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2013年1月

2013年1月31日 (木)

RS-232Cのはなし2

RS-232Cとは

パソコンで古くから使われているシリアル通信の規格です。
かつて電話線モデムでパソコン通信をしたりしましたが、このモデムと繋いだりするのがRS-232Cの代表的な使い方でした。シリアル通信で信号を送るのに最低以下の信号線が必要ですね。
1) 送信信号( TXD )Serialbit
2) 受信信号( RXD )
3) 接地 ( GND )
基本的には
TXD -- RXD
RXD -- TXD
GND --- GND
との接続になりますが、シリアル通信ですのでタイミングが分からないと始めがわかりません。
それでシリアル信号の始めにスタートビットというものを設けてあります。
RS-232Cの信号規格では 無信号時のレベルを マーク(1)といって -10Vを定義しています。スタートビット(S)はデーターとしてはマークの反対のスペース(0)で +10Vになります。これはモデムが2つの周波数をマークとスペースで変えて音声帯域で送っていたからで、いまだにFAXなどは最初にピーと高い音がしばらく続き(マークの音)その後ヒョロヒョロとデーターのやりとりが始まるのに似ています。
次にデータービットがD0から順にD7まで送られますが、このデータービット数も英語環境では 7Bitだったりします。そしてストップビット(ST)が必ずマーク(1)で終わるので、次のスタートビットが分かる訳です。
このストップビットの間にエラー検出のためのパリティビットが挿入される場合があります。またストップビットも設定で 1.5Bit / 2Bit などの場合もあります。これは受信側の処理が間に合わない場合などストップビットを長くして余裕を待たせる場合に対応しています。
またシリアルスピードはビットレート(ボーレート)と呼ばれて Bit Per Second で表示されていますので、昔は300ボーなどというとデーター 8Bit スタート 1Bit ストップ 1Bitとすると1文字送るのに 10Bit かかるので、1秒間に 30文字しか送れなかったですね。
規格では最大 64KBps となっていますが、最近では 9,600Bps が最小でPICなどの組み込みシリアル機能でも57.6kBpsなんかが普通に使われていますね。
 かつてマルチチップのCPU構成だったころは UART というシリアル通信専用の ICが使われており、そのICにボーレートの何倍かの周波数を加えたり、CPUのクロックを与えて、内部で分周したりする設定が結構大変でした。
駆動する電圧は最大で±15V最低で±5Vが規格で、スレッショルドが±3Vになっています。通常のチップでは+5Vなので、RS-232C規格の電圧に変換するために MAX232などのようなICを使うことになります。
トランジスタを使った簡易的な電圧変換回路は以前の記事にあります。
ハード的には
IBM-PCなどからシリアル通信規格が一般的になって D-SUB25Pin コネクタがフル仕様、D-SUB 9Pinコネクタが簡易型として2つのコネクタが使われていますが、現在ではRS-232Cというと D-SUB9Pinがポピュラーです。
しかしながら、25Pinはメス型コネクタ、9Pinはオスなので、接続する際のコネクタのピン接続やケーブルの選定などいつもトラブルの元です。
Rs232c
 右図は9ピンの信号名と結線例ですが、基本的にPC側はオスのコネクタで、こちらが基本としています。 まず PC同士を繋ぐにはどちらもオスなのでメスどおしのコネクタを持ったクロスケーブルを使います。
 下の図はモデムを繋いだ場合で、モデムにはメスのコネクタがついていますので、ケーブルは PCの端子をそのまま延長するPC側にはメス、モデム側にはオスのコネクタを持つストレートケーブルを使います。
 このとき、モデム接続は CD (キャリア検出)、やRI(呼び出し検出)などの信号が電話回線運用には必要ですが、PC間接続などでは使わないので上側の接続では省かれる場合が多いです。
 また高速に制御する必要の無い場合など、CTS(クリアートゥーセンド 送信可)やRTS(リクエストトゥーセンド 送信要求)などを省いたり、DTR(データーターミナルレディ)やDSR(データーセットレディ)も使わないで、結局 TXD,RXD,GND の3線で通信を行う場合があります。その際 PCによっては DTR-DSR や RTS-CTS を自分自身のコネクタで繋げる必要のある場合があります。
 このように「単にオスメス違いならジェンダー(極性)変換コネクタを使ったらどうかな?」と思ってやっても動かないことが多々ありますので、接続には注意しましょう。
 

2013年1月27日 (日)

「誰もやめない会社」のはなし

「誰もやめない会社」とは

日経エレクトロニクスから出版されている本の題名です。

この会社は リニアテクノロジー のことで、フェアチャイルド社やナショナルセミコンダクター社を経て独立した、アナログ技術者のエキスパートのロバート・H・スワンソン氏が1981年共同経営者3人と興した会社です。
時代はデジタル化の波の中でどのIC産業もデジタルICに重きをおき、アナログが軽んじられたなかでアナログ専門会社を興したのです。
表題の「誰もやめない会社」というのは単に給料がいい、業績がいいだけでないことをこの本は語っています。
中でも私が感心した点は
1)数が見込めるコンシューマー製品からは撤退する。
  その理由は
 ・大量生産・大量消費の分野は各社がこぞって価格競争になり、結局利益にならない
 ・値下げで自社の製品の価値を下げることになる。
 結局リニアは、プロフェッショナルで高性能を要求する自動車産業や医療向けの分野で(リニアしか無い)高機能製品を開発して来ました。
2)シニアエンジニアがイノベーションをおこす。
 ・アナログ技術者は一人前になるのに10年かかるといわれます。
  技術者こそが企業の宝。
 ・グルと呼ばれるエキスパートがいるから若いエンジニアが「学びたい」と集まる
3)製品のアイデアはすべて現場から生まれる。
 ・顧客の元に行って要求を聞き、本当に顧客が求めている製品を提案する。
4)一度出荷した製品は原材料がなくて生産できない以外はディスコンにしない。
 ・長期的に製品の供給が保証されている
 ・ダイレベルで在庫を持ち、安定供給を保証する。
 
◎けっこうCEOのスワンソン氏は恐れられる存在のようですが、彼の先見性が会社を伸ばし、人材であるエンジニアを伸ばしたのが「誰もやめない会社」になったのでしょう。
「人と同じ道は歩まない、他人がやっているからといって自分もやるというような、安きに流れることをしない」との彼の哲学があふれている本でした。
 
*私自身はリニアテクノロジーよりも先に、アナログデバイセス社の製品をPLLや高周波検波器などで使っていたのですが、リニア社は結構新しいサンプルなどを持ってきて積極的に提案してくれました。検波器でも True-Power など実効値型の検波器ではまだADのほうが一日の長がありますが、ピークレベル検出の小型ICなどは使いやすく種類が豊富でしたね。最近は CD/DCコンバーター関連の製品がホットです。
*アマゾンではこちら----------------------------------------

誰もやめない会社  シニア・エンジニアが活きる無敵のマネジメント

2013年1月23日 (水)

静電保護のはなし

静電保護とはVaristor_arrester

静電気による高電圧が印加することによって、デバイスが破壊されたり、CPUが暴走したり、リセットがかかったりする障害から保護する役割です。
高周波では入力保護のはなしでアンテナからの保護を書きました。
 今回は代表的なバリスタ[Varistor]とアレスタ[Arrester]について考えてみます。
ますバリスターについて(Wikiより)
この素子は非直線性抵抗特性を持つ半導体セラミックスを2枚の電極ではさんだ構造を持つ。 セラミックコンデンサに類似した構造であり、セラミックコンデンサの誘電体セラミックスを半導体セラミックスで置き換えたものと言ってよい。 形態もセラミックコンデンサと同様にディスク型および積層チップ型がある。
特性としては右図のようにツェナーダイオードを向かい合わせに繋げたような構造になります。動作していない電圧では電極が積層セラミックコンデンサーのようにある程度の容量をもっています。通常 数PF〜 数10PF
しかしながら、クリップするカーブは緩やかで、ツェナーダイオードのような急峻な特性ではなく、電圧を超えると徐々に電流が増えてゆく特性を持っています。もちろん片方がツェナーダイオードとして動作している時は反対側は通常のダイオードのように動作しています。
 代表的な製品としてSMD部品ではKOAのチップバリスタ ではバリスタ電圧は 12Vの 0603製品から 6〜 30V程度の 3216製品(サージ電流 50A程度)から 9〜 100V程度の 5750サイズ (サージ電流 1000A程度)のものまであります。これら通常のバリスタは主にDC〜数 MHzの信号ラインを想定して、制御信号やオーディオ出力ケーブルなどバリスタ追加による浮遊容量増加が無視出来る用途です。
最近ではポリマーを使った小型の保護素子も出てきました。

Ind_img04

 携帯電話のアンテナ端子などこれら付加容量が無視出来ない用途では積層させるのではなく、一対の非常に狭い間隔で金属を向かい合わせてアーク放電させて高電圧を逃がす構造として造られた、 MURATAの超低端子間容量のESD保護素子 など1005サイズの小型で容量が 0.05PFなどという製品も出てきました。(電極ギャップを使うので数10Vというバリスタ電圧はできませんので、だいたいピークで数100V程度の保護となります。
しかしながら静電気の電圧は試験時でも 1KV程度の電圧を 150PFのコンデンサーにチャージさせ330Ωほどの抵抗で印加するので、その電圧から比べたらかなり電圧を制限出来ていると考えられます。
 また、通常のバリスタはサージ電流が流れると半導体セラミックスが劣化しするので、回数による寿命がありますが、上記素子はそれがないのがメリットでもあります。

高周波で雷に対する保護は?
20130123_103654
携帯基地局のアンテナ等、雷による誘導電圧、サージノイズに対する保護は、ガス等の放電を利用した大電流保護のアレスタが有利です。両端に比較的大きな金属端子をもったセラミックケースの中にガスが入っている構造です。チップタイプもありますが、1KAもの大きなサージ電流を扱うのでSMD型でもあまり小型のものはありませんが、静電容量が 0.3PF程度で、サージ耐量が500A取れるOKAYA3216サイズ や、同じくらいの大きさのリードタイプのものも出てきました。
豊富な種類があるので選ぶのに迷うほどですが、重要な点はこのデバイスの端子にはピークで 1KA程度流れるということです。ですから、配線のパターンはGND側は出来るだけ幅広くかつGND端子(ネジ)に近い配置にする。信号側は出来るだけ入力の端子に近いところに配置するなどの注意が必要ですね。
Gdt

2013年1月18日 (金)

YAESU FT101Z 周波数カウンター入力部回路図追加

YAESU FT101Z の周波数カウンターの入力部分の回路を SCHEMATICS に追加しました。
増幅段に ECLを使っていますので、ECLの実践的な使い方を見るのに良い回路だと思い記載しました。
Ft101zcounter
FETである程度増幅して ECL(MC10116)の入力感度レベルの 150mV 以上を確保します。
ECLの入力はバイアスを加えることが必要で、差動の2つの入力とも IC内部の VBB という端子から 2.2KΩでバイアスをもらっています。
出力段は必ず終端抵抗が必要で、ここでは 510Ωですべての出力端子を終端しています。ICのもっている3段を有効に使い、最終段でPNPトランジスターを駆動しています。この最終段では220Ωで正帰還をかけて High/Lowの変化途中のノイズを減らしている効果を得ています。
 最終段の1KΩと0.01µFに繋がるダイオードの働きが不明ですが、ECLの出力からのダイオードの向きを見ると、トランジスターが ONするにはこの1kΩでベースをGND側に電流を流すのですが、トランジスタのコレクタから High Level 出力されるとここの電位が上がります。OFFの時はベース側のダイオードのよってもチャージされますがダイオード2個分電圧が下がりますので、次の ONする動作には悪影響はありません。
想像すると、トランジスタのベース電位をある程度確保して ON/OFFする際のベース内電荷移動量をへらしてスピードアップさせているのではないでしょうか?

2013年1月12日 (土)

フクシマのお米を買いました

震災前には近くのスーパーでもあった福島産のお米が、最近では全く見られなくなっています。

確かに震災直後23年度の米の放射線検査で、出荷見合わせの地域があったからでしょうが、24年度はすべて基準値をクリアしているそうなのです。
20130112_131338
この表示は福島県のホームページからなのですが、出荷禁止になったときはマスコミが騒ぐのですが農家ががんばって水田を改良・除染してせっかく問題無い米を作っても、ちっとも宣伝すらしてくれてないですね。
で、今回頼んだのはここ
Toptitle
 コシヒカリもあるのですが、福島らしい
24年産《新米》五百川米 10kg
にしてみました。
一昨日届いてまだ食べてはいないのですが、おまけに野菜と手書きのお礼状も入っていました。
6
福島のネット販売をまとめたページがここにありました。
すこしでも協力したいですね。

2013年1月10日 (木)

出力インピーダンスのはなし

出力インピーダンスとはOutput

よくいわれる出力インピーダンスという言葉ですが、具体的には回路のどこで決まるのでしょうか?
簡単なエミッタ接地回路で考えてみます。
右図のようにコレクタ抵抗を Rc エミッタ抵抗をRe、負荷抵抗を RL とした場合の電流の流れ方を考えてみます。
LineOut
用の回路を例にとります。オーディオのライン出力はインピーダンスが高く、約 10kΩ程度を考えます。この場合交流的に瞬間に出力出来る電圧を考えます。
1)ハイレベル側
 コレクタ抵抗を 1kΩとすると負荷 10kΩには交流的には 10µFを考えなくて良いのでハイレベル時の電圧は、電源電圧の 10V をコレクタ抵抗 1kΩ と負荷抵抗10kΩの分割と考えられます。計算では約 9.1V 。
2)ローレベル側
 ローレベルはエミッタのコンデンサーがAC的にはショートと考えられますが、出力する場合はコレクタ電位はこの電圧も関係します。トランジスタのコレクターエミッタ間飽和電圧 Vce の 0.3V程度を加えて 1.2V程度になります。
以上から、約 8Vp-p の信号を出力出来ることになります。
Speaker
を繋げたら?
スピーカーは 8Ω とすると上記と同じ計算では
1)ハイレベル側
 10V を 1kΩと 8Ω で分割するので、8Ω上では 80mV しか出せないことになります。
2)ローレベル側
 エミッター抵抗より負荷の方がかなり小さいので、トランジスタがONしてもコレクタ抵抗に流れる電流の増加は僅かで、上記計算のハイレベルよりやや電圧が下がる程度です。
やはり、普通のオーディオライン出力にスピーカーを繋げてもならないのはこういった訳なのです。
それではどうしたらいいのか
上記回路だったら、コレクタ抵抗を 10Ωぐらいにします。エミッター抵抗も1Ωにしてやれば、
1)ハイレベル側
 10V x 8Ω /(10Ω +8Ω) =4.4V となります。
2)ローレベル側
 (10V-0.3V) x 1Ω/(10Ω +1Ω) + 0.3V =1.2V となります。
 Vp-p は 3.2Vとなり、出力として 160mW 程度になります。
 大容量のトランジスタを使えば実用になるかも知れませんが、トランジスタにはこのとき、1A流れますし、中間レベルの 2.8Vを出力する場合、コレクタ抵抗の両端は 10V-2.8V = 7.2V 、10Ωなので電流は 0.72A 電力は5.2W も必要になります。ローレベル時は 10V -1.2V = 8.8V 、 0.88A なので 7.7W となります。
またトランジスタも中間レベル時 c-e 間 2V程度で電流は0.72A で1.44 W消費します。
抵抗で消費させる電力がバカにならないので、最後の回路 Speaker のように吐き出し側と、GND側に両方トランジスタをつかうプッシュプル回路がスピーカーなどを駆動するのが定番です。
これならば 10V電源時に各トランジスタの Vceと保護抵抗の電圧ロスだけですから、 9Vp-p程度は出力可能です。これなら 1.26W も出せる計算になります。
ソフト的には
出力インピーダンスはコレクタ抵抗と関係はありますが、用途によって回路構成が違うのでそれだけでは説明出来ません。しかしながら、上記のように低インピーダンス負荷を駆動できるインピーダンスの低い回路は、トランジスタに電流を流しているのがわかります。高周波では負荷とのコイルやコンデンサーのマッチング回路のフライホイール効果で、正負の両方のサイクルでトランジスターが関わってきます。
常に負荷のインピーダンスを考えて回路定数を設計する必要がありますね。

2013年1月 1日 (火)

新年あけましておめでとうございます。

本年も SUDOTECK をよろしくお願い致します。

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