(ホントは７４ＨＣ、ＣＭＯＳなんだけど…）
［第１４１回］
●お話は、またまた前回の続きです
前回は、電源ＯＮのときに、ＷＲＩＴＥパルスが「確信犯」のように一発、出されてしまう、というお話をしました。
その顛末についてのお話の前に７４ＨＣ１２３の説明に入ってしまい、そこで時間切れになってしまいました。
今回はなんとか、くだんのＷＲＩＴＥパルスにお話を戻したいのですが、どうも、今回もまた、お話はそれてしまったままで終わりそうです。
先回は、７４ＨＣ１２３の説明に入る前の部分で、ＰＵＳＨスイッチのチャタリング防止のために設けたＲＣ回路が、「パワーＯＮリセット回路」と同じ働きになっていて、これが７４ＨＣ１２３のトリガになっているのではないか、というお話をしました。
実は、そこのところは「イントロ」の部分で、そのあと、７４ＨＣ１２３の動作について説明をしたあとで、
「パワーＯＮリセットの回路がＡ入力だとすると、それでＷＲＩＴＥパルスが出る、というのはおかしい」
というふうに、お話を持っていくつもりだったのですが、眠い目をこすりながら書いているうちに、そんなことはすっかり忘れてしまって、「おやすみなさい。さようなら」になってしまいました。
７４ＨＣ１２３のＡ入力は、ＨからＬになる（↓）ときに、パルスが出力されるはずなので、パワーＯＮのときのように、ＬからＨになる（↑）ときにパルスが出力されるはずはない（…はずなのです）。
それなのに、現実には、そうとしか思えないことがおきていて、それがまた悩ましくて、うんうんうなってしまったのです。
その悩ましい顛末については、のちほどまたゆっくりと説明をいたします。
（ほんとに、正月からこっち、災難続きで、もういやになってしまいます）
●シュミットトリガってなにもの？
とにかく、お話の順序として、前回の説明の続きから、再開することにいたします。
７４ＨＣ１２３のデータシートを読んでみると、７４ＨＣ１２３のＡ、Ｂ入力は、どちらもシュミットトリガになっていることがわかりました。
それならば、わざわざ７４ＨＣ０４を使ってシュミットトリガ回路を作ったりしなくても、ＰＵＳＨスイッチからの信号を、７４ＨＣ１２３に直接入力してしまってもよい、ことになります。
せっかく７４ＨＣ０４で作ったシュミットトリガ回路ですが、外してしまうことになりそうです（ということを前回書きました）。
でもせっかく「７４ＨＣ０４でつくったシュミットトリガの回路図」を皆様にご披露したことでもありますし、前回、「後ほど説明します」とお約束したことでもありますから、ここで、シュミットトリガについて、説明しておきたいと思います。
●速度の速い素子ではＲＣ回路は要注意
ＣＭＯＳ回路でも、４０００番シリーズなどは動作がわりと遅いので、それほどでもないのですが、７４ＨＣは７４ＬＳと比肩できるほど、応答速度が速いＩＣです。
そういうＩＣに入力としてＲＣ回路（とくにＲ、Ｃが大きい場合）などからの信号をつなぐと、ときとして困ったことになります。
上の図は今回のＰＵＳＨスイッチ入力回路の一部をもとにして、例示したものです。
Ｒ２はゲートの保護用の抵抗です。
図の右側は、コンデンサＣ１がＲ１を通して充電されていくときの、ゲートの入力と、出力の信号波形を模式的に示したものです。
Ｒ１とＣ１がともに大きいと、ゲートに入力される波形が上昇するときの勾配はゆっくりしたものになります。
すると、こんなことになってしまいます。
入力信号がスレッショルド電圧付近をゆっくりと横切るため、ノイズなどの影響で出力にチャタリングのような波形が現れてしまいます。また、もっとこわいのは、スレッショルド近くでは擬似的に入力オープンに近い状況になるとも考えられるため、Ｖｃｃ側とＧＮＤ側の出力トランジスタが両方ともＯＮになって、過電流が流れてしまう可能性も出てきます。
シュミットトリガ回路はそのようなことを防ぐための回路です。
ゲート自体がシュミットトリガになっているＩＣもあります。
代表的なものは７４ＨＣ１４です。
７４ＨＣ１４は７４ＨＣ０４の各ゲートをシュミットトリガゲートにしたものです。
●７４ＨＣ１４のデータシート（部分）です
［出典］Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社ＭＭ７４ＨＣ１４ｄａｔａｓｈｅｅｔ
●シュミットトリガの動作の説明です
はい。これがシュミットトリガですよ。
っていきなり７４ＨＣ１４を見せられて、これを使ってくださいねー、で終わってしまったら、なんだかわかったような、でもやっぱり何もわからなかったような気になってしまいます。
そこで７４ＨＣ０４を使った回路を利用して、その動作を説明してみたいと思います。
７４ＨＣ０４を使ってシュミットトリガ回路を作るには、図のようにインバータを２個つなぎます。入力と出力を同相にして、出力から入力にゆるい正帰還（ポジティブフィードバック）をかけるためです。
Ｒ１は入力保護も兼ねていますが、Ｒ２と組み合わせて、ヒステリシスの度合いを決定するのにも使われています。
Ｒ１とＲ２は適当な値でよいのですが、Ｒ１：Ｒ２＝１：５〜１：１０くらいが適当だと思います。
さて動作の説明です。
最初はコンデンサが放電してしまって、Ａ点が０Ｖというところから、開始することにします。
このとき、Ｂ点もＣ点も０Ｖなので、なんの変化もおきません。
そこからスタートします。
コンデンサはＶｃｃから抵抗を通じてゆっくりと充電されていきます。
Ａ点が７４ＨＣ０４のスレッショルド電圧である１／２Ｖｃｃつまり＋２．５Ｖまで上昇したとき、Ｂ点、Ｃ点の電圧はどうなるでしょうか。
もしもＲ２がなかったとすれば、Ａ点＝Ｂ点ですから、Ｂ点もスレッショルド電圧となって、出力Ｃは＋５Ｖになります。しかしすでに説明したように、Ｂ点がゆるやかに上昇しているとすると、Ｂ点が長くスレッショルド近くの電圧にとどまるため、出力Ｃは不安定になります。
それに対して、図の回路ではＲ２が利いてきます。
Ａ点が＋２．５Ｖになっても、その瞬間には、Ｃ点はまだ０Ｖですから、そのときのＢ点は＋２．５Ｖ〜０Ｖの間を、Ｒ１とＲ２で分圧した値になります。
Ｒ１：Ｒ２＝１：１０ですから、Ｂ点の電圧は、２．５×１０／１１≒２．２７Ｖとなって、まだスレッショルド電圧に達しませんから、出力Ｃは０Ｖのまま安定しています。
では、いったいＡ点が何Ｖになったら、Ｃ点の出力が反転するのか、といいますと、同じようにして、Ａ点をＡ、Ｂ点を２．５Ｖとして、抵抗分圧の比をあてはめて計算すればよいのです。
この場合には、（Ａ−２．５）：２．５＝１：１０ということですから（小学校で習いましたよね）、
１０Ａ−２５＝２．５ つまりＡ＝２７．５／１０なので、Ａ点が２．７５Ｖにまで上昇したときに、やっとＢ点がスレッショルド電圧に達して、Ｃ点の出力が反転して＋５Ｖになるのです。
うーん。まだ、なんだか、この回路の意味がよくわからないなあ。
なにか手品みたいに、ごまかされてしまったみたいだけれど、それでもやっぱりＢ点の電圧がゆっくり上昇していくことに変わりはないのでしょ？
だったら、またほんの少しだけノイズなどの影響でＢ点の電圧が下がったら、Ｃ点の出力がふたたび反転して０Ｖになってしまうんじゃないの？
ところが、そうではないのです。
そのようにして、ひとたび、Ｃ点の出力が反転して＋５Ｖになった直後に、Ｂ点の電圧はどうなるでしょうか？
Ａ点が＋２．７５ＶでＣ点が＋５Ｖですから、Ｂ点の電圧は、これも小学校で習いましたよね（抵抗と電圧のことではありません。比例の法則のことです）。
（５−２．７５）×１／１１＋２．７５≒２．９５Ｖ
ほんと。手品みたいですね。ほんの一瞬前には＋２．５ＶだったＢ点の電圧は、いきなり約０．５Ｖ上昇して＋３Ｖ近くになってしまいました。
これなら少しぐらいノイズが乗ったって、出力が反転する恐れはもうありません。
それでは逆に、Ａ点の電圧が何Ｖまで下がったら、Ｃ点の出力が反転して０Ｖになるのでしょうか？
これもさきほどと同じ計算で求められます。
Ａ点がＡ、Ｂ点が２．５Ｖですが、今度はＣ点が５Ｖですから（Ａ点はＢ点よりも低くなります）、
（２．５−Ａ）：（５−２．５）＝１：１０になります。
これを変形すると、
２５−１０Ａ＝２．５ですから
Ａ＝２２．５／１０つまりＡ＝２．２５Ｖということになります。
以上の説明のように、Ｂ点の入力が、ＬからＨへと上昇していく場合には、その入力信号源Ａ点の電圧が＋２．７５Ｖまで上昇して、やっとＢ点がスレッショルド電圧を超えることになりますが、逆に、入力信号がＨからＬへと下降する場合には、Ａ点が＋２．２５Ｖまで低下したときにやっとＢ点がスレッショルド電圧を下回ります。
このようにある値が上昇するときと、下降するときで、トリガとなる閾値が異なるようにすることを、ヒステリシス（をつける）といいます。
クーラーやファンヒーターの温度調節などもヒステリシスを利かせています（そうしておかないと、設定温度近辺でやたらＯＮ／ＯＦＦを繰り返すことになってしまいます）。
最後に、念のために、先ほどと同じように、Ａ点が＋２．２５Ｖまで低下して、Ｂ点がやっとスレッショルド電圧になって、出力Ｃが０Ｖになった直後に、Ｂ点がどうなるかを計算で求めてみることにします。
Ａ点が＋２．２５ＶでＣ点が０Ｖですから、Ｂ点は、一番はじめの計算と同じで、２．２５×１０／１１≒２．０５Ｖになってしまいます。
シュミットトリガ回路はこのように、入力信号が危険地帯であるスレッショルド近くをゆるやかに横切るのを防ぎ、入力電圧値を瞬間的に＋２．０５Ｖか＋２．９５Ｖ（この説明での抵抗比の場合の数値です）へと強制的に変更してしまうという、なんともかしこい回路なのです。
シュミットトリガ回路は７４ＨＣなどのデジタル回路では、主としてスレッショルド近辺での誤動作を防止する目的で使われますが、トランジスタやＯＰアンプなどのアナログ回路では、立ち上がり、立ち下がりがなまってしまった波形をシャープな立ち上がり、立ち下がりの波形に変える、「波形整形」の目的で使われるようです。
●シュミットトリガについて、あともう少し
シュミットトリガゲートの例として、７４ＨＣ１４を紹介しました。
その前に、７４ＨＣ１２３の入力はシュミットトリガであるというお話もしました。
そのほかにも、たとえば「つくるＣＰＵ」の回路で使っている、８ビットのバスバッファ、７４ＨＣ２４４や７４ＨＣ２４５もシュミットトリガ入力なんですよ、ということを書こうとしました。
ところが、その説明の参考とするために、７４ＨＣ２４４や７４ＨＣ２４５のデータシートを調べてみると、どうも様子が変なのです。
どこにも、シュミットトリガについての記載がありません。
Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社のデータシートにも、Ｔｏｓｈｉｂａのデータシートにも、はっきりしたことは書かれていないようです。
実は筆者は普段はＣＱ出版社の「７４シリーズ規格表」というのを、ずっと愛用しています。ずいぶん古いもので、今確かめてみたら、９６年版でした（！）。
主に７４ＬＳについての規格表なのですが、７４ＨＣについても記載されているので、それをいつも参考にしていたのです。
で、７４ＨＣ２４４と７４ＨＣ２４５について。
その規格表では、メインの説明としては、７４ＬＳ２４４、７４ＬＳ２４５としての規格なのですが、ともに入力はシュミットトリガということになっています。
それが、Ｗｅｂでデータシートを調べてみると、どこかおかしい。
これは、もう少しはっきり調べてみる必要があるようです。
やっとＦａｉｒｃｈｉｌｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社のデータシートに明記されていることがわかりました。
まずは、７４ＬＳ２４４と７４ＬＳ２４５のデータシートからお見せします。
●７４ＬＳ２４４のデータシート（部分）です
［出典］Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社ＤＭ７４ＬＳ２４４ｄａｔａｓｈｅｅｔ
ちょっと図が見にくいようですけれど、Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｄｉａｇｒａｍを見ると、ゲートがシュミットトリガになっていることがわかります。
●７４ＬＳ２４５のデータシート（部分）です
［出典］Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社ＤＭ７４ＬＳ２４５ｄａｔａｓｈｅｅｔ
７４ＬＳ２４５もシュミットトリガ入力です。
そこで、今度は７４ＨＣ２４４と７４ＨＣ２４５のデータシートです。
●７４ＨＣ２４４のデータシート（部分）です
［出典］Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社ＭＭ７４ＨＣ２４４ｄａｔａｓｈｅｅｔ（赤線は筆者）
赤線を引いた部分を見ると、「シュミットトリガ入力ではない」とはっきり書いてあります。
あれまあ。シュミットトリガじゃない！
…７４ＬＳ２４４とは違っているんだ。
これは、全く、知りませんでした。
●７４ＨＣ２４５のデータシート（部分）です
［出典］Ｆａｉｒｃｈｉｌｄ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ社ＭＭ７４ＨＣ２４５ｄａｔａｓｈｅｅｔ（赤線は筆者）
こちらも、「シュミットトリガ入力ではない」と書いてあります（赤線の部分）。
うーん。てっきり、７４ＨＣは７４ＬＳと同じだと思ってしまっていましたが、このように、違っているものもあるんですね。
今後は、気をつけるようにしなければ、いけませんね。
と。今回もまた、しっかりと横道にそれてしまいました。
メモリバックアップの話から、
電源ＯＮ時に勝手にＷＲＩＴＥ信号が出てしまうことがわかって、しかもその原因と考えられるところが、どうもいまひとつ辻褄があっていないようだ、
というお話になって、さて、それがどうなったのか。
そのお話にもっていかなければならないのですけれど、今回も軌道修正できず、に終わってしまいました。
そのあたりのお話につきましては、また次回にいたしたいと思います。
２００９．１．１４ｕｐｌｏａｄ
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