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webadm
投稿日時: 2006-7-17 17:58
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 2990
FLEX10Kの低電圧動作実験
MAX IIで1.8v動作するのは当たり前として、FLEX10Kは5v動作だけど一体どれくらいまで低電圧動作が可能なのか実験してみた。

5vで動作を確認した状態で電源電圧を下げていくと2.5vまでは正常に動作することが確認できた。もちろん一旦電源を取り除いてまた2.5vを与えればちゃんとコンフィグレーションが出来て安定動作するという事である。

さすがに2.1vを切ったとたんに動作が停止してしまう。これは当然かもしれない。MAX IIは内部が1.8v動作なので1.8vまで電源が下がっても問題ないが。

ということで動作実績としてFLEX10Kの5.0/3.3/2.5を追加。
webadm
投稿日時: 2006-7-17 21:07
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 2990
Xilinx Spartan3 XC3S1000につないでみた
拙作プログラミングケーブルが2.5vでも良好に動作することからAtmarkTechno製SUZAKU-Sボードにつないでみた。

XilinxのツールをインストールしていないのでAlteraのツールでの確認。

結果は良好、Jam STAPLE playerのIDCODEで正しくIDCODEが読み出せた。

Quartus IIのautodetectでも同じようにIDCODEが検出されたことからおおむね使える感じ。

しかしALTERA互換のプログラミングケーブルでXilinxのFPGAをプログラミングするツールなどは無いのでこれ以上は確かめようがない。しからばXilinxケーブル互換を作るしかないか。
webadm
投稿日時: 2006-7-18 14:43
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 2990
秋月で売っている小信号用FET
ネット通販のページに出てくる秋月のFETの中で外観からして小信号用だとわかるものをCQ出版のFET規格表で調べてみた。

2SK30A JFET NチャネルDtype 用途:LF LNA A
2SK125 記載されていない、秋月のページによるとUHF帯までのLNA

ということで小信号トランジスタ風のパッケージのものはどうもLNA用途らしい。JFETでしかもDtypeなのでスイッチング用には使えない。

あとはチップタイプのMOS FETが使える可能性あり。

2SK1772 NチャネルMOS Etype 用途:HS PSW DDC, Rds(on) 0.6オーム Ton 35ns
2SK1062 NチャネルMOS Etype 用途:HS,SW,A-SW, Rds(on) 1オーム Ton 14ns 2SJ168とコンプリメンタル

これらはまあまあ使えそうでもどっちもNチャネル。

FDS4675 PチャネルMOS ?type 用途:? Rds(on) 13mオーム
uPA2753GR dual NチャネルMOS Etype

PチャネルMOSではFDS4675という感じ。FDS4675はEtypeかどうか調べる必要有り。

とりあえずdual FETとチップタイプを買って試して見る予定。

P.S

よく調べたらチップタイプのは売り切れらしい。まあもともとVgs(off)がちょっと高めなので使えない可能性はあったけど。
webadm
投稿日時: 2006-7-18 20:37
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 2990
dual FETパッケージでもよさそうな気がする
PチャネルMOS FETでEnhancedタイプが2つあればちょうど2回路分のバッファが構成できるのでそっちのほうがコンパクトでよさそうな気がする。

FDS4935 Dual PチャネルMOS FET

これなんかが入力側のバッファに使えそうだ。いずれ実験してみよう。


webadm
投稿日時: 2006-7-18 21:40
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 2990
若松通商のFETとCQ出版のFET規格表
いつも利用している若松通商はFETの在庫が豊富でちょっと調べるのがおっくうなぐらい。

で今回おめあてのものがあるか調べてみたところ、ものの見事にJFETだらけでその中からMOSのものをかろうじて見つけ出せる始末。

どうも古い型番のものもあってCQ出版のFET規格表に載っていないものも多い、それと写真でSONY製のがあるがSONY製はFET規格表に載っていない。オーディオ用とパワースイッチング(電源、モーター駆動やソレノイド駆動)用のものが大半を占めている。

それと気づいたのがCQ出版のFET規格表の最後には沢山のパッケージ図面が載っているが、これがどうしようも無いことに一般的なパッケージ名称(TO-xxxとか)が一切記載されておらずただ通し番号が振られているだけで、各FET欄に記載されているのが一般的なパッケージ名なのでどう考えてもくその役にもたたない。一体これを作成した人は何を考えていたんだろう、後で各FET欄のパッケージ名を通し番号に置き換えようとしたのだろうか、いずれにしてもお粗末な話である。これを買う方が間抜けだと言われても仕方がない。各FET欄はパッケージ名のままでいいから、図面の方にちゃんと何のパッケージ図面なのか記載してくれればいいのに。

話をもとに戻そう。

2SK294 NチャネルMOS Enhanced Rds(on) 0.56
2SK982 NチャネルMOS Enhanced Rds(on) 1 ton=14ns toff=75ns
2SK1467 N MOS E Rds(on) 0.3 ton=18ns toff=60ns
2SK2556 N MOS E Rds(on) 0.078 ton=15ns toff=50ns
MMDF3N02HDR2 dual N MOS E Rds(on) 0.16

このぐらいしか結局めぼしいのはなかった。よく見るとPチャネルMOSは皆無だ。それ以外の低電圧用は大抵オーディオ用、低ON抵抗というのは大抵モーターや電磁石駆動用。小信号小電流なら特に低ON抵抗にはこだわらなくても良い感じだ。高耐圧のものは大抵大きいパッケージでゲート容量も巨大でスイッチングが遅い。

それにしても結局データシートを見ないと良く分からないということが判明した

P.S

よく見たら国内メーカー製のものはパッケージの名称と併記して図面の通し番号が記載されていることに気づいた。ここまでやったのなら各図面の方にパッケージ名称を記載してほしい。

あとロジックレベルで使用するにはVgs(off)の値も重要なのに気づく。この閾値が十分低くないと(少なくとも0.7v近辺)うまくない。
webadm
投稿日時: 2006-7-19 16:21
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 2990
千石電商のFET
そういえば千石でもFETがあったと思い出し調べてみた。

結果は惨憺たるもの。ほとんどがオーディオパワーアンプ用、パワースイッチング用、モーター制御用途ばかりでパッケージも放熱版に貼り付けられるタイプの大きなものばかり。小信号用や高周波用はまったくなかった。ロボットとかアンプ作るのには便利かもしれない。
webadm
投稿日時: 2006-7-20 18:33
Webmaster
登録日: 2004-11-7
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投稿: 2990
Xilinxのdownload cable
XilinxのCPLD/FPGAは千石電商とかでも在庫してたりして比較的入手しやすいので普通の趣味ではそちらがよいのは確か。

それでXilinxのdownload cable互換なものを作ろうと調べたら最新のものは1.5〜5.0vのすべてのコア電圧に対応したdownload cable IVらしい。

それ以前にあったdownload cable IIIというのは回路図が公開されていて皆それを下に互換ケーブルを作っているとか。

Xilinxのdownload cable IVはデータシートとかを読む限りではかなり厳密なタイミングを考慮して作られているらしい。クロックも10MHz以上をサポートしている。パラレルケーブルでも信号の遅延は最大10nsと小さい。実際にどれくらいのクロックスピードで使えるかはケーブルだけでなくターゲットボード上の特性にもよるのでなんともいえないが、XilinxのプログラミングツールであるIMPACTでは転送レートを設定できるらしい。なので性能の劣るインチキケーブルでも転送レートを落とせばなんとか使うことはできる。

Xilinxのdownload cable IVのデータシートにはTDOのサンプルタイミングが解説されている。それによるとTDOが変化した後の次のTCKの立ち上がり付近でやるようだ。すなわちかなり安定した状態で次の立下りの少し前で行うらしい。これならどんなスピードでも確実に正しい状態をサンプルできそうだ。誰が考えても普通はそうするだろうけど。

download cable IVのデータシートは詳しくて入出力回路にどういう仕組みを使っているか解説がしてある。入力側はショットキーダイオードスイッチとコンパレータを使用している。コンパレータを使うアイデアは確かに良いが基準電圧を一定に保つために安定化電源が必要になる。download cable IVは外部電源を必要とする。パラレルケーブルの場合、DCアダプタを差し込むようになっている。もしくはPCのマウスやキーボードポートから5vの電源を取り出す変換ケーブルがついている。USBはUSBの給電を利用。

拙作のケーブルも外部電源にすれば問題は解決するのは確か。しかし実際にはもうひとつケーブルをぶら下げるのは面倒なのも事実。USBケーブルつないで給電だけ利用するという手もあるが。

いずれにしてもコンパレータを使うのは将来暇があったら実験してみるとして、基本的には前作った回路をベースにdownload cable IIIに準拠したピンアサインの回路を起こすことにしよう。

今度は秋月で売っているチップタイプのトランジスタやFETを使うかもしれない。それによって基板はコンパクトになるかも。回路修正が大変な気もするけど。

DC-DCコンバーターの実験もやってみたい。

まずはdownload cable IIIの仕様を少し整理しないと。
webadm
投稿日時: 2006-7-21 13:24
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 2990
バッファ遅延時間の問題
あと拙作のプログラミングケーブルの現状の性能に問題があるのはバッファの遅延時間である。長いタイムスケールで見ると気にならない程度だが、拡大掃引すると立ち上がりの50%のところで入力から出力の遅延時間を計測すると50ns以上ある。更にJTAGではTDOがTCKの立ち下がりを受けて変化するので入力バッファでも同じような遅延があるとすると往復で遅延が100nsを超える。もしJTAGソフトウェアが十分短い遅延時間のプログラミングケーブルを前提にTCKの立ち下がりからTDOの遅延時間分しか待たないでTDOをサンプルしているとすれば拙作のプログラミングケーブルではセットアップ時間を満足しないのでサンプルデータに誤りが生じる。



たぶんMITOUJTAGはそんな感じなのかもしれない。Quartus IIとかは次のTCK立ち上がりのタイミングまでTDOサンプルを遅らしていると思われるので拙作のプログラミングケーブルでも問題なく動作する。

いずれにせよ遅延が大きすぎるのを直せば1.8v動作時のMITOUJTAGでの問題は無くなるのではないかと予想される。

もう少し高速なトランジスタを使えばいいのかも。今使っている2SC1815は遮断周波数が80MHzだが秋月とかにその10倍ぐらいのトランジスタが売っているのでそれを使えば少し応答性能が良くなるのかも。それかton/toff時間の短いFETを使う方が早いのかもしれない。
webadm
投稿日時: 2006-7-22 10:58
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 2990
TCK-TDOターンアラウンドタイム
気になるので実際に拙作プログラミングケーブルのプリンターポートからのTCK入力立ち下がりからプリンターポートへのTDO立ち上がりのターンアラウンドタイムを観測してみた。



入力側のバッファはエミッタ接地が2段なのでとてつもなく立ち上がりがなまっている。立ち下がりはどうでもいいのにシャープすぎるというアンバランスなのを思い出した。

1.8V動作のMAX IIで観測したものだが、LPT_TDOのレベルがやっとTTL閾値の2.1v付近に達するのにだいぶ時間がかかることが分かる。次のTCKの立ち上がりの頃には十分安定しているが、それ以前にサンプルされると誤りが生じる可能性が十分ある。

これを改善するには、

(1)立ち上がり特性を良くする
(2)出力レベルを上げる

のどちらかもしくは両方が必要。

2.5v動作では(2)が改善されるのでMITOUJTAGも問題なく動作するのでどちらかというと出力レベルをもっと上に引っ張り上げるのがよさそうである。しかしそれはそれで難しいところ。
webadm
投稿日時: 2006-7-22 13:27
Webmaster
登録日: 2004-11-7
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投稿: 2990
入力バッファの性能
ブレッドボードに入力バッファの回路を組んでファンクションジェネレータと可変出力電源で5/3.3/2.5/1.8vのそれぞれのケースで特性を観測してみたところそれほど悪くない。

遅延は100ns以上あるが、それほど悪くはない。ただし負荷はオシロのプローブだけの状態、無負荷に近い。

実際には長いプリンターケーブルとその先にはプリンタポートの入力バッファがつながっている。

少し抵抗をつけて負荷を与えると、とたんに立ち上がりがなまってしまう。

最終段のトランジスタの電源電圧が5vあれば、入力レベルが0.6vを超えれば4vぐらいのレベルが出力として維持される。申し分ない。

しかし実際のプログラミングケーブルでは最終段のトランジスタの電源はターゲットの電源からドロップダウンしているのでターゲットの電圧が下がると最終段の電圧も下がってしまう。

ここが問題である。
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