえ、適当に遊ぶには十分かなぁ・・・とおもっています。
ちなみに正弦波発振回路がほしいと思っている人は、素直にMAX038精密波形発生キット(ファンクションジェネレータキット)DDS(ダイレクト・デジタルシンセサイザー)キットをオススメします。

最も低周波のときをLTspiceでシミュレーション。波形が安定するまで、かなりかかります。





tag: OPアンプ LTspice 発振回路 

【Embedded Technology 2008】展示会 来場登録開始のご案内

Embedded Technology 登録事務局から以下の様なメールが来ました。

拝啓 時下ますますご清栄のこととお喜び申し上げます。さて、この度パシフィコ横浜におきまして世界最大級の組込み専門技術展 & カンファレンス「Embedded Technology 2008」を開催する運びとなりました。  是非、ご来場賜りますようお願い申し上げます。                                         敬具日   時  : 展示会 2008年 11月 19日(水)~21日(金)             AM10:00 - PM5:00  ※20日(木)は PM6:00まで             カンファレンス 2008 年 11月 18日(火) ~21日(金)場   所  : パシフィコ横浜 展示ホール及び会議センター/アネックス事前登録 : http://www.jasa.or.jp/et/主  催 : 社団法人 組込みシステム技術協会(JASA)

Embedded Technology(ET)というのは、組み込み関連の技術の展示会です・・・って説明になってませんね。
簡単に言うと、マイコンとかPLDとかのメーカーの人が新しい技術や製品を見せてくれるところです。
雰囲気は、私が去年書いたレポートを読んでいただければ、多少は分かるかもしれません。去年行きそびれた方、どうでしょうか?
私は今年いけるかどうかまだ分かりませんが。

レベルシフト 第三回:ダイオードクリップ型と5Vトレラント

デジタル回路の簡易レベルシフト第三回の今回は、広い電圧範囲を狭い電圧範囲へと変換する方法の二つ目であるダイオードによるクリップ回路です。

5V→3.3V

回路図とLTspiceによるシミュレーションは以下のようになります。






入力の5V系デジタル信号が緑のライン、レベル変換後の出力が青のラインです。

このグラフに対して、3.3V電源電圧を赤の補助線で書き込んだものが下のグラフになります。




この回路は、変換後の電圧が受信側のICの電源電圧(3.3V)よりも高くなってしまう欠点があります。
この"H"レベルのときの青のラインと赤のラインの差は、ダイオードD1の順方向電圧Vfの影響です。"H"レベルのときの等価回路が以下の回路図です。




この回路の動作原理は、3.3Vを超える電圧がoutにかかったときに3.3V電源へダイオードを通じて電流を流すというものです。このときにR1が電流の制限を行います。

±5V→3.3V

このダイオードクリップ型の利点としては、受信側の電源電圧範囲が送信側の出力電圧範囲の内側にあるならその値にかかわらずレベル変換できる点にあります。

次の例は、±5Vから3.3Vへのレベル変換回路です。GND側にもダイオードD2を入れることにより同じ方式でレベル変換が出来ます。






当然ながら、ダイオードのVfの影響が"L"レベル側にも見られます。

デジタルIC入力段の寄生ダイオード

74HCシリーズ等では、入力段の寄生ダイオードを積極的に利用することでクリップダイオードD1,D2を省略することが出来ます。

下の図は、74HCシリーズのゲートの内部回路のうち入力段を示したものです。




この回路から見て分かるとおり、受信側がこのようなICである場合は、わざわざ外部にダイオードをつけなくともよいことが分かります。




この方法でRS232Cレシーバを構成した例がELMRS-232C - TTLレベルの簡易変換方法でも紹介されています。

5V入力トレラント機能

一方で、入力段に寄生ダイオードを持たない入力トレラント機能を持ったロジックICも存在します。一例として4000シリーズ標準ロジックの4050を挙げます。
受信側にこのようなICを用いれば、電流制限抵抗さえ省略することが出来ます。

以下は、東芝セミコンダクターのTC4000BPのデータシートからの抜粋です。




入力電圧が0~18Vと電源電圧に依存していないことが分かります。
このため、3.3Vで動作させている4050に5V系の出力を直結しても4050は壊れることなく正常にレベルシフトを行います。
下図が、非トレラントICとトレラントICの入力段を比較したものです。




図のように、トレラントICは入力端子からVCCへの寄生ダイオードが入っていません。このため、高電圧を電流制限抵抗を介さず直結してもVCCへ過電流が流れ込むことが無いのです。

前半では、高電圧をかけるためにはダイオードによるクリップが必要であると書いておきながら、後半の入力トレラント機能を持つICではダイオードが入っていないから直接高電圧をかけることが出来るという主張をすることは、一見矛盾をはらんでいるように見えるかもしれません。
しかし、CMOSデジタルICの入力端子に高電圧をかける場合は、入力段のFETのゲート耐圧が問題の本質です。74HCシリーズ等の非トレラントICは、この耐圧が低いため寄生ダイオードが保護回路の役割を果たしています。一方で、4050の様なトレラントICはゲート耐圧が高く作られているので寄生ダイオードによる保護が必要ないというわけです。

tag: LTspice レベルシフト インターフェース 

秋月オシロPDS5022Sレビュー

9月5日の日記にも書きましたが、秋月電子通商で売っている激安デジタルオシロスコープ

OWON PSD5022Sを今更ながら買いました。






そんなわけで、レビューします。

*** 総評 ***
デジタルストレージオシロとして、必要最低限の条件を全てクリアしていると思います。出来るだけ安価にオシロがほしいという人にはオススメできます。少なくとも私には十分な性能でした。

*** 本体に関して ***
筐体とかについて。

○ディスプレイが大きい
 思っていたよりもディスプレイが大きくて見やすかったです。
○インターフェースが分かりやすい
 非常にスタンダードなつくりをしているので、オシロスコープを触ったことがある人ならすぐに慣れます。オシロスコープが初めての人でも多分すぐ扱えるようになります。
○小さく、軽い
 小さくて軽いので、持ち運びも出来そうです。プローブや電源ケーブルをしまうスペースが付いていないのは残念です。

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そういえば、カーソル表示のときのつまみの回転方向とカーソルの移動方向が逆だといううわさを聞いていました。でも、私のは逆じゃない気がします。
つまみを時計回りに対してカーソルが、電圧では上に移動、時間では右に移動、が正解でいいんですよね?
私の購入したロットでは直ったのでしょうか?それとも私の感覚が変?
---

*** アナログオシロとの比較 ***
一般的な話になるかもしれませんが、アナログオシロスコープとの違いをいくつか挙げます。

○AUTOSET
 つないでAuto Setボタンを押すだけで馬鹿でも使えます。というか、コレばっかり使ってると馬鹿になりそうです。
○MESURE
 オシロスコープが数字で表示してくれます。ピークtoピーク電圧、Cycle RMS、周波数、周期。
○RUN/STOP
 アナログオシロとデジタルオシロの最大の違いがコレ。うまくトリガさえかければ繰り返しでない波形もじっくり見られます。
○低周波でもちらつかない

*** 付属ソフトウェアについて ***
付属のソフトを使うことにより、PCと通信することが出来ます。しかしその機能は、はっきり言って微妙です。期待してはいけません。せめてFFTぐらいは付いていてほしかったです。






通常はオシロを単独で使い、ディスプレイの写真を撮る代わりにPCとつないでプリントスクリーンをとるぐらいしか使い道が思い浮かびません。

*** 結論 ***
高級デジタルオシロほどの実力は無いので、予算がたくさんあるならもっといいのを買ってもいいと思います。一方で、本当に必要な最低限の機能はきちんと押さえられているので、とにかく出費を抑えたい趣味人の方にはとってもオススメできます。

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とか書いてたら、なんだかPCと通信が出来なくなった。ERROR This file is not a .bit file.って何だよ・・・orz
9月14日追記:PCとの通信できるようになりました
PC側が悪いのかと思って、ソフトのアンインストール→再インストールとかやったのですが、効果ありませんでした。
一方で、オシロ本体の方で「UTILITY」→「Recall Factory」→「Do Self Cal」としたら後、USB接続したらPCとの通信が再びできるようになりました。何か設定が変わってしまってたのでしょうか?




関連エントリ

tag: PDS5022 

WEM山梨大会観戦報告

本日2008年9月7日、山梨県の航空学園で行われたWEM山梨大会の観戦に行ってきました。

天気は、憎らしいほど快晴。日に焼けました。



航空学園のダンス部のメンバーが歓迎してくださいました。



持ったいつけずに結果を先に示します。



***



チーム名:Team Comoesta
車体名:Trilobit
走行距離:59,215.8m
オープンクラス:11位
総合:13位


自慢の自作モータで望むも、残り10分で後輪のパンクに見舞われる。

***



チーム名:東京工業大学Meister A
車体名:DAW
走行距離:57,621.6m
オープンクラス:12位
総合:15位


ドライバーのコンパクトさを生かした小型の車体。爆音で回生ブレーキをかけながら見事に完走。

***



チーム名:東京工業大学Meister B
車体名:Trans Panda
走行距離:21,625.2m
オープンクラス:20位
総合:29位


途中から、車体から異音と振動が見られ始める。
車輪のスポークが折れていたとのこと。最終的にはスポークが計4本折れて完走ならず。

菅生大会2008決勝

2008年8月30,31日に宮城県のSUGOサーキットにおいてワールドエコノムーブグランプリ(WEM)第4戦が行われました。
昨年に引き続き、今年もTeam Comoestaのメンバーとして参加してきました。




9月3の日記では30日に行われた予選について書きました。
今回は31日に行われた決勝について書きます。

***

天候はあいにくの雨。しかも結構激しいヤツでした。
Meister現役の車体DAWがスタートラインに並ぶのを横目で長めながら、Comoestaメンバーは雨がやむのを待ってピットスタートという判断。基板むき出しのAriesは雨にはめっぽう弱いので・・・




雨は強くなったり弱くなったりするものの、やむ気配はなし。
そんなこんなしている間に、DAWの方は順調に周回を重ねている。

菅生2008決勝ホームストレート DAW


仕方ないので、雨対策を施してピットスタートへ。



ひこにゃん描いたの・・・誰?



心配したほどには問題も無く、1周。とはいえ、雨のせいで視界不良ということでピットイン、フロントのプラ(PETだったっけ?)をはずして再スタート。

菅生2008決勝ピットイン Aries


その後は、気味の悪いほど順調に走ってしまうAries。どうしてしまったんだ。

菅生2008決勝ホームストレート Aries


しかし、全てが順調に進むかと思われたそのとき・・・それは起こった。

---
あ~全部書けなかった。残りは山梨から帰ってから書きます。 つづく。
---

つづき。

メンバーに駆け抜けた衝撃。それは、前日の予選と同じ定電流DCDCのFET焼損である。
前日夜の検証では、FETは定格を超える過電流によって破壊されたと結論付けられた。定電流DCDCはバッテリーの出力電流が定電流になる様に制御される仕様である。定電流DCDCをもちいてバッテリーから電流を取り出すと、その電力がほぼ全てキャパシタに充電されることになる。
バッテリーの電圧は、バッテリー残量にかかわらずほぼ一定である。一方でキャパシタは充電されていない状態では電圧が低いので、同じエネルギーを移動しようとすると必然的に電流値が大きくなる。
したがって、この定電流DCDCはキャパシタ電圧が低い状態になるとFETが焼損するという欠点を抱えていたのである。

ちなみに、ドライバーから焦げ臭いがし15Aのブレーカーが落ちたという報告があったのが坂の一番高いところ。ここから、坂の一番低いところまで転がっていって、(本当はやっちゃいけないんだけど)ブレーカーを再び入れたところ今度は落ちなかったとのこと。これは、下りで回生を行ったおかげでキャパシタ電圧があがり、ショートモードで破損したFETを通じてバッテリーからキャパシタへなされる充電電流がブレーカーの定格15Aを超えなかったからであると考えられる。

秋葉原にお買い物

昨日の話しですけど、久々に秋葉原に散財に行きました。
そうしたら、最近話題のGoogleストカーを発見。




縁起がよかったので、アレとかコレとか買って帰りました。

Ariesのヒミツ

先日、菅生大会2008予選という文章を書きました。決勝の報告を書く前に車体であるAriesの回路構成について書こうと思います。

まずWEM菅生大会は、鉛蓄電池で動く電気自動車の大会です。
ルールは単純で、支給される12Vの鉛蓄電池4個で2時間以内にコースを何周走れるかを競うというものです。
限られた時間内に如何に効率よく走るかが勝負の鍵になります。

Ariesの特徴は、なんと言っても自作した高効率コアレスモータとそれを駆動するための回路システムです。

Ariesのモーター



写真の金属のカタマリから配線が這い出しているのがモーターです。サランラップがかかっているのは雨対策のためです。
このブログに載せるのは三回目ですけど、モーターによって後輪が回転しているのが下の動画。

モーター回転試験 Aries


Aries全体の回路のブロック図を以下に示します。




・バッテリー
12Vの鉛蓄電池を4直列してあります。
計48Vです。

・15Aブレーカー
15Aで切断する直流ブレーカーです。

・定電流DCDC
バッテリーからの入力電流を一定にする入力定電流降圧型DC/DCコンバータです。
大雑把にバッテリー電圧が一定であると考えると、定電力DC/DCコンバータであると言うことも出来ます。

・キャパシタ
容量2000F耐圧2.3Vの電気二重層コンデンサを26直列にしたものです。
トータルで容量76.9F耐圧59.8Vです。
内部抵抗がバッテリーに比べて低いので、モーターからの回生に有利になります。
うっかり短絡させると端子が融けます。

・50Aブレーカー
50Aで切断する直流ブレーカーです。切れるところはあまり見たくないです。

・モーターコントローラ
モータの回転角をホールセンサによって検出するタイプのモーターコントローラです。
同じ基板上にモーター駆動用の出力定電流降圧型DC/DCコンバータがあり、これで出力を制御しています。

・モーター
高効率の三相交流コアレスモーターです。

車体上に実装された状態の写真です。


バッテリーはこの角度からは見えませんが、写真の手前側にあります。ちょうどキャパシタの対向位置になります。

モーターコントローラの写真です。


なんか色々生えてます。

しきい値付近で線形増幅器になるコンパレータ

入力電圧が、0Vからある電圧V1までのときは"L"レベルを出力し、V2>V1をみたすある電圧V2からV3>V2をみたすある電圧V3までの時は"H"レベルを出力するコンパレータ動作をする。入力電圧がV1からV2の間は、"L"レベルから"H"レベルまでを線形につなぐ出力をする。

という動作の回路を作れないかという質問を先輩から受けました。
ようは、しきい値の前後でリニアな増幅器となるコンパレータというわけです。






上のような回路を考えてみました。コンパレータはそもそも非常に利得の大きい増幅器で、その出力を飽和させて使っています。
これに対してこの回路では増幅率を下げ、しきい値付近で飽和しないようにしてみました。

注意すべき点は、OPアンプの選択です。
飽和時の出力電圧はOPアンプの特性に依存するので、出力レールtoレールOPアンプを選ぶのが無難だとおもいます。
また、しきい値付近以外ではバーチャルショートが崩れるので同相入力電圧も広い必要があります。結局は入出力レールtoレールOPアンプを選ぶことになるのでは無いでしょうか。
また、コンパレータ動作をさせるので差動入力電圧範囲も広く取れなければなりません。

tag: OPアンプ 

菅生大会2008予選

2008年8月30,31日に宮城県のSUGOサーキットにおいてワールドエコノムーブグランプリ(WEM)第4戦が行われました。
昨年に引き続き、今年もTeam Comoestaのメンバーとして参加してきました。




今回は30日に行われた予選について書きます。

***

今回は事前の準備も(実は私は何もしなかったのですが・・・)しっかりしていたため、モーターもちゃんと回ります。

モーター回転試験 Aries


しかしながら天候が芳しくなく、強い雨が降るなか車検へ向かいました。




車検は問題なく合格しました。
ゲリラ豪雨対策のテルテル坊主の効果もあってか、雨も小康状態へ。




現役Meisterメンバーが車体DAWの予選走行をはじめました。

菅生2008予選走行 DAW


続いてAriesも予選走行開始。
結構容赦なく加速してます。心臓に悪いのでもうちょっとソフトスタートしてください・・・

菅生2008予選走行 Aries


Comoestaはじまって以来初の1週完走を果たしました!
しかし2週目のS字カーブ過ぎハイポイント手前の上り坂で停車、バッテリーと定電流DCDCの間のブレーカーが落ちたという報告がドライバーからありました。焦げ臭いにおいがするとのあまり聞きたくない報告も・・・
車体回収後に確認してみたところ、定電流DCDCのFETが短絡モードで破壊していたとのこと。

初日の予選は、これにて撤収。FETの破壊原因の解明が課題として残りました。

***

もちろんレース後はパフェです。




かっこいい私の先輩の一人であるビリーさんが、とてもおいしそうにパフェを食べることといったら、もう。

ワンチップで実現するセンサー設計PSoCワークショップ!

2008年9月18日(木)東京の秋葉原でPSoCの無料セミナーがあります。
私は参加しようと思うのですが、誰か行きませんか?

事前登録が必要です。詳しくは↓を参照!
http://www.cypress-japan.co.jp/sensor/

tag: PSoC セミナー 

レベルシフト 第二回:分圧型と入力レベル

前回、いろいろなパターンのレベルシフト回路を列挙しました。今回はその中で抵抗分圧を用いているタイプについて書きます。

5V出力→3.3V入力



出力電圧は以下の通り。



LTspiceでのシミュレーションは、以下の様になりました。






グラフ中の緑が入力信号の波形、青が出力信号の波形です。

出力電圧の式


において、R1=2.2k,R2=3.3k(誤差なし)とおきVinはLレベルとして0V、Hレベルとして5Vを入力という理想的な条件でシミュレーションしてあります。この条件では、分圧後の出力は3Vとなります。

±5V出力→5V入力



出力電圧は以下の通り。



LTspiceでのシミュレーションは、以下の様になりました。






グラフ中の緑が入力信号の波形、青が出力信号の波形です。

TTL互換バッファとCOMSバッファ

さて、この3Vという出力は、電源電圧の3.3Vより少し低い電圧ですが、きちんとHレベルと判断されるのでしょうか?
3.3V系の議論をする前に、5V系のデジタル回路の入力レベルの話をします。

理由は知りませんが、デジタル回路の動作電圧としては5Vが昔から一般的に利用されています。5V系の入力レベルとしてはTTL互換レベルとCMOSレベルが代表的です。(ただし例外もあります。)
TTL互換のことをTTLコンパチなどということもあります。

***

以下に示すのは、TTL互換入力レベルの代表例である74HCT04のデータシートからの抜粋です。




入力電圧"H"レベルVihの項を見ると、2.0Vが最小値であるとされています。74HCT04の入力端子に2.0V異常の電圧がかけられると、"H"レベルであると判断するということです。一方で入力"L"レベルVihの最大値は0.8Vとなっています。
ではこのICに0.8V~2.0Vの間の電圧、たとえば1.5Vの入力を与えたら"H"と"L"のどちらであると判断をされるのでしょうか。その答えは、「実際に電圧をかけてみるまで分からない」です。
74HCT04をはじめとするデジタルICは、入力電圧がある一定の電圧を上回ると"H"下回ると"L"と判断する基準を持っています。この基準値をしきい値とよびます。74HCT04のしきい値は0.8V~2.0Vの間のどこかにあります。しかしながら、具体的にどこにあるかは個体差や動作環境の違いにより変化します。
したがって、デジタルICに入力される電圧は確実に"H"または"L"と判断できる領域におさまっている必要があります。

***

以下に示すのは、COMS入力レベルの代表例である74HC04のデータシートからの抜粋です。




入力電圧"H"レベルVihの項を見ると、電源電圧Vccに依存していることが分かります。電源電圧Vccと入力"H"レベル電圧の最小値Vihの関係をプロットし、線形フィッティングしたのが以下のグラフです。
Vccが5VのときのVihは、約3.5Vと見積もることが出来ます。




Vccに対する"H"レベル入力電圧の最小値および、"L"レベル入力電圧の最大値をグラフにプロットし、線形フィッティングしたものが以下のグラフです。




74HC04のしきい値は、この2本の直線の間(のどこか)にあるということになります。

実際の設計(5V→3.3V)

実際の設計として、5V動作の74HC04から3.3V動作の74HC04へ信号を送るための分圧レベルシフト回路を考えます。
以下に示すのが、74HC04の電源電圧Vccと"H"レベル電圧の最小値Vinの関係のグラフです。Vcc=5Vのときの値に加えてVcc=3.3Vのときの値を示す破線を追加してあります。




5V出力3.3V入力のレベルシフタの実際の設計では、分圧後の"H"レベル出力電圧が誤差要因を含めて2.37V以上になればよいことが分かります。

***

誤差要因としては、出力電圧の降下と抵抗誤差を考えます。

まずは出力電圧の降下について。
"H"レベル出力電圧Vohは、電源電圧Vccと出力電流Iohに依存することが分かります。Vcc=4.5V,Ioh=-4mAやVcc=6.0V,Ioh=-5.2mAはGNDへの負荷抵抗Rlに換算すると約1kΩに相当します。この条件での電源電圧Vccと"H"レベル出力電圧Vohの関係を表したのが下のグラフになります。




グラフからVcc=5Vのときの出力電圧はVoh=4.68Vと読み取れます。

次に抵抗値の誤差を考えます。炭素皮膜抵抗の誤差は5%です。Voutが最小になるのは、R1が最大でR2が最小になるときです。




上の出力電圧の式にR1=2.2k*1.05、R2=3.3k*0.95を代入して




が得られます。これは2.37V以上という条件を満たします。

***

回路シミュレータLTspiceを使って視覚的に確認する方法もあります。以下はモンテカルロ解析を用いて抵抗の誤差が分圧後の出力にどの程度影響するのかをシミュレーションしたものです。






上のグラフから抵抗値のばらつきにより、分圧後の電圧がばらつくことが分かります。このばらつきがあったとしても、下のグラフのV(tx)とV(rx)をみると信号が正しく伝達していることが分かります。

手計算で最悪値を求めるにせよシミュレータで大雑把に見るにせよ、自分がどのようなモデルを考えていて他にどのような要因が考えられるかを把握しておくことが必要です。

tag: レベルシフト インターフェース LTspice 

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