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webadm
投稿日時: 2006-3-12 19:52
Webmaster
登録日: 2004-11-7
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投稿: 2990
Programming Cableのこととか
byteblasterで検索した結果が膨大で全部チェックするのにまだ当分かかりそうな雰囲気。見ているといろいろおもしろいことが発見できて楽しい。

ALTERAの純正のbyteblaster等のProgramming Cableがちょっと手が出せない感じの高値に設定されている理由が検索結果からちょっとわかってきた。

ヒューマンデーターさんがかなり廉価なbyteblaster準拠のProgramming Cableキットを販売していることは知っていましたが、ALTERA純正のケーブルの内部基盤の写真も掲載されていてそれを見ると全部トランジスタ回路でできていたという慟哭の事実を知ることに。良く考えれば1.8〜5.0vとかのすべてのcore電圧に同一の回路で対応するには標準のロジックICではだめで、プリンターポート側は5.0VのTTLでFPGA側がCore電圧に対応したロジックレベルでという複雑な条件をシンプルでコンパクトな構成で実現するにはトランジスタ回路ということになるのはうなづけます。

ヒューマンデータさんのサイトには内部基盤の写真も掲載されていて、プリンターポートからFPGA方向はTri-stateのバッファを4つのトランジスタで構成、FPGAからプリンター方向は2つのトランジスタでバッファを構成しているのが見てとれます。

ここまで見てしまうと、やっぱり自分で作ってみたくなります。ということで秋葉原に行くついでに書店に寄って、「定本 続トランジスタ回路の設計」を買ってきてトランジスタによるスイッチング回路の勉強をすることに。

興味がわくと今までそっぽを向いていた分野が俄然おもしろくなってくるのは不思議。スイッチング回路だけでなくFPGAのcore電圧から5.0VのTTL電源を昇圧発生させるDC-DCコンバーターも比較的簡単にトランジスタで構成できることもわかった。

本屋の書棚を見ても残念ながらJTAG関連技術を解説した図書はひとつも見つけることができなかった。現在ではCPLDやFPGAそれにCPUで共通に利用されている技術だけに残念でならない。これはもう内藤さんに書いてもらうしかないかもしれない。

昔はなかった最近では一般に当たり前の用に使われている無線と変調方式の図書も新刊で出ていた。それとD級アンプ。どちらもこれから勉強して触手を伸ばしたいと思っていた分野。D級アンプは最近ロボットのモーター制御とかでおなじみのPWMが使われているのでもしかしてFPGAとかでもできるのではないかと思ってしまう、素人考えである。

久しぶりに秋葉原に行ったらメイドさんとすれ違う機会が増えた。昔はガラス窓越しにメイド喫茶の中のメイドさんがちらっと見えただけでも見てはいけないものを見た気分に。

話を元に戻すと、ALTERAのJTAGケーブルはおそらくどっかに設計から製造を委託しているのだろう。性能や機能もさることながら信頼性が要求されるし、いいかげんなところには作らせるわけにはいかないに違いない。それだけにインチキケーブルで動かないとかプログラミングできないとかいう問題を解決するには、本当にトランジスタ回路を理解できる知識がないと太刀打ちできない気がする。

やはりこれはトランジスタ回路でプログラミングケーブルを作るしかないようだ。
webadm
投稿日時: 2006-4-2 21:30
Webmaster
登録日: 2004-11-7
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投稿: 2990
Spiceを使う
万年時計がEPF8282に入らなかったことが発覚してEPF10K10なら余裕ではいることから急遽EPF10K10を使った万年時計を作ることに。

優先順位が低かったALTERAのプログラミングケーブルの自作が急浮上してしまった。

とりあえず万年時計の材料と一緒に小信号増幅用のNPN,PNPトランジスタを余分に購入したのでそれを使ってなんとかなるかどうかというところ。

「定本:続トランジスタ回路の設計」を読んでみてもいまいちピンとこないしトランジスタを複数段にした場合にどうなるか教えてはくれない。そこで回路シミュレーターでSpiceがあったことを思い出し調べてみることに。

CQ出版やトラ技とかでよく紹介されているOrcad社のPSpiceは正価は150万もするということが判明。評価版をダウンロードするのも敷居が高そうなので、CircuitViewerとかWinspiceと5Spice Analysisを試してみた。

WinspiceはオリジナルSpiceをwindows上に移植したものでそのまんまという感じ。それをエンジンにして回路図エディタで回路を入力できる5Spice Analysisは手が届く値段だが評価するにも用意されているトランジスタのモデルがPNPトランジスタ1個しかない。グラフプロットとかは十分な機能をもっていて使いやすいが、試したいことができなくて購入先送り。

CircuitViewerは試用制限が部品数8個できついもののNPNトランジスタモデルが提供されているので、それでインバーター回路を2段組み合わせて1.5〜5.0vまでの範囲でレベル変換をかねたバッファが組めることを確認できた。入力バッファはこれでいける。

あとは3stateの出力バッファを4つのトランジスタで組むのにどうするかというところ。入力段は5.0v電源で出力段が1.5〜5.0vで可変。レベル変換をうまくやらないと終段のトランジスタのベース電位がコレクタ電位よりも高くなってしまう。これは心配である。

仕方がないので時間があるときにオリジナルSpiceのネットリストとモデルを作成してそれでいろいろ試してみよう。

とりあえずはEPF10K10では1.5v対応は必要ないので昇圧回路は後回し。

そういえば20年前にSpiceをELXSI System 6400に移植したことがある。現在では移植性のためにC言語で書き直されたバージョンだが、昔はFortranでかかれていた。それでも十分移植性が高くfortranでかかれた部分はまったく無修正で済んだ。問題は実行環境に依存したメモリーアロケート関数をアセンブラでもCで書き直すだけだった。モデル中の部品ノード毎に小さなメモリブロックを割り当ててネットリストを内部で構成するのに頻繁に使用されている。といってもメモリー確保の標準関数とメモリーコピーの手続きだけを書き直せばいいだけだった。すぐに移植は済んで依頼されたベンチマークテストを実行することになった。引き合いのあった顧客から提供されたネットリストを実行してその結果が印刷されるまでの所用時間を計るというだけだった。VAX/VMSでは10分かかるというらしい。

実行してみたら、一瞬のうちにプリンターがうなりだして出力波形のグラフプロットを印刷しだした。きれいな方形波がアスキー文字プロットでラインプリンタから流れてでていた。所用時間は出力結果にも印字されているが数秒とかからなかった。VAX/VMSと比べてMIPS値は数倍程度だが汎用機の技術でできたフローティングポイント演算ユニットやメモリシステムの故に比較にならないほど性能差が出たのだろう。それでもELXSIはVAX/VMSよりも先に歴史から消えた。

さっきインターフェース誌を見たら最近はSIMetrix/SIMPLISが紹介されているらしい。2万円でモデルライブラリもある程度入って手頃感が。ケーブル完成品が買えそうな気もしないではないが。
webadm
投稿日時: 2006-4-6 3:51
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 2990
4石tri-state buffer
トランジスタを最初に使ったのは中学生になってすぐだった。小学校6年のときに病気で検査入院したときに買ってもらった「電子ボード(後に電子ブロックとなる前のもの)」に出会ったおかげですっかりエレクトロニクスに魅了されてしまった。退院後にほとんどの回路を試してやることが無くなってしまった。そこでなぜゲルマニウムラジオの回路があるのにそれにトランジスタと出力トランスを介してスピーカーを鳴せるのではと部品を外して空中配線でつなげてみた。見事にスピーカーから音声が流れてきた、感動した。けどすぐ音が小さくなりやがてうんともすんとも言わなくなってしまった。

虎の子のトランジスタ、一個しかないのが壊れてしまっていた。何故壊れたかは後に別のトランジスタラジオを分解して取り出したトランジスタを何個か壊すうちに判明した。コレクター損失オーバーだ。そこでやめずに、ちんちんに熱くなりそのままではすぐ壊れてしまうトランジスタを冷却すればいいと思いついた。現代になってオーバークロッキングとかでCPUを液体窒素とかで冷却するのと発想は同じである。

かくしてトランジスタはこわれずにずっと1石でスピーカーを鳴らしつづけてくれた。中学校の友達にそれを見せたら目を丸くして驚いてくれた。

でも結局トランジスタを使ったのはそこまでで、動作原理がまったく理解できないトランジスタではなく、直感的にも目でみても理解できる真空管回路の設計を勉強することにした。トランジスタをめげないで探求していれば違っていたかもしれない。結局今もわかるのはコレクタとエミッタに電圧をかけておいてベースとコレクタの間を指で短絡してやると絶縁状態だったものが急に抵抗値が減る現象ぐらいである。

そんな状態でtri-state bufferを4トランジスターで構成する方法をずっと考えていた。さすがに今はTTLの時代ではないのでTTL ICのデーターシートをみてもトランジスタでの等価回路など載っていない。昔はあったような記憶がある。せいぜいMOSFETをつかったものがあるだけだ。

結局自分で考えるしかない。最初にトーテムポール型の回路が思い浮かぶ。ただしこれではHiインピーダンス状態が作れない。Hiインピーダンスにするには上下のトランジスタを供に絶縁状態にしなければならない。よくみかける等価回路には出力イネーブルがOFFの際に入力信号に関わりなく出力ラインを絶縁状態に切り離すようになっている。MOSFETを4つトーテムポールに並べて真ん中の2つが出力ピンを挟んでつながっていてその二つが出力イネーブルで供にON状態となりディスエーブルでOFFとなる。これはそのままトランジスタに置き換えられなくもない。しかしそれだと真ん中の2つと電源側のトランジスタはNPNでいいがグランド側はPNPを使うことになる。実際にシミュレーターで試してみるとPNPトランジスタのCE飽和電圧が高いのでちょっとロジックには使えないことがわかる。

ずっとここでつまずいていたがPNPをNPNにできればとあれこれかんがえるうちに出力イネーブルがOFFの時には強制的にグランド側のトランジスタをOFFにしさえすればトーテムポールのトランジスタは3つで済むことに気づいた。グランド側をNPNにしたので電源側と論理を逆にするためひとつ余ったNPNトランジスタを前段に置きバッファを構成する。ただ出力イネーブルがOFFのときは強制的にグランド側のトランジスタをOFFにするために前段の出力もエミッタ電位と同じにしなければならない。これは前段のコレクター電源を出力イネーブル信号からとればいいことをひらめいた。



早速シミュレーターに回路を入れて試したところうまくいった。みればとてもシンプルな回路だ。あとは実際にくんでみるしかない。

webadm
投稿日時: 2006-4-8 15:55
Webmaster
登録日: 2004-11-7
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投稿: 2990
角ピンレセプタクル
あとはプログラミングケーブルの回路図を起こして部品を発注すればいいのだけれど、ひとつ問題が。

よくXilinxのケーブルやロジアナのプローブのさきっちょにあるようなゴムで覆われた角ピンレセプタクルがどこで売っているものなのか謎。

きっと知らないのは私だけに違いないので自分で調べるしかない。
webadm
投稿日時: 2006-4-10 13:15
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 2990
わき起こる疑問
日曜日に少しプログラミングケーブルの回路図を起こすための下準備として仕様をまとめた。

そしてALTERAのByteBlaster IIのブロック図に対応した回路を書き起こそうとしたときに問題勃発。

ユーザーガイドにあるブロック図ではnVcc Detectという信号をVccを入力とするインバーターの出力をホストに返しているが、これは良く考えるとできない相談である。VccはターゲットボードからもらうVcc(TRGT)をDC-DCコンバートした+5vなんだろうけど、これが供給されていないとき(ターゲットボードの電源がOFFかケーブルが接続されていない場合)にはホストへHを返せということになる。どうやってHにつり上げるんだ。Vccが必要ではないか。この矛盾につきあたり回路図作成は初段から頓挫。

もっと前に気づけと言われても仕方がない。やはりメーカーが出している資料はある程度は信憑性があるという既成観念が働いて疑うことをやめてしまう。疑ったらきりがないわけで。

いろいろネットで調べてみると、ヒューマンデーターさんで独自にALTERAのケーブルを解析した結果から設計したプログラミングドングルが販売されていて回路図も公開されている。ちょっと覗いてみると、確かにALTERAのユーザーガイドにあるものとは異なったところが目につく。

nVcc Detectを返すところはVccを返すようになっている(pull upのみ)。もしかしたらプログラミングソフトの方ではこの信号は使っていないのかもしれない。FLEX/CQ基板をByteBlaster II互換だと勘違いしてつないだ時も得にターゲットが接続されていないとかいう結果にはならなくてプログラミング動作をしていたようだ(完了ステータス信号のリターンがされていないので書き込み失敗)。

ヒューマンデータのはByteBlaster II互換なのはASモードのみで他のモードはByteBlasterMVとして使う仕様らしい。そのために切り替えのスイッチがついている。ASモードでの出力信号イネーブルの制御はそのためか別の信号を使っている。

某所のBBSでやはりByteBlaster IIケーブルを自作されたが動かなくて、識別用の折り返し結線をByteBlasterMVと同じにしたら使えるようになったとかいう書き込みを発見。やはりALTERAのユーザーガイドにあるブロック図は実物に即していないということだろう。

更に内藤さんのBBSで純正のByteBlaster IIは不安定でベンダーも認めているという記事を発見。やはり低電圧対応やらJTAG対応やらを無理矢理ひとつに押し込めてしまっているので無理があるのかもしれない。このあたりの問題解決はユーザー側にゆだねられているらしい。

確かにそれぞれのcore電圧専用のプログラミング回路を作る方が性能面では確実だ。

どうしようか思案したがやはりやり遂げてみることにしよう。
webadm
投稿日時: 2006-4-11 19:15
Webmaster
登録日: 2004-11-7
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投稿: 2990
byteblaster2互換な回路いろいろ
グーグルでbyteblaster2で検索するといろいろなところでbyteblaster2互換な回路が見つかる。

もっとも古いのではヒューマンデータさんのBL3という製品の回路図。

あとどこで見つけたのか最後検索しても出てこない来栖川電工さん開発のLED SWITCH基板の回路。

それと今日検索したら最初に出てきた電子工作情報サイトで昨年秋から公開しているByteblaster2互換回路。

ヒューマンデータさんのは厳密にはByteblasterMV互換がメインで、ByteblasterMVでサポートされていないASモードだけをByteblaster2互換モードに切り替えて使用できるというもの。それと設計が古いのでnCEやnCSが直接PCの出力信号がシリーズ抵抗だけを介してターゲットに接続されていたり、ちょっと3.3vデバイスではちょっと不安なところがあります。でも現在主流のQuartus IIではJTAG indirect configurationというのができるのでもう直接ASモードを使ってコンフィグレーションデバイスをプログラムする必要はなくなった模様。

で来栖川電工さんのと電子工作情報サイトさんの回路は基本的に同じものでした。どちらがオリジナルかは謎ですが、原理的にはヒューマンデータさんのBL3のByteblaster2モードとByteblasterMVモードどちらでも使えるようにした形でターゲットとの間の入出力信号はすべてレベル変換バッファを介しているというので3.3vデバイスでも安心。

ということでベースにすべき回路はわかったのでトランジスタ回路で置き換えて作ってみることに。動かなかったらどうしよう、純正かヒューマンデータさんのを買うしかないか。

しかし来栖川電工で検索すると、なぜか夥しい数のハウスメイドロボットプロトタイプに関する創作がヒットするのだけれども、なにかつながりがあるのだろうか。

それと最新のALTERAのByteblaster IIのデータシートからは問題のブロック図はきれいに削除されているようだ。これでもうはまる人はいなくなる。でも今みたらユーザーガイドは昔のままで間違ったブロック図が依然として載っているorz
webadm
投稿日時: 2006-4-13 16:22
Webmaster
登録日: 2004-11-7
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投稿: 2990
プログラミングケーブル回路図完成
とりあえずEagleで今回作成するトランジスタ製プログラミングケーブル(爆)の回路図が書きあがった。

プリント基板描いてみるとちっちゃいスペースに余裕で収まる。めちゃくちゃ部品数は多いけれども前回やったIDEインタフェースのときよりは慣れているせいもあって短時間でアートワークは収束。

あとFPGA周りの回路図を別に作成してまとめて追加部品を発注すればOKのはず。

動かなければ回路が間違っているとしかいえない。

電子工作情報サイトさんのリンクに有限会社インフォホビーがあって何気なくのぞいてみたら、以前検索で一度ひっかかったことがある記憶が。良く見たらNIOS II CPUボードとかを昨年秋から販売していた。最近秋葉原で展示販売も始めたとか。ここでもByteBlaster2互換プログラミングケーブルを販売している。4000円と手ごろなので自作が失敗したらこれを買おう(笑)
webadm
投稿日時: 2006-4-16 14:04
Webmaster
登録日: 2004-11-7
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投稿: 2990
2550信号伝達コネクタ
CQ出版社のDesgin Wave掲示板を久々に覗いたら先月同じことを知りたい人が他にもいたらしいことを知る。

ロボット部品で有名らしい浅草ギ研でハウジング10個入りパックとコネクタ部40個入りパックを売っているのをいつも利用している若松通商のページで発見。他の部品と一緒にあわせて注文できそうだ。

若松通商の浅草ギ研の商品リスト

2550コネクタで検索すると秋葉原のあちこちで扱っている、しかしどれも説明文の「ヘッダピンにさせることが出来る」のくだりが同一文で意味不明なのが笑える。

よく見ると自作PC用小物パーツのケーブルのさきっちょに共通に使われていたのを思い出した。千石電商とかでは昔から信号伝達コネクタという名前で店売りされているらしい。
webadm
投稿日時: 2006-4-16 14:59
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 2990
配線材料にまよいが
コネクタは見つかったが今度はケーブルに使う配線材をなににしたらよいものか迷った。別にオーディオマニアみたいなこだわりではなくて、コネクタに適合した太さとが良くわからない。

よくオーディオアンプの製作記事とかで出てくるダイエイ電線の20芯ぐらいのでよいのだろうか。太すぎてコネクタに収まらないとやだな。とは言え細すぎて切れやすいのもなんとも。

ちょうど5色とかそろっているのでよいかも。
webadm
投稿日時: 2006-4-24 11:57
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 2990
欠品
部品が週末すぎても届かないと思ったら若松通商からメールで連絡が来ていた。

どうやら浅草ギ研の例のコネクタハウジングが欠品とのこと。分納可能ということでお願いの返事を書いた。

とりあえずハウジングはなくとも端子金具があればすむので。連休が近いので絶好の工作日よりを無にしてしまうのは避けたい。

先日秋葉原に1時間ほど出かけて配線材や若松通商では扱っていない5pin2列のコネクタハウジングと端子金具等を秋葉原デパートで購入。

ついでに日米を覗いてみると今まではジャンク品しか興味がなかったので見てなかったパーツ類を見ると結構豊富でたいていのものは置いてある感じ。別に製品とか作るわけではないのでパーツ類も新品である必要はなくここで集めるのもいいなとおもった。

久しぶりに見て回ると世の中ロボット工作がブームだというのを実感。今回の欠品も少なからずその影響を受けた感じがする。

PWMとかは昔から筋肉をコントロールするのに神経細胞の興奮パルスの発生間隔で行われているのと相似性があるような気がしていた。よく神経細胞の興奮パルスを音にしているシーンとかTVで見ていたけど、パルスだけで滑らかなな動きも激しい動きも制御できてしまうのがすごい。
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