プルアップ、プルダウン抵抗の選定について

Question

初歩的な質問で出申し訳ありませんが、回路設計においてプルアップ抵抗、プルダウン抵抗を使用する場合の選定方法を教えていただけないでしょうか？
参考書等には必要性などは書いてあるのですが明確な選定方法がかかれておらず調べても探しきれませんでした。初歩的な質問ですが教えていただけないでしょうか。よろしくお願いします。

Answer

基本的なことはJOさんがお答えになっているので、例題で考えてみます。
出力側は時間があれば。

デジタル系だと思いますので、CMOSで考えてみます。
プルアップ、プルダウンとあるので、空き端子処理とは別と理解しています。
　プルアップ、プルダウンが必要な入力側の処理が必要な場面として、前段との接続がコネクタなどで、切断される可能性がある、もしくは、電源投入時に、前段の出力が遅く、電源投入時の入力を確定させる必要がある。　という状況と思います。

まず、データシートを見てください。74HC00を例にとります。
http://www.semicon.toshiba.co.jp/openb2b/websearch/productDetails.jsp?partKey=TC74HC00AP
そこに最大定格の表に出力電流値：25mAとあります。前段の出力がCMOSの場合、プルアップ（プルダウン）抵抗値は、この数値に縛られます。
ちなみに10kΩをプルダウンとして使用した場合、前段の出力がHigh(5V）だと、0.5mAの電流が前段の出力から流れます。10kΩは非常に余裕のある数値といえます。
普通はこの点の考慮だけで事足ります。

次にPlusさんのおっしゃっていた遅延の問題からも数値を考えることが出来ます。
特に前段との接続でコネクタとケーブルで長い配線がある場合、ケーブルの浮遊容量、つまりコンデンサ成分とプルアップ（プルダウン）抵抗によって遅延が生じます。　計算は概算で　2×R[Ω]×C[F]＜T（rise）[S]になるように抵抗値を決めます。Triseは波形の立ち上がり時間になります。

実際の私の経験としては10kΩで十分で、配線の長さが気になる場合で、電力的余裕がある場合は4.7kΩまで落としています。

気をつけなければならない点は、プルアップ、プルダウン抵抗には、前段の信号状態によって、電流が流れているということです。
（空き端子処理ではデータシートにあるように0.1μA程度ですが。）

出力側も同じように、どれだけ流すかを計算します。
例が必要ならば言ってください＾＾

Answer

プルアップ抵抗、プルダウン抵抗にどの程度の電流を流してやれば
目的を達成できるか考えてみたらよいと思います。

単純に電圧だけがほしい場合は、抵抗値が大きくてもいいでしょうし、
ある程度電流が流れないと信号を保持できないような場合は
必要な電流が流れるような抵抗値を選びます。
電流不足で信号の速度が上がらなかったりと言うこともあります。

余談ですが、ターミネータで受けなければいけないところを
プルアップで受けて信号が安定しなかったといった失敗をしたことも・・・

Answer

毎度ＪＯです。
プルアップ抵抗、プルダウン抵抗は入力回路に使用する場合と、出力回路に使用する場合の二通りがあります。

入力回路に使用する場合は、ＣＭＯＳなどのハイインピダンスな入力回路の場合、
入力に何も接続されていないと、入力電位が定まらないので、＋側かー側かのどちらかに入力を固定する為に使用します。
この場合の抵抗値は「接続されるであろう」前段の回路により選択されますが、周囲にノイズなどが有る場合は低めに設定します。
例えば、ＣＭＯＳロジックで前段のＣＭＯＳロジックであるなら１０ＫΩ程度で良いのです、
前段の過負荷にならずに、尚且つ入力オープンの場合でも十分に機能を果たす抵抗値です。

出力回路に使用する場合は、出力回路が「オープンコレクタ」か「オープンドレイン」の場合、
負荷が軽いかオープンの場合、出力電位が定まらないので、＋側かー側かのどちらかに入力を固定する為に使用します、
ＣＭＯＳロジックで負荷がＣＭＯＳロジックであるなら１ＫΩ程度で良いでしょう、
しかし大電流の回路になると、抵抗値は計算によって厳密に求める場合もあります。
いずれにせよ、出力回路のドライブ能力と負荷のインピダンスにより大きく変化します。

詳しい計算方法などは、＃３さんのとおりです、
なお特別な場合として、電池駆動のマイコンなどでは、消費電流を極限まで減らしますので、抵抗値は２桁くらい高くなります。

通常は経験則でだいたい決まります、ただ精度を要求される場合や
アナログ回路などでは、厳密な計算が必要な場合もあります。

プルアップ、プルダウン抵抗の選定方法を教えてください