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2013年8月31日 (土)

マイナス出力のはなし

マイナス出力とは

時としてインターフェイスでは、デジタル 0 <-> 5Vだけでなく、+12V を必要だったり、 0 <-> +3.3V など多様な電圧が使われています。しかしながら、マイナスの電圧を必要なのは ECL とのインターフェイスだったり、GaAs FETを使ったアナログの高周波スイッチだったりします。さて、デジタルの 0 <-> +5Vからマイナスの電圧に変換するにはどうしたら良いでしょう?Minus_out
 右図一番上は、ECL とのインターフェイス例です。ECL は通常の使い方では Vcc を 0V に Vee を-5Vに繋ぎます。入力の反転電圧は約 -1.4V ぐらいなので、図のように入力と -5V との間に 1Kを2つ直列にした回路にして中央から電圧をとれば、0Vのときに -2.5V +5Vにすると 0Vとなる Vin が実現出来ますので、出力を高速に ON/OFF できます。
もしも数 100MHzで動かす場合は、抵抗値を小さくしてインピーダンスを下げます。周波数カウントなどの用途で、DC でのカップリングが必要なければ、反転側入力と同じように抵抗を接続してコンデンサーで通常入力と繋げます。
 中央の回路は ON/OFF が目的の低速のインターフェイスです。この回路は入力を 5V のツェナーダイオードでレベルシフトして、出力側にマイナス電源をエミッター側につけた、エミッターフォロワー回路です。どちらかというとアナログ出力に向いています。
 いちばん下はオペアンプやコンパレーターを使った回路で、オペアンプの電源を±5Vとして広範囲の入出力に対応出来るようにします。マイナス入力のしきい値を 2.5Vぐらいに設定すれば 0/+5Vによって出力は -5V / +5V に変化します。しかしながら、プラス電圧が不要ならば図のように抵抗とダイオードでクリッピングします。ダイオードにショットキータイプを使えば最大電圧が +0.3V 程度に押えられます。
 GaAs FETを使った RF ATT については この記事 を参考にして下さい。

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アナログ」カテゴリの記事

コメント

今晩は、御回答ありがとうございます。こちらの説明不足でしたが、改めて御回答願います。

8ピットの出力5VとゼロVが仮に00001000の場合数字に変えると2の4乗=16となりますが変換して16ー6=10と常に入力のN数字マイナス6のN値が出せる変換機の方法が知りたいです。簡単なデジタルICで可能ですか?

デジタル回路さん
内容は了解しました。
純粋にデジタルICで作るには結構大変だと思います。デジタル回路の本を見れば加算機(フルアーダー)は デジタルゲートで出来ることが判りますが、1ビットに対してXORが2ゲート ANDが2ゲート必要です。この場合減算なので、2の補数を生成して加算すればよいと思います。引き算する値が固定ならば、スイッチで簡単ですが、デジタル入力ですとデコーダー回路が複雑になります。
 実際に作る場合、スピードが要求されるのでしたら、FPGAなどで変換テーブルとして計算して作った方が小型になります。
スピードが遅くて問題ないならば PICのようなワンチップマイコンでプログラムした方が遥かに安価です。
 どのくらいの速度をご希望ですか?デジタル回路にしても使う素子が変わってきますから..

今晩は、御回答ありがとうございます。PICなどは扱った事が無く不安。

速度は遅くても良いと思います。装置はロータリーエンコーダでカチカチ回すと上下にN値が変化します。
引き算足算の値は使う時に固定しますが、実験用でデップスイッチで変更可能できればよいかと思いますが難しいかな。

CQ出版のハムのトランジスタ活用の144MhzデジタルVFOの電子スイッチはMSM510,508と聞いた事が無いICが使われてますが用途は同じかと思われます。ネットで調べてもデータ無し。

さあ困ったここで諦めか?の状態です。

以上 宜しく

加算器のはなし
http://sudoteck.way-nifty.com/blog/2013/09/post-de84.html
を参照ください。個別ゲートICで作るか、74LS283を2つ使って、B側入力に引き算のディップスイッチを繋げ、2の補数に計算した値を設定すれば良いかと思います。
 エンコーダー変換でしたらPICでやるのが簡単ですが、書き込み機やソフト開発環境が必要なので、ちょっと敷居が高いかな?
 急ぎでなければ、空いた時間に実費で開発請け負いますが...
sudoteck@gmail.com
までご相談ください。

こんにちは御回答いつもありがとうございます。74LS283を2個で可能了解です。繋ぎ方ですが2個のICを連動させる為にキャリーアウトインをつけて使わないピンはオープンで良いですか?部品入手してチャレンジしてみます。

TTLなのでオープン時は High 入力と同等になります。Low入力は GND 接続時となります。
しかしながら減算器なので、空き端子はオープン(1入力)で良いかと思います。
 作ったらまたご連絡頂けるとありがたいです。

今晩は、お世話になります。TTLは入力オープンでLow入力はGNDとの事ですが、そうすると入力に5Vと0V来る場合は接続できないでしょうか?規格表で見ると74HC283は同機能とありますが、これの方がよいでしょうか?試作いたしましたら御報告いたします。

スイッチなどでの+5V/OVならば 74LS283で大丈夫です。(0V時にGNDに繋がらない場合は 820Ωぐらいで端子を GNDに繋げておきます。そこに5Vかかれば Highと認識します) 74HC283 の場合は、未使用端子はオープンでなく10kΩぐらいの抵抗で +5Vにするか。GNDにつなげます。CMOSはオープン状態は不安定になります。

今晩は74LS283X2個て作りました。大変ありがとうございます。写真後程送ります。出力信号に510オームとLEDつけましたがIC端子は3.25Vでした。設定にデップスイッチを付けました。8ビット、8ビット入力設定をLにすると出力は10000000となりました。
引き算はどう考えたらよいのか?例えば入力Nが100の場合、設定Nは最大255なので255-100=155となるのかな。そうするとプラスN55とマイナスで同じ事ができると言う意味なのか勉強してみます。

写真送って頂きありがとうございました。
よく出来ていると思います。
そのままでは加算器なので、ご指摘のように 1 を引きたい場合は、255 を足してやれば桁が上がって残りが( -1 の)答えです。
-1 = 255
-2 = 254
...
-10 = 246
...
-100 = 156
ではないでしょうか?
最下位の Carry In のレベルで、動作はちょっと変わるかも知れません。

こんにちは、お世話になります。計算式はその通りでした。ありがとうございます。早速、これでテストして値を出しユニット組込みに作って装置に取りつけて動作バッチリでした。
ただ、プルアップ、プルダウン抵抗の問題ありました。実際に付けて電圧がおかしい場合にRをつけるしか無いのかが疑問です。

C-Mosの4069の出力から78LS283のインへ、アウトは別のC-MosICへと流れますが4069と283の間はRは必要無しで283の出力はプルアップ抵抗10Kで対策、元は10KのプルダウンRがありましたが、これだとダメでした。色々と応用ができるので遊べます。 今後共、宜しく

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