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レベルシフトが必要ですか?
2023/10/18 18:43
- ICのデジタル出力信号を別のICのデジタル入力に接続する際、電圧レベルの変換が必要ですか?
- ICの出力信号が+6VでON/OFFし、受けるICの電源は+3Vです。回路上、-3Vと受信側チップのGNDが共通になっているため、受信側から見ると+6Vになります。
- 最も簡単な方法は、10K x 2 の抵抗の分圧を使用することです。この方法で問題なく+3VでON/OFFすることができます。
レベルシフト
2011/02/24 17:32
初歩的なことで恐縮ですが質問させてください。
あるICのデジタル出力信号を別のICのデジタル入力に
接続したいと考えています。
受けるICの電源は+3Vですが、接続したい出力信号が+6VでON/OFFするのです。
出力するチップが±3V電源を持っているためなのですが、
回路上、-3Vと受信側チップのGNDが共通になっているので、
受信側から見たら+6V、というわけです。
このような接続方法で簡単な方法は何があるでしょうか?
自分なりに調べて、最も簡単そうな方法(10K x 2 の抵抗の分圧)
でやってみたらとりあえず+3VでON/OFFするようになったので
問題なければこれで行きたいのですが、これで何かマズいことはありますか?
回答 (3件中 1~3件目)
設計された回路を何に使うかで方法も変わってくると思います。
・量産品に使う
・ワンオフ的な製品に使う
・実験に使う
・ホビーユース等々
量産品に使う場合は、妥協せず、レベルシフト回路を組みましょう。何万台の製品が出来上がった後に市場で不良が出た時にその部分の不具合であった時に目も当てられません。不安要素の無い設計をしてください。
簡単な例では、フォトカプラを利用してレベル変換するのが良いとは思いますが、フォトカプラもLED側に流す電流を考えないとLEDの寿命が極端に短くなるのでご注意をフォトカプラの使い方は、http://www2.renesas.com/opto/ja/technology/usage/index.html
あたりを参考にされると良いと思います。
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受け側のICの入力インピーダンスが高いこと(バイポ-ラICではなく、CMOS
などの入力構造であること)動作速度が高くないことが満たされれば、#1
さんご回答のとおりで宜しいかと思います。
μs以下の応答速度が必要だったり、受け側のICがバイポーラだったりする
場合は、きちんと設計したバッファー(レベルシフト)回路が必要になると
思います。
レベルシフトを行うのにフォトカプラを用いることは長所ばかりではありま
せん。
フォトカプラの伝達特性バラツキの範囲が広いので、レベルシフトの特性も
バラツキが大きくなる傾向を否めません。また、伝達特性は継時変化(劣化)
するので、変化を見込んだバラツキ設計をしておく必要があります。
さらに、フォトカプラの伝達速度は通常の論理回路に比べてずっと遅いので
受け側の信号の変化がゆっくりとなります。「めったにON/OFFしない、高速
性も必要ない」とのことですが、ロジック信号が中途半端な電位を通過する
際は誤動作などの問題を起こしやすくなりますから、信号がだらだら切り替
わることは避け、すぱっと切り替わることが望ましいのです。
フォトカプラを使うことのメリットは、送り側と受け側の距離が離れている
ような場合で、両者のグランド電位間にノイズが入り込むような場合です。
(このようなノイズをコモンモードノイズと呼びます)フォトカプラを使う
ことで、コモンモードノイズの影響を遮断し、信号成分だけを伝達できる
ようになります。
「受け側は(たぶん)CMOSで・・・・・」
アマチュアの趣味の世界ならば、「たぶん」で設計することもあると思いま
すが、プロの世界では、「もしかして受け側のインピーダンスが低い可能性
がある」のであれば、駆動力のあるバッファーを設けることが当然です。
インターフェースの仕様を曖昧なままにして設計を進めることは避けるべき
です。
お礼
2011/02/25 08:56
回答ありがとうございます。
受け側は(たぶん)CMOSで、汎用入力ポートです。
信号自体は、チップが動作しているかどうかの信号線なので
めったにON/OFFしないものですし高速性も必要ありません。
なので、分圧で構わないですよね。
おっしゃる「レベルシフト」は、#3様の言う、フォトカプラで
よいでのしょうか。
抵抗分圧で良いんじゃないですか。
周辺がどうなってるか分かりませんが
もしも、インピーダンスがどうのこうのとなったら
ボルテージフォロアでもかませておけば問題ないと思います。
インピーダンスの件は、ほぼ同じです。
フォトカプラでとの意見も出ていますが
速度(タイミング)と消費電力が許せば
絶縁が出来るというメリットがあるので
良い方法だと思います。
お礼
2011/02/25 08:52
回答ありがとうございます。
インピーダンスが・・・というのは、#2様の言う
入力インピーダンスが高いこと、というのと同じでしょうか。
ボルテージフォロア・・・言葉しか知らないですが調べてみます。
お礼
2011/02/25 09:00
回答ありがとうございます。
量産品です。
極力部品は増やしたくないのですが、きちんとするならフォトカプラなどで
ということですね。
大変参考になりました。
低速で、めったにON/OFFしない信号線なので、
とりあえず分圧で進めてみようかと思います。
もし今後不都合が出そうなら、ご教授いただいたフォトカプラで
考慮してみます。
本当にありがとうございました。