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3ステート出力製品の出力衝突

ドキュメント内 untitled (ページ 75-84)

同一パッケージ内のコントロール信号 a、bが相補的に変化すればほとんど のICはtZ<tAなのでバスの衝突はない。

ただし、デコーダ出力をコントロール 信号にする場合は要注意。

バスの衝突

3ステート出力の製品において,出力がとも にイネーブル状態で長時間流し続けますと,

ICの劣化に結びつく場合がありますので,

出力が同時にイネーブルにならないよう設 計してください。

一度、ディセーブル時間を設定してください。

大きな負荷容量に制限は?

CMOSに大きな容量性負荷を接続すると大きな充放電電流が長時間流れ,誤動作,破壊の原因と なります。また,長時間,出力が短絡状態となるため,内部配線の溶断につながります。さらに,電 源をオフの時間が速い場合に出力寄生ダイオードに電流が流れる可能性あるため,大きな負荷容 量を直接駆動することは避けてください。

出力端子に接続するコンデンサ,容量性負荷は500pF以下に抑えることを推奨します。それ以上の 負荷は抵抗を介して充放電電流を制限してください。

TC4000やTC74HC/ACシリーズなど入力トレラント機能のない製品については,入力についても電 源をオフの時間が速い場合に入力保護ダイオードに電流が流れる場合あるため,大きな負荷容量 を直接接続することは避けてください。

入力端子に接続するコンデンサ,容量性負荷は500pF以下に抑えることを推奨します。それ以上の 負荷は図2に示すように抵抗を介して接続してください。

大きなコンデンサの出力接続法

大きなコンデンサの入力接続法( TC4000,TC74HC/AC シリーズ)

デジタルICの各種ノイズ

CMOSロジックICを使う場合は,スイッチング時に発生する各種ノイズに注意が必要です.

ノイズには,

①スイッチング・ノイズ(電源,GNDバウンス)②反射(配線によるLC振動)

③クロストーク・ノイズ④電磁妨害(EMI)

の4つです.これらはすべて,出力波形のスルー・レート,di/dt(dv/dt)が原因です.

Vcc

GND

出力 (Y0) 入力

(A0)

ΔVGND

L

iGND=-CL dVout 1 iGND

dt

ΔVGND=(L1+L2) d iGND dt

GND

L 2

CL

ΔVGNDにより回路しきい値 の変動

①共通インピーダンスZによ るGND電位の変動

ΔVVCC

①ΔVGNDによりアンダーシュート、

非動作出力ノイズ発生

②配線長により反射ノイズ

③平行パターンによりクロストー

IC

④EMI

④EMS

ΔVGND ΔVVCC

②外部インターフェース上で のノイズ、サージ

①スイッチング・ノイズ ( 電源,GNDバウンス )

CMOS IC内のMOS FETは,内外の負荷容量を充放電しながらスイッチングします.そして,IC内スイッチング 動作回路の配線のインピーダンスは,LCR回路となります.スイッチング電流iはLを流れるため,シリコン・チップ上 の電源やGNDにスパイク電圧V=L(di/dt)を発生します.これをスイッチングノイズ(電源/グラウンド・バウンス)と 呼びます.

特に,多数の出力が同時に変化するときは,充放電電流が増え,(同時)スイッチング・ノイズが大きくなります。

スイッチング・ノイズ対策

①電源V

cc

とGNDラインを太く,短く処理する.基板の多層化も有効である

②パスパス・コンデンサは可能な限りICに近く配置・配線する

Vcc

GN D

Vcc

GN D

バイパス・コンデ ンサ 0.01μF〜0.1 IC μF程度

VCC GND

直行配線が基本

a)バイパス コンデンサ

b)多層基板

IC IC

①スイッチング・ノイズ ( 電源,GNDバウンス )

スイッチング・ノイズ対策

③クロック,リセットなどの信号に 注意し,ドライバなどの空きゲート は使用しない.ローパスフィルタで ノイズを除去する。

④低ノイズICを選択する

⑤出力にダンピング抵抗を入れる

(

直列終端

)

8ビットバスバッファの 1ビットをCKとして使用 CK

6ビットをデータ

バスとして使用 IC

VIL 後段のしきい値を超えて

誤動作

a)クロック信号

b)ローパスフィルタ

Vcc

入力

R=25〜100

⑥信号の同期化をする

a)信号の同期化

CK

CK

②反射(配線によるLC振動 )

反射は,送信端出力インピーダンスあるいは,受信端入力インピーダンスと線路インピーダンス間の不整合が原因 です. 送信端出力インピーダンスが,線路インピーダンスより大きいと反射は発生しません.逆に,出力インピーダ ンスが線路インピーダンスより小さいと,反射が発生します.また線路長が長く,信号が負荷で反射して送信端に戻 ってくる時間より,出力の立上がり/立下がり時間が短いと反射を起こします.式であらわすと,

tr,tf>2T

tr,tf:出力の立上がり,立下がり時間 T:送信端から受信端までの遅延時間

となります. たとえば,立ち上がり時間が3nsの場合,配線による遅延時間を5ns/mとすると60cmから反射の影響 が顕れます. また,線路インピーダンスと受信端入力インピーダンスとの差が大きいほど,反射は大きくなります.

したがって,受信端がオープンの時などは大きな反射が発生します.一方,線路インピーダンスに等しい,インピー ダンスを受信端に接続すると,反射は起きません.これを整合終端と呼びます。

集中定数理論と異なり、分布定数理論となります。

Bergeron 解析 実測波形

②反射(配線によるLC振動 )

反射対策

①配線を短くする

②必要以上に高速,高駆動のICを使わない

③終端処理する

④分岐配線は一筆書き

⑤外部インタフェース上でのノイズ、サージ保護

終端処理(例)

(a)並列終端 Z0 R=Z0

・消費電力大

・ドライバICに大きな駆動能力が必要

(b)テブナン終端 Z0 R=2Z0

・消費電力大

・ドライバICに大きな駆動能力が必要

(c)直列終端

Z0 R=Z0−Zout

・消費電力小

・立ち上り、立下り時間が遅くなる。

(d)AC終端 Z0

R>=Z0

・消費電力小

(e)ダイオード終端

製品紹介:直列終端(ダンピング抵抗)内臓製品

入出力等価回路

製品展開

TC74VCX

シリーズの

8bit

以上の バッファ製品全てをラインアップ 例)

TC74VCX162244FT

メリット

・ノイズの低減

・部品点数の削減

出力 VCC

GND

入力 26Ω

TC74VCX シリーズ直列終端 ( ダンピング抵抗内臓品 )

出力電流特性

出力電流特性はフラットとなり、

Rout=45Ω

程度となる。

一般に

Z0=75Ω~100Ω

となり、反射波形を軽減できる。

③クロストーク

クロストーク・ノイズは配線間の容量結合,誘導 (インダクタンス)結合が原因です.したがって,

急峻な立ち上がり,立ち下がりをもつ信号に注 意し,それらの配線間の相互容量,相互インダ クタンスを小さくする必要があります

実測波形

クロストーク・ノイズ対策

①平行にアース・パターン(多層基板など)を設ける

②平行パターンの配線長を短くする

③パターンを平行に引かない(直交させる)

④クロック信号などはバス・ラインの側に配線しない.

また,信号の両側をグラウンド・ラインでシールドす る.

ドキュメント内 untitled (ページ 75-84)

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