異なるGNDレベル間でI2C その6

異なるGNDレベル間でI2C その5では、pcm1723さんに教えていただいた汎用フォトカプラを高速化する方法を利用した絶縁双方向インターフェースの設計とシミュレーションをしました。

今回は、この回路をブレッドボード上に試作し、動作の確認をしました。その結果10kHzの矩形波に対して、実用に足ると考えられるという結論に至りました。
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カレントミラー版の実装


これまで、異なるGNDレベル間でI2C その1その2その3その4とフォトカプラを用いた絶縁双方向インターフェースについての設計・試作を行ってきました。そして、その4の高速フォトカプラを用いた回路で、I2C高速モードに相当する400kHzの矩形波に対して十分に高速な応答を得られたため、一応の完成形を見たということにしました。

一方で、このときに使った高速フォトカプラTLP552は、電源電圧に5Vを要求することや汎用フォトカプラに比べて高価であることなどの問題点も持っています。
そこで、10kHz程度の周波数で動作する汎用フォトカプラを利用した絶縁双方向インターフェースの設計を行うことにしました。この回路にはpcm1723さんに教えていただいた汎用フォトカプラを高速化する方法を用いました。そのシミュレーション結果が、異なるGNDレベル間でI2C その5です。
このエントリでは、ブレッドボード上に試作した回路の特性を測定します。

実験条件


回路の外観と回路図を以下に示します。


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fig.1: カレントミラー版回路の外観

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fig.2: 回路図


波形・周波数測定にはPDS5022Sを用いました。
電源は送信側・受信側を共通にし、電源電圧は5Vとしました。電源装置は安物のスイッチング電源です。

10kHzでの結果



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fig.3,4: 10us/div 1V/div


fig.3,4が10kHz時の結果です。赤のライン(CH1)が送信側で橙のライン(CH2)が受信側です。

100kHzでの結果



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fig.5,6: 2.5us/div 1V/div


fig.5,6が100kHz時の結果です。赤のライン(CH1)が送信側で橙のライン(CH2)が受信側です。
大分うねうねしています。


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fig.6,7: 1us/div 1V/div


時間軸方向に拡大してみました。

結論


10kHzでも多少の遅延・波形なまりが起こっていますが、その3の回路の測定波形と比べると、はるかに改善されています。

一方100kHzのほうはやはり実用には耐えそうにありません。

参考文献/使用機器



tag: インターフェース I2C 絶縁 フォトカプラ PC817C カレントミラー ISO-I2C ブレッドボード 

お掃除

部屋の掃除をしていたら、先輩から借りパク借りたまま観ていなかったDVDが出てきた。


5cm/s









・・・









・・・ふぅ。


いやあ、観たら絶対暗黒面に落ちると思ってたけど、さほどでもなかった。







ああ、でも今日の日記にはコメントいらないから。何も聞きたくないから。

大掃除のようなもの

大掃除のようなものをして、いろいろなものを捨てることにしました。
回路も幾つか捨てることになったので、捨てる前に写真をとっておくことにしました。



○フライバックコンバータ

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fig.1: 多出力型フライバックコンバータ


フライバック式コンバータです。1つのトランスで複数系統の絶縁電源を作ることができます。
次に紹介するモーターコントローラのフォトカプラのための電源だったのですが、トランスだけ回収して残りは廃棄となりました。

○モーターコントローラ

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fig.2: モーターコントローラ全体像

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fig.3: 焼けた2SK3163


派手に陥没してしまったパワーMOSFETの2SK3163が印象的なモーターコントローラも、当然使えないので廃棄。

異なるGNDレベル間でI2C その5

異なるGNDレベル間でI2C その1その2その3その4とフォトカプラを用いた絶縁双方向インターフェースについての設計・試作を行ってきました。
そんな中、pcm1723さんが異なるGNDレベル間でI2C その3コメント欄汎用フォトカプラを高速化する方法を教えてくださいました。
この方法を用いれば、数10kHz程度までは綺麗な波形を保てそうです。

今回は、pcm1723さんに教えていただいた、出力段にカレントミラーを使う方式で高速化した汎用フォトカプラを用いた絶縁双方向インターフェースの検討をします。
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○汎用フォトカプラ(PC817C等)の利点
異なるGNDレベル間でI2C その2その4では、デジタル出力型の高速フォトカプラTLP552を使って高速化することを考えました。
しかし、TLP552のような、汎用とはいえない部品は少しばかり高価で、販売している店も限られます。千石電商では220円です。
一方で、汎用フォトカプラであるPC817Cは、秋月で8個入り100円で、代替品としては、TLP621-1が秋月で5個入り100円TLP521-1が千石で1個40円と選択肢がたくさんあります。

また、TLP552は電源電圧範囲が4.5V~5.5Vと5V系でしか使えないという欠点もあります。

○汎用フォトカプラの高速化
異なるGNDレベル間でI2C その3コメント欄にて、pcm1723さんに汎用フォトカプラを高速化する方法を教えていただきました。この方法はそのまま、異なるGNDレベル間でI2C その1の回路に適用することができます。

○絶縁双方向インターフェースへの応用

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fig.1: カレントミラー出力型絶縁双方向インターフェース回路


以前までSBDを使っていた部分は、せっかくのカレントミラーだったので出力系統を増やすことで代えてみました。この変更のおかげで、SBDのVf分の電圧がGNDから浮く問題も同時に解決されました。

○10kHzでのLTspiceシミュレーション
カレントミラー出力型のLTspiceシミュレーションの結果を以下に示します。入力クロックは10kHzとしました。


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fig.2: 10kHzのスケマティック

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fig.3: 10kHzのグラフ


○100kHzでのLTspiceシミュレーション
同様に100kHzでのシミュレーションの結果です。


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fig.4: 100kHzのスケマティック

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fig.5: 100kHzのグラフ


○付録
このエントリで使用したLTspiceのシミュレーション用ファイルを添付します。ファイル名末尾の".txt"を削除して、"_"を"."に変更すれば使えるはずです。


tag: LTspice インターフェース I2C 絶縁 フォトカプラ PC817C TLP621 カレントミラー ISO-I2C 

LTspiceでトランジスタ温度計

トランジスタやダイオードのジャンクションの温度係数を利用すると温度計を作ることができます。
この原理を利用したトランジスタ温度計をLTspiceで温度解析の手法を用いてLTspiceでシミュレーションしました。

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トランジスタ温度計


トランジスタやダイオードには温度係数があり、回路設計において温度ドリフトを考慮しなければいけない場合があります。
一方で、トランジスタやダイオードの温度係数を積極的に利用すれば、温度計を作ることができます。
LTspiceで温度解析のエントリでは、温度変化をシミュレーションする方法を書きました。
今回は、LTspiceを用いた直流動作解析と組み合わせてトランジスタ温度計のシミュレーションをしました。

シミュレーション



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fig.1: トランジスタ温度計

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fig.2: 100mV/℃


トランジスタ温度計の回路は、定本 OPアンプ回路の設計のP210のものを用いました。この際、R3の値を1.8kΩへ変更し100mV/℃となるようにゼロと感度を調整しました。
グラフの横軸は温度で単位は摂氏です。

付録


このエントリで利用したLTspice用シミュレーションファイルを添付します。



参考文献



tag: LTspice 温度解析 直流動作点解析 トランジスタ 

雨戸がはずれた

昨日の強風のせいで、雨戸が外れかかった。
外れかかってどうなったかというと、なんだか斜めな感じに引っかかって、押しても引いても動かない。
これは参った。

LTspiceで温度解析

トランジスタやダイオードといった半導体には温度特性が存在します。したがって、半導体を使った回路は多かれ少なかれ温度ドリフトの影響を受けます。この温度ドリフトの影響を評価するために、SPICEには素子の温度特性を表すパラメータが用意されています。

今回はこの温度特性パラメータを持ったモデルに対して、LTspiceで温度を指定したシミュレーションをする方法を書きます。

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トランジスタの温度特性


トランジスタやダイオードは、ジャンクションの温度によってその特性が変化します。
以下に示すのは、東芝セミコンダクタの2SC1815のデータシートからの引用です。


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fig.1: 2SC1815のIb-Vbe特性


このように、100℃と-25℃という極端な条件での比較になりますが、Vbeに約0.2Vもの差が出ることが分かります。

.tempを用いた温度解析



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fig.2: 2N2222のIb-Vbe特性試験回路

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fig.3: 2N2222のIb-Vbe特性試験グラフ


LTspiceで温度を指定する場合は、.temp命令を使います。書式は

.temp <T1> <T2> ・・・

で、<T1>,<T2>・・・は摂氏です。
上の例では、緑のラインが0℃、青が25℃、赤が50℃です。

また、この書式は

.STEP TEMP LIST <T1> <T2> ・・・

と同じ意味です。

温度解析をする上での注意


温度解析が意味を持つのは、温度特性を考慮したモデルを用いた場合のみであるということには注意が必要です。
SPICEモデルの現実とのズレの例 その1では、メーカー製のOPアンプのモデルが消費電力まで考慮に入れたモデリングをしていないということを書きましたが、おそらく温度特性も考慮されていない場合が多いと思います。
また、抵抗やコンデンサといった普通の回路素子も温度解析ができません。

関連エントリ




参考URL




参考文献




付録


このエントリで使用したLTspiceのシミュレーション用ファイルを添付します。ファイル名末尾の".txt"を削除して、"_"を"."に変更すれば使えるはずです。

tag: LTspice 温度解析 トランジスタ 

674円になりますすみませーん

近所の東急ストアのレジ係の人に、すべての文章に「すみませーん」をつける人がいる。
しかもバーコードを通すときに商品の値段を読み上げる。もちろん一品ごとに「すみませーん」を忘れない。
誰に対する何に対する「すみませーん」なのだろうか。

異なるGNDレベル間でI2C その4

絶縁双方向インターフェースの高速化として、I2C高速モードである400kHzでの通信を目標として、異なるGNDレベル間でI2C その1その2その3と続けて、設計・試作を行ってきました。
今回は、その2で設計したTLP552を用いた高速版回路の試作を行い、400kHzまでの動作を確認しました。

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低速版の問題点


異なるGNDレベル間でI2C その3では、その1で設計した汎用フォトカプラを用いた低速版双方向絶縁インターフェース回路をブレッドボード上に試作し、その特性を測定しました。
その結果、シミュレーションから得られたものよりも性能で劣るため、実用は難しいだろうということが分かりました。
この低速版回路の問題点は以下の二つです。


  • 立ち上がりの遅さ

  • フォトトランジスタのドライブの力不足



信号の立ち上がりの遅さは、その1のシミュレーションから明らかでした。そして、この問題に対する解答が高速フォトカプラTLP552を用いるというものでした。詳しくは、その2を参照してください。

一方TLP552のドライブ能力は、出力電流Io=50mAと十分です。以下の絶対最大定格の表はTLP552のデータシートからの引用です。


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fig.1: TLP552の絶対最大定格


測定


試作した回路の外観をfig.2に示します。fig.3が回路図です。


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fig.2: 高速版絶縁双方向インターフェース試験回路

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fig.3: 回路図


クロック周波数は、約100kHzと約400kHzを試しました。
電源は、両側で共通とし電源電圧は5Vです。電源装置には、安物のスイッチング電源を使いました。
測定にはPDS5022Sを用いました。

100kHz


以下に約100kHzの時の波形を示します。赤のラインが送信側の波形で、橙のラインが受信側です。
100kHzはI2C低速モードのクロックに相当します。


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fig.4

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fig.5


立ち上がりに多少のなまりが見られるのと、受信側の"L"レベル出力の電圧が1SS108のVf分高くなっていますが、かなり綺麗な波形です。

400kHz


次に約400kHzの時の波形を示します。同様に赤のラインが送信側、橙が受信側です。
400kHzはI2C高速モードのクロックに相当します。


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fig.6

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fig.7


なまりと送受信間の遅延が見られますが、実用レベルだと思います。

参考文献/使用機器



tag: I2C 絶縁 フォトカプラ TLP552 インターフェース ISO-I2C ブレッドボード 

異なるGNDレベル間でI2C その3

異なるGNDレベル間でI2C その1で考えた低速版の回路をブレッドボード上で試作し、性能を測定しました。その結果、10kHzでもシミュレータから得られた結果よりも性能が劣り、実用は難しそうだということが分かりました。
実用を考えると、異なるGNDレベル間でI2C その2の高速版のほうがよいと思います。

今回は、低速版の実測結果について書きます。

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異なるGNDレベル間でI2C その1では、I2Cなどの双方向シリアル通信を、絶縁された回路間で行うためのアイソレータを汎用フォトカプラを使って実現する方法を考えました。LTspiceによるシミュレーション結果によると、送信クロックが10kHz程度までなら、波形がなまるながらも動作するという結果が得られました。
今回は汎用フォトカプラPC817Cを用いた低速版の回路に関して、ブレッドボード上で試作したものの特性を測定しました。

回路



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fig.1: 低速版試験回路


試験回路は、異なるGNDレベル間でI2C その1でシミュレーションした回路を基本に一部パラメータを変更しました。
送信クロック源は、LMC555を用いた50%デューティー・サイクル・オシレータとしました。発振周波数は約10kHzです。

測定条件


波形・周波数測定にはPDS5022Sを用いました。
電源は送信側・受信側を共通にし、電源電圧は5Vとしました。電源装置は安物のスイッチング電源です。

結果



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fig.2: 赤が送信側,橙が受信側の波形

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fig.3: 11.1kHz,4.9Vpp


fig.2,3がオシロスコープで測定した波形です。赤のラインが送信側、橙のラインが受信側です。

考察・その他



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fig.4: シミュレーションした回路

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fig.5: シミュレーション結果の波形


異なるGNDレベル間でI2C その1でのシミュレーション結果をfig.4,5に示します。今回実測した波形は、シミュレーションよりはるかになまっています。このシミュレーション時の回路と実測した回路の抵抗R2,R3の値が異なっているのは、実測する際に波形が一番まともに見えるようにパラメータを調節した結果です。

R2,R3の値を大きくするほど、受信波形の立ち上がりが早くなるという点で有利です。その一方で、受信側の"L"レベルの電圧が上がります。これはフォトトランジスタのドライブ能力に起因するものだと考えられます。

今回実際に製作したほうのパラメータでもシミュレーションをしました。

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fig.6: 実測した回路

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fig.7: シミュレーション結果


PC817Cの代わりに、手元にあったTLP521でも実測してみましたが、傾向はほぼ同じでした。
抵抗のパラメータを変更することや、フォトカプラを選別することでより高周波で動作させることができないかとも思いましたが、望みは薄そうです。やはり、TLP552を用いた高速版の方が現実的なようです。

参考文献/使用機器



tag: I2C 絶縁 フォトカプラ PC817C TLP521 インターフェース  ISO-I2C ブレッドボード 

NE555でのこぎり波

タイマICとして有名なNE555の応用回路のほとんどは、CRの時定数を利用した発振回路です。
CRの時定数を用いる方法は、電源電圧に依存せずCとRの値だけで周波数を決定できる利点があります。

このときの充電波形は、少し膨らんだ擬似のこぎり波(広義ののこぎり波)になります。こういった擬似のこぎり波はPMWコンパレータの比較入力などに利用されますが、このとき膨らみに起因する入力と出力の対応の非線形性が問題になる場合があります。

そこで、今回はトランジスタ技術2005年3月号のトラ技サーキット・ライブラリから「タイマIC LM555を使ったのこぎり波発生回路」を紹介します。

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以下に示すのが、555をつかった狭義ののこぎり波発生回路です。


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fig.1

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fig.2


カレントミラーで構成された定電流回路でC2へ充電を行っています。しかしながら、この定電流回路を使っているため、発振周波数は電源電圧に依存します。


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fig.3

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fig.4


電源電圧を5Vから12Vまでスイープしてみたところです。
発振周波数を微調整するためには、VCCを安定化した上でR3を可変抵抗とすれば良いでしょう。


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fig.5

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fig.6


2SA1015のモデルは、数理研究所SPICE MODEL LIBRARYの物を利用させていただきました。

○付録
LTspiceのスケマティックとプロット設定ファイルを添付します。拡張子を変更して使ってみてください。

saw555.asc
saw555.plt

tag: LTspice NE555 LM555 カレントミラー 定電流 ノコギリ波 パラメトリック解析 

SPICEモデルの現実とのズレの例 その2

SPICEモデルの現実とのズレの例 その1では、LM358のモデルの現実とのズレの例を2つ挙げました。
今回は、トランジスタ技術2006年7月号P111~P113の例を紹介します。

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○LM358を用いたAC増幅回路

まずは、以下の回路図を見てください。


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fig.1: AC増幅回路

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fig.2: トラ技2006.7のモデル

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fig.3: ナショナルセミコンダクタのモデル


fig.1の回路図に対して、トランジスタ技術2006年7月号で使われているモデルを利用したのがfig.2のグラフで、ナショナルセミコンダクタのモデルを利用したのがfig.3です。
fig.2のグラフの方が汚い波形ですが、実を言うとfig.2の方が現実に近い波形です。

○トランジスタ技術のモデル

トラ技で紹介されているLM358のモデルは、データシートの等価回路をもとに作られたものです。


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fig.4: LM358/NSデータシートの等価回路

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fig.5: トラ技のLM358サブサーキット

tag: LTspice LM358 

SPICEモデルの現実とのズレの例 その1

回路シミュレータの計算結果が信頼できるものであるかは、シミュレーションに使うモデルが正確であるかに大きく依存します。
しかし、シミュレーションモデルの正確さを評価することはとても難しいです。この問題に対して、明確な回答は無いのですが、せめてもの自衛手段として明らかにおかしい例を知っておく、ということで、今回はLM358のモデルを使った例を紹介しておきます。

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○同じ素子のモデルでも作成者により結果が異なる

LTspiceをはじめとする各種SPICEは、回路の挙動を計算で求める回路シミュレーターです。その実際のところは、ある瞬間瞬間の回路の各点の電流や電圧を順々に(ある意味力技で)計算しているに過ぎません。つまり、全く未知の部品で構成された回路の挙動を知ることはでないことになります。それにもかかわらず、私たちが、どういった挙動を示すのかぜんぜん見当もつかない回路のシミュレーションをやってくれるのは、各メーカーや能力のある趣味の方々が現実に近いモデルを用意してくれているからです。

当然のことですが、こうやって作られたSPICEモデルは現実の素子を完全に再現できるわけではありません。また、作成者によって挙動が違う場合もあります。一例としてHelmutSさんのスケマティックが回路シミュレーション part 3で紹介されていました。


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fig.1

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fig.2


赤のラインで示されたSTMicroelctronicsのモデルのほうが青のラインで示されたNational Semiconductorのモデルよりも応答速度がよい、一方で、オーバーシュートとアンダーシュートが見られることがわかります。
どちらのモデルがより現実に近いのかは、実際のLM358の挙動を確かめないと分かりません。
必要なファイルは、LTspice User GroupのFiles > Lib > LM358からダウンロードできます。ただし、ログインが必要です。

○全く考慮されていないパラメータ

上のものは、ステップ応答の違いという、モデルの厳密性の例でしたが、もっと根本的なモデル製作の段階で考慮されていないパラメーターも存在します。以下はLM358で構成した非反転増幅回路に1kHzの正弦波を入力し、 LTspiceで素子の発熱を見るの方法を用いてLM358の消費電力を求めたものです。


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fig.3

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fig.4


なんと!消費電力が負になっています!!!常識的に考えてこれはおかしいですね。

tag: LTspice LM358 

近所の東急ストア

近所の東急ストアにクリスマスツリーの飾りがありました。七夕のときと同様に願い事を書く紙が用意されていて興味深かったです。

明らかに小さな子供たちでは手が届かない高さにも欲しいプレゼントが書いてあります。


・彼氏をください☆
・理系男子が欲しい
・・・etc.



※ただしイケメンに限る

・・・ふぅ。危うくだまされるところだったZE!

PSoC マイタッチパッド ワークショップ参加レポート

2008年12月9日(火)に東京コンファレンスセンター品川で行われたPSoCマイタッチパッドワークショップに参加してきました。


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今回の目玉はなんと言っても、信越ポリマーのマイタッチパッド!


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○進行について
そして、タッチパッドのインパクトには劣りますが、USB機器が簡単に作れてしまうというのも実習でやってみると驚きでした。(もっとも、最後のほうは三分間クッキングを眺めているような気分でしたが。)

前日の夜が遅かったからか、ワークショップ二回目だからか、午前中のPSoCの説明は眠かったです。
全体的には、とにかく駆け足だったという印象です。特に最後のほうは、「すでに出来上がったプロジェクトがあるので、これを開いて説明する順番に眺めてください」という感じ。前に参加したワンチップで実現するセンサー設計PSoCワークショップの方が自分が手を動かしたような気がしました。

ただ、三分間クッキングっぽい進行でも、ついていける人にとっては内容の濃いものだと感じられただろうと思います。逆に一度おいていかれるとつらかったと思います。私が今回持ち込んだ持ち込んだノートパソコンは、Core2 Duo 2GHzでメモリも2GBだったので、スペックはかなり良いほうだと思いますが、それでもCPUの処理が終わらないうちに次に進んでしまうという事態もあったので、スペックの低いノートパソコンで挑んだ人は更に大変だったと思います。

○お昼ごはん~

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お弁当はまずまずのおいしさでした。
コーヒーは飲み放題だし、缶ジュースもいただきました。(←貧乏しょ~)
コーヒーは飲みすぎて途中で気持ち悪くなりました。(←馬鹿)

○次はワークショップに行ってみたいけど・・・という人へ
気軽に参加すれば良いと思います。
参加している人の多くは、お兄さんからおじさんといった年齢で、スーツを着ている方もいますが、割かしラフな格好の人が多いです。ほとんどはプロの方のようでしたが、どこからどう見ても学生といういでたちもそこそこの人数が・・・。GAINERとかの影響か芸術系の学生かもしれません・・・女性もいました。

前提知識としてあったほうがいいのは、電子工作の知識です。
PSoCでなくてもよいので、マイコンをつかった電子工作をしたことがあればベストだと思います。
「PSoCを用いた開発はやったことない」という人も大丈夫です。Cypressの職員の方が見て回っているので手を上げて質問すれば教えてもらえます。ただし事前に開発環境のインストールはやってからきてください。
逆に、マイコンも電子工作も初めてという人は、ちょくちょく分からない単語が出てくることがあると思います。まあ、それでも貴重なワークショップの機会なのでとりあえず出てみるのはありだと思います。独学で勉強するよりはずっと良いはずです。

○恥ずかしながらはじめて分かったこと
今回のワークショップで、個人的に面白かったのは「なぜPSoCはCapSenseをやたらとプッシュしてくるのか?」が分かったことです。
PSoCは、そのアナログブロックがスイッチドキャパシタの技術で支えられています。そして、CapSenseもまたスイッチドキャパシタの技術に基づく回路なんですね。だから、PSoCとCapSenseはとても相性がいいのですね。

tag: CapSense USB PSoC セミナー 

LTspiceで可変抵抗 その-1

LTspiceには可変抵抗を表すモデルがありません。
今回は、LTspice上で.step命令を使って抵抗値をスイープさせる方法を書きます。
LTspiceで可変抵抗のエントリを書く前に書いておくべき内容だったので、今回はその"-1"です。

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可変抵抗と一口に言っても、いろいろ種類があります。
単純には、回路が動作している最中に動的に値を変更する可変抵抗(ボリュームとか)、初期段階であわせこんだ後はほとんど変更しない半固定抵抗、それからサーミスタなどのように環境によって抵抗値が変わる素子を含んでもよいかもしれません。

○ボリュームの例
ボリュームやサーミスタなどのシミュレーションでは、そのすべての動作領域で正常動作することを確認することが重要になります。
以下はRCサーボコントローラのエントリで紹介したシミュレーションです。


002_20081103013312.png
fig.1: スケマティック

003_20081103013335.png
fig.2: プロット


回路図中のR12とR13の二つをあわせて1つの可変抵抗です。R12の抵抗値はRで、R13の抵抗値は(25k-R)です。このときのRを.step命令でパラメータースイープさせてシミュレーションをしています。

書式は、

.step param R list <抵抗値1> <抵抗値2> ・・・

です。リスト形式で順番に抵抗値をRへ代入してシミュレーションをします。

○半固定抵抗の例
半固定抵抗の場合も上の方法と同様にシミュレーションしてもよいのですが、抵抗値に対して非線形な変化をする回路では、連続的に抵抗値を可変したときの値を見たくなる場合もあります。
このような場合に、LTspiceで可変抵抗で紹介した直流動作点解析を行います。
今回は、非線形になる例としてトランジスタのバイアス点を求めてみました。


003_20081207215655.png
fig.3: スケマティック

004_20081207215701.png
fig.4: プロット


今回はより細かいステップでパラメータをスイープさせています。書式は

.step param R <初期値> <最終値> <刻み>

です。例では1kΩから2kΩまで10Ω刻みでスイープさせています。

○付録
半固定抵抗の例のLTspice用のシミュレーションファイル類を添付します。


tag: LTspice 直流動作点解析 可変抵抗 

百円均一の洗濯バサミ

百円均一のお店で買った洗濯バサミって、すごく簡単に壊れるのね・・・
壊れるって言うか、はじける。はじけてまざ・・・りはしないけど。

て、言うか普通に危ないよね。洗濯バサミを広げようとしたらぶっ壊れて破片が飛んでくるとか。

LTspiceで素子の発熱を見る

三端子レギュレータの本当の最大出力電流では、素子の定格の中でも消費電力(≒発熱)のパラメータは重要でありながら忘れられがちであると書きました。
また、部品の発熱は電圧と電流の両方に依存するパラメータです。そのため、電流と電圧の関係が非線形な半導体素子の発熱を考える際には、動作領域のなかのどこが発熱の最大値となるか分かりにくいということになります。

あまり知られていない機能ですが、LTspiceは[Alt]+[クリック]で素子全体の消費電力をプロットすることができます。
今回は、この機能を用いて基本的なエミッタ接地回路のトランジスタの発熱に関してシミュレーションを行いました。

005_20081120020621.png006_20081120020627.png


○YoutubeのLTspiceデモンストレーション

YoutubeにLTspiceのデモンストレーションとしてC級アンプの動作を解説している動画があります。

LTSpice demonstrates Class C Amp Saturation




動画は画像が荒く、英語の説明も日本人には少しつらいのでほとんど同じシミュレーションを行いました。
何故か同じパラメータでシミュレーションしたはずなのに動画と異なる結果になるので、動画の話の流れにあわせてパラメータをいじってみました。

○C級アンプのシミュレーション


001_20081120020555.png
fig.1

002_20081120020603.png
fig.2


fig.2の青のラインがトランジスタのベースへ入力される信号です。緑が負荷(抵抗)へ供給されるエネルギーで、赤がトランジスタで消費されるエネルギーです。この時点では、緑のラインと赤のラインは似たような形をしています。


003_20081120020608.png
fig.3

004_20081120020613.png
fig.4


次に、青のラインであらわされたベースへの入力信号を大きくしたものです。緑のラインが以前より大きく膨らんでいるのに対して、赤のラインがへこんでいるのが分かります。

赤のラインがへこんでしまった理由は、分かる人には簡単に分かるのでしょうが、もう少し分かりやすい例を示します。
基本的なエミッタ接地回路のベース電流を直流スイープしました。

○エミッタ接地回路のシミュレーション


005_20081120020621.png
fig.5

006_20081120020627.png
fig.6


緑のラインは横軸がベース電流Ib、縦軸がコレクタ電流Icです。
Ib<0.5mAぐらいではほぼ直線的にコレクタ電流Icが増加しています。トランジスタの基本的な式であるIc=hFE*Ibの式を思い出せばよいでしょう。
Ib>0.5mAぐらいからコレクタ電流Icの増加がなまってきて、横ばいになります。これが『飽和(saturation)』です。
青のラインがトランジスタでの損失です。損失のピークは飽和よりも早く起こります。

○付録
このエントリで使ったスケマティックとプロットを添付します。それぞれ、ファイル名の最後の".txt"を削除し"_"を"."に変更すればLTspiceで使えるはずです。
ClassC_asc.txt
ClassC_plt.txt
E-com_asc.txt
E-com_plt.txt

tag: LTspice トランジスタ 熱設計 

風が吹く日

今日は風が強い日でした。綺麗な黄色を楽しませてくれたイチョウ並木も、今年は今日で最後でしょうね。銀杏の実が落ちてくるのも今日で終わりです。

【お詫びと訂正】異なるGNDレベル間でI2Cに関して

異なるGNDレベル間でI2C その1異なるGNDレベル間でI2C その2のエントリの中で、その1の回路の送信クロックに誤りがありました。100kHzと表記されていましたが、正しくは10kHzです。

申し訳ありませんでした。

LTspiceの色変更

LTspiceの回路図エディタやグラフ画面は、デフォルトで背景色が暗い設定になっています。
色設定の趣味は、意見がわかれるところかとおもいますが、BSch3Vに近い背景色が明るい設定にしてみました。

001_20081115162753.png 002_20081115162815.png


サンプルの回路は、異なるGNDレベル間でI2C その1のものです。LTspiceデフォルトの色設定とBSch3V風の色設定の比較をします。
色設定は、[Tools]→[Color Preference]で変更できます。

○Schematic

002_20081106233829.png
LTspiceデフォルトの色設定

001_20081115162753.png
BSch3V風色設定


Wires
 Red: 0
 Green: 125
 Blue: 0
Junctions
 Red: 0
 Green: 125
 Blue: 0
Component body
 Red: 192
 Green: 0
 Blue: 0
Graphic Flag
 Red: 192
 Green: 0
 Blue: 0
Component Fill-in
 Red: 255
 Green: 255
 Blue: 192
Component Text
 Red: 0
 Green: 0
 Blue: 0
Flag Text
 Red: 0
 Green: 0
 Blue: 0
SPICE Derective Text
 Red: 0
 Green: 0
 Blue: 0
Componetn Text
 Red: 0
 Green: 0
 Blue: 192
Unconnected Pin
 Red: 0
 Green: 125
 Blue: 0
Heighlight Color
 Red: 255
 Green: 0
 Blue: 0
Grid
 Red: 192
 Green: 0
 Blue: 0
Background
 Red: 255
 Green: 255
 Blue: 255

○WaveForm

003_20081106233835.png
LTspiceデフォルトの色設定

002_20081115162815.png
BSch3V風色設定


Traceはすべてデフォルト
Axis
 Red: 0
 Green: 0
 Blue: 0
Inactive Axis
 Red: 0
 Green: 0
 Blue: 0
Grid
 Red: 0
 Green: 0
 Blue: 0
Background
 Red: 255
 Green: 255
 Blue: 255

これでLTspiceの画像を印刷するときのインクの量が減ります(笑)

tag: LTspice BSch 

祝賀会

以前所属していたサークルの祝賀会に行ってきました。まあ、同窓会気分で。
しかし、私の同期のメンバーもだんだん集まりが悪くなってきました。どうしたものか。

さて今回の祝賀会で面白かった企画の一つ目は、エコノムーブ部門歴代車体の大きさ比較です。


001_20081201212315.jpg


写真はぼけていてよく分からないかと思いますが、歴代の車体と強豪チームの車体の「全幅」および「全高」による散布図となっています。原点に近いほうが、前方投影面積が小さいと考えてほぼ大丈夫だろうということです。今年の車体であるDAWはかなりチーム内では圧倒的に小さく、強豪チームと比較してもかなり小さい車体であることがよく分かります。

もう1つ面白かった企画が、阿弥陀籤でした。
いままでは、ミニゲームとしてビンゴ大会とかをやっていたのですが、ビンゴだと時間がかかってぐだぐだなるという欠点を考慮して、さまざまな改善策が考えられてきました。
そんな中、今年の祝賀会では新たな企画としてあみだくじを採用したようです。まあ、見てもらったほうが早いでしょう。




なんか、ちまちま動いているのが分かるでしょうか?あれが全部あみだくじです(笑)
なんともばかばかしい企画でしたが、おかげでとても盛り上がりました。

残念ながら、私は景品にありつけなかったのですが、私の所属していた操縦電装班からは多数の当選者がでました。まあ、商品は萌えカレーとかですけど。

というわけで、今年の祝賀会を企画してくれた皆様お疲れ様。特に、ぎりぎりまで豪華な食事にも手をつけずに阿弥陀籤のプログラムを書いていたお二人、お疲れ様です。

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