羽岡哲郎ブログ

電子部品を扱っていると、CMOS出力端子のドライブ能力や出力抵抗について質問を受けることがたまにあります。通常、データシートには記載されていませんが、これについて、最近 IBIS モデルから簡単に算出可能であることを知ったので、記載しておきます。 ただし、私は IBIS の知識はほとんどゼロなので、ここに記載していることは正確ではないかもしれません。もし誤りに気づかれた方は、ご連絡ください。 IBISから出力抵抗を求める方法 IBISファイルを開いて（テキストエディタで開けます）、目的の出力ピンモデルの [Pulldown] セクションに飛びます（[Pullup] でもいいのですが、ここでは [Pulldown]を選びます）。[Pulldown]の下には、空白で区切られた数値が一行につき４つ並んでいます。左から、端子電圧、端子に流し込む電流の Typ, Min, Max値です。基本的に、端子電圧を電流値で割ったものが出力抵抗ですが、電圧が大きくなると、線形性がなくなってくるので、なるべく電圧がゼロに近い正の値のところを使います。電流は基本的にTyp値を使用します。 例えば、 0.10      5.78mA     5.73mA     5.81mA という記述を使う場合は、電圧 = 0.10V = 100mV、電流 = 5.78mA (Typ) なので、 出力抵抗 = 100 / 5.78 = 17.3 オーム となります。 IBISからドライブ能力を求める方法 ドライブ能力を求める場合も、同じく[Pulldown]セクションを見ます。与えられるVOL（3.3V CMOSの場合には VOL = 0.4V）に対応する電流値（Max値）が、ドライブ能力です。 出力抵抗を求めたのと同じ IBIS からドライブ能力を求めると、0.4Vに対応する電流は 23.56mA だったので、おそらく24mAドライバと考えて良いと思います。 ちなみに、IBISを見るには、 HyperLynx Visual IBIS Editor が便利です。V-Iカーブもグラフに表示できます。 データシートの VOH/VOL 値からはドライブ能力は分からない データシートに記載されて...

仕事上、Synchronous Ethernet, IEEE1588, NTPなどの同期技術の話を聞くことが多いのですが、「そもそも、なぜ同期が必要となるのか？」という素朴な疑問を抱き続けてました。Iこういう世界では良くあることですが、同期技術の専門家は、同期の仕組みについては詳しいのですが、その技術が要求される理由についてはあまり考えたことがないようで、こういう素朴な疑問にうまく答えられないのです。 「それなら、自分で考えてみよう！」ということで、出て来た答えをここにまとめてみました。 周波数同期が必要なのは、リアルタイム通信システム 周波数同期が必要となるのは、リアルタイム応答 (real time response) が要求される通信システム、つまり、「リアルタイム通信システム」です。 リアルタイム通信システムでは、入力に対して即時の応答（＝出力）が要求されます。つまり、入力から出力までの応答時間（レイテンシ）が非常に小さいことが要件となります。 そのようなリアルタイム性が要求されるものは、身近なところでは「電話」があります。電話は、リアルタイム性が求められる、通信システムです。音声が相手に伝わるのに10秒もかかってしまうと、会話が成立しません。理想的には、電話のレイテンシはゼロであってほしいのです。 電話と同じ理由で、テレビ会議システムもリアルタイム性が求められます。 オンラインのビデオゲームも、ネットワーク上で複数のプレーヤーが対戦するアクション系のものは、リアルタイム性が必須です。 音声やビデオのストリーミングにおいても、生放送のように、「同時性」が重要なシステムの場合には、リアルタイム性が求められます。 そのほか、高度なリアルタイム応答が求められるのは、工場の製造ライン、発電所や変電所などの制御システム、金融業界での高頻度裁定取引システムなどがあげられます。 【リアルタイム応答が要求される通信システム】 電話 テレビ会議 オンラインビデオゲーム 工場制御システム 変電所制御システム 金融取引システム なぜリアルタイム通信システムで周波数同期が必要なのか リアルタイム通信システムで周波数同期が必要な理由は、送信側と受信側で周波数が一致していないと、必ずデータの取りこぼしやデータ...

電子回路設計の話になってしまいますが、今日はHCSLで登場する、33オームの直列抵抗の存在理由について解説します。 終端処理について調べているうち、PCI Expressで使われるHCSLドライバの終端処理になぜ33オームの直列抵抗が必要なのか疑問に思いました。 というのも、HCSLドライバは電流駆動型です。ONのときに14mAの電流を出力し、ＯＦＦのときにはHigh-Zです。したがって特性インピーダンスが50オームの伝送路の場合は、終端処理用の50オームの並列抵抗があれば十分なはずです。しかし、通常の推奨回路には、33オームの直列抵抗もあります。 そこでちょっと調べてみると、インテルが提供する Pentium4のアプリケーションノート にその説明が見つかりました。 この説明によると、33オームの直列抵抗は、出力ドライバの寄生容量の影響で発生するオーバーシュートを減衰する、ダンピング抵抗の役目をもっているそうです。インテルの実験結果によると、33オームがダンピングの効果が十分得られる最小の抵抗値であったようです。 ちなみに、この抵抗値を大きくすると、より大きなダンピング効果が得られますが、スルーレートが低下しますので、信号品質がPCI Expressの規格にミートしなくなるおそれが出てきます。また、ON時の出力ドライバ側電圧が高くなりますので、大きすぎる直列抵抗は動作不良の原因となります。 インテルが推奨するドライバ側の最大電圧は1.2Vなので、直列抵抗値は最大35オーム程度です。すでにギリギリの値が推奨されていますね。 以上、HCSLの33オーム直列抵抗についての説明でした。

伝送路の特性インピーダンスがぼんやりとしかわからないまま、これまで過ごしてきたのですが、このままではいかんと思い、自分なりにWikipediaで調べ、シミュレーションを動かしてみて、パラパラ漫画のような図を描いてみて、ようやくわかってきました。 そして、すばらしいサイトを見つけてしまいました。 http://members3.jcom.home.ne.jp/zakii/transmission_line/0contents.htm いままで見てきたサイトで、ここまで丁寧に図解までして説明しているところを見たことがありません。 特に、 終端抵抗の効果の説明 。ようやく送信側で終端処理した場合の電圧分布の動きが理解できました。やはり、伝送路の受信側では反射が起きているわけです。 このサイトを見る前に、自分でいろいろ四苦八苦したのが効果的だったと思います。 ところで、当たり前ですが、伝送路上であっても、電気信号＝電磁波なのですね。そして、光も電磁波です。つまり、（電気信号の伝播速度）＝（光の速度）なのです。 しかし、今後はやはりラプラス変換をきちんと使えるようにならんといかんなと思ってまいます。今年の課題のひとつです。