デジタル回路のVOLとVILが合わない場合について

質問

R8C/34KのマイコンとTG12864B-02WWBVというLCDモジュールの接続を検討しています。
VCCはいずれも+5Vです。

それぞれの入出力ポートのレベルを見ていくとマイコン側の出力LOWレベルの最大値が2Vとなっており、LCDの入力LOWレベルの最大値が0.8Vとなっています。

この構成だとマイコン側VOL＞LCD側VILとなる可能性があり回路構成として不都合と理解しています。(2V＞0.8Vなので最悪の場合、入力側がLOWと判定できない)

そのため、バッファなどでレベル変換を行うことも考えましたが、探した限りではVILの最大値が2V以上のICを探すことが出来ませんでした。(74HC245,74HC541など)

今までの経験の範囲から、VOLの最大値が2Vと非常に高いのではと感じていますが、このような場合どのような回路構成とすればよいのでしょうか。

また、このようにVOLの最大値が高いと非常に使いづらいと思いますが、どのような利点があるのか、ご意見も聞かせていただければと思います。

(私なりに回路の構成を考えてみましたが、誤りに気がついたためその点を削除しての再投稿になります。)

回答No.4

tadys · ベストアンサー

tadysです。
R8C/34Kの仕様について今一度考えてみました。

R8C/34Kの出力ポートには駆動能力HighとLowの二つのモードが有ります。
Highモードの場合にIol 20mAではVol= 2V MAX で、Iol 5mAではVol= 0.5Vになると言うことは十分に考えられることです。
そうであれば、メーカーに質問する内容は表5.17で駆動能力Highの場合にIol 5mAではVol(max)はいくらになるのかと言うことかもしれません。

お礼

tadysさま

このたびは回答ありがとうございました。

別の方の回答に記載しましたが、メーカからの回答もあり納得のいく結果となりました。

その上でも、別の回路構成やメーカへの問い合わせなどさまざまな解決手段の提案をいただけたとくことでこちらをベストアンサーとさせていただきたいと思います。

本当にありがとうございました。

補足

tadysさま

度々のご回答ありがとうございました。

今回考えている回路に関しては、日程の関係からtadysさまからご提案いただいたようなトランスレータを用いた回路構成にしました。

それとは別にメーカへの問い合わせもしておりますが、こちらはすぐに返答が来るといったことはなさそうなので、少し時間を置いて報告させていただきたいと思います。

質問の内容は、一般的なCMOSのLOWレベルから外れているが、駆動能力の選択が別にあるのか、また、内部抵抗により電圧レベルが上がるのであればCMOS入力など電流がほとんど流れない回路に対してはどの程度の電圧レベルになるのかで問い合わせています。

回答No.5

bogen55

そのマイコンはCMOS－ICで，MOSFETで構成されています．
MOSFETはバイポーラ・トランジスタと異なり，オンしたときはオン抵抗で特性を見ます．
VCC=5Vのときのオン抵抗RONをデータシートで見ると，
「駆動能力High」のポートでは，IOL=20mAのとき2.0Vだから
RON=2.0V÷20mA=100Ω
「駆動能力Low」のポートでは，IOL=5mAのとき2.0Vだから
RON=2.0V÷5mA=400Ω
LCD側の入力電流IILにより，「駆動能力High」のポートでは，
IILmax=0.8V÷100Ω=8mA
「駆動能力Low」のポートでは，
IILmax=0.8V÷400Ω=2mA
となります．
LCD側の入力電流IILmaxがこれ以下ならOKでしょう．

なおルネサスには「かふぇルネ」があって，そこに書き込むと中の人から外の人までが回答してくれます．
http://japan.renesasrulz.com/cafe_rene/default.aspx
ソフトについても訊くと良いでしょう．

お礼

bogen55さま

このたびはご回答いただきましてありがとうございました。

先日メーカからの回答があり、R8C/34としての仕様としてはデータシートにある通りとのことですが、その他の条件に関しては同じ特性を持った別のマイコンの特性情報を参照してくださいとのことでした。

そこで特性など確認しましたが、低電流出力時のレベルは一般的なCMOSと接続を行っても支障がないことがわかりました。

それとは別に、MOSFETでの特性の判断の仕方は今後同様の問題が生じたときにも役に立つ情報となります。

まだまだ修行中の身なので今後も勉強していきたいと思います。

補足

bogen55さま

詳細の説明ありがとうございました。

これまでいただいた回答と合せましても納得のいくご説明だと思います。

別の回答にも記載しましたが、メーカへも問い合わせをしておりその点と合せて今後の知識としていきたいと思います。

また、「かふぇルネ」の情報ありがとうございました。
今後は疑問に思った点はこちらでも情報を検索していきたいと思います。

回答No.3

tadys

R8C/34Kのデータシート
http://documentation.renesas.com/doc/products/mpumcu/doc/r8c/r01ds0113jj_r8c34x.pdf
表5.17によれば 4.2V≦VCC≦5.5Vの時
Vol= 2V MAX ＠Iol 20mA
Vol= 2V MAX ＠Iol 5mA
表5.24によれば 2.7V≦VCC＜4.2Vの時
Vol= 0.5V MAX ＠Iol 5mA
Vol= 0.5V MAX ＠Iol 1mA
となっています。
Vol=2Vですと他のロジックICとの接続が出来ません。
この仕様が正しいとすれば、Iol 5mAでVCC=4.2VではVol=2VでVCCが4.2Vよりほんのわずかでも下回ればVol=0.5Vになると言うことになります。
この様な仕様の回路をわざわざ作り込むとは考えられないので誤記だと思われます。
疑問点も含めてメーカーに確認するのが良いでしょう。

Vol=2Vと言うのはLEDを大電流で直接ドライブする時のような場合には有り得ることです。

仕様が正しいとして取り得る回路を考えて見ます。
マイコンのVCCとしては4.2V以下を使用します。
TG12864BのVCC(min)=4.7Vなので5Vを使用します。
マイコンとLCDの間はロジックレベルのトランスレータを使用すれば接続可能です。
例えばこんなものがあります。
http://akizukidenshi.com/download/FX_FXMA108.pdf

マイコン→LCDの一方通行でよければHCTタイプのCMOSを使って接続可能です。
この場合、LCDから読み出しが出来ないのでLCDのBUSY信号が使えません。
コマンドの終了待ち時間をソフトウエアで制御します。

お礼

tadysさま

詳細のご回答ありがとうございました。

86tarouさまの回答にもありますが、このままの仕様を正とすると通常の使用で支障が出ることが認識できたため質問させていただいたのですが、確かにメーカなり商社なりに誤表記の可能性も含めて問い合わせるのが正道ですね。

仕様に関しては、週明けにでも問い合わせてみます。

それとは別に、ご提示いただいた内容についても検討していきます。
出来れば+5V電源のみで構成したかったのですが、仕様に不確定要素があるためご提示のようなトランスレータと2電源化であれば間違いないと思います。

一度この方向で検討してみますが、マイコン諸元に関しては問い合わせ回答がありましたら改めてご報告させていただきたいと思います。

回答No.2

yymddttmm

>マイコン側の出力LOWレベルの最大値が2Vとなっており
オープン時でのカタログスペックですからLCDと結線すれば0Vになります。
それでも動作がおかしければプルダウン抵抗を付ければ解決します。

お礼

yymmddttmmさま

このたびは回答ありがとうございました。

実のところ、質問の文中最後にある「私なりに考えた回路の誤り」についてはこのプルダウン抵抗を用いて考えた回路でした。

その回路には誤りがあることがわかったので訂正削除しましたが、この考え方もありということで再度検討してみます。

補足

yymmddttmmさま

ご回答ありがとうございます。

プルダウン抵抗の取付に関しては、出力LOW時にマイコン側の内部抵抗（といえばよいのでしょうか）と並列となるためプルダウン抵抗の値を内部抵抗以下とする必要があると認識しています。

そのため、LOW時に最大で20ｍA流したときに2Vとなる点から、内部抵抗を100Ωと仮定すると、プルダウン抵抗は100Ω以下とすればよいのでしょうか。

お手数をおかけしますが、ご返答いただければありがたいです。

回答No.1

86tarou

そのマイコンのデーターシートを見てないのであくまで推測になりますが、通常Ｌレベルの場合はＴＴＬレベルに適合するようになってるのが普通です。
その電圧というのはシンク電流が大きな場合の条件になっていませんか？今一度ご確認ください。Ｈレベルの最低値と勘違いしている可能性もあるかもしれませんよ（ＴＴＬレベル）。
でないと、他のＩＣ等へのインターフェイスに困ることになりますので。

お礼

86tarouさま

このたびは、回答ありがとうございました。

いろいろな方から情報をいただき、解決することが出来ました。

結果としては「シンク電流が大きな場合の条件」というのが正解のようで低電流出力時のレベルは低くなっていました。

いただいた回答を見てデータシートを見る際にさまざまな注意点があることがわかりました。

データシートの見方というものになかなか慣れませんが、一般的な考え方や用途にも注意しながら見ていきたいと思います。

補足

86tarouさま

早速のご回答ありがとうございます。

Hレベルの最低値はVcc-2.0なのでこの点との混同はありませんが、ご指摘の通りIOL＝20mA、IOL=5mA時のレベルとして記載されています。

H8Cマイコンのデータシートでは、上記2条件のほかにIOL＝200μAの記載があり、そのときは確かVOL＝0.5V程度であったと記憶しています。

今回のR8Cの場合は、この点の記載がないだけでCMOSなどほとんど電流を流さない接続に対しては同じと考えてよいのではと思っていましたが、確証がないため質問させていただいた次第です。

今回のように駆動電流が大きい場合は、CMOSの内部抵抗によって電圧レベルが上がってしまうためこのような表記になっており、電流をさほど通電しない場合においては、通常のCMOSやTTLレベルと同等であると解釈してもよいのでしょうか。