オープン ドレイン 出力。 マイコンが港で行う仕事とは? 「入出力ポート」 (1/3)

AR# 1651: ザイリンクス デバイス I/O をオープン ドレイン (オープン コレクター) としてコンフィギュレーションする方法

オープン ドレイン 出力

通常のロジック回路なら、L出力は0V、H出力は ほぼ 電源電圧。 ですが、次段の入力電圧が、この電圧より高い場合は問題です。 0Vと3. 3Vで出力しても、次の入力が0Vと5Vでは3. 3VだとH入力として動かないかもしれません。 このような、レベルシフトに使えますね。 次段が低い閾値なら抵抗で分圧すればよい 出力電流が多くの必要な場合も、使えます。 プルアップ抵抗を介するものの、電源線に繋がるため、多くの電流が流せるわけです。 例えば、リレー駆動とか。 出力によって、LEDが点いたり消えたりします。 7セグメントLEDドライバICなんか、オープンドレイン出力を見かけることも多いと思いますよ。 これは、どんなLEDが付くかわかりませんしね。 オープンドレイン同士なら、出力同士を短絡しても、問題はありませんので、そちらの使い方もあります。 通常出力のものとトランジスタを組み合わせても良いのですが、ICになってれば簡単ですよね。 デジタル回路としてオープンドレインを使うメリットは、 1 複数のICが同じ信号線を駆動しても壊れない。 普通の出力だと、IC-Aが5Vを出力し、IC-Bが0Vを出力すると、その間で大電流が 流れてICが壊れてしまいますが、オープンドレインだと0Vしか出力しないので 大丈夫です。 どれか1つがLowを出力したらLowレベルになる動作となります。 バスの割り込み信号線などで使用されます。 2 違う電源電圧に対応できる。 3V系のICから5V系のICに信号を伝達するとき、そのままつなぐとHighレベルの 電圧が足りません。 逆に5Vから3. 3Vにつなぐと過電圧で壊れたりしますが、 オープンドレインを使えば、プルアップ抵抗の接続先を、後段ICの電源電圧に 合わせるだけで問題を解決できます。 3 電気的に絶縁する方法として使われることがある。 電子回路からデジタル信号を出力する時、電気的安定性を確保する目的で、電子回路内部と 外部を電気的に絶縁する必要がある場合があります。 そういう時はフォトカプラという素子を使って 絶縁するのが一般的なのですが、フォトカプラの出力をそのまま出力に出すとオープンドレイン形式 になります。 デメリットは遅い事です。 Lowを出力しているとき、プルアップ抵抗経由で電源から電流を吸い込む事に なりますので、プルアップ抵抗をあまり小さく出来ません。 その一方、プルアップ抵抗を大きくするとHigh側への駆動能力が小さくなるので、 信号電圧の立ち上がり時間が長くなってしまいます。

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デジタル出力とデジタル入力

オープン ドレイン 出力

通常のロジック回路なら、L出力は0V、H出力は ほぼ 電源電圧。 ですが、次段の入力電圧が、この電圧より高い場合は問題です。 0Vと3. 3Vで出力しても、次の入力が0Vと5Vでは3. 3VだとH入力として動かないかもしれません。 このような、レベルシフトに使えますね。 次段が低い閾値なら抵抗で分圧すればよい 出力電流が多くの必要な場合も、使えます。 プルアップ抵抗を介するものの、電源線に繋がるため、多くの電流が流せるわけです。 例えば、リレー駆動とか。 出力によって、LEDが点いたり消えたりします。 7セグメントLEDドライバICなんか、オープンドレイン出力を見かけることも多いと思いますよ。 これは、どんなLEDが付くかわかりませんしね。 オープンドレイン同士なら、出力同士を短絡しても、問題はありませんので、そちらの使い方もあります。 通常出力のものとトランジスタを組み合わせても良いのですが、ICになってれば簡単ですよね。 デジタル回路としてオープンドレインを使うメリットは、 1 複数のICが同じ信号線を駆動しても壊れない。 普通の出力だと、IC-Aが5Vを出力し、IC-Bが0Vを出力すると、その間で大電流が 流れてICが壊れてしまいますが、オープンドレインだと0Vしか出力しないので 大丈夫です。 どれか1つがLowを出力したらLowレベルになる動作となります。 バスの割り込み信号線などで使用されます。 2 違う電源電圧に対応できる。 3V系のICから5V系のICに信号を伝達するとき、そのままつなぐとHighレベルの 電圧が足りません。 逆に5Vから3. 3Vにつなぐと過電圧で壊れたりしますが、 オープンドレインを使えば、プルアップ抵抗の接続先を、後段ICの電源電圧に 合わせるだけで問題を解決できます。 3 電気的に絶縁する方法として使われることがある。 電子回路からデジタル信号を出力する時、電気的安定性を確保する目的で、電子回路内部と 外部を電気的に絶縁する必要がある場合があります。 そういう時はフォトカプラという素子を使って 絶縁するのが一般的なのですが、フォトカプラの出力をそのまま出力に出すとオープンドレイン形式 になります。 デメリットは遅い事です。 Lowを出力しているとき、プルアップ抵抗経由で電源から電流を吸い込む事に なりますので、プルアップ抵抗をあまり小さく出来ません。 その一方、プルアップ抵抗を大きくするとHigh側への駆動能力が小さくなるので、 信号電圧の立ち上がり時間が長くなってしまいます。

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ARMマイコンに内蔵された周辺デバイスの使い方を学ぶ−GPIO 出力編− (2/3)

オープン ドレイン 出力

2 オープンドレイン LPC1114のdp5とdp27は、内部でドレイン端子が接続されていないオープンドレインです。 オープンドレインの話をする前に、ほかのピンが出力ピンとして設定されたとき、内部回路はどうなっているか見てみましょう。 図3をご覧ください。 オープンドレインでない出力ピンは2つのMOS FETによってプラス側かグランド側のどちらかにつながった状態になっています。 このような構造をCMOSといいます。 MOS FETには3端子あり、それぞれの端子にはゲート(Gate)、ドレイン(Drain)、ソース(Source)と名前が付いています。 この名前の付けかたは電子の流れを意識したものなので電流の流れとは逆になっています。 図3 簡単に言えばこのMOS FETは電流の流れを制御するスイッチのようなものです。 蛇口に例えるとソースが水が供給される水道管につながります。 ドレインが水が出る蛇口、ゲートが蛇口を開け閉めするコックとなります。 この出力ピンに1をセットすると、上側のMOS FETのみがONになりプラス電源とピンがつながります。 よってピンの電圧は電源電圧に近い値になります。 図3のように配線された発光ダイオードは点灯します。 一方このピンに0がセットされると、下のMOS FETがONとなりこのピンはグランドに接続されます。 このピンの電圧をグランドレベルになり接続した発光ダイオードは消灯します。 ただ流せる電流はというと(MOS FETの能力によりますが)、この様なマイクロコントローラーに内蔵されているものの場合、数mAから数10mAといったところで、LEDを点灯させるのが精いっぱいです。 それ以上電流を流そうとするとこのピンの出力段のMOS FETが破損する場合がありますので注意してください。 くれぐれもGPIOを出力ピンに設定する場合、抵抗なしでLEDにつないだり、GNDや電源につながっていないか確認してください。 CMOSタイプの出力ピン同士をつなぐことも禁物です。 それではオープンドレインの場合を見ていきましょう (図4)。 オープンドレインはグランドにつながったMOS FETのみ構造となっています。 オープンドレインの出力ピンを1にセットするとこのピンはグランドに短絡し、出力電圧はグランドレベル(ほぼ0V)となります。 LPC1114の場合、プログラムでセットした値を反転してゲートに入力しています。 図4 一方、このピンに0をセットすると、MOS FETはオフになり、どこにもつながっていない状態となります。 これをハイインピーダンス状態といいます。 この状態ではデジタル的に0とも1ともどっちとも付かない状態なので、図のようにプラス電源とピン間に抵抗を入れます。 これをプルアップ抵抗といいます。 この抵抗によりハイインピーダンス状態では1となり、0か1かが必ず決まります。 このピンに対してプログラムから0をセットした場合、ピン自体はハイインピーダンス状態ですが、このピンは抵抗を通してプラス電源に引っ張り上げられていますので、結果として出力は1となります。 ではこのピンにプログラムから1をセットした場合はどうでしょう。 MOS FETはオンになりピンにつながったドレインはグランドに短絡します。 結果として出力は0となります。 それではオープンドレインのピンに発光ダイオードをつないで見ましょう。 まず 図5のように発光ダイオードを接続してみましょう。 プログラムから0をセットしたときはMOS FETのドレインはどこにもつながっていませんので、発光ダイオードはプルアップ抵抗から流れてきた電流で点灯します。 プログラムから1をセットしたときはMOS FETがオンとなりドレインとソースがつながります。 その結果今まで発光ダイオードに流れていた電流の大部分は内部のFET側を通ってグランドに流れ込みます。 よって発光ダイオードは消灯します。

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