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KDMS勉強会資料(第三回)

AC特性について

株式会社パソナテック
西日本エンジニアリング事業部
夏谷
アジェンダ



DC特性とAC特性
デバイスの定格





非同期回路のAC特性







setup, hold

AC特性測定時の心得





デジタルのH、L
シュミットトリガー
メモリアクセス例

同期回路のAC特性




絶対定格
定格

何の特性を測るのかを明確に
AC特性がおかしい例

ハードウェアと色の話(補足)
DC特性とAC特性


DC特性(DC characteristics)


電気的に同じ状態が続く時の特性






静的な入出力に対する特性
電源電圧
デジタル回路のH/Lのスレッショルド等

AC特性(AC characteristics)


電気的な状態が変化するときの特性



信号の立ち上がり等
デジタル回路の場合は、主にタイミングの規定

AC特性を交流特性と呼ぶと周波数特性っぽく伝わるので注意。
絶対最大定格


絶対最大定格( absolute maximum rating )



一瞬でも超えてはいけない規定
超えたらデバイスは死ぬ値

HM6216514I シリーズデータシートより
人によっては、「絶対定格」だったり「最大定格」だったりします。
絶対最大定格
多電源ボードの電源投入時の問題

HM6216514I シリーズデータシートより

デバイスにかけている電圧によって、絶対最大定格が変わる。

SoC

v

1.8V I/O
(2.5V tolerant)

SRAM
2.5V I/O
2.5V

1.8V
NG

t

トレラントは耐性の意味。5Vトレラントなら、IO電源が5V
でなくても直結可能。(ただし、データシートの値は必ず
確認すること。)
先に1.8V→2.5Vの順に電源が立ち上がる場合、
1.8Vの電圧がSRAMのI/Oピンにかかると、デバイスが
壊れる。多電源のボード設計には最新の注意を払う。
必ず、実機での電源立ち上がりを確認すること

未使用(接続先の無い)の入力ピンは、基板上でプルア
ップするかGNDへ直結させ電圧を一定にすること。プ
ルアップの場合、上の電源立ち上げ順序に注意。
最大絶対定格


さらに多電源ボードの問題
ボード1

ケーブル

ボード2

2枚のボードがケーブルで接続されている時に検討すること
①全てが接続された状態で、電源投入の順序があるか?
②動作中、片方だけ電源を落としても大丈夫か?
③ケーブルが接続されていない状態(ボード単体)で、電源を入れても大丈夫か?
全ての状態で、デバイスの各ピンの状態が、最大絶対定格に入ることを確認する。基本
はプルアップで対応できるが、それが難しい場合は条件をクリアーするためだけのバッフ
ァICを入れる方法がある。

ボードとICEに電源投入の順序があるのもこれが理由。順番を間違えるとどちらかが破壊される可能性
があるので、指示された電源投入の順番は必ず守ろう。
定格
デバイスの正常動作が保障される範囲

①
②
HM6216514I シリーズデータシートより

チェックすべき項目
①電源電圧
電源電圧が動作中常にこの範囲に入っているか。動作の実行中に測定する。
FPGAであれば、コンフィグ前、コンフィグ中、コンフィグ後でそれぞれ測定。
②入力電圧
基本は全ての信号に対して測定する。ただし、データ線、アドレス線等は、代表
して一本のみの測定とすることが多い。未使用の入力ピンは、プルアップ、プルダ
ウン等の処理を行い、入力電圧を安定させること。
非同期回路のAC特性


デジタル信号のH,L

HM6216514I シリーズデータシートより

v

H

2.2
中間電位
(なるべく避ける)

0.8
L

t

信号のH、Lを確認するときは条件を満
たしているかだけでなく、波形が綺麗かどう
かも確認する。(これは経験がいる。)
傾きがおかしい、ノイズが乗ってる、Lに
落ち切れてない、Hに上がりきれない、等は
基板上に問題がある可能性が高く、原因を
突き止める必要がある。
とにかくたくさん波形を見ること。
シュミットトリガー


H→Lの時と、L→Hの時でスレッショルド電圧が違う。


Hの時はLになりにくく、Lの時はHになりにくい

5V

0V

図はWikipediaから
http://ja.wikipedia.org/wiki/シュミットトリガ

記号

ヒステリシスカーブ

使い道
電源電圧から作るリセット信号など

普通のバッファとシュミットの出力の違い

v

v

立ち上がりがゆっくり
t

t
メモリアクセス例(リード)
チェックポイント
①アドレスが一定な期間
②制御線(CS、LB、UB、OE)が
安定している期間
③それぞれの前後関係
Hi-Zは測定が難しいので通常は
無視するが、プルアップしている
のにLになっていればNG。だれ
かがLに引っ張っている。

HM6216514I シリーズデータシートより

データシートには記載されてない
が、有効なデータ(Valid data)が
出力されている時に、データを取
り込んでいる事も確認する。

メモリのデータ線のような双方向の信号は、誰もドライブしていない時が存在するので、必ずプルアップ抵抗で
電圧を安定させる。LからHi-Zにした時の緩い立ち上がりが問題になるときは、L→H→Hi-ZとHi-Zの前にかなら
ずHを入れるテクニックがある。
メモリアクセス例(ライト)
チェックポイント
基本はリードサイクルと同じ。

一般的にライト信号(WE)の立ち
上がりで書き込み動作が行われ
る。WEの立ち上がりに対して、
各信号が前後どれだけ安定して
いるかをチェック。

HM6216514I シリーズデータシートより
同期回路のAC特性
チェックポイント

同期回路の波形

①CLK自体の品質
- duty比、反射、なまり
②setup, hold

CLK
CS
setup

hold

setup time:
CLKが立ち上がる前に安定していないといけな
い期間。0の時もある。
hold time:
CLKの立ち上がり後、安定していないといけな
い時間。

CLKは周波数が高いため、ノイズ
源になりやすい。CLK自体が反
射により波形が乱れるとご動作
の元となる。

CLKの出力には0Ωで良いのでダンピン
グ抵抗を常に入れておく。反射が激しいと
きはダンピング抵抗で調整する。
CLKは基本引き回さないが、どうしても
引き回す場合はターミネーション等の抵抗
を入れておく。
信号の反射やクロックトポロジーにつ
いての説明は、今回はパス。次回以降。
AC特性測定時の心得


何の特性を測るのかを明確に

SoC/
FPGA

SRAM

・SoC/FPGAの回路の動作確認の場合
- SoC/FPGAの出力している信号が仕様を満たしているか?
- SRAMが出力している信号をSoC/FPGAが正しく受け取れるか。
- 仕様を満たしている話とマージンの話
- 回路の設定値が変更可能な時、どの設定で確認するのか。
これを押さえないとひたすらSRAMの動作確認をする羽目になる。
AC測定でNGの例

①立ち上がり遅すぎ

④電圧が上がりきっ
てない、下がりきって
ない

②反射ひどすぎ

③ノイズ乗りすぎ

⑤変な電圧(信号が
ぶつかってる。)

変な波形を見つけた時は、まず波形データを保存して記録を残す。以後の作業は、作業記録をつけながら
できれば誰かに横で見てもらいながら作業すること。いつの間にか直りましたは絶対だめ!
ハードウェアと色の話(補足)
ATX電源用ケーブルの色

一般的な電源ケーブルの色
+側
赤

白

白

黒

青

白

赤

青

黄
ドキュメントやケーブルなどで、DC電源(電圧)に色を
つけるときは、一番高い電圧(もしくは一番危険/大事な電
圧)を赤、電圧が下がるにつれて、オレンジ、黄色、青と変
えていく。GNDは黒。青は負電圧を表す時もある。

黒

赤

http://www.daw-pc.info/hard/powerunit/powerunit4.htm

-側

黒

温かい色がプラス

常識で考えるとこうという例であって、目
の前のケーブルがこの通りになっている
保証はない。ただし、自分がケーブルを作
るときはルールを守ること。
ハードウェアと色の話(補足)
順番のあるデジタル信号に色をつける場合は、カラーコードの順番に従う
番号

色

覚え方

1

茶

お茶を一杯

2

赤

赤い人参

3

橙

第三の男

4

黄

きしめん

5

緑

ミドリゴ

6

青

青二才のろくでなし

7

紫

紫しちぶ

8

灰

ハイヤー

9

白

白い救急車

0

黒

黒い霊柩車

覚え方は派閥があるので好きな方法で

http://monoist.atmarkit.co.jp/mn/articles/1008/05/news089_2.html

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