Volume Four

アーティクルデザインショーケース

素人の観点から見た1-Wireテクノロジー及び使用に関する概要

3

テレコムテンプレートの測定と適合9曲線近似でバンドギャップベース温度センサの誤差を減少

14

スプレッドスペクトラム発振器による民製品の放射ノイズの低減

16

S

+5V
C1
4.7µF

6
VCC

+

2

DATA

G

1.5kΩ

1.5kΩ

1.5kΩ

1.5kΩ

DS2409
4
DATA
AUX
GND

6
VCC

2

MIC94031

3 500kΩ
MAIN 5
CONT

1

BAT54SD

3 500kΩ
MAIN 5CONTS

D
MIC94031
G

DS2409
4
DATA
AUX
GND
1
2

4
3
A

DS2406
BAT54S
GND

B 6
1

1-Wire装置の顕著な利点は、測定されるものの特殊な特性に拘束されることなく全て1-Wireプロトコルを使って通信できることです。

同期化するように自動クロックされるので、システム
クロックは必要ありません。DATAラインが5Vの時、それぞれのスレーブ上に半波整流器を包括することによって、アイドルコミュニケーション期間中のチップ動作用電力
はバスから供給されます。

素人の観点から見た
1-Wireテクノロジー
及び使用に関する概要

データラインがハイにプルされるときは常に半波整流器のダイオードがターンオンして内部コンデンサを充電します。ネット上の電圧がコンデンサ上の電圧を下回ると、ダイオードはリバースバイアスされ、電荷を分離します。
結果的に生じた電荷は、ネットがローにプルされた時、各インタバル期間中スレーブに電力供給するエネルギー源
を提供します。これらの期間に失われた電荷量は、データ
ラインがハイに戻る時に補充されます。半波整流器によってネットから電力を「スティーリングする(盗む)」というこの概念は、「寄生電力」と呼ばれています。

ダラスセミコンダクタ社は、複数のスレーブ用にシングル
ツイストペアケーブルを介してデジタル通信及び動作電力を伝達する、単一のバスマスタに基づくテクノロジーを設計開発しています。このテクノロジーの重要な面は、
どのスレーブもグローバル的に独自のデジタルアドレスを備えていることです。このテクノロジーは、単一のワイヤを使って通信及び電力送信の両方を実現するので、
1-Wire®と呼ばれています。本文では、そのプロトコルを簡潔に説明し、多様なアプリケーションを紹介します。

通信する時、マスタはバスを最低480µs間ローにホールドし、リリースし、その後ラインに接続されているスレーブからの応答する現在のパルスを探すことによって、ネット
ワークをリセットします。パルスの存在が検出されると、そのアドレスを呼びだすことによってスレーブにアクセス
し、タイムスロットを発生しスレーブからの応答を検査することによって、情報の伝達を制御します。このハンド
シェ−クが成功すると、マスタは必要なデバイス特有のコマンドを発行し、そのデバイスとスレーブ間の必要なデー
タトランスファを実行します。独自のデジタルアドレスがあるために、マスタはネット上の多くのスレーブの中から単一のスレーブを選択することができます。

1-Wireネットとは何か？
1-Wireネットは、1-Wire素子を使い、ツイストペア
ケーブル上でPCまたはマイクロコントローラがデジタル通信を行うことに基づいた低価格のバスです。このネット
ワークは、マスタにおいて公称5Vの電源への抵抗プルアップを使う、オープンドレイン(ワイヤードAND)マスタ/
スレーブマルチドロップアーキテクチャによって定義されます。1-Wireネットベースシステムは次の3つの主な素子で構成されています：1)TMEXTM iButton®ビューワのような制御ソフト付バスマスタ、2)配線及び関連コネクタ、3)1-Wireデバイスの3つです。マスタの要請がな
い限りいかなるノードも通話を許されず、マスタ経由以
外はスレーブ間の通信が許可されないので、このシステム
は厳密なコントロールが可能になります。

全ての部品に独自のアドレス
それぞれの1-Wireスレーブ内に、ノードアドレスとして作用する独自の64ビットシリアル番号が保証されたレーザーROM部分が保存されています。このグローバル的な独自のアドレスは、3つの主要部分に分割される8バイトで構成されています。LSBから始まり、最初のバイトは、デバ
イスの種類を特定する8ビットのファミリーコードを保存しています。次の6バイトにはカスタム化が可能な48ビットの個別アドレスが保存されています。最後のバイトは、最上位バイト(MSB)で、最初の7バイトに包括されるデータに基づいた値の周期冗長検査(CRC)が含まれます。これによってアドレスが誤差なくして読み取られたかをマスタが判断することが可能になります。248のシリアル番号プール
によって、ネット上のノードアドレスの衝突または重複の問題が発生するようなことは決してありません。

1-Wireプロトコルは、電源電圧範囲2.8Vから6Vに特定される動作に従来のCMOS/TTLロジックレベルを使用します。マスタ及びスレーブはトランシーバとして構成され、ビットシーケンスデータが双方向に流れます。しかしデータは一度に一方向にのみ流れることが許可され、最下位ビット(LSB)を最初に読み出され書きこまれることを可能にします。経済的なDS9097U COMポートアダ
プタは、RS-232をネットにインタフェースします。
また、DS2480シリアル1-Wireラインドライバチップも、性能を最大化する適切な信号及びプログラム可能な波形を発生するために提供されます。
1-Wireネット上のデータは、タイムスロットによって伝達されます。例えば、ロジック1をスレーブに書き込むために、マスタは15µs間又はそれ以下の間バスをローにプルします。ロジック0を書き込むために、最悪のケース
条件のタイミングマージンを提供すべく、マスタは最低60µsの間バスをローにプルします。それぞれの1-Wire
部品はその内部発振器によりマスタの立下りエッジに

1-Wireデバイスはフロッピーディスクのようなファイル
ディレクトリを使ってフォーマットが可能なので、ファイルはランダムアクセスが可能で、他の記録を妨害することなく変更できます。情報は、バスに接続されているデバイスにマスタがアドレスする時、又はiButtonが1Wireネット上のどこかのプローブにタッチされた時に読み出し又は書き込みがされます。最高64kのメモリを

1-Wire及びiButtonはDallas Semiconductorの登録商標です。
TMEXはDallas Semiconductorの商標です。
3

表示し、さらに大きな視覚的インパクトを与えるために
ソフトウェアを使って点滅させることも可能です。

1-Wireチップに包括することにより、従業員氏名、ID
番号、及びセキュリティレベルなどの標準情報をデバイス内に保存できます。1-Wireチップの米国政府認可のセキュア
ハッシュアルゴリズム(SHA-1)実行により、最高のデータセキュリティが提供されます。

汎用1-Wireネットの例
DS2409とそのローサイドの従妹であるDS2406を組み合わせると、汎用1-Wireネットができます。図1は、2つのDS2409が任意の列を選択するのに使われると共に、1つのDS2406デュアルローサイドスイッチが任意のカラムを選択するのに使われているところを示しています。ここに示されているように、バスマスタによってアドレスされる
特別な交差点を視覚的に示すために、LEDを使ってシンプルな2 x 2のアレイを形成します。アレイは、DS2409及び/
またDS2406を追加することによって、XまたはYのいず
れかの方向に簡単に拡張することができます。このような方法で、唯一ネットローディングにのみ拘束される、任意のサイズのM x Nアレイが実行されます。

歴史的に、1-Wireネットとは必要に応じて1-Wireスレーブ
がデイジーチェーンされ単一のツイストペアが必要とされる領域をルートするものとして見られていました。しかしながら、ネットワークへの負荷が大きい場合、バスを部分的に分割するほうが好ましいか、又はその必要性が発生します。これにより、トラブルシューティングを容易にする
バス上の1-Wireデバイスの物理的な位置に関する情報を提供するという利点が追加されます。主要な「トランク(幹)」として1つの部分を使い、DS2409を使い必要に応じて部
分 的 な「 ブ ラ ン チ ( 枝 ) 」を 追 加 ま た は 除 去 す る こ と によって、真の1-Wireネットが作られます。また、これはバスマスタから見えるトランク及び起動されたDS2409によって接続された部分への負荷を減少させます。

動作中、マスタは、必要な列を制御するDS2409のAUX
出力と、必要な位置でその列と交差する対応する
DS2406のカラム出力の両方を選択します。例えば、上のDS2409のAUX出力及びDS2406のB出力の両方がターンオンされると、図1の上部右端の位置(太線でハイライトされている)が選択されます。これは、その点で(存在する場合)1-Wireデバイスのシリアル番号の読み出しを可能とするために、選択された列とカラムの交差点
でiButtonプローブをマスタに接続します。どの交差点がアドレスされているかを示すために、マスタは選択されたDS2409をAUX出力からメイン出力にスイッチします。

TM

結果的に、DS2409 MicroLAN カプラは複雑な1-Wire
ネットを作る主要部品となります。これには、MAIN及びAUX送信ゲート出力及びオープンドレイントランジスタ(CONT)が含まれ、それぞれがバスマスタによって遠隔的に制御されることが可能です。ノードをラベルするために
DS2430 EEPROMが接続されたシンプルな1-Wireブランチ
は、場所及び機能などの特別なノードに特有のタグ付け
情報を提供します。CONT出力に取り付けられたLEDは、
特別なブランチがアドレスされていることを視覚的に

S

+5V
C1
4.7µF

6
VCC

+

2

6
VCC

DATA

2

G

1.5kΩ

1.5kΩ

1.5kΩ

1.5kΩ

DS2409
4
DATA
AUX
GND
1

BAT54SD
MIC94031

3 500kΩ
MAIN 5CONT

3 500kΩ
MAIN 5CONTS

D
MIC94031
G

DS2409
4
DATA
AUX
GND
1
2

4
3
A

DS2406
BAT54SB 6
1

GND

図1. 2つのDS2409及び1つのDS2406が、視覚的なインジケータを使って汎用1-Wireネットの形成を補助します。
MicroLANはDallas Semiconductorの商標です。
4

リチウムのバックアップを使って、1-Wire雨量計及びハブ取り付けホウィールオドメータを作製するのに使われます。これらのアプリケーションでは、それぞれ計測用
放下バケツが満たされ、空にされる毎、又はホウィール
が1回フル回転する度に、小型の永久磁石が、リードスイッチを通過します。これによって一時的にリードスイッチが閉じ、雨量0.01インチ、または1回転を示す
ようにカウンタを増分します。また、この回路は風速を測定する1-Wire気象観測所でも使用されています。

デフォルトとしてCONTピンがターンオンされ、関連する
PMOSトランジスタのゲートをグランドし、ターンオン
します。パストランジスタをオンにすると、選択された交差点で電力がLEDに供給されLEDが点灯します。希望であれば、DS2409はLEDを点滅させ視覚的な効果をあげるため、メインとAUX出力を繰り返し変換することが可能です。全てのDS2409のメイン出力がターンオンされると、選ばれたDS2406のカラム全体のLEDがターンオンされます。交互に、全てのDS2406の出力がターンオンされると、選ばれたDS2409の行全体のLEDがターンオンされます。結果として、全てのカラム及び行のスイッチをターンオンすることによってアレイ全体が点灯されるので、システムが完全に機能していることを検証する試験として便利です。DS9092 iButtonプローブが例示されていますが、ハンダ付けされた1-Wireデバイスも使用可能です。

1-Wireネット上で湿度を測定
多くの製造工程で湿度は重要な要素であり、個人的な快適さにも影響します。適切な感知素子を使い、1-Wireネット
上で湿度を測定することが可能です。ここで特定されているセンサ素子は、電源電圧に比率する直線性電圧対相
対湿度(RH)出力を生成します。つまり、電源電圧が変化すると、センサ出力電圧が直接それに比例します。これには、センサ素子電圧及びその出力電圧両方の測定が要求されます。さらに、真のRHを計算するには、センサ素子での温度を知る必要があります。DS2438は計算に必要な全ての係数を包括しており、ADCを2つと温度センサを1つ備えているので、湿度センサを作る際の理想的な選択肢となっています。図3は、HIH-3610湿度
センサ素子のアナログ出力がDS2438のメインADC入力
によってデジタル変換されているところを示しています。バスマスタはまずU1、つまりDS2438に、V DD
上の電源電圧レベルを報告させます。これは又U2、つまりセンサ素子の電源電圧です。次にマスタはU1にU2の出力電圧を読ませ、オンチップセンサを使って局所温度を報告させます。最後にマスタはU1が供給する3つのパラメータを使って真のRHを計算します。

アドレス可能なデジタル装置
DS2406及びDS2409 1-Wire制御チップの他に、温度センサ及びアナログデジタルコンバータ(ADC)のようないくつかのデジタル機能もあります。これらのICは1-Wire
ネット上で、多様な物理的特性を測定します。1-Wire装置の顕著な利点は、計測されるものの特定の特性(例えば、電圧、電流及び抵抗)に関係なく、全てが1-Wireプロト
コルを使って通信することにあります。他の方法では計装用アンプや電圧周波数コンバータのような様々な信号処理(シグナルコンディショニング)回路を使うので、異なった出力を必要とし、各センサに個々のケーブルが必要となります。
各デバイスの独自のIDアドレスは、バスマスタが特定の
1-Wire装置がどのパラメータを測定しているかを解釈するための鍵となります。本文では、環境測定用の1-Wire
装置の例をいくつか後述します。全ての回路例では、電力のローカルソースを提供するために、BAT54Sデュアルショットキダイオード及び入力コンデンサが使われていることに留意して下さい。パッケージ内の残りのショットキダイオードはDATA及びGNDを横切って接続され、グランドから約-0.4Vまで下回る信号の偏移を制限することによって、回路を保護します。このダイオードがないと、バス上で0.6Vを超える負信号の偏移が、寄生基板ダイオードをフォワードバイアスし、チップ機能が妨害されます。

1-Wire NET
CR1
BAT54S

2
A

6

SW1

3 DS2423
BAT U1

GND最初の例では、ロジックレベルの変化、又はスイッチが閉じられると応答する入力を備えたDS2423カウンタが使われており、多様な計数または速度センサの実行に最適です。磁気的に起動されるリードスイッチを使う回路の例が図2に示されています。この回路では、ターンオン中のスプリアスな計数の発生を防ぎ、ノイズのピックアップ
を最小限にするために、外部1MΩプルダウン抵抗が入力からグランドまでに使用されています。この回路は、

C1
0.01µF

GND
1

B

5

R1
1MΩ

図2. 基本的なDS2423カウンタ回路は、入力としてリードスイッチ
を使用します。

5

16のコンパスポイントを示します。16の全方位点に関して
ADC入力における電圧をリストした図及び表1の2を参照して下さい。S1及びS2が閉じている時にADC入力のBとCに3.3Vが適用されていることをご覧下さい。これは、プルアップ抵抗R2とR3の並列の組み合わせが単一の抵抗として働き、その半分の値がR1に直列に接続され、R1を横切る0.66VCCの電圧デバイダを形成することから起こります。この状況はスイッチ位置4と16でさらに2回起き、これらの主要なポイントでも3.3Vを発生します。

1-Wire NET
CR1
BAT54S

C1
0.1µF

1
VDD
U2
2
HIH-3610
HONEYWELL
GND
3

5
VDD
4

8
DQ
2
Vs+

VAD DS2438
3
U1
Vs-

GND

GND
1

図3. 寄生電力をもつDS2438は湿度センサの製作に理想的です。

表1. 4つのDS2450 ADC入力で観察される
風向計の位置対電圧

1-Wireネット上での気圧測定
気圧は、DS2438を使って1-Wireネット上で測定可能な
もう1つの重要な気象学的なパラメータです。総合的な信号処理回路を内部に備えたレシオメトリック圧力センサを選択することによって、回路が非常にわかりやすいものとなります。気圧を正確に計測するためには、大気圧を表する出力電圧と素子への印加電圧を知る必要があります。MPXA4115圧力センサは、5Vで最高10mAを必要とすることがあるので外部電源が必要となります。
DS2438のパワー端子にも外部電力を接続する必要があ
ることを留意して下さい。これによってDS2438が圧力センサ素子に加えられた電源電圧を測定することが可能になります。フレキシブルなチューブによって、外気圧のサンプリングをしたり、ドアや窓の開閉または屋内のエレベータの昇降によってもたらされる不測の圧力変化(ノイズ)を避けたりするための経路をつくることが可能です。

1-Wireネット上での風向の測定
最初の1-Wire気象観測所では、図4に示されるように、
その風向センサの8つの磁気リードスイッチをそれぞれ
ラ ベ ル す る の に DS2401が 使 わ れ ま し た 。 単 一 のDS2450クワッドADCは、5つの抵抗器を使って、同様の機能を実行することができます。風が風向計を回転させると、トラッキングロータに取り付けられた磁石がリードスイッチを1つ(または2つ)開閉します。リード
スイッチが閉じた場合、U1、つまりDS2450の入力端子で観察される電圧を変化させます。例えば、磁石がS1(北)を閉じる位置にあれば、端子7で観察される電圧
は、V CC から 1/2 V CC に、つまりおよそ5Vから2.5Vに変化します。風向計の16の全位置がADCから独自の4ビット信号を発生するので、センサを初期化するにあたり、北を表示するか、又は現在風向計がどちらの方向を指しているかを特定することのみが必要となり
ます。

方位点

電圧
入力@
D(V)

電圧
入力@
C(V)

電圧
入力@
B(V)

電圧
入力@
A(V)

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

5
5
5
5
5
0
0
0
5
5
5
5
5
2.5
2.5
3.3

2.5
3.3
5
5
5
5
5
0
0
0
5
5
5
5
5
3.3

5
3.3
2.5
3.3
5
5
5
5
5
0
0
0
5
5
5
5

5
5
5
3.3
2.5
2.5
5
5
5
5
5
0
0
0
5
5

1-Wireネット上での太陽放射輝度の測定
太陽光の量及びその持続時間は、1-Wireセンサを使って簡単に測定されるパラメータの1つです。太陽光の量は大気及び空の状況の測定で、持続時間は春分や秋分及び1日の長さに関連します。機械的及び光学的な実施は複雑になりますが、エレクトロニクスの部分はDS2438を使って簡単に製作できます。図5には、フォトダイオードと直列に接続された感知抵抗を使って構築された太陽放射センサが模式化されています。
フォトダイオードに当る光によって光電流が生成され、ADCによって読み取られる感知抵抗を横切る電圧を生成します。センサが応答する波長及び光バンドパスの両方を制御するために、光フィルタを追加することが可能です。

磁石が2つのリードスイッチの中間にある時2つのリードスイッチは閉じているので、8つのリードスイッチが
6

N
+

C1
10µF

R2
47kΩ

R3
47kΩ

R4
47kΩ

1

R5
47kΩ

1-Wire NET
3
DATA
CR1
BAT54S

DS2450
U1
GND
4

15
S1

S2

4

1
VCC 5
AIN-A
6
AIN-B
7
AIN-C
8
AIN-D

16

2

3

S3

14

S8

R1
47kΩ

13

5
S4

6

12

S6

S5

11
7

8

GND

10
9

図4. DS2450クワッドADCベースの風向センサは16のコンパスポイントを測定します。

種類のTCと併用することができます。図6は、いかに
DS2760の採用が、標準熱伝対をマルチドロップ能力のスマートセンサに変換するのにシンプルで容易であるかを模式化しています。R1を追加することで、1-Wire
ネット上に提供される電圧が許容限界内であることを確認するトラブルシューティングに役立つVDDの測定が可能となります。

1-Wireネット上で熱伝対を測定する
DS2760多機能1-Wireチップを使い、低温接点で直接デジタル化される従来の熱伝対(TC)を使って極端な温度を測定することも可能です。1-Wireネットのツイストペア
ケーブルは、TCとバスマスタ間の距離をカバーし、通常使用される高価なTC拡張ケーブルの効率的な置換えとなります。独自のIDアドレスがあるので、複数のスマート
TCをネット上で必要とされる任意の位置に置くことができ、位置決め及び取り付け費用を大きく低減します。
オンチップ温度センサが TCの低温接点の温度を継続的にモニタするので、チップはLSB 15.625µVで標準的なTCの温冷接点間で発生するミリボルトレベルの出力を直接デジタル化できます。チップには、TCの種類、場所、TCの使用開始日のようなセンサ特有のデータを保存するためのユーザアクセス可能なメモリが含まれています。
この情報は、センサのミスラベルによる誤差の確率を最小化します。従って、DS2760は、バスマスタの計算が保存データ及びオンチップ温度センサによって報告される低温接点の温度に基づいてなされるため、あらゆるまとめ
1-Wireテクノロジーは、単一セルフパワーネット上の個別ノードのポシティブなIDに基づいて、電気的な通信と計測の組み合わせを可能にしました。このテクノロ
ジーの継続的な開発により、環境、計測、電圧、電流、温度、位置などとインタフェース可能な1-Wireチップのアレイが増加されました。本文中で述べられたように、
これらのチップはまた単一ツイストペアケーブル上での多くの環境パラメータを測定するセンサの構築を可能に
しました。

DATA

1-Wire NET
CR1
BAT54S

C1
0.1µF

4

GND

5
VDD

DS2438 Vs+
VAD

U1

CR1
BAT54S

8
DQ
2

Vs- 3

OP954

15
C1
0.1µF

VDD

2
PLS

R1
1kΩ

Rsens
820Ω

16

VIN

7
DQ
IS1

DS27608IS2
U14, 5, 6
SNS
11,12,13

GND
1

9
C2
0.1µF
RED

(-)

TYPE E THERMOCOUPLEGNDPURPLE図5. フォトダイオード及びDS2438を使って利用できる太陽光の量を簡単に測定することが可能です。

(+)

図6. DS2760は、従来のTCをマルチドロップ機能付のスマートセンサに変換することが可能です。

7

iButtonと 呼 ば れ る ス テ ン レ ス 鋼 製 ケ ー ス に 入 っ た
1-Wireスレーブの中にROM、EPROM及びEEPROMを包括することで、さらに個人的な電子認証が可能になりました。個人及びデータのセキュリティは、金銭的なトランザクションに使われるiButtonのSHA-1に基づく
1-Wireチップが作られたことによりさらに進歩しました。
ステンレス鋼で外装されたiButton、又は標準ICパッケージに収められているかに関係なく、1-Wireコミュニケーション

は、ノンクリティカルな2つの接触インタフェースを使っています。1-Wireテクノロジーは、現在、運輸トークン、
認証バッジ、入り口のセキュリティ、及びアフターマー
ケットの制御に使われています。新しいアプリケーションが続々追加されています。1-Wireテクノロジーを使った
商業用アプリケーションについての詳細情報は、ウェブ
サイト、www.ibutton.com/solutions(英文のみ)をご覧下さい。

8

T1パルスマスクテンプレート

テレコム
テンプレートの測定及び適合北米で最もよく使われているデジタル送信システムはT1
ネットワーク(1.544Mbps)です。このデジタルデータ
送信システムは1960年代半ばに公衆電話プロバイダのために開発されたものです。それ以来、T1ネットワーク
はデジタル音声通話送信のみの機能から、広域ネット
ワーク(WAN)及びインターネットなどのアプリケーションのコア送信技術である大量データパケッ送信へと機能を変えました。

テレコミュニケーション業界では、しばしば、旧式の又は既存のテレコミュニケーションシステムとインタ
フェースする機器を設計する必要性がおきます。レガシーシステムにおいて、機器が適切に機能することを保証するために、メーカが順守すべきいくつかのアプリ
ケーション依存の仕様が定義されています。これらの仕様には、データトランスファ、信号タイミング要件、及びデータトランスファ誤差検出時に実行されるべき機能が含まれています。データ送信装置のメーカに特に重要な仕様の1つに、送信信号の質に関するものがあります。システムの種類によって、送信信号がどのように現れるべきかに関する仕様があります。測定された信号は、
パルスマスクと呼ばれる、あらかじめ定義されている
テンプレートに適合する必要があります。本文では、T1、T3、E1、及びE3パルスマスクのための仕様ならびに
パルスマスク適合のための送信信号試験を検証します。
又マルチポート送信デバイスの試験の際に発生可能ない
くつかの問題についても議論します。マキシム/ダラス
セミコンダクタ社は、T1/E1及びT3/E3システムのためのマルチポートトランシーバの製品ラインとともに、
マルチポートデバイスのパルスマスク試験をより簡単にするためのハードウェアサポートを提供しています。
T1/E1/T3/E3ネットワーク用のインタフェースとパル
スマスクの仕様が後述されています。デジタルネット
ワークのための仕様は、国際テレコミュニケーションユ
ニオン(ITU)文書G.703、1998年10月刊、及びテレコ
ミュニケーションのための米国国立標準「American
National Standard for Telecommunications」(ANSI)
文書、ANSI T1.102-1993から抜粋しました。

表1.

各T1ラインで、顧客が目にする物理的な接続は、常に2本のツイストペアラインです。1つはデータ送信用で、他方はデータ受信用です。両方とも100Ω抵抗負荷を使って終端される差動ペアです。パルスマスクを測定するために、データ送信パスが選択され、送信ラインの末端で測定されます。多くのT1トランシーバは、T1
パルスの振幅調整によって送信ラインの抵抗及び容量的負荷を補償するためのオプションを提供します。ダラス
セミコンダクタ/マキシム社は、22 AWGを使う最高655
フィートまで可能な短距離(DSX-1)ライン、及び最高-36dBの信号ロスまで定格されている長距離(CSU)ラインの両方について構成可能なT1トランシーバを提供しています。これは、通常、送信ラインのラインビルドアウト(LBO)と呼ばれます。短距離(DSX-1)ライン及び長距離(CSU)ラインの中で、ダラスセミコンダクタ/マキシム社のT1トランシーバは、適切なLBOの設定が可能です。
パルスマスク用のT1インタフェースの仕様は表1に示されています。
T1デバイスの構成に関係なく、T1信号は分離されたパルスの送信時にライン末端でパルスマスク内に適合しなければなりません。分離されたパルスは、通常、特定数のゼロに先行及び後続するポジティブパルスです。
要求されるゼロの数は、ANSI T1.102-1993の仕様によって決定されます。

パルスマスク用のT1インタフェースの仕様

インタフェースのパラメータ仕様

公称ライン速度1.544Mbps

媒体

各送信方向について、バランスツイストペアを1本使用。

分離されたパルス

0が4つ先行し、1つかそれ以上の0が後続するポジティブパルス。

試験負荷インピーダンス

100Ω±5％の抵抗試験負荷。

パルス振幅

ポジティブ分離パルスのパルス振幅は2.4Vと3.6Vの間。

パルスの形状分離されたパルスに近似する全てのパルスの形状は、図1のマスクに一致します。この形状は1.0と示される公称パルス振幅で、正規化された形で示されています。
9

E1ネットワークはライン速度やフレーム当りのチャネル数に小さな差異があるもののT1ネットワークに類似しています。E1ネットワークでは未だにコネクタが2つ(1つはデータ送信に他方はデータ受信)及びライン末端
での抵抗終端が必要です。信号は、パルスが特定のテンプレートに適合することが条件になります。しかしE1の仕様は、分離されたパルスばかりではなく、全てのパルス
がテンプレートに適合することが条件となります(図2)。
E1は0フィートあるいはE1パルスのソースで試験されま
すが、T1パルスは全ライン長に対するテンプレートに適合しなければなりません。E1モードでは2種類のケーブルが使用されます：75Ω同軸ケーブル及び120Ωツイスト
ペアケーブルです。いずれのケーブルにもそれぞれ関連
する公称振幅があります。75Ω同軸ケーブルに関しては、
振幅が T0で2.37V ±10％なければなりません。120Ω
ツイストペアケーブルでは、振幅は3.0V ±10％なければなりません。このパルスがテンプレートに適合しなければならず、拡大または縮小することは不可能です。表2には、パルスマスク用のE1インタフェースの仕様が示されています。

T3及びE3パルスマスクテンプレート
図1. パルス振幅(1.544Mbps)はT0時に位置するパルスの中央で測定されます。

より高速のデータ速度が必要とされる場合、T3及びE3
ラインがよく使用されます。T3ライン(44.736Mbps)
は、最高28本のT1ラインまたは21本のE1ラインを扱います; E3ライン(34.368Mbps)は、最高16本のE1ラインの保持が可能です。T1及びE1ネットワークと同様に、T3及びE3パルスもまた特定されるテンプレートに適合しなければなりません。それぞれのテンプレートを図解したものは図3及び図4を参照して下さい。T3及びE3パルスは両方とも75Ω抵抗負荷によって終端されます。
T3パルスは、最高450フィートまでの可能性があるラインの全長についてテンプレートに適合しなければなりません。
E3信号はソースで測定されます。パルスマスクのためのT3及びE3インタフェースの仕様は、それぞれ表3及び表4に示されています。

T1パルスマスクは、マスク内の1.0の公称パルス振幅でグラフィック表示される時に正規化されます。パルス
振幅は、図1で示されるように、T0時に位置するパルスの中央で測定されます。T0での振幅が2.4Vから3.6Vの間であれば、信号はそれがパルスマスクに適合するかどうかを決定するために直線的に拡大または縮小されます。

E1パルスマスクテンプレート
T1ネットワークの他にもデジタル送信システムがあります。ヨーロッパ及びアジアで広く使用されているシス
テムは、E1(2.048Mbps)です。大まかな言い方をすると、

表2.

パルスマスクのためのE1インタフェース仕様
インタフェースのパラメータ

シングルエンド

差動ペア

公称ライン速度2.048Mbps

2.048Mbps

媒体

各送信方向に1つの同軸ペアを使用。

各送信方向に1つのバランス
ツイストペアを使用。

試験負荷インピーダンス

75Ω ±5％の抵抗試験負荷。

120Ω ±5％の抵抗試験負荷。

パルス振幅

ポジティブ分離パルスの公称パルス振幅は2.37V。

ポジティブ分離パルスの公称
パルス振幅は3.0V。

パルスの形状

全パルスが図2のマスクに一致。

全パルスが図2のマスクに一致。

10

表4. パルスマスクのためのE3インタフェース仕様
インタフェースのパラメータ

規格

公称ライン速度34.368Mbps

媒体

各送信方向に1つの同軸ペアを
使用。

試験負荷
インピーダンス

75Ω ±5％の抵抗試験負荷

パルス振幅

ポジティブで分離されたパルスのパルス振幅は1.0V。

パルスの形状分離されたパルスに近似する
全てのパルス形状は、図4のマスクに一致。

パルスマスク試験
送信デバイスのパルスマスク試験は、テレコミュニケー
ション装置のメーカばかりでなくエンドユーザにとっても基本的な実施事項です。この試験を実施するためには、デバイスが既知のデータパタンを定常的に送信するモードに設定して下さい。T1及びT3ネットワークには、分離されたパルスが発生されたことを確認する仕様があります。T1信号に関しては、分離されたパルスは4つのゼロが先行し1つ以上のゼロが後続するパルスです。T3
信号の分離されたパルスとは、2つのゼロが専攻し、1つ

図2. 分離されたパルスだけで全てのE1パルス(2.048Mbps)がテンプレート形状に一致しなければなりません。

表3. パルスマスクのためのT3インタフェース仕様
インタフェースのパラメータ

規格

公称ライン速度44.736Mbps

媒体

各送信方向に1つの同軸ペアを使用。

分離されたパルス

0が2つ先行するか1つ又はそれ以上の0が後続する
ポジティブパルス。

試験負荷
インピーダンス

75Ω ±5％の抵抗試験負荷

パルス振幅

ポジティブで分離されたパルスのパルス振幅は0.36Vと0.85Vの間。

パルスの形状分離されたパルスに近似する
全てのパルス形状は、図3のマスクに一致。この形状は公称パルス振幅を1.0として示した正規化された形で表示。
図3. T3パルス(44.736Mbps)は全ライン長に関してテンプレートに適合しなければなりません。

11

抵抗を追加して下さい。パルスマスク測定を実行する
際に、オシロスコープによって検出される反射及びノイズが最小化されます。
異なるLBOが必要な場合、T1及びT3ネットワークと同様に、送信ラインに適切な容量負荷を提供するために
通常ラインシミュレータが追加されます(図6)。

パルスマスク試験上の問題
マルチポート送信デバイスに問題が発生する可能性があります。市場には複数のパルスを同時に測定できるマルチ
チャネルオシロスコープが多数出回っていますが、ラインシミュレータの多くはシングルポートのみです。測定のためにケーブルを常に移動するようなことをしないでライン
シミュレータ及びオシロスコープの両方を完全に利用するには、N x 1のスイッチマトリックスが必要となります。
マキシム/ダラスセミコンダクタ社では、この問題を解決
し遠隔で基板と通信するためのGPIBインタフェースを提供する2つのマトリックスカードを開発しました。両マトリックスカードは、測定される信号の反射を低減する
ためにインピーダンス制御されるように設計されています。
また、各マトリックスボードは、それぞれの信号パスに対して別々の送信及び受信パスを備えています。これは、レシーバ感度を試験する時に役立ちます。

図4. E3パルス(34.368Mbps)信号はソースで測定されます。

以上のゼロが後続するパルスです。パルスマスクの測定中に反射を低減させるために、パルスを送信する前にゼロの数を最大にすることを強く推奨します。E1及びE3
信号は、全てのパルスが特定のテンプレートに適合することを条件としているので、分離されたパルスのための仕様はありません。

図6は、パルスマスク測定に必要な関連ハードウェアと共に、マルチポートのT1/E1シングルチップトランシーバ(DS21Q55)及びT3/E3ラインインタフェースユニット(DS3154)を表しています。

その後、送信ラインは適切な抵抗値を使って負荷され、測定用オシロスコープに接続されます。図5は、よく使われる2つの終端処理方法を示しています。上のダイアグラムは、差動送信ラインを終端する適切な方法を図示しています。これが適切に機能するためには、差動信号を受信するようにスコープが設定される必要があります。T1ネットワークは、負荷として100Ω ±5％抵抗
終端を必要とします。そのため、TTIP及びTRINGには50Ω
±5％抵抗が使用されます。120Ω終端のE1については、
60Ω ±5％抵抗が2つ使用されます。

上のブロックに、DS21Q55とラインシミュレータの間にDSMAT110X8が、またDS21Q55とオシロスコープとの間にDSMAT75X12が存在することを留意して下さい。
DSMAT110X8は、100Ωから120Ωのインピーダンス
マッチングを必要とする差動テレコム信号のために特別に

CHANNEL A
OSCILLOSCOPETWISTED-PAIR CABLE

オシロスコープの残りのチャンネルを他の目的に使うとともに、並行して送信信号のパルスマスクを見ることがよく推薦されます。これには市場に数種類ほど紹介されているアクティブ差動プローブの使用が必要となります。
希望するインピーダンス終端を備え、使用するオシロス
コープに定格されているものを使って下さい。Tektronix社、
LeCroy社、及びHP社等がT1及びE1送信信号に使用可能
な終端付の差動プローブを製造しています。

60Ω/50Ω

DIFFERENTIAL MODE
HIGH-IMPEDANCE INPUT

60Ω/50Ω
CHANNELBCOAXIAL CABLE

CHANNEL A
OSCILLOSCOPE
75Ω

図5の下の終端処理方法は、シングルエンド送信ライン用です。このパルスマスクを測定するにはオシロスコープの高インピーダンス入力にできるだけ近いところに終端

SINGLE-ENDED
HIGH-IMPEDANCE INPUT

図5. 上の図は差動送信ラインを終端する適切な方法を示し、下の図はシングルエンド送信ラインの終端処理例を表しています。

12

設計された8 x 1マトリックスカードです。DSMAT75X12は、75Ωインピーダンスマッチングを備えた12 x 1マトリックスで、シングルエンド信号用に設計されています。
DS21Q55は、75Ω/100Ω/120Ωという多様な終端構成でT1及びE1の両方のモードにおける動作が可能です。
多く構成があるので、全てのポートに関して、デバイスが可能な全てのアプリケーションのパルスマスクに適合するかどうかを迅速に確認することが困難になります。
2つのマトリックスカードによって、ユーザが指定されたパスを介して特定のポート上の信号を分離することが可能になり、確認が容易になります。例えば、T1モード
では、100Ωの差動信号が必要とされ、デバイスは最高655フィートまでテンプレートに適合しなければなりま
せん。DSMAT110X8カード及びラインシミュレータを使うことによって、全ての可能なLBOに関してパルスマスクの測定が可能です。しかし、E1モードでは、アプ
リケーションに応じて120Ω差動信号、又は75Ωのシングルエンド信号を選択することができます。そのため、E1ツイストペアケーブルからの差動信号の1つが短絡するのを防ぐために、適切なマトリックスが使用されなければなりません。E1のパルスマスク試験は、ライン

DS21Q55
T1/E1 x 4
TRANSCEIVER

シミュレータがパススルーモードに設定されるため0フィートだけで実行されます。これはデバイスがいかに構成されているかに依存します。
図6の下のブロックは、他のマルチポートデバイス、
DS3154を示しています。このデバイスは、2つの異なる送信モード間、この場合はT3とE3間をスイッチできるので、DS21Q55に類似しています。T3とE3の仕様は、DSMAT75X12カードのみ必要とされるように、75Ω終端となっています。しかし、反復しますがT3モードでは、デバイスはLBO全体についてテンプレートに適合しなければならず、ラインシミュレータが必要となります。E3
モードでは、ラインシミュレータはパススルーモード内に設定されています。
データ送信機器のポート数が増加すると、送信信号がパルスマスクに適合しているかどうかを迅速に、又、信頼できる方法で試験する必要性も増加します。
ダラスセミコンダクタ/マキシム社は、T1/E1及びT3/E3
アプリケーションに関する必要性を満足させるソリュー
ションを開発しました。

LINE SIMULATORDSMAT110X8
8 x 1 DIFFERENTIALSWITCH MATRIX 110Ω

LONG LINE (ME-1001)

OSCILLOSCOPE
CHANNEL A
PROPERLY TERMINATED
HIGH-IMPEDANCE INPUTSHORT LINE (ME-1002)
CHANNEL B
PROPERLY TERMINATED
HIGH-IMPEDANCE INPUTDSMAT75X1212 x 1 DIFFERENTIALSWITCH MATRIX 75Ω

OSCILLOSCOPE
DS3154
T3/3 x 4 LIU

LINE SIMULATOR
75Ω CABLE(ME-1005)

DSMAT75X1212 x 1 DIFFERENTIALSWITCH MATRIX 75Ω

CHANNEL A
PROPERLY TERMINATED
HIGH-IMPEDANCE INPUT

図6. T1及びT3ネットワークでは送信ラインへの適切な容量負荷を提供するために、通常ラインシミュレータが1つ追加されます。

13

DESIGN SHOWCASE
曲線近似(カーブフィッティング)でバンドギャップベース温度センサの誤差を減少
ダイレクトトゥデジタル温度センサICは、通常、妥当な価格で相対的に高精度の測定を行うためにバンドギャップ
比例対絶対温度(PTAT)アーキテクチャを採用しています。マキシム/ダラスセミコンダクタ社では、独自の製造方法を使って温度精度が最高±0.5℃の工場較正済み
バンドギャップ/PTATベース温度センサを提供しています。多くのアプリケーションに関してはこの精度レベルで十分と言えますが、ある種の科学的及び産業用アプ
リケーションでは更に高い精度が要求されます。

概念
バンドギャップ回路のPTATノードは上昇する温度と共に単調に増加する電圧係数を持ち、時間及び環境ストレスに対して非常に安定しています。これらの特性によって、バンドギャップPTATノードは、適切な較正条件下において高い精度を提供する優秀な温度測定デバイスとなります。
PTAT特性がおよそ線形であるにもかかわらず、PTATは周辺温度に相対的な二次誤差と解釈される若干二次的な曲率を持っています。この点を例示してみます。熱伝導性の液体バスの温度を温度範囲-3℃〜+85℃まで5℃間隔で測定するためにDS1631 ICが使用されました。DS1631
によるそれぞれの測定の間、液体の非常に正確な温度測定値を提供するために、NISTトレース可能プラチナRTD
で液体の温度を同時に測定しました。図1には、RTD測定に対するDS1631測定誤差がプロットされています。
この図で、二次的な曲率がはっきりと見られます。このプロットが曲線の中央でネガティブオフセットを示していることに留意して下さい。このオフセットは、中央温度で精度が下がっても、全体的な精度が広範囲において高まるように、較正中意図的に導入されました。

バンドギャップ電圧係数内の特有の曲率によって、バンド
ギャップベースの温度センサの狭い温度範囲を超えた部分の正確な較正が限定されます。幸いにして、電圧係数の非線形性は、二次的な形状を持っています。これにより、ユーザが誤差特性のオフセット及び曲率を補償することによって、数学的に精度を10倍以上改善することが容易になります。この改善は二次式をデバイス誤差曲
線に「フィッティング(適合させる)」させ、ある特定温度において誤差を部分的に除去するためにカスタム化された等式を使うことによって達成できます。本文ではこの曲線近似手法の詳細を説明します。

以下のセクションで示される誤差補正方法は、バンド
ギャップベース温度センサの出力特性の曲率及びオフ
セット両方を補償します。

0.5

DS1631 ERROR (°C)

0.4
0.3

実施

0.2
0.1

バンドギャップベースの温度センサ(図1に示されるような)の二次的な誤差特性は以下の等式で表現されます。

0
-0.1
-0.2

(1)

-0.3
-50 -40 -30 -20 -10

0

10

20 30

40

50

60 70

80

90

RTD TEMPERATURE (°C)

この場合、TTSは温度センサが測定した温度で、αは曲率補正係数です。TZERO̲SLOPEは誤差曲線がzero slopeを持つ場合の温度です。OFFSETはT ZERO̲SLOPE の時の誤差です。

図1. DS1631の測定誤差対RTD測定温度の例で、明らかに二次的な曲率が見られます。

14

ベストフィット曲線を提供するTZERO̲SLOPE、OFFSET、及びαの値に達するには数度のイタレーションを必要とするかもしれないことを留意して下さい。最初のT ZERO̲SLOPE及びOFFSETの概算がでたら、 αは簡単に入手できる数学またはスプレッドシートのソフトを使って計算するこができます。

0.5
DS1631 MEASUREMENT ERROR
0.4

FITTED-ERROR CURVEERROR (°C)

0.3
0.2
0.1

最高の結果を出すには、各温度センサが特定デバイスのベストフィット計算誤差曲線を決定するために必要とされる温度範囲にわたって特性化されるべきでしょう。

0
-0.1
-0.2

例

-0.3
-50 -40 -30 -20 -10

0

10

20 30

40

50

60 70

80

90

RTD TEMPERATURE (°C)

この例には、前述の補償手法を説明するために、図1からのDS1631データが使われています。図1を検討すると、このデバイスのTZERO̲SLOPEは+15℃で、OFFSET
は-0.23℃で見積られています。これらの値を等式1に代入しこれをαについて解くと、α =1.28 x10-4となり、図2の測定誤差曲線に非常に近似適合しています。RTD
測定温度に対する(等式2を使って計算された)補償済み
温度の誤差が図3に図示されています。補償済み誤差
は、-35℃から+85℃までの温度範囲において±0.06℃
以下で、補正されない場合、誤差は全温度範囲で+0.5℃/-0.3℃でした。つまり、この補償手法によって、工場の標準較正によって得られるよりもかなり高い精度がデバイスの特性温度範囲にわたり提供されます。また、
サーモスタット動作にDS1631のEEPROMレジスタが必要とされない場合、補償係数をその中に保存することによってこの補正手法を単純化することが可能です。

図2. DS1631測定誤差に対するフィット済み誤差曲率のこの例は、特種の科学用及び産業用アプリケーションに要求されるハイレベルの精度を表しています。

等式1が温度センサの出力誤差曲線に近似適合するように、α、OFFSET、及びTZERO̲SLOPEの値を決定すると、
ユーザはいかなる温度においても近似測定誤差を計算し、測定温度から計算値を引くことによって誤差の補償ができます。つまり補償された温度は次のように計算されます。

(2)

0.06
DS1631 COMPENSATED ERRORERROR (°C)

0.04
0.02
0
-0.02
-0.04
-0.06
-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

60

RTD TEMPERATURE (°C)

図3. 補償済み誤差は、デバイスの特性温度範囲にわたって、工場の標準較正よりもかなり高い精度を提供します。

15

70

80

90

DESIGN SHOWCASE
民生品における放射ノイズを減少するためにスプレッドスペクトラム発振器を使用
1980年代及び1990年代に、電子レンジから携帯電話
まで電子デバイスの種類が増え、これらのデバイス間のクロスインタフェアランス(相互干渉)が問題となりました。電子レンジはペースメーカと干渉し、ケーブル
モデムはコードレス電話と干渉してしまうような状態が起きました。同じくコンピュータのモニタからは周辺の他の電子機器と干渉を起こすに十分なエネルギーが放射されていました。

合衆国内のラジオ周波数(RF)放射を規制する政府機関である連邦通信委員会(FCC)は、1975年にFCCパート15と呼ばれる新しい規制を定めました。これらの規制は、
ラジオ及びTVトランスミッタ、または航空機誘導及び緊急ビーコンのような高出力RFエネルギーを意図的に放射する制御装置に関したものではなく、TV、自動車、及びウォーキトーキーや電子遠隔コントロールのような低電力
で非規制下にあるRFラジエータなどRFエネルギーを否意図的に放射してしまう装置に対する制御を追求したものでした。

FCC及びヨーロッパの電磁適合性「Electro Magnetic
Compatability」(EMC)局などの他の規制機関は、全ての電子製品からの放射に関する規制強化をすることによりこれらの問題に対応しました。米国では、FCCパート68
により、産業用及び商業用電子デバイスが規制されました。パート68、クラスAは、産業環境で使用される装置に関係し、パート68、クラスBは消費者製品を取り扱っています。本文では、クラスBの電子機器についてのみ述べます。

何年か前にダラス/フォートワース空港で起きた、これらの規制確立の起動力となった良い例があります。パイ
ロットが最近開発された電子フライトコントロールシス
テムを使って離陸及び着陸する時にロスオブコントロール(制御不能)状況が起きることを報告しました。FCCは、周辺郊外の家庭で使われている遠隔制御の車庫ドア自動開閉器の干渉が原因であることを突き止めました。パート
15規制は、この問題に関して、他の電子デバイスが動作不能を起こすようなRFエネルギーを放射する米国内で販売される全ての電子装置は試験され認証されることが義務付けられていると述べています。

消費者製品から何が放射されるのか？
変化する電子信号をもつ電子機器はいずれも放射します。一定の周波数で動くクロックをもつPCマザーボードの場合、マスタ発振器の周波数の周りに集中するRFエネ
ルギーを放射します。

定義：• 放射感受性 とは、電子機器の外部RFエネルギー源からの干渉に対する感度です。
• 放射 とは、PCまたはモニタのような電子機器によって、否意図的に放出された他の電子機器にある程度影響を与えるかもしれないRFエネルギーです(図1)。
PCマザーボードから放出されたRFエネルギーを測定す
ると、発振器の中央周波数に放射スパイクが存在します(図2)。FCCの消費者製品に対する要求条件(FCCパート
68、クラスB)は、放射が特定される最大値以下でなければならないことを求めています。皮肉にも、それは電子デバイスが放出可能な総合エネルギーを制限するものではなく、1つの周波数で放射されうるエネルギー量のみを制限するものです。

図1. 消費者用電子機器は否意図的にRFエネルギーを放射します。

16

スプレッドスペクトラムの歴史
0

ATTENUATION (dB)

-5

FCC MAXIMUM
SPECIFIEDVALUE FOR A
PARTICULARFREQUENCY

第二次世界大戦中、米国海軍は、無線制御の魚雷が送信無線と同一周波数の強力なRF信号によって「ジャム(電波妨害)」されてしまうという問題を抱えていました。これは、放射妨害感受性の一例です。1942年8月11日に、Hedy Keisler MarkeyとGeorge Antheilが申請した「秘密通信システム」(米国特許番号2, 292,387)の特許がおりて、この問題が解決されました。このデバイスは、トランス
ミッタの周波数間で急速にスイッチさせるメカニズムを使っています(現在、この手法は周波数ホッピングと呼ばれています)。魚雷のレシーバに取り付けられた同じようなデバイスが同様の周波数間をスイッチして、トランス
ミッタ信号を捕獲しました。魚雷を制御する信号は、
単一周波数の外部RF信号によってジャムされるほど長く
1つの周波数に留まらなかったのです。半世紀後に、携帯電話やコードレス電話などの通信デバイスの干渉を減少させるために、この手法の更に高度なバージョンが使用されました。

TYPICAL
CRYSTAL
OSCILLATOR

-20
-25
-30
-35
-40
-45
-0.03

-0.02

-0.01

0

0.01

0.02

0.03

DEVIATION FROM NOMINAL FREQUENCY (MHz)図2. 水晶発振器ベースの消費者製品からの放射は、ピーク放射を減少しない限り、FCCが義務付ける限界を超過する可能性があります。

放射を減少させるためにスプレッド
スペクトラムテクノロジーを使う

放射を減少させる従来の古い方法は、閉じ込めるものでした。PCは、マザーボードから放射されるエネルギーを遮断し放散するために、接地されたスチールキャビネット
をシールドとして使いました。電子デバイスの入れ物として使われたプラスチックキャビネットには、同様の目的が達成できるように金属層の塗装が施され接地されました。電子製品の数が増え、次第に小型化してくると、閉じ込めの手法を達成することが難しくなってきました。
電子機器のより高速なクロック周波数はより速い高調波周波数を含んでおり、設計者はEMIフィルタリングのようなシールドを使い、放射を減少させるために慎重に回路のレイアウトを行わざるをえなくなりました。このようなアプローチは、消費者用電子製品が縮小化するにつれて、費用もかかり困難になってきました。これらのピーク放射を減少させる新しい方法が必要となってきました。

消費者製品の放射を減少させる手法にスプレッドスペク
トラムという用語が使用される一方、そのアプリケー
ションは、コードレス電話などのデバイスに使用されているものとは異なっています。コードレス電話(あるいは遠隔制御魚雷)では、トランスミッタ及びレシーバは、両者の動作周波数が一致して周波数帯域を掃引して、1つの周波数での放射妨害感受性を減少させます。
PCのような消費者製品における否意図的なトランスミッタのRF減少のためのスプレッドスペクトラムテクノロジーの使用は、ある周波数帯でPCを駆動するクロックの掃引が関係します。つまり、どの放射もその帯域中に拡散され、総エネルギーの少量が1つの周波数で放射されます。
これによって、1つ周波数でのピークエネルギーが減少され、FCCによって義務付けられているレベル以下になります。

システムクロック周波数を拡張あるいはディザーすることによって、放射を狭いスペクトラム上に「スミアする」
ことができ、1つの周波数におけるピーク放射を減少することができます。これにより、設計技術者の仕事が簡素化され、製造された製品のコストが減少されます。
過去数年間、ピーク放射を減少するためのスプレッド
スペクトラムクロック発振器は、PCマザーボードから
プリンタまで全ての製品において広く使われています。

上記の方法は、信号レベルの関数として周波数を移動させる発振器へ信号を適用します。最も単純な形で、三角波信号が発振器に適用され、それが三角波の振幅の関数として発振器の周波数を変化させます(図3)。実際、適用された信号波形は、この三角波の例からほんの少し変化することもあります。
図4は、前述の水晶発振器の放射放出出力と比較した、ディザーされたDS1086発振器の放射出力です。また、

17

OSCILLATOR CENTERFREQUENCY + N%

OSCILLATOR CENTERFREQUENCY

OSCILLATOR CENTERFREQUENCY - N%

TIME

図3. 信号の周波数は、ディザーされる発振器よりもかなり低くなるように選択されます。結果的に、発振器によって駆動される電子機器は急速な周波数の変化に影響されません。

このグラフは、0％のディザーされた出力及び4％のディザーされた出力のDS1086を示しています。このグラフ
では、発振器周波数を「スプレディング(拡散すること)」によって、いかに特定周波数の放射ピークを減少しFCCが義務付けるレベル以下にするかを示しています。

至るまでシステムの放射を減少させます。このデバイス
は、2線インタフェースを介して5k毎に調整できるプログラム可能な66MHzから133MHzまでのクロック周波数発生器で構成されています。これは、5ビットデバイ
ダチェーンとともに、258kHzから133MHzまでの広範な周波数の選択を提供します。入力ピンは、クロック出力のゲート制御を提供し、ディザーをオンオフし、マスタをディセーブルします。0％、2％、及び4％の3つのディザーオプションが選択できます。他のメーカの低EMI発振器とは異なり、DS1086は、動作に外付水晶又はクロックリファレンスを必要とせず、市場で入手可能な、最小の実装面積をもつ低EMIクロックとなっています(図5)。
これは、8ピンSOPパッケージで提供されます。

DS1086
DS1086は発振器出力にディザーを誘起するように設計されたEconOscillatorTMで、プリンタからゲーム機器に

0-5

他のEconOscillatorのように、DS1086は、中央周波数出力を発生するために、較正済み電圧制御発振器(VCO)
と共に、高精度に制御されるデジタルアナログコンバータ(DAC)を使っています。周波数のディザーリングは、
三角波電圧信号をVCO入力に加算することによって出力周波数に注入されます。三角波の振幅が出力クロックのディザー率を決定します。これはアプリケーションに応じて0％、2％、または4％に設定可能です。0％ディ
ザーの選択には、すべのEconOscillatorのアーキテク
チャに固有の約1％のディザーがあることを留意して下さい。この特性を持つ標準EconOscillatorでも水晶発振器と比較すると、追加の回路なしで、放射スペクトラム
で最高10dBmの減少があります。

TYPICAL
CRYSTAL
OSCILLATOR

DS1086(0% SPREAD)

ATTENUATION (dB)

-10
-15
-20

DS1086(4% SPREAD)

10dB
ATTENUATION

-25
-30
-35
-40
-45
-0.03

-0.02

-0.01

0

0.01

0.02

0.03

DEVIATION FROM NOMINAL FREQUENCY (MHz)まとめ
図4. スプレッドスペクトラム手法を使った放射放出の減少。0％ディザーのDS1086及びDS1073、DS1075、及びDS1077のような他のEconOscillatorの放射は、オールシリコン発振器に特有のディザ
リング特性があるため、水晶発振器の放射以下になります。

消費者電子機器のFCC放射放出遵守規準は、回路設計者
にとって設計を一層難しいものにしました。より高速のクロック速度はより高い高調波周波数が含まれ、放射放出を減少させるために、設計者はシールド、EMIフィル
タリング、及び慎重な回路のレイアウトを強要されます。

EconOscillatorはDallas Semiconductorの商標です。
18

POWER-DOWN
PIN

DS10862-WIRE BUS

11 BITSDIGITALTO-ANALOG
CONVERTER

VOLTAGECONTROLLEDOSCILLATOREEPROMCONTROLREGISTERSDIVIDERENABLEOUTPUT PIN
ENABLESPREADOUTPUT PIN

TRIANGLEWAVE
GENERATOR

図5. DS1086は、他のEconOscillatorに見られる発振器と電圧制御発振器に適用される三角波信号を使って出力をディザーします。

レッドスペクトラムクロック発振器の使用が広がってきました。このクロックの特長は、通常200ppmから300ppmくらいまでのかなり正確な周波数の短期的な安定性です。長期的な周波数安定性は、発振器の中央
周 波 数 の 1/2 % か ら 4 % の 範 囲 の 周 波 数 値 で 掃 引 さ れます。

システムのクロック周波数にFM変調またはディザリング
を加えることによって、放射放出を狭いスペクトラムにわたり拡大することができ、どの1つの周波数においてもピーク放射放出を減少させることが可能です。これにより、設計者のエンジニアリング業務が簡素化され、製品の製造コストが減少されます。過去数年間、スプ19