エレキ備忘録

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パラレル伝送の限界とシリアル伝送への変遷について

実際パラレル伝送の限界ってどの位なの?と気になって調べてみたらパラレルからシリアルへ――なぜインタフェースは転機を迎えたのかが参考になった。原理的にはパラレルの方が伝送効率は良いが、周波数を上げていくとスキューが無視出来なくなるという話で、同期ク ロックの限界は100~133MHzあたりにあるらしい。例えば高速パラレルインターフェースを見てみると、パラレルATAは最大100~133MHz、PCI-Xが 1スロット構成時のみ133MHz、DDR2は最大133MHzのクロックに同期してデータ転送を行っており、後継規格はシリアルインターフェースとなっている。

スキューが発生する原因は線路長・這い回しの違いに起因するインダクタンス・容量の不整合は当たり前として、材料的な欠陥やデバイスの入力容量バラツキなどが挙げられる。こういった制御が難しいパラメータが顕在化してくるともはやパラレル伝送は諦めるしかない。また単純にクロック周波数を上げずにパラレル信号線を多くすれば良いのでは?とも考えられるが、これでは信号線が多くなり過ぎてしまうため回路規模・コストの肥大化や、消費電力の増大といった問題が生じる。かくしてシリアル伝送に変遷したのだ……ということだが、シリアル伝送も限界が見えているので差動伝送に変遷しそうですね。


反転・非反転増幅回路の使い分けは?何故わざわざ反転させるのか?

という素人的な考え。恐らく単純に反転出力を得たいがために反転が用意されている訳ではないと思う。結論から言うと、そこまで違いは無いらしい。反転増幅は増幅率計算や回路化が簡単なことから良く見るとのことで、敢えて言うなら1倍未満の増幅率も設定できて柔軟性に富む(非反転増幅は1倍以上だからね)。ただ反転増幅は負帰還が掛かるので入力インピーダンスが低い点に注意。逆に非反転増幅回路は入力がオペアンプの入力そのものなので入力インピーダンスが高く、センサー出力といった微弱信号(出力インピーダンスが高い信号)の増幅に適する。

IC電源ラインのパスコンを、ICから見て容量の小さい順に配置する理由

コンデンサにはV型の周波数特性があり、パスコンとして使用する際には除去したいノイズの周波数によって最適な容量のコンデンサを使用する。容量違い(周波数特性違い)のパスコンを並列実装することで、単に容量が加算されるだけではなく、周波数違いのV型特性を2つ持つことになるため広い周波数範囲を落とすのに効果的である。(例えば0.1μFと0.01μFを並列に繋いだ場合と、0.11μFを1個使う場合では周波数特性に大きな違いがある。)

このようにパスコンを並列で配置する場合には、配線によるインダクタの影響を小さくするよう、ICから見て容量の小さい順に配置を行ない、ノイズ除去効果を最大にすることが必要である。ICから見て容量の大きな順にコンデンサを実装してもノイズ除去効果を得ることはできない。


~mAドライバとかよく聞くけど、どういうこと?

フレッシャーズのためのシグナル・インテグリティによると、ドライバの強さ・駆動能力を定量化したものらしい。例えば強いドライバは24mAドライバで、弱いドライバは4mAドライバという言い方をする。24mAドライバとは、出力に24mAの電流を流し込んだ (または流し出した) ときに出力が 0.4V 変化するという定義(電流の最小値が24mAという規格なので、実際にはこの1.5倍、すなわち、36mA程度の強さがある)。この0.4Vというのは、50年ほど前にTTLが誕生したときに決めた規格のため。

標本化と量子化の違い

標本化は、時系列に沿って変化する連続的なアナログ値を一定周期で測定して、時系列的に連続でない値(離散値)にすること。このとき一定なのは測定間隔だけのため、値はアナログ値のまま。例えばサンプリング周期毎に「~V」という値が取得され、メモリに保存される。量子化は、取得したアナログ値をある基準値と比較して、それに対応するデジタル値に直すこと。例えば「~V」という値を量子化ビット数に応じて500とか1000とかの値に変換してメモリに保存する。このとき、真のアナログ値と変換したデジタル値の誤差を量子化誤差と呼ぶ。量子化誤差を小さくするためには量子化ビット数を多くしなければならない。符号化は500とかの値を2進数にするだけ。

FETは沢山あって選択が難しいため、定番部品を知りたい

汎用・低周波用FETの定番はJ-FETの2SK30(MOS-FETはJ-FETと比較して1/fノイズが大きく低周波で不利なのであまり使われない)。2SK30はオーディオ関係で良く使われた古典といっていいほど長寿命なFETで、真空管回路にもよくなじむらしい。製造終了品のため入手困難だが、Aが付いた改良型の2SK30Aは2012年まで製造されていたため何とか入手できるかも(2SK30ATMのGRランクでも可)。代替え品として2SK246等があるが、同じく既に製造中止のため敢えて互換品を使用する必要はない。

そもそも2進数の利点とは何なのか?

1. ノイズに強い。
2. 復元可能。
3. ブール代数を使って複雑なロジック回路を基本的なロジック回路だけで実現できる。

2の補数を使う実益

コンピュータ内部の減算は2の補数を利用する。理屈は分かるけど、単に減算回路を組めば良いだけなのでは?大きなメリットでもあるのだろうか。補数を使う利点によると、減算を加算として扱うことで減算回路を用意する必要が無く、ハードウェアの構造を簡単にできることが理由の1つのようだ。

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