コラム
» 2009年10月01日 18時30分 UPDATE

Wired, Weird:ロジック入出力の盲点 (1/2)

ロジック入出力にはどのような盲点があるのだるか。例えば、オープンコレクタ信号の波形には特有の癖があることだ。過大入力から回路を保護するための直列抵抗にも似たような課題がある。最後に放電抵抗の必要性についても触れる。

[武田 英夫,EDN Japan]

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オープンコレクタには要注意

 オープンコレクタ出力の信号波形は立ち上がりが遅く、それを受けるゲートICの閾(しきい)値付近に出力電圧がとどまる時間が長い。そのため、ゲートICの出力が不安定となり、チャタリングが生じることがある。それを回避するのが、ゲートICのシュミットトリガー入力である。


図1 オープンコレクタ出力回路 図1 オープンコレクタ出力回路 
図2 対数的に上昇する入力電圧波形 図2 対数的に上昇する入力電圧波形 
写真1 図1のノードA、Bでの波形 写真1 図1のノードA、Bでの波形 上が74LS14への入力波形(ノードA)、下が74LS14の出力波形(ノードB)。
写真2 閾値電圧近辺での波形の乱れ 写真2 閾値電圧近辺での波形の乱れ 上が74HC14への入力波形(ノードA)、下が74HC14の出力波形(ノードB)。CMOSは入力インピーダンスが高いが、閾値電圧の付近ではこのようなことが起きる。

 図1のようなオープンコレクタ回路の場合、シュミットトリガーインバータIC1(TTLタイプの74LS14)への入力電圧は、一般的には図2のように対数的に上昇すると説明される。しかし、実験によって実際の波形を確認すると、写真1のようにIC1の閾値電圧のところで折れ曲がっている。

 図1でIC1として使用している74LS14をCMOSタイプの74HC14に置き換えると、このような折れ曲がりは観測されず、図2のような波形になる。しかし、74HC14を用いる場合でも、出力トランジスタQ1のコレクタに接続されているコンデンサC1を取り外し、立ち上がりを速くして観測すると、写真2のように閾値電圧のポイントで変化があった。

 CMOSタイプのものであれば入力インピーダンスが高いので影響は見えにくいが、それでも、閾値電圧付近ではこのようなことが起きるのだ。

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