離れたPIC同士のシリアル通信の回路でのPICの破損について

2013/07/31 03:42

このQ&Aのポイント

5m離れた2つのPIC間でシリアル通信(9600bps)をする回路を作りました。
ふとしたことでPICの内蔵モジュールが破損することがあります。同じ回路を2セット作りましたが、同様に破損してしまいました。
この状況の場合、PICが破損する原因と解決策について考える必要があります。MIDIのようにフォトカプラを使用するか、RS-232Cトランシーバを使用するか等を検討し、確実かつ簡易な方法を選ぶ必要があります。

離れたPIC同士のシリアル通信の回路でのPICの…

離れたPIC同士のシリアル通信の回路でのPICの破損について 5m離れた2つのPIC間でシリアル通信(9600bps)をする回路を作りました。単にそれぞれのPICの内蔵モジュールのTXとRXをたすきがけしただけの回路です。また、メインの電源は12Vで、それぞれのPICの近くにそれぞれ専用の7805を配置してPICに5Vを供給しています。また、2つのPIC間のケーブルはコネクターで取り外せるようになっており、同ケーブルにはシリアル通信(送信、受信)、+12V、GNDの計4本の線で構成されています。この状態で特に問題無く通信はできているのですが、ふとしたことでPICの内蔵モジュールが破損することがあります。同じ回路を2セット作りましたが、同様に破損してしまいました。多分、コネクタを抜き差しするか、或は電源を投入、切断のタイミングではないかと予測しています。（詳しくは、参考URLの図をご覧ください。　図には電源のコンデンサなどは記載していませんが、それぞれ適宜、配置してあります。）尚、2つのPIC付近の7805には、PIC以外にそれぞれ違う消費電流の負荷が接続されています。そのため、5Vに安定するまでの時間に違いが出てしまい、結果、内蔵モジュールの規格外の電圧がかかってしまうのかと予測しています。ここで質問です。・このような状況の場合、PICが破損する原因はどのようなことが考えられるでしょうか？・解決策はどうしたら宜しいでしょうか？まだ試していませんが、MIDIのようにフォトカプラを使用するか、RS-232Cトランシーバを使用するか等を考えておりますが、なるべく簡易で確実な方法をとりたいです。宜しくお願いいたします。 http://box.c.yimg.jp/res/box-s-vboqi4x6dy2zfrx7fyns5aqghq-1001?uid=5c9c0a84-d898-45e4-8d4b-df319ca25f24&etag=5c2f1b99137520886935391

noname#230358

電気設計
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noname#230359

2013/07/31 22:55 回答No.3

恐らく、ESDと思う http://ednjapan.com/edn/articles/0702/01/news113.html ESD保護ダイオード http://www.semicon.toshiba.co.jp/product/diode/zener/ とかもあるが、効果の確認は困難　＜実際に壊して確認するしかない ESD試験機　＜とてつもなく高価 http://www.noiseken.co.jp/modules/products/index.php?content_id=189 ビンボー人は、圧電式百円ライターの電極に電線を繋いでテストする ESD保護内蔵型通信ドライバICを使うのが比較的簡単 http://japan.maximintegrated.com/products/protection/esd/rs232.cfm http://www.analog.com/jp/interface-isolation/rs-232/products/index.html http://www.tij.co.jp/lsds/ti_ja/interface/rs-232-products.page 　 http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-02377/ http://www.marutsu.co.jp/ichiran/?SHO=011601 蛇足それにしてもスゴイ時間に質問して、スゴイ時間に回答が付いてるなぁ

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noname#230359

2013/07/31 07:04 回答No.2

添付なさった回路図から読み取れる範囲では、回答(1)さんの回答内容が最適な対処方法をお示しになっていると思います。回路図では、PIC_AとPIC_Bとは、5mの接続ケーブル（GND，12V，信号線）で接続されていますが、GNDが回路図に表記されていないところで、接続されているようなことがありませんか？ PIC_AとPIC_Bの筐体が金属製であって、双方ともにGNDが回路図に表記されていないところで接続されているような場合は、PIC_AとPIC_Bの間のコモンモード電圧によって、ポートを破壊する可能性がありそうです。 PIC_B側の回路は、PIC_A側から電源が供給される従属回路のようですので、ケーブル以外の経路でGNDが接続されることがないように、完全に浮かせてしまうことが対策になるかもしれません。 GNDの接続は、筐体の可能性だけではなく、PIC_B側のインターフェース全般についてチェックする必要がありますのでご注意下さい。ケーブルの着脱に用いるコネクタは、GNDラインが、接続時には最初に接続され、解放時には最後に離れるような、GNDピンが指定されているような品物を使うことが適切と思います。イベント会場で使う機器であれば、XLRコネクタ（通称キャノンコネクタ）を採用すれば良さそうですね。1ピンがGND用に設定されていて、接続時には最初に接続され、解放時には最後に離れるような設計になっています。 http://ja.wikipedia.org/wiki/XLR%E3%82%BF%E3%82%A4%E3%83%97%E3%82%B3%E3%83%8D%E3%82%AF%E3%82%BF%E3%83%BC ＞恐らく、ESDと思う picとRC232Cドライバーの仕様書を比べて眺めてみましたが、 picのI-OポートにはESD耐量の記載がなく、RC232Cドライバーには明確に記載されているようです。（ほんの一例を検索しただけですが・・・・）このような観点では、RC232Cドライバーを介する方が、ロバスト性が向上することは間違いないと思います。

質問者

補足 2013/07/31 10:38

ご助言をありがとうございます。ケースはどちらも樹脂性で、ケーブル以外でGNDが接続される可能性は無いと思われます。ご指摘いただきましたように、GNDラインが、接続時には最初に接続され、解放時には最後に離れるようなコネクタを使うべきでした。

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noname#230359

2013/07/31 05:03 回答No.1

毎度ＪＯです。 PICの内蔵モジュールが破損」と有りますが、ポートの損傷では無くモジュールの損傷なのでしょうか　　内蔵モジュールの破損であれば、そう判断した理由をお聞かせ下さいＰＩＣのシリアルポートはプログラムによりアクティブとなります、プログラムでアクティブに成るまでＨＩインピダンスです１）仮に片側のＰＩＣの電源が速く立ちあがっても、シリアルポートがアクティブに成るまでＨＩインピダンスのままです２）即座にアクティブと成り、ポートがＨＩと成ると「相手側」のポートにこのＨＩ≒５Ｖが接続される３）この時早く立ちあがったＰＩＣのポートから「相手側」のポート内のクランプダイオードから「相手側」の７８０５の＋５Ｖへ供給されます４）「相手側」＋５Ｖ回路のインピダンスが低い場合等は大きな電流が流れると想像出来ます投稿された配線通りに接続されたなら、通電中に＋１２Ｖの接続が遅れた場合に上記の現象が現れます解決策１）起動からプログラムによるシリアルポートをアクティブにする時間を持たせる２）ＴＸ－ＲＸのたすき掛けの２回路に１ｋΩ程度を直列に各入れる、　　これにより電位差が有っても損傷までは至らない　　９６００Ｂｐｓなので１ｋΩ程度では通信波形に「なまり」は出ない３）コネクタが確実に接続されるまでは、両回路に＋１２Ｖを供給しない毎度ＪＯです。１ｋΩを挟む事によるノイズ耐性は周囲の環境によります、ノイズを発生する機器の無い一般的な室内では問題は有りませんマイコンのポートをそのまま基板外に出す事は他にも問題が出ますから、出来ればポートの信号線が基板外に出る所で、各１ｋΩを入れる方が障害が出難いですとなると４本の１ｋΩが必要になりますが本来なら、フォトカプラやRS232Cドライバでインターフェースをして基板外に出すべきですが、周囲のノイズ環境が過大で無ければ１ｋΩでも問題無いと思われますノイズが心配であればシールドケーブルでの配線と言う選択肢もあります投稿内で「なるべく簡易で確実な方法をとりたいです」となっていたので１ｋΩの挿入を提案しました毎度ＪＯです。通信のノイズ耐性は、要求するスペックで決定します１）ノイズでエラーが起きても何度かリトライして「その内送れれば良い」程度か２）何が何でも一発で送りたい１）の場合は今のまま２）の場合なら、ＲＳ４２２等のインターフェースで通信ケーブルは、ツイストペアのシールドケーブルを使用しますノイズが過大な環境では通信回線のみならず、マイコンボード本体へのノイズ輻射も考慮せねばなりません

質問者

お礼 2013/07/31 23:06

とてもわかりやすい内容で、本当に助かりました！現状でも何度かリトライするプログラミングになっていますので、とりあえず1kΩ計画でやってみようと思います。

質問者

補足 2013/07/31 05:17

こんにちは。早速のご助言をありがとうございます！すみません、ポートの損傷とモジュールの損傷の違いが理解できておりません。単にRXピンの機能が破損により永久に失われてしまったという意味で書きました。（私の認識では、ポート=内蔵モジュールとなってしまっています。）ご助言いただきました解決策のうち、諸々の要因を考えると、実現可能なものとしては2番のみなのですが、１ｋΩを挟むことで、逆に動作中にノイズに弱くなったりする可能性はありませんでしょうか？また、１ｋΩを挟む方法と、フォトカプラ（或はRS232Cドライバ）を使用する方法では、確実性はどちらがありそうでしょうか？引き続き、宜しくお願いいたします。ＪＯさん、こんにちは。詳しいアドバイスをありがとうございます。同セットは、ライブ会場で使用する可能性があり、また、照明などのOn/Offが激しい場合があるとおもわれますが、このような環境の場合、ＪＯさんなら、やはりフォトカプラやRS232Cドライバを使用する選択をしますでしょうか？（この場合、簡易な方法をとる、という条件は除外し、確実性を重視することといたします。）

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