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2011年11月 3日 (木)

オープンドレインの応用

オープンドレインの応用とは
Opendrain3
 CPUのポート出力などはCMOS出力や、オープンドレイン出力などいろいろありますが、今回はオープンドレイン出力の応用について考えます。
ハード的には
 主としてオープンドレインは外部デバイス駆動を目的にした場合、出力電流が比較的大きく「LED直接駆動可能」などとうたっている場合が多いです。また、ポートに出力保護ダイオードが入っていない場合は、電源電圧の+5V(+3.3V)よりも高い電圧をかけることが出来ますので、耐電圧をデーターシートで確認しましょう。
 右の図はオープンドレインの応用例です。一番上の MUTE はオーディオなどに用いられますが、FETには2SKタイプで常時ONしており、ゲートを -5VくらいかけないとOFFしないタイプなどがあります。このFETをオープンドレインで使うと、初期状態で出力OFFの回路なので、セットの電源をONする場合に比較的簡単な回路で電源ON時のノイズを消すことが出来ます。OFF時に出力を消すにはすぐゲート電圧を OFFする回路が必要です。
 次はリレー駆動回路です。リレーはトータルの電力で駆動しますので、 5Vなら 100mA 必要なリレーも、 12V仕様ならならば 40mA 程度で済みます。しかしながらマイコンのCMOSポートではHign時でも12V-5V =7Vかかりますので、OFF出来ません。CMOS出力では直接 ON/OFFできない電圧ですが、オープンドレインを使えば簡単に使えます。(マイコンのポート最大電圧をチェックすること)リレーは逆起電力でドライブするICを壊す恐れがあるので、逆電圧防止のダイオードを必ず入れます。
 Alarm Out は数個のアラームをまとめて(どれか1つでも出た時にAlarm Outしたいとき)使うのに便利です。アラーム出力ラインを延ばせば、アラーム検出個所が離れていても接続が容易です。この構成はワイアードOR といって結線状態でOR(どれかが働くと反応する)の論理出力します。正確には正常時 High アラーム時 Lowの負論理で使います。
 1Wire は1つの信号で送信と受信を兼ねることができる回路です。 I2Cバスの SDA などがこの回路になっていますが、送信が終わったら出力回路のオープンドレインをOFFすることによって、他の信号を受信することが出来るので、複数の送受信機を1つのラインに接続することが出来ます。
ソフト的には
 オープンドレインは ON時の Lowに引っ張る電流はかなり流すことが出来、Low時のインピーダンスが低く、この状態ではノイズに強いですが、High 時にはプルアップ抵抗のインピーダンスになります。高速で負荷に浮遊容量が増えますと、ドライブできるスピードが下がりますが、プルアップ抵抗を下げることである程度防ぐことが出来ます。また最近では I2C バスの中間につけてアクティブにバスをプルアップする回路デバイスも開発されているようです。いずれにせよ、CMOS出力とはちょっと違ったオープンドレインを使いこなすと、ハード設計の可能性が広がります。


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