レベルシフト 第四回:反転型とオープンコレクタ

連載レベルシフタ第四回目の今回は、出力が反転するタイプの簡易レベルシフト回路とこの回路を内蔵しているオープンコレクタ出力タイプのICについてです。




反転型のレベルシフタの動作原理は、典型的なエミッタ接地回路です。






動作は入力論理を反転させるインバータとなります。
R2でプルアップする電圧を変更することで、出力電圧を変更できます。
下は、逆に5Vから3.3Vへレベルシフトした例です。






オープンコレクタ出力

さて、この出力段のエミッタ接地回路をデジタルICに内蔵した出力形式をオープンコレクタ出力といいます。




オープンコレクタ出力型ICの出力論理は"L"とハイインピーダンスである"Z"の2通りになります。したがって、"Z"のときの論理を確定するためにはプルアップが必要になります。

ちなみに、バイポーラトランジスタではなくFETで作られているICの場合はオープンコレクタではなくオープンドレインと呼ばれます。

プッシュプル(トーテムポール)出力

オープンコレクタ出力の対義語はプッシュプル出力、あるいはトーテムポール出力になります。いわゆる普通の出力のことです。




オープンコレクタ型ではシンク方向のみ出力インピーダンスが低くなりますが、プッシュプル型ではシンク・ソース両方向で出力インピーダンスが低くなります。

スリーステート(トライステート)

オープンコレクタとプッシュプルの両方を組み合わせたバッファとしてスリーステートバッファがあります。
代表的なスリーステートバッファは74HC125や74HC126です。




東芝セミコンダクターのデータシートから真理値表を抜粋




スリーステートバッファはレベルシフトよりもバスの切り替えに使われることが多いです。このために、74HC540/541といった専用のバスバッファも存在します。
スリーステートのことをトライステートとも呼びます。

オープンコレクタの耐圧

ただし、オープンコレクタ(オープンドレイン)型の出力ならいつでもレベルシフトに使えるとは限らないということには注意が必要です。実際のところ74HCシリーズでは、オープンドレイン出力であっても3.3V→5Vレベルシフトはできません。
これは、出力端子の定格電圧の問題です。

以下は、東芝セミコンダクタの74HC07のデータシートからの抜粋です。




出力電圧VOUTの項目を見ると、上限がVCC+0.5Vとなっていることがわかります。
この理由は、以前議論したレベルシフト 第三回:ダイオードクリップ型と5Vトレラントのエントリの中にある「5V入力トレラント機能」と似たような話になります。




上のシステム図も東芝セミコンダクタの74HC07のデータシートからの抜粋です。この図から読み取れるように出力のFETのドレインからVCCに向かってダイオードが挿入されています。このため、プルアップによってVCC以上の電圧を印加してもダイオードでクリップされてしまいます。

これに対して、スタンダードTTLである無印7407は低圧から高圧へのレベルシフトに使うことができます。(とはいっても、3.3Vではそもそも動作しませんが。)
以下が、テキサス・インスツルメンツの7407のデータシートからの抜粋です。







SN7407のOutput Voltage, Voの項目を見ると、VCCの値にかかわらず30Vまでとなっています。内部回路図のOutput Yのところを見てもダイオードが挿入されていないのがわかります。

目次


デジタル回路の簡易レベルシフト
レベルシフト 第一回:各パターン一覧
レベルシフト 第二回:分圧型と入力レベル
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
レベルシフト 第四回:反転型とオープンコレクタ
レベルシフト 第五回:非反転型とトランジスタの双方向性


tag: レベルシフト インターフェース 

comment

Secret

FC2カウンター
カテゴリ
ユーザータグ

LTspiceAkaiKKRmachikaneyamaScilabKKRPSoCOPアンプCPA強磁性PICモンテカルロ解析常微分方程式odeトランジスタecalj状態密度DOSインターフェース定電流スイッチング回路PDS5022半導体シェルスクリプト乱数レベルシフトHP6632A温度解析分散関係I2Cトランジスタ技術R6452A可変抵抗ブレッドボードセミナーバンドギャップ数値積分確率論反強磁性偏微分方程式バンド構造絶縁熱設計非線形方程式ソルバフォトカプラシュミットトリガLEDLM358カオスISO-I2C三端子レギュレータGW近似A/Dコンバータカレントミラーアナログスイッチ数値微分マフィンティン半径TL431発振回路サーボPC817CUSB直流動作点解析74HC4053補間FFTBSch開発環境パラメトリック解析2ちゃんねるチョッパアンプ量子力学bzqlty電子負荷イジング模型LDA標準ロジックアセンブラ基本並進ベクトルブラべ格子単振り子熱伝導位相図TLP621キュリー温度繰り返し状態方程式MaximaVESTAスイッチト・キャパシタ相対論FETランダムウォークスピン軌道相互作用SMP六方最密充填構造抵抗不規則合金ewidthスレーターポーリング曲線GGAラプラス方程式cygwingfortranQSGW失敗談コバルト条件分岐TLP521テスタLM555Writer509TLP552格子比熱マントルデータロガー自動計測詰め回路ガイガー管ダイヤモンドQNAPMCUFXA-7020ZR過渡解析三角波UPSNE555固有値問題熱力学ブラウン運動フェルミ面awk起電力第一原理計算OpenMPfsolveubuntu最大値xcrysden最小値最適化仮想結晶近似VCA差し込みグラフスーパーセル井戸型ポテンシャル平均場近似シュレディンガー方程式FSMフラクタルOPA2277固定スピンモーメント2SC1815全エネルギー合金multiplotgnuplotc/aTeX結晶磁気異方性interp1ウィグナーザイツ胞初期値マンデルブロ集合疎行列面心立方構造fcc不純物問題非線型方程式ソルバフィルタL10構造PGA半金属二相共存SICZnOウルツ鉱構造BaO重積分クーロン散乱磁気モーメント電荷密度三次元CIF岩塩構造CapSenseノコギリ波デバイ模型ハーフメタル正規分布フォノンquantumESPRESSOルチル構造スワップ領域リジッドバンド模型edelt縮退キーボード軸ラベルグラフの分割凡例トラックボールPC不規則局所モーメント片対数グラフトランス両対数グラフCK1026MAS830L直流解析Excel円周率パラメータ・モデルヒストグラム日本語最小二乗法等価回路モデルGimp線種シンボルTS-110TS-112PIC16F785LMC662化学反応文字列specx.f入出力ifortマテリアルデザインヒストグラム確率論Realforce等高線ジバニャン方程式P-10Ubuntuナイキスト線図Crank-Nicolson法陰解法熱拡散方程式HiLAPWAACircuit連立一次方程式負帰還安定性境界条件EAGLEMBE関数フィッティング

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