周波数カウンタはどうにか出来そうだが、CPLDで直接VFDをドライブできるわけではない。

オリジナルのMSM5524はVFDを直接ドライブ出来るP channel open drain driverを内蔵している。当時としてもP channel open drain driverというのは後にも先にもVFD駆動用ぐらいにしか用途が無い。当時はまだVFDによく似たニキシー管や他のメーカーが似たような蛍光表示デバイスを出していてそれらを駆動するためにP channel open driver ICがあったりした。

しかし現代ではVFDは供給元が数社しかないのと、直接VFDをドライブするのはフィラメント電源とか特殊な電源を必要とするのでそれらを含めたモジュール製品の形で供給されているので、一般メーカーが直接VFDをドライブする回路を設計する機会はほとんど無くなった。それと同時にP channel open drain driver ICもそうしたVFDモジュールメーカー向けにしか供給されないので入手は困難である。

8回路とか入ったトランジスタアレイとか無いかと思って探したが、あるにはあるがやはりVFDモジュールメーカー御用達品なので一般には流れていない模様。それらも段々とVFDモジュール専用ICに内蔵されることによって需用も先細り。風前の灯火である。

市販されているトランジスタアレイの大半はシンクタイプといっていわゆる出力段がNPNトランジスタによるオープンコレクタ出力となっている。従って外から出力ピンへ入ってグランドへ電流が流れることになる。つまり常に出力電位はグランドより高いということに。

残念ながら蛍光表示管の場合、負荷となるVFD側がGNDより電位が低いので、電流は出力ピンから外へ流れ出す。これはソースドライブというタイプでそれ用のトランジスタアレイは数少ないし、需用家が限定される。

いくつか現在も生産されているソースドライブ型のトランジスタアレイもやはりほとんどは出力段にNPNトランジスタを使用している。従って電源側から負荷へ電流が流れるのであって、グランドから負荷へ電流が流れるわけではない。これも使えない。

一番すぐ思いつくのはP channel MOSFETを使う方法である。これはゲートがソース及びドレインどちらからも絶縁されているのでバイポーラトランジスタより理想的である。しかし問題がある。P Channel MOSFETを出力段に使うと、ドレインをグランドに接地しソースを出力端子とすることになる。この場合にFETをOFFに保つにはゲート電位をソース電位以下にしなければならない。となるとゲート電位は負電圧となってしまう。これは通常のロジックデバイスでは駆動できないし、そうした逆電圧がかかると保護用のクランプダイオードがONしてしまい誤動作や故障につながる。

既に廃品種であるMSM5524のデータシートはメーカー要求によってこの世からすべて削除されているが、かろうじて保守品種としてまだ供給されているMSM5547というスタティック蛍光表示管時計ICのデータシートからP Channle open drain driverの仕様をうかがい知ることが出来る。

それによると

Output Current
Voh = 4.0v min -1000uA
Vol = 0v max -1uA

スタティック点灯ということで電流を控えめにするためON抵抗はそれほど大きくない(4Vで1mAなので4kΩ)
OFF時はほとんど流れないのでハイインピーダンス状態。

他にも現行品でVFDドライブ回路を内蔵した各社のマイクロプロセッサとかのデータシートを見るとダイナミック点灯式の場合には、流れる電流が10mAぐらいになっているようだ。つまりスタティック点灯の10倍が一瞬の間だけ流れることで明るくしている。その分ON抵抗は低く400Ωぐらいとなっている。

等価なドライブ回路を設計するとして、この数値が唯一の頼りである。VFDは下手に動かすと蛍光体被膜やフィラメントにダメージを与えてしまいかねないのでうかつに実験は禁物である。特にダイナミック点灯の場合はスタティック点灯よりも高電圧を印可する必要から長時間同じセグメントを点灯すると即時に劣化して照度が下がってしまう。

まあ今あるR-1000に搭載されているVFDが壊れていないとも限らないのだけど。その場合は、7Seg LEDに置き換えてお茶を濁すしかあるまい。

さてどうしたものか。

とりあえず7seg LEDを使って動作確認はできそうである。