今時の1ゲート／ディスクリート備忘録

ワンチップマイコン（MCU）の高機能／多機能化ですっかり出番のなくなった汎用ロジックICだが、少しだけ機能が足りない時とか、異電圧混在など MCUを使うのが難しいところでディスクリート単機能素子を使いたい場面は少なくない。
この記事はそういう（回路間を接着する比喩の）グルーロジックについてざっくり講じたものだ。細かい特性や性能については追求せず「どういう目的で何を使い、どんな型番があるだろうか」に主眼を置く。

- 特に断りがなければ、動作電圧は1.8V〜5.5V想定である。

## ダイオード

![Diode_Sample.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/201392/150f2c30-9a9d-d02c-5712-f691779c69a0.png)

### BAT54

- 小信号用ショットバリアキーダイオード
- SOT-23 SC-70(SOT-323) 3ピン
- 耐圧30V、平均電流200mA

複数素子入り小信号用ショットキーバリアダイオードの代表格。ESDクランプ、逆電圧阻止、オープンドレイン出力への変換に使う。どれも3ピン以上なので、普通の2端子パッケージより取り付け方向を間違えることがほぼない。

複数素子の内部接続によって、バリエーションが分かれる。

- BAT54 1素子のみ
- BAT54A : アノードコモン2素子
- BAT54C : カソードコモン2素子
- BAT54S : 直列2素子（コモン＝中間タップ）
- BAT54TW : 独立3素子、6ピン（SOT-363）

### USBLC6-2SC6

- TVSダイオード
- SOT-23-6 SC-88(SOT-363) 6ピン
- 絶対定格6V

4個のショットキーバリアダイオード（BAT54Sを2個相当）と1個のツェナーダイオードを 6ピンにまとめた ESD対策部品。USB差動データ対の静電気保護と、VBUSを含めた過電圧／逆電圧保護に使う。
UARTや I2Cにも流用できる。

## デジタルトランジスタ（デジトラ）

![DigiTr.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/201392/6e9f7c1e-7465-6f61-ac3d-e470b0c8b54f.png)

### DTC114

- NPN 抵抗内蔵トランジスタ
- SOT-23 SC-70(SOT-323) TO-92 3ピン
- R1=10kΩ、R2=10kΩ

抵抗内蔵トランジスタ（デジトラ）の代表格。反転バッファ（インバータ）や、LEDドライバー（アノードコモン、正論理）に使う。ベース抵抗と、ベース-コレクタ間バイアス抵抗（ベースには両者の抵抗分圧比が掛かる）が内蔵されているので部品数を減らしやすいが、トランジスタなのでオン状態では常にベース電流が消費される。

非道通時（ノーマリーオフ）の入力はプルダウンになる。同一入力に複数並列で並べた場合はこのプルダウン値が合成されて高負荷になるため注意が必要。

> TxDやRxDに並列に直接LEDを繋ぐのは、簡単だが高速通信の障害になるので避けたい。そこでアクティビティ監視のためにLEDドライバーを設ける必要が出てくる。

内蔵抵抗の設定値や R1/R2バイアス比によって型番が変わる。

- DTC113 : R1=1kΩ、R2=10kΩ
- DTC114 : R1=10kΩ、R2=10kΩ
- DTC123 : R1=2.2kΩ、R2=2.2kΩ
- DTC143 : R1=4.7Ω、R2=4.7kΩ

### DTA114

- PNP 抵抗内蔵トランジスタ
- SOT-23 SC-70(SOT-323) TO-92 3ピン
- R1=10kΩ、R2=10kΩ

DTC114のコンプリメンタリ。反転バッファ（インバータ）や、LEDドライバー（カソードコモン、負論理）に使う。

非道通時（ノーマリーオフ）の入力はプルアップになる。同一入力に複数並列で並べた場合はこのプルアップ値が合成されて高負荷になるため注意が必要。

内蔵抵抗の設定値や R1/R2バイアス比によって型番が変わる。

- DTA113 : R1=1kΩ、R2=10kΩ
- DTA114 : R1=10kΩ、R2=10kΩ
- DTA123 : R1=2.2kΩ、R2=2.2kΩ
- DTA143 : R1=4.7Ω、R2=4.7kΩ

### 2素子入り デジトラ

このような製品は、型番が特殊で見つけづらい。使用目的からしてほとんどが SOT-363（SC-88、SC-70-6）で、SOT-23より小さい。
ここでは Diodes Incorporated のカタログで拾ったものを載せる。

いずれも左がNPH（Cタイプ）、コンプリメンタリがPNP（Aタイプ）。

- DDC124EU : SOT-363 R1=22kΩ R2=22kΩ コンプリメンタリ=DDA124EU
- DDC144EU : SOT-363 R1=47kΩ R2=47kΩ コンプリメンタリ=DDA144EU
- DDC114YU : SOT-363 R1=10kΩ R2=47kΩ コンプリメンタリ=DDA114YU
- DDC123JU : SOT-363 R1=2.2kΩ R2=47kΩ コンプリメンタリ=DDA123JU
- DDC114EU : SOT-363 R1=10kΩ R2=10kΩ コンプリメンタリ=DDA114EU
- DDC143ZU : SOT-363 R1=4.7kΩ R2=47kΩ
- DDC115EU : SOT-363 R1=100kΩ R2=100kΩ

- UMH8N (ROHM) : SOT-353 R1=4.7kΩ、R2=47kΩ。DTC143Z x2個相当だがコレクタ同士が内部で繋がっているので5ピンになっている。便利だがやや希少。

R1 only、バイアス抵抗なし（R2=無限Ω相当）のタイプもある。このため入力を無闇に吊り上げ／吊り下げたくない場合に使える。流通量は少なめ。

- DDC113TU : SOT-363 R1=1kΩ コンプリメンタリ=DDA113TU
- DDC143TU : SOT-363 R1=4.7kΩ コンプリメンタリ=DDA143TU
- DDC114TU : SOT-363 R1=10kΩ コンプリメンタリ=DDA114TU

## MOSFET

![MOSFET-1.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/201392/90090826-b6f1-66d6-be19-7a174caea5dc.png)
![MOSFET-2.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/201392/7448599a-2b18-3d6a-3465-993eaeec4815.png)

### BSS138

- N-ch MOSFET
- SOT-23 SC-70(SOT-323) 3ピン
- ゲートソース間耐圧±20V

小信号用MOSFETの代表格。プッシュプル出力をオープンドレイン出力に変換したり、オープンドレイン異電圧双方向（アナログ）レベルシフトをする時によく使う。ドレイン電流が300mA取れ、耐電圧も高く、単価も安いのでLEDドライバー（アノードコモン、正論理）がわりにも使う。

- BSS138BKS : 2個の BSS138を SC-70-6(SOT-363)等にまとめたバリエーション。

LEDドライブにデジトラとMOSFETのどちらを選ぶかは、回路設計や好みによる。それぞれ一長一短がある。

- デジトラはバイアス抵抗が内蔵されているので、入力ベース保護や、プルアップ／プルダウン抵抗を省略できる。一方でオンであるあいだ常に余分な電力消費がある。そしてプルアップ／プルダウン方向を逆にはできない。
- MOSFETはオン／オフ遷移時（スイッチング時）にしか電力を消費しない。プルアップ／プルダウン方向も自由に設計できる。しかしゲート端子は寄生容量を持ちコンデンサ充放電に等しいので高速応答性に劣るほか、入力信号のエッジを鈍らせてしまう。これは UARTや I2C信号のアクティビティ監視に使いたい場合によく顕在化する。それを軽減するにはゲート抵抗（10kΩ〜1MΩ）を挿入したいが内蔵タイプはまずないので外付け抵抗が必須となり、部品数が増える。

> ゲート抵抗は元々の応答性を更に意図的に劣化させ、遷移時間を引き延ばす。インピーダンス調整やアクティビティ監視目的以外では挿入しないのが普通。

### BSS84

- P-ch MOSFET
- SOT-23 SC-70 3ピン
- ゲートソース間耐圧±20V

BSS138のコンプリメンタリにあたるが特性は対称的ではなく、オン抵抗はやや高く、ドレイン電流も130mA程と低い。低出力のハイサイドスイッチや、LEDドライバー（カソードコモン、負論理）に使う。

BSS138もそうだが、12V回路と5V/3.3V回路を混載する場合、非常に多用する。

- BSS84DW : 2個の BSS84を SC-70-6(SOT-363)等にまとめたバリエーション。

### IRLML6402

- P-ch MOSFET
- SOT-23 3ピン
- ゲートソース間耐圧±12V

ドレイン電流が 3.7A取れるのでモータードライバー（ハイサイドスイッチ）および環流ダイオード代わりによく使われる素子。低抵抗大電流対応なので、逆電圧印加保護にも使える。双方向遮断電源スイッチ（非環流ダイオード）として使うには、2個のドレイン同士を対抗させて使う。
コンプリメンタリにあたるのは、IRLML2402。

> オルタネート型の物理スイッチ（スライド型やプッシュプッシュ型）は小さければ小さいほど定格が低くなるため、特に電源スイッチがわりに使うのが難しく、しかも意外に高くつく。ハイサイドMOSFETのゲートはDIPスイッチでの制御も容易なので、小型小面積でも大電流に対応させやすい。

### 8205

- Dual N-ch MOSFET
- SOT-23-6 6ピン
- ±12V/6A

リチウムイオン充電池用に特化したローサイド大電流スイッチ。内部でドレイン同士が短絡されている。2素子セットなのは給電／放電双方向を遮断可能にするためで、環流ダイオードとしては使えない。過充電／過電圧／過放電監視制御チップ DW01 とセットで使用する。

- 同種の型番 : BR8205 SC8205S

> 保護回路内蔵充電池には大抵これらの基板が封入されている。それでも燃える時は燃えるのがリチウム電池短絡の怖さ。チップが焼けた時の故障モードは一応クローズ。

## 1ゲートロジック

![Gate-1.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/201392/dfb34118-ccbd-ed7d-8233-47501aaccf7a.png)

### 74LVC1G57

- マルチファンクション3入力1出力
- SOT-26 SOT-363 DFN6 6ピン

ピンの使い方でAND／NOR／XNOR／インバータ等になれるマルチファンクションIC。単機能ゲートより単価は上がりがちだが、まとまった数を使うなら全体の種類を減らして実装費（工賃）を下げられる。MCUに内蔵されたLUT部分だけを取り出し、テーブル設定を固定したものと考えても良い。

論理表

|C|B|A|OUT
|-|-|-|-
|L|L|L|H
|L|L|H|L
|L|H|L|H
|L|H|H|L
|H|L|L|L
|H|L|H|L
|H|H|L|H
|H|H|H|H

### 74LVC1G58

- マルチファンクション3入力1出力
- SOT-26 SOT-363 DFN6 6ピン

74LVC1G57の出力を反転したバリエーション。NAND／OR／XOR／バッファ等になれる。

論理表

|C|B|A|OUT
|-|-|-|-
|L|L|L|L
|L|L|H|H
|L|H|L|L
|L|H|H|H
|H|L|L|H
|H|L|H|H
|H|H|L|L
|H|H|H|L

### 74LVC1G125

- 1入力1出力3ステートバッファ
- SOT-25 SOT-353 5ピン

/OE信号で出力をON/OFFできるバッファ。OFF時はHi-Z出力。

論理表

|/OE|A|Y
|-|-|-
|L|L|L
|L|H|H
|H|X|Z

### 74LVC1G126

- 1入力1出力3ステートバッファ
- SOT-25 SOT-353 5ピン

OE信号で出力をON/OFFできるバッファ。OFF時はHi-Z出力。74LVC1G125 とは OE(ENABLE)信号の論理が逆になる。74LVC1G125 と 74LVC1G126 を1個ずつ組み合わせると、2入力1出力マルチプレクサ（セレクター）、または
1入力2出力デマルチプレクサ（1ビットデコーダー）になる。

論理表

|OE|A|Y
|-|-|-
|H|L|L
|H|H|H
|L|X|Z

### 74LVC1G157

- 2入力1出力マルチプレクサ（セレクター）
- SOT-363 XSON6 6ピン

S信号で、2入力いずれかを選択出力する。オン／オフ機能付きバッファでもある。これは 1G125と 1G126の組み合わせに同じである。

論理表

|S|IN1|IN0|Y
|-|-|-|-
|L|X|L|L
|L|X|H|H
|H|L|X|L
|H|H|X|H

### 74LVC1G139

- 2ビットデコーダー
- SOIC-8 VSSOP8 8ピン

出力は入力の反転値になる 8ピンパッケージのデコーダー。全部の出力を常に使うのではなく、欲しい線だけ選んで配線するケースの方が多い。しかしHi-Z出力ではなくプッシュプルなので、応用範囲は広くない。並列接続した最大4つの SPIデバイスの、選択有効化が主な用途。

|B|A|Y0|Y1|Y2|Y3
|-|-|-|-|-|-
|L|L|L|H|H|H
|L|H|H|L|H|H
|H|L|H|H|L|H
|H|H|H|H|H|L

> オープンドレイン出力の 74LVC1G156 は現在入手できないようだ。このためデマルチプレクサとしては、より入手しやすいアナログスイッチでの代替を検討するケースも多い。

## 2ゲートロジック

### 74LVC2G125

- 2入力2出力3ステートバッファ
- TSSOP8 VSSOP8 8ピン

74LVC1G125 を 2個まとめた物。/OEは2回路共通で連動している。

論理表

|/OE|nA|nY
|-|-|-
|L|L|L
|L|H|H
|H|X|Z

### 74LVC2G241

- 2入力2出力3ステートバッファ
- TSSOP8 VSSOP8 8ピン

74LVC1G125 と 74LVC1G126 各1個をひとつにまとめたバッファ。/OEとOEは独立している。
しかしそれを短絡すると2入力1出力マルチプレクサ、または1入力2出力デマルチプレクサ（Hi-Z出力）にできる。このため 74LVC1G139 より使いやすいが、仕入れ単価は 1G125と 1G126を個別に買うより高め。

論理表

|/OE|1A|1Y
|-|-|-
|L|L|L
|L|H|H
|H|X|Z

|OE|2A|2Y
|-|-|-
|H|L|L
|H|H|H
|L|X|Z

## 電源関係

![POWER.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/201392/d7a3fd83-e5a3-b952-cafa-249154f25cac.png)

### VRD3333PTX

- 3.3V x2出力 LDO
- SOT-26
- 最大出力300mA

3.3V出力を独立2系統持っているLDO。それぞれ個別のEN端子付き、ディスチャージ機能あり、出力コンデンサはセラミック1uFに対応。

WCH CH340N/E/K/X のような VDDIO端子が独立していないICに、USB用固定3.3Vを供給しつつ、主電源に5V/3.3V切り替え電源を供給したい場合、どうしても2系統の独立 LDOが欲しくなる。それを1チップで実装できるのが便利。一方には環流ダイオードを兼ねた IRLML6402を介して VBUSを短絡できるようにし、そのゲート端子の HIGH/LOW で 5V/3.3Vを切り替えたりするのである。

WiFi/BLE/GPS/LoRaWANモジュールなどを複数混載する場合、それぞれに独立電源を供給する場合にも便利だ。
これらは特にバッテリー駆動時に使っていない電力ブロックをオフにできるのが望ましいし、共通電源ではピーク消費時にノイズが重畳して性能が安定しなくなるからだ。

- 4桁の番号は2系統それぞれの出力電圧で、3.0V+3.3Vなら VRD3033 となる
- 他社の同等品が中々見つからないので、欠品になると結構困る

## SDB628

- ステップアップコンバーター
- SOT-23-6
- 最大28V／最大2A出力

小型昇圧ブースターの代表格。リチウムイオン充電池から 5Vを出力したい時とか、3.3V〜5Vから 12Vを作りたい時に多用する。1.2MHz駆動なのでコイル鳴きはしにくいほう。出力電圧を決めるフィードバック端子には抵抗分圧で 0.6Vを与える。これはそのままディスチャージ負荷にもなるので、抵抗値選定には考えさせられる。

## MAX803

- リセットIC
- SOT-23 3ピン

各社から販売されている803/809/810のリセットICシリーズは、電源電圧が安定するまで MCUのリセット端子をホールドする用途、あるいはリチウムイオン充電池の過放電を避けて電源回路をオフにする用途で使う。枝番により様々なオン／オフ閾値電圧や、ホールド時間設定がある。

LEDを繋いで電圧表示インジケーターにするのも簡単で便利だし、数十〜数百msのディレイホールドタイマー回路代わり、例えばプッシュスイッチのチャタリング除去（555の代用）にも使えるなど、その存在を知っていれば応用範囲が広い。

- 803 : オープンドレイン出力
- 809 : プッシュプル出力
- 810 : プッシュプル反転出力（ただし癖が強いので、809に外部インバータを追加した方が良い場合もある）
- MAX 以外に APX、SGM、IMP、TCM などがある

## 番外：アナログスイッチ

デマルチプレクサ／デコーダーは小型品種が少ないため CCLの拡張を検討すると、3ステートバッファを多数組み合わせるか、FPGAを使うか、MCUを増やすか、あるいは比較的廉価なアナログスイッチの出番になる。これは映像信号や高周波無線関係でのアナログスイッチ需要が突き抜けていることから、品種や流通量が多いためだ。

アナログスイッチはその仕様次第では出力される H信号が VCCx0.9（あるいはVCC-0.2V）、L信号が VCCx0.1（あるいはGND+0.2V）付近に留まる場合があり、これを許容できるかどうかは使用目的と回路設計に依存する。

廉価なアナログスイッチは、その本来の目的から多くが DPDTスライドスイッチに等価である。

![ANALOGSW.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/201392/43256172-c578-e945-815a-2ab197a730c4.png)

### PI3USB102E

- 2回路1ペア1対2双方向マルチ／デマルチプレクサ（アナログスイッチ）
- TQFN10 10ピン

USB2.0差動データ対を2方面に選択振り分けできる、480Mbps/5V対応双方向アナログスイッチ。
DPDTスイッチ1個に等価。

元々はUSBコネクタをオーディオ入出力に流用する回路の切り替え用だが、対応周波数が性能過剰なほどなので UARTやI2Cに流用しても特に問題なく使えてしまう。この場合プラス／マイナスどちらの系統も全く同等なので区別する必要はない。

各社同等同種のチップを販売しているが、型番／パッケージサイズ／ピン配置が各社各様でピン互換は期待できないため、製品選択は要注意。

|SEL|/OE|Y+|Y-
|-|-|-|-
|X|H|Z|Z
|L|L|M+|M-
|H|L|D+|D-

- 同一目的の型番例 : WAS7227Q RS2227
- USB用なので仕様により、電源オフ時はデータ線がVCC（VBUS）と短絡されるチップもある。

> WAS7227Q を DTR信号で切り替える SerialUPDI アダプタを作ったら、便利で快適だった。

### RS2299

- 4回路2ペア1対2双方向マルチ／デマルチプレクサ（アナログスイッチ）
- QFN-16 16ピン

前述のペア動作アナログスイッチを2セットまとめたようなチップ。DPDTスイッチ2個に等価。信号名はソリッドステートリレー寄りである。最大300MHz対応。

論理表

|IN1-2|NO1+NO2|NC1+NC2
|-|-|-
|L|OFF|ON
|H|ON|OFF

|IN3-4|NO3+NO3|NC3+NC4
|-|-|-
|L|OFF|ON
|H|ON|OFF

> NC=ノーマリークローズ、NO=ノーマリーオン

Jiangsu RUNIC Tech 社、アナログスイッチ製品の関連型番

- RS2057 RS2101 RS2166 RS2118 : SPDT x1
- RS2058 RS2117 RS2323 : SPDT x2
- RS2251 : SP8T x1
- RS2252 : DP4T x1
- RS2253 : 3PDT x1
- RS2255 : SP4T x1
- RS2260 : 8ch Decoder (3in-8out)

### RS2252

- 2回路1ペア1対4双方向マルチ／デマルチプレクサ（アナログスイッチ）
- TSSOP-16 QFN-16 16ピン

見た目は RS2299と似ているが、これには 1対4の双方向アナログスイッチが2回路1ペア入っている。DP4Tスイッチに等価。信号名はデコーダーに寄せられている。最大180MHz対応。

論理表

|/EN|B|A|X,Y
|-|-|-|-
|H|X|X|OFF,OFF
|L|L|L|X0,Y0
|L|L|H|X1,Y1
|L|L|L|X2,Y2
|L|H|H|X3,Y3

> RS2252を、M5BASIC/M5CORE2用拡張モジュールの UART配線切り替え／逆転用途に使ったら、便利で快適だった。

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