PSoC/GPIOのしきい値とヒステリシス

デジタルオシロスコープPDS5022SをもちいてPSoCのGPIOの入力バッファの特性を測定しました。
その結果VTH=1.68V,VTL=1.52V,VH=160mVと言う値が得られました。

001_20090830113043.png 002_20090830113042.png


マイコンのデジタル入力端子


マイコンのデジタル入力端子は、CPUと外部回路をつなぐ最も基本的なインターフェースです。
レベルシフト 第二回:分圧型と入力レベルのエントリのとおり、そのしきい値電圧は、デジタル回路を設計する上で非常に重要なパラメータです。

シュミットトリガ入力


シュミットトリガ入力は、入力電圧がL→Hに変化するときと、H→Lに変化するときで、しきい値が異なる回路です。
デジタル回路と言えど、その信号電圧の変化は連続的なアナログ値ですが、シュミットトリガ回路を用いると、入力信号の変化速度が遅かったり、ノイズが重畳している場合などでも出力をばたつかせずに切り替えることができます。

これまでにシュミットトリガに関するエントリはたくさん書いたので、以下に示しておきます。



PSoC/GPIO入力特性


PSoCのGPIOは入力端子として使う場合は、すべてシュミットトリガ入力です。
その入力ロジックレベルは(ほぼ)5VTTL互換です。

以下にCY8C29466のデータシートの引用を示します。

SymbolDescriptionMinTypMaxUnitNotes
VILInput Low Level--0.8VVdd = 3.0 to 5.25.
VIHInput High Level2.1--VVdd = 3.0 to 5.25.
VHInput Hysterisis-60-mV
table.1: DC GPIO Specifications


ここで、L→Hへのしきい値をVTL、H→Lのしきい値をVTHとすると

VIL < VTL < VTH < VIH

となり、
VTH - VTL = VH

となります。

本エントリでは、VTHとVTLを実測し、VHを求めました。

測定回路と計測器の構成


1Hz正弦波発振回路からの出力をPSoCのGPIOに入力し、Interconnectで直接他のGPIOへ出力したものをデジタルオシロスコープPDS5022Sで測定し、取得したデータをgnuplotで横軸に入力電圧、縦軸に出力電圧としてヒステリシス曲線をプロットしました。

1Hz正弦波発振回路は、PSoCでLED正弦波駆動の正弦波出力に対して、簡単なRCローパスフィルタ(147kΩ,0.1uF)をかけたものとしました。定数はブレッドボードで差し替えながらおおよそ滑らかな波形になるように選びました。

結果


結果のヒステリシス曲線をfig.1に示します。


001_20090830113043.png
fig.1: ヒステリシス曲線


実測の結果を以下にまとめます。

SymbolDescriptionVoltageUnit
VTL下側しきい値1.52V
VTH上側しきい値1.68V
VHヒステリシス幅160mV
table.2: しきい値とヒステリシス実測値


誤差要因の考察


本来は直流電圧源とデジタルマルチメータで行うべき測定ですが、今回は手間が省けるので交流電圧源とオシロスコープでやってしまいました。
そのため、そのことに起因する誤差が考えられます。

ひとつめは、「PSoCのInterconnectの遅延」です。
入力正弦波が1Hzとかなり遅いため、影響は小さいと考えています。

ふたつめが、「オシロスコープの電圧分解能不足」です。
fig.2に、fig.1の上下のしきい値付近を拡大したものを示します。


002_20090830113042.png
fig.2: ヒステリシス曲線拡大図


十字型のマーカーで示したのがデータ点で、X軸方向のデータ間隔が入力信号の電圧分解能です。
ヒステリシス幅の測定値160mVや公称値60mVに対して、分解能不足の感は否めません。

とはいうものの、
  • ほぼTTL互換入力であること
  • シュミットトリガ入力であること
  • ヒステリシス幅が100mV程度であること

が確認できました。

関連エントリ




参考文献/使用機器




フィードバック



にほんブログ村 その他趣味ブログ 電子工作へ

 ↑ 電子工作ブログランキング参加中です。1クリックお願いします。


コメント・トラックバックも歓迎です。 ↓      


 ↓ この記事が面白かった方は「拍手」をお願いします。


tag: PSoC インターフェース シュミットトリガ ブレッドボード 

trackback


この記事にトラックバックする(FC2ブログユーザー)

8pin PSoCを使った簡易周波数カウンタの製作

8pin PSoC CY8C27143を使った簡単な周波数カウンタを作りました。 きっかけはこのアプリケーションノートです。 Application Note AN2138 3-Wire Interface for LCD Display 通常LCD制御には7本必要です...

comment

Secret

Vddは?

インターコネクトですか。面白そうな機能ですね。PSoC、本格的に手を出してみようかな?

今回の記事には、Vddの値が書いてありませんでした。たぶん、5Vで実験されたのだろうと想像しますが、記事で提示されていたデータシートのVIL/VIH測定条件にこんな記述があります。

Vdd = 3.0 to 5.25

普通のCMOSインバータだと、Vddの値の影響を直接受けるので、いつでもTTLレベル入力というわけにはいかなくなります。そのため、74HCTシリーズの電源電圧は、TTLと同じ5V+/-10%と定められています。もし、Vddに依存しないようにVTL/VTHを定めようとすると、定電圧源とコンパレータで構成される、かなり重い回路が必要です。
もし、余力がありましたら、VddとVTL/VTHの関係も見てくださいませ。

Re: Vddは?

のりたんさん、こんにちは。
とても重要な情報を書き漏らしてすみません。ご想像のとおりVdd=5Vです。

「Vdd = 3.0 to 5.25」の条件があったので、Vdd=5Vだけ調べればよいかなと思ったのですが、言われてみれば確かに「かなり重い回路」が必要そうですね。
私としても気になるので、近々Vddを振って測定してみようと思います。

> PSoC、本格的に手を出してみようかな?
PSoCは、必ずしも高性能ではありませんが、とっても面白いマイコンです。
のりたんさんになら気に入っていただけると思います。

No title

こちらの記事を参考に、周波数カウンタの入力回路の定数を決めました。
測定ありがとうございました。

Re: No title

edyさん、こんにちは。
コメント&トラックバックありがとうございます。

設計に活かしていただけたとなると、測定した意味もあったということでうれしいです。
FC2カウンター
カテゴリ
ユーザータグ

LTspiceAkaiKKRmachikaneyamaScilabKKRPSoCOPアンプPICCPA強磁性常微分方程式モンテカルロ解析odeトランジスタ状態密度インターフェーススイッチング回路ecaljPDS5022DOS定電流半導体シェルスクリプト乱数レベルシフトHP6632Aブレッドボード分散関係温度解析R6452Aトランジスタ技術I2C可変抵抗反強磁性セミナー数値積分確率論偏微分方程式バンド構造非線形方程式ソルババンドギャップ絶縁熱設計シュミットトリガLEDA/Dコンバータ三端子レギュレータLM358ISO-I2CGW近似カオスフォトカプラマフィンティン半径TL431数値微分PC817Cアナログスイッチ直流動作点解析発振回路USBサーボカレントミラー74HC4053パラメトリック解析LDAbzqltyチョッパアンプ量子力学FFT2ちゃんねるアセンブラBSch開発環境電子負荷ブラべ格子イジング模型補間基本並進ベクトル標準ロジック単振り子キュリー温度繰り返しMaxima状態方程式失敗談相対論スピン軌道相互作用FETランダムウォーク熱伝導六方最密充填構造コバルトewidthTLP621GGAQSGW不規則合金位相図抵抗SMPcygwinラプラス方程式スレーターポーリング曲線gfortranスイッチト・キャパシタ詰め回路TLP552三角波格子比熱TLP521条件分岐LM555MCUNE555QNAPマントルテスタ過渡解析FXA-7020ZRダイヤモンドデータロガーガイガー管自動計測Writer509UPSシュレディンガー方程式ブラウン運動awk差し込みグラフ熱力学平均場近似仮想結晶近似VCAfsolve井戸型ポテンシャルVESTA起電力スーパーセルOpenMP第一原理計算ubuntu固有値問題L10構造OPA2277interp12SC1815fccウィグナーザイツ胞面心立方構造フィルタジバニャン方程式ヒストグラム確率論マテリアルデザインspecx.f等高線正規分布PGAフェルミ面非線型方程式ソルバ初期値固定スピンモーメントスワップ領域ルチル構造リジッドバンド模型edeltquantumESPRESSO岩塩構造BaOSIC二相共存ZnOウルツ鉱構造フォノンデバイ模型c/aノコギリ波全エネルギーFSMTeXgnuplotmultiplotハーフメタルCapSense半金属合金結晶磁気異方性Ubuntu文字列入出力TS-110TS-112疎行列Excel直流解析ヒストグラム円周率不規則局所モーメントトラックボールPC等価回路モデルパラメータ・モデルキーボードRealforce三次元マンデルブロ集合フラクタル化学反応重積分縮退日本語最小二乗法関数フィッティングGimpMAS830LHiLAPW熱拡散方程式両対数グラフナイキスト線図負帰還安定性陰解法Crank-Nicolson法P-10クーロン散乱境界条件連立一次方程式片対数グラフEAGLEPIC16F785LMC662トランスシンボルCK1026線種凡例MBEAACircuitグラフの分割軸ラベルifort

最新コメント
リンク

にほんブログ村 その他趣味ブログ 電子工作へ