Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍの小部屋
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中途半端はダメよ！ レベル変換の巻
このＷｅｂページは「８ビット双方向ロジックレベル変換ブレークアウトモジュールキット (K-17062)」、「ロジックレベル双方向変換モジュール (PICO-M-010)」、「４ビット双方向ロジックレベル変換モジュール ＢＳＳ１３８使用 (K-13837)」の波形観測した結果を記録として残した個人的なメモです。
− 目次 −
１．はじめに
２．「８ビット双方向ロジックレベル変換ブレークアウトモジュールキット」プルアップ抵抗・プルダウン抵抗の影響
３．「８ビット双方向ロジックレベル変換ブレークアウトモジュールキット」ゲート負荷の影響
４．「８ビット双方向ロジックレベル変換ブレークアウトモジュールキット」伝搬遅延時間測定
５．「８ビット双方向ロジックレベル変換ブレークアウトモジュールキット」入力電圧、信号源出力インピーダンスの影響
６．「ロジックレベル双方向変換モジュール」プルアップ抵抗・プルダウン抵抗の影響
７．「４ビット双方向ロジックレベル変換モジュール ＢＳＳ１３８使用」プルアップ抵抗・プルダウン抵抗の影響
「８ビット双方向ロジックレベル変換ブレークアウトモジュールキット」を使って１．８Ｖ信号のレベル変換時の波形観測をしていると予想だにしていなかった波形となりました。 今となっては当然だと思えますが、当初は「なんじゃ！これは！！！」状態となりました。 この原因は出力側にプルアップ抵抗やプルダウン抵抗を設けたことあります。 ＦＸＭＡ１０８のデーターシートに「プルアップ抵抗やプルダウン抵抗を設けてはいけないよ！」としっかり記載されています。 その原因も説明されていますが、デバイスの動作をある程度理解するまでは何を言いたいのかわかりませんでした。
正しいかどうかはわかりませんが、要は「出力にプルアップ抵抗やプルダウン抵抗を設けることで、誤って出力を入力と認識してしまう」のかなと思っています。 プルアップ抵抗やプルダウン抵抗によって信号ラインインピーダンスが低下することがいけないようです。 中途半端なインピーダンスはダメですよ！！！ということのようです。
【 ＦＸＭＡ１０８データーシート抜粋 】
この理解に到達するまでに「８ビット双方向ロジックレベル変換ブレークアウトモジュールキット」だけではなく、「ロジックレベル双方向変換モジュール」、「４ビット双方向ロジックレベル変換モジュール ＢＳＳ１３８使用」の波形観測もしていました。 「ロジックレベル双方向変換モジュール」、「４ビット双方向ロジックレベル変換モジュール ＢＳＳ１３８使用」は定格範囲外を承知で「まるごとＮＭＥＡもどき ＳＰＲＥＳＥＮＳＥ（メインボード）編 」で使用できないか検討することを目的としていました。 なお、入出力点数と基板サイズの関係で「ロジックレベル双方向変換モジュール」、「４ビット双方向ロジックレベル変換モジュール ＢＳＳ１３８使用」を採用しませんでした。
これら一連の波形観測した結果を以下のように整理してみました。 な、データの掲載のみでデータに関するコメントはしていません。 何の参考になるのかな？、
２ 「８ビット双方向ロジックレベル変換ブレークアウトモジュールキット 」プルアップ抵抗・プルダウン抵抗の影響
上記回路図をクリックすると原寸大の回路図をダウンロードできます。
【 測定時回路図 】
【 測定時外観 】
|
No. |
入出力設定 |
観測波形 |
| A１ |
ＶＡ： 入力レベル １．８V
ＶＢ 出力レベル ３．３V
黄色：ＣＨ１（入力） １Ｖ／ｄｉｖ
水色：ＣＨ２（出力） １Ｖ／ｄｉｖ |
【 出力無負荷（オシロプローブのみ：１０ＭΩ） 】
【 出力 １０ｋΩプルダイン 】
【 出力 １０ｋΩプルアップ 】
|
| Ａ２ |
ＶＡ： 入力レベル １．８V
ＶＢ 出力レベル ５V
黄色：ＣＨ１（入力） １Ｖ／ｄｉｖ
水色：ＣＨ２（出力） １Ｖ／ｄｉｖ |
【 出力無負荷（オシロプローブのみ：１０ＭΩ） 】
【 出力 １０ｋΩプルダイン 】
【 出力 １０ｋΩプルアップ 】
|
| Ａ３ |
ＶＡ： 入力レベル ３．３V
ＶＢ 出力レベル １．８V
黄色：ＣＨ１（入力） １Ｖ／ｄｉｖ
水色：ＣＨ２（出力） １Ｖ／ｄｉｖ |
【 出力無負荷（オシロプローブのみ：１０ＭΩ） 】
【 出力 １０ｋΩプルダイン 】
【 出力 １０ｋΩプルアップ 】
|
| Ａ４ |
ＶＡ： 入力レベル ３．３V
ＶＢ 出力レベル ５V
黄色：ＣＨ１（入力） １Ｖ／ｄｉｖ
水色：ＣＨ２（出力） １Ｖ／ｄｉｖ |
【 出力無負荷（オシロプローブのみ：１０ＭΩ） 】
【 出力 １０ｋΩプルダイン 】
【 出力 １０ｋΩプルアップ 】
|
| Ａ５ |
ＶＡ： 入力レベル ５V
ＶＢ 出力レベル １．８V
黄色：ＣＨ１（入力） １Ｖ／ｄｉｖ
水色：ＣＨ２（出力） １Ｖ／ｄｉｖ |
【 出力無負荷（オシロプローブのみ：１０ＭΩ） 】
【 出力 １０ｋΩプルダイン 】
【 出力 １０ｋΩプルアップ 】
|
| Ａ６ |
ＶＡ： 入力レベル ５V
ＶＢ 出力レベル ３．３V
黄色：ＣＨ１（入力） １Ｖ／ｄｉｖ
水色：ＣＨ２（出力） １Ｖ／ｄｉｖ |
【 出力無負荷（オシロプローブのみ：１０ＭΩ） 】
【 出力 １０ｋΩプルダイン 】
【 出力 １０ｋΩプルアップ 】
|
| Ａ７ |
ＶＡ： 出力レベル ３．３V
ＶＢ 入力レベル １．８V
黄色：ＣＨ１（入力） １Ｖ／ｄｉｖ
水色：ＣＨ２（出力） １Ｖ／ｄｉｖ |
【 出力無負荷（オシロプローブのみ：１０ＭΩ） 】
【 出力 １０ｋΩプルダイン 】
【 出力 １０ｋΩプルアップ 】
|
| Ａ８ |
ＶＡ： 出力レベル ５V
ＶＢ 入力レベル １．８V
黄色：ＣＨ１（入力） １Ｖ／ｄｉｖ
水色：ＣＨ２（出力） １Ｖ／ｄｉｖ |
【 出力無負荷（オシロプローブのみ：１０ＭΩ） 】
【 出力 １０ｋΩプルダイン 】
【 出力 １０ｋΩプルアップ 】
|
| Ａ９ |
ＶＡ： 出力レベル １．８V
ＶＢ 入力レベル ３．３V
黄色：ＣＨ１（入力） １Ｖ／ｄｉｖ
水色：ＣＨ２（出力） １Ｖ／ｄｉｖ |
【 出力無負荷（オシロプローブのみ：１０ＭΩ） 】
【 出力 １０ｋΩプルダイン 】
【 出力 １０ｋΩプルアップ 】
|
| Ａ１０ |
ＶＡ： 出力レベル ５V
ＶＢ 入力レベル ３．３V
黄色：ＣＨ１（入力） １Ｖ／ｄｉｖ
水色：ＣＨ２（出力） １Ｖ／ｄｉｖ |
【 出力無負荷（オシロプローブのみ：１０ＭΩ） 】
【 出力 １０ｋΩプルダイン 】
【 出力 １０ｋΩプルアップ 】
|
| Ａ１１ |
ＶＡ： 出力レベル １．８V
ＶＢ 入力レベル ５V
黄色：ＣＨ１（入力） １Ｖ／ｄｉｖ
水色：ＣＨ２（出力） １Ｖ／ｄｉｖ |
【 出力無負荷（オシロプローブのみ：１０ＭΩ） 】
【 出力 １０ｋΩプルダイン 】
【 出力 １０ｋΩプルアップ 】
【 出力 １０ｋΩプルアップ （時間軸２０ｎｓ／ｄｉｖに変更） 】
|
| Ａ１２ |
ＶＡ： 出力レベル ３．３V
ＶＢ 入力レベル ５V
黄色：ＣＨ１（入力） １Ｖ／ｄｉｖ
水色：ＣＨ２（出力） １Ｖ／ｄｉｖ |
【 出力無負荷（オシロプローブのみ：１０ＭΩ） 】
【 出力 １０ｋΩプルダイン 】
【 出力 １０ｋΩプルアップ 】
|
３．「８ビット双方向ロジックレベル変換ブレークアウトモジュールキット 」ゲート負荷の影響
上記回路図をクリックすると原寸大の回路図をダウンロードできます。
【 測定時回路図 】
【 測定時外観 】
|
No. |
入出力設定 |
観測波形 |
||||||||||||
| Ｂ１ |
負荷： ７４ＬＳ２４４
ＶＡ： 出力レベル ５V
ＶＢ 入力レベル ３．３V |
【 ７４ＬＳ２４４ ８ゲート並列 】
【 ７４ＬＳ２４４ １ゲートのみ（２Ａ０／２Ｙ０） 】
|
||||||||||||
| Ｂ２ |
負荷： ７４ＨＣ２４４
ＶＡ： 入力レベル １．８V
ＶＢ 出力レベル ３．３V |
【 ７４ＬＳ２４４ ８ゲート並列 】
【 ７４ＬＳ２４４ １ゲートのみ（２Ａ０／２Ｙ０） 】
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４．「８ビット双方向ロジックレベル変換ブレークアウトモジュールキット 」伝搬遅延時間測定
上記回路図をクリックすると原寸大の回路図をダウンロードできます。
【 測定時回路図 】
【 測定時外観 】
|
No. |
入出力設定 |
観測波形 |
||||||||||||
| Ｃ１ |
ＶＡ： 入力レベル ５V
ＶＢ 出力レベル １．８V |
【 全体波形（１μｓ／ｄｉｖ） 】
【 立上がり波形（１０ｎｓ／ｄｉｖ） 】
【 立下がり波形（１０ｎｓ／ｄｉｖ） 】
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５．「８ビット双方向ロジックレベル変換ブレークアウトモジュールキット」入力電圧、信号源出力インピーダンスの影響
「高機能アクティブラーニングモジュールＡＤＡＬＭ２０００ (M-14068)」から０〜５Ｖの三角波を出力して、この信号を電流制限抵抗（１ｋΩもしくは１００Ω）の抵抗を介してＦＸＭＡ１０８のＡ４端子に接続しました。 抵抗を追加したのはＦＸＭＡ１０８のＡ４端子が出力状態になった場合に「高機能アクティブラーニングモジュールＡＤＡＬＭ２０００」を保護するために設けています。 この抵抗で測定結果は大きく変化します。
上記回路図をクリックすると原寸大の回路図をダウンロードできます。
【 測定時回路図 】
|
No. |
入出力設定 |
観測波形 |
||||||||||||
| Ｄ１ |
ＶＡ： 入力レベル ５V
ＶＢ 出力レベル １．８V |
（ＣＨ２−ＣＨ１）電圧と入力抵抗１ｋΩからＦＸＭＡ１０８−Ａ４ラインからのソース／シンク電流を求めることができます。 ただし、波形は電流制限抵抗の値にも大きく影響を受けます。
【 出力無負荷（オシロプローブのみ：１０ＭΩ） 】
【 ＦＸＭＡ１０８−Ｂ４出力に１０ｋΩプルアップ抵抗接続 】
【 ＦＸＭＡ１０８−Ｂ４出力に１０ｋΩプルダウン抵抗接続（ケース１） 】
【 ＦＸＭＡ１０８−Ｂ４出力に１０ｋΩプルダウン抵抗接続（ケース２） 】
【 ＦＸＭＡ１０８−Ｂ４出力に１０ｋΩプルダウン抵抗接続（ケース２時間軸拡大） 】
電流制限抵抗を１００Ωに変更しました。 【 出力無負荷（オシロプローブのみ：１０ＭΩ） 】
電流制限抵抗を１００Ωに変更し、ＶＢ電圧を３．３Ｖに変更しました。 【 出力無負荷（オシロプローブのみ：１０ＭΩ） 】
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６．「ロジックレベル双方向変換モジュール」プルアップ抵抗・プルダウン抵抗の影響
上記回路図をクリックすると原寸大の回路図をダウンロードできます。
【 測定時回路図（プルダウン） 】
上記回路図をクリックすると原寸大の回路図をダウンロードできます。
【 測定時回路図（プルアップ） 】
【 測定時外観 】
|
No. |
入出力設定 |
観測波形 |
||||||||||||||||
| Ｅ１ |
ＬＶ：入力側
ＨＶ：出力側 |
１．８Vは定格外です。 【 ＬＶ：入力１．８Ｖ ＨＶ：出力３．３Ｖ （プルダウン） 】
１．８Vは定格外です。 【 ＬＶ：入力１．８Ｖ ＨＶ：出力３．３Ｖ （プルアップ） 】
１．８Vは定格外です。 【 ＬＶ：入力１．８Ｖ ＨＶ：出力５Ｖ （プルダウン） 】
１．８Vは定格外です。 【 ＬＶ：入力１．８Ｖ ＨＶ：出力５Ｖ （プルダアップ） 】
【 ＬＶ：入力３．３Ｖ ＨＶ：出力５Ｖ （プルダウン） 】
【 ＬＶ：入力３．３Ｖ ＨＶ：出力５Ｖ （プルアップ） 】
|
||||||||||||||||
| Ｅ２ |
ＬＶ：出力側
ＨＶ：入力側 |
１．８Vは定格外です。 【 ＬＶ：出力１．８Ｖ ＨＶ：入力３．３Ｖ （プルダウン） 】
１．８Vは定格外です。 【 ＬＶ：出力１．８Ｖ ＨＶ：入力３．３Ｖ （プルアップ） 】
１．８Vは定格外です。 【 ＬＶ：出力１．８Ｖ ＨＶ：入力５Ｖ （プルダウン） 】
１．８Vは定格外です。 【 ＬＶ：出力１．８Ｖ ＨＶ：入力５Ｖ （プルダアップ） 】
【 ＬＶ：出力３．３Ｖ ＨＶ：入力５Ｖ （プルダウン） 】
【 ＬＶ：出力３．３Ｖ ＨＶ：入力５Ｖ （プルアップ） 】
|
７．「４ビット双方向ロジックレベル変換モジュール ＢＳＳ１３８使用」プルアップ抵抗・プルダウン抵抗の影響
上記回路図をクリックすると原寸大の回路図をダウンロードできます。
【 測定時回路図（プルダウン） 】
上記回路図をクリックすると原寸大の回路図をダウンロードできます。
【 測定時回路図（プルアップ） 】
【 測定時外観 】
|
No. |
入出力設定 |
観測波形 |
||||||||||||||||
| Ｆ１ |
ＬＶ：入力側
ＨＶ：出力側 |
１．８Vは定格外です。 【 ＬＶ：入力１．８Ｖ ＨＶ：出力３．３Ｖ （プルダウン） 】
１．８Vは定格外です。 【 ＬＶ：入力１．８Ｖ ＨＶ：出力３．３Ｖ （プルアップ） 】
１．８Vは定格外です。 【 ＬＶ：入力１．８Ｖ ＨＶ：出力５Ｖ （プルダウン） 】
１．８Vは定格外です。 【 ＬＶ：入力１．８Ｖ ＨＶ：出力５Ｖ （プルダアップ） 】
【 ＬＶ：入力３．３Ｖ ＨＶ：出力５Ｖ （プルダウン） 】
【 ＬＶ：入力３．３Ｖ ＨＶ：出力５Ｖ （プルアップ） 】
|
||||||||||||||||
| Ｆ２ |
ＬＶ：出力側
ＨＶ：入力側 |
１．８Vは定格外です。 【 ＬＶ：出力１．８Ｖ ＨＶ：入力３．３Ｖ （プルダウン） 】
１．８Vは定格外です。 【 ＬＶ：出力１．８Ｖ ＨＶ：入力３．３Ｖ （プルアップ） 】
１．８Vは定格外です。 【 ＬＶ：出力１．８Ｖ ＨＶ：入力５Ｖ （プルダウン） 】
１．８Vは定格外です。 【 ＬＶ：出力１．８Ｖ ＨＶ：入力５Ｖ （プルダアップ） 】
【 ＬＶ：出力３．３Ｖ ＨＶ：入力５Ｖ （プルダウン） 】
【 ＬＶ：出力３．３Ｖ ＨＶ：入力５Ｖ （プルアップ） 】
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