ATtiny3224の12bit ADC

ATtiny3224の12bit ADCを評価するため、電源回路
からあれこれと・・・

電源回路　主電源より0.1V～0.2V低い電圧の電源が欲しい
電源回路　主電源より0.1V～0.2V低い電圧の電源が欲しい #2

で、結局、こんな評価回路になりました。

ラズパイ・ピコのAD入力テストでもマルチプレクサを
使って、PWMを用いたDACを試していました。

Arduino IDEでRaspberry Pi Pico：PWMでD/A出力してA/D入力を試す
Arduino IDEでRaspberry Pi Pico：A/D入力が…あれっ？

ATtinｙ3224での結果、そのうちまとめますが
あんまし良くありません。

単調性は大丈夫なのですが、12bit値として
想定より6～8くらい小さな値が出てくるのです。
いわゆるオフセット誤差です。
　　電源電圧で変化
　　Vref値で変化

データシートを見ると
代表値は「1.5LSB」と良い値が示されているのですが、
最大最小値が「±28LSB」とエラい大きな値になって
います。
Arduino UNO R3のATmega328Pの10bit ADCが
調子良かっただけに、ちょいと不満です。

取り急ぎ、ATtiny3224のADC特性です。
TCA0で12bitのPWM波を発生させ、LPFを通して
DAC出力を得ます。
それをAD変換。
出力も入力も12bitなので、その差を求めて正確さ
を見つめます。

まず、0～4095をスキャンしたときのようす。
電源電圧Vddは5.0V。
　　DA電圧得るオペアンプは電圧を少し
　　拡大して出力がサチるのを防いでいます。
VrefをVddと外部基準電圧2.5Vにして計ってみました。

想定値より低い測定電圧になっています。
Vrefを2.5Vにするとさらに下がりました。
AD入力端子にVref電圧をつっこんでも、
フルスケールの4095は得られません。
VrefがVddなら電源につないでもフルスケール
値が出ないのです。

また、ゼロボルト付近の挙動もやっかいです。

入力電圧が上昇してもしばらくゼロが続き、
あるところから変換値が出始めます。

ATtiny3224のAD部には差動増幅回路が仕込ま
れていて最大16倍のゲインを設定できるように
なっています。
この内部回路のせいで、単純なAD変換が苦手な
のでしょう。

もう一つ。
LM7705でマイナス電源を作ってオペアンプを
駆動したときの効果を。

LMC6482(今はエラい高価に)の出力特性が
改善されているようすです。

LMC6482での0V付近出力
     +------------ 電源0～+5.0V
     +       +---- -0.2V～+5.2V
PWM (mV)   (mV)
0    6.9    0.2
1    6.9    1.3
2    7.1    2.4
3    7.2    3.7
4    7.4    5.0
5    7.8    6.2
6    8.3    7.4
7    9.0    8.5
8   10.1   10.0
9   11.0   11.0 

いちばん右側に数字が±電源での出力電圧。
あたりまえですが、0V付近のリニアリティがちゃんと
なっています。
単電源だと入力が0Vでも出力は10mVくらいまで
しか落ちませんが、マイナス電源が入るだけで
ちゃんと0Vから出るようになります。

・ATtiny3224 12bit ADCテストプログラム
　　ダウンロード - ad_test1.txt
　　　　ファイルタイプをinoではなくtxtにしています

プロンプトに対し、
　？：コマンド一覧表示
　数値(0～4096)：DA用PWM値出力
　Enter(CR)：PWM値と12 bit ADC値を表示
　Ｇ：スキャン開始　scan_lo→scan_hi
　Ｌ：スキャン開始PWM値
　Ｈ：スキャン終了PWM値
　Ｓ：スキャンstep
　Ｗ：スキャン待ち時間(約1ms)

電源回路 主電源より0.1V～0.2V低い電圧の電源が欲しい #2

電源回路　主電源より0.1V～0.2V低い電圧の電源が欲しい
これの目的は、電源電圧の最大が6Vくらいの
入出力レールツーレール・オペアンプ、その
電源電圧をちょいと広くして、確実に0V付近と
電源電圧付近の出力を出したいぞ、です。

ATtiny3224などの「tinyAVR2」マイコンでは
ADCが12bitになってます。
　　Arduino UNO R3のATmega328Pなど
　　多くのAVRマイコンのADCは10bit。
その直線性などを確かめたいなぁという
試みです。

こんな回路で実験予定。
　　まだこれから

自分で出すPWMパルスをLPFに通して
DA変換。
それをAD変換して変化を見てみたろと
考えてます。

電源部はこんな回路にしました。

プラス側はLM317Lを2つ。
VR200で+VLと+VHの電圧差を決めます。

マイナス側はLM7705で-0.23Vを発生。
　・マイナス電圧をちょこっと作ってくれるIC
この石を初めて使ってみます。



tinyAVR2、いろんな内蔵基準電圧が使えますが
それを外に取り出せないのが欠点かと。
　　VREFAに外から基準電圧を加えられるけど

アイリスオーヤマ BIGCAPA単3 BCR-R3MH 1600サイクル目

スタートが2025年6月12日。 
1200サイクル目が2月11日。
順調に充放電サイクルが進んでいます。

1600サイクル目のようすです。



JISでの寿命の判断、
　50サイクルごとの0.2C放電で180分。
　毎サイクルの0.5C放電で72分。
さて、どうなりますか。

■■■　電池あれこれ　■■■

電源回路 主電源より0.1V～0.2V低い電圧の電源が欲しい

ちょっとした実験回路での要求仕様。
標題のように直流の主電源から
　「0.1V～0.2V低い電圧の電源が欲しい」
あるいは、
　「0.1V～0.2V高い電圧の電源が欲しい」

【１】ショットキダイオード
簡単には、ショットキダイオードでドロップさ
せれば作れます。

Vin電圧を変化させるとそれに追従してVloも変化。
都合がいいのですが、「安定化」させたい。
消費電流でドロップ電圧が変化して欲しくない
わけです。

【２】
次に考えられるのが、可変電圧出力のレギュレータ。


ドロップ電圧が0.2V。 普通のLM317では無理。
調べると、AP2210とかTLV75801とかMIC5205など
低ドロップの可変電圧出力のレギュレータが出てきます。
手元にもTPS76201というのがありました。
しかし、Vin電圧に追従して「何V低い」にはなって
くれません。
その都度、要調整。

【３】
Vin=Vhiはあきらめて、Vhiより高めのVinを供給して
VhiもVloも固定電圧にというのが、ややこしくないで
しょか。

Vin電圧が変動してもVhi、Vloは変化せず安定。
ということになります。
両方とも可変電圧のレギュレータにすれば、
自由に電圧差が決められます。
Vinを高めにすればLM317が使えます。

【４】
オペアンプを使って定電圧回路を作るという
方法もあります。

VloはR1とR2の比になるので「何V低い」という
制御にはなりません。

【5】
「何V低く」ならこんな回路かなぁ。

はてさて。
どうしたものか・・・
安定度を重視するなら【３】かなぁ。
両方LM317にしておけば、ややこしくないし。

基板検査をしていたら消費電流が小さいのが出現

もう何枚も作っている制御回路基板。
　　1ロットが年に1回くらいのサイクルで
その検査(動作確認)をしていたら、消費電流が小さな
基板に出くわしたのです。
機能は異常なし。　正常に働きます。
しかし、いつものと比べて、電流が50mAほど少ないのです。

電流が大きいと
　「どこかがショートしてるのか？」
　「悪い部品があるのか？」
　「実装を間違っているのか？」
っとなりますが、正常動作しているのに
電流が小さくなったって「なに？！」。

で、この電流が小さいのは何が原因やねんを調べました。
50mAも違いがあると、「1μV」を計れるテスターで
GNDやVccラインの電圧差を見れば、部品が実装された
ままでもアタリが付けられます。

結果。RS-422のレシーバICでした。
4ch入力の「AM26LS32A」を1つ使っています。
これの電流消費が少なかったのです。
　　電流小の基板数とあらたに買ったこのICの
　　数とが合っていたのも証拠

これが電流小ICの面構え↓

いつもの電流値の↓

同じ型番です。

AM26LS32Aのデータシートを見ると、消費電流は
52mA(typ)～70mA(max)。
減った電流とおおよそ合っています。

このレシーバICの仲間を探すと「AM26C32」という
のがあって、これは出力部分がC-MOSです。
これの消費電流が10mA(typ)～15mA(max)。

TTLかCMOSかの判断、出力レベルが目安になります。
H出力時、TTLならトランジスタのB-E間電圧やダイオード
を通るのでVccから1V以上ドロップします。
対し、無負荷でのC-MOSのHレベル出力はほぼ電源電圧。

電流小基板のH時出力レベル電圧を計るとほぼ5V。
TTL互換出力のAM26LS32Aとはあきらかに出力電圧が
違います。

さらに・・・TIのデータシートを見るとこんなグラフが。

　　拡大

これ、TTL互換出力の出力特性じゃないです。
あきらかにC-MOS。
データシートにも「AM26LS32A」と「AM26C32」が
混じってしまったのか・・・

今回、電流が小さかった基板には、マーキングは
「AM26LS32A」なのに、中味は「AM26C32」のICが
混じってしまったのかとしか、考えられないのです。
　　※性能的には大丈夫

客先には、この記事をまとめてレポートしときます。
「TIの石がおかしい！」っと。

※www.alldatasheetで探してきた
　古いAM26LS32ACの出力特性

これはちゃんとLS-TTLの出力特性になってました。

「猪飼野」を発見（本でだけど）

大阪市立図書館のページで「双眼鏡」を検索していて出会った本。
　沢井 実 著 「輸出立国の時代」
　　名古屋大学出版会 2022年10月発行


戦後間もない頃の輸出産業。
その中の「双眼鏡」「ミシン」「カメラ」を取り上げられてます。
　　日本製の自動車や家電製品が海を渡る前のお話し。
まず、この本のあとがき。
　『東京板橋区の四畳半メーカーでつくられた双眼鏡も、
　　大阪の今里近辺でアセンブルされたミシンも、重要
　　な外貨獲得商品であった。』
ここに「今里」が出てきます。
　　仕事場の住所が「東成区大今里南」

そして、本文にはミシンメーカやミシンの部品工場の一覧。
生野区、東成区、布施市など、今のような住居表示に
なる前の地名です。
　　1973年に生野区の住居表示変更がありました。

・生野区猪飼野

　　大友町や中川町も。

・東成区


・布施市　(今は東大阪市)


「猪飼野」の地名、現存してるのは、通勤途中にある
猪飼野橋交差点と バス停 猪飼野橋、そして猪飼野新橋くらい。

　　猪飼野：読みは「いかいの」ね。

地域の会館から「6CA7 P-P」アンプを発掘

地域の会館が耐用年数の絡みで建て替え。
そのお引っ越しの片付けをしていたら、
こんなのが出てきました。
東亜特殊電気(現・TOA)の拡声器用アンプ「HA-30」
真空管「6CA7 P-P」で出力30W。
残念ながらモノラル。
　　・TOAの歴史 にHA-30の紹介がありました。

　・1963年｜アンプの名機
　1961年（昭和36年）に「白バイ用拡声装置」を開発、
　続く1962年には大出力PAの開発のための超巨大PA通達
　テストを成功させ、さらに1963年に真空管アンプ
　「HA-30」を世に送り出しました。
　「HA-30」は小型ながら高性能のアンプとして、さま
　ざまな用途に広く使用することができました。
　「この出力でこの価格」をセールスポイントに
　「HA-30」の評価は徐々に高まり、アンプの名機と
　いわれるようになりました。

これ、どなたかいりませんか？
　　いつものように「送料＋お駄賃」を
　　ビール券で。

こんな木製の箱に入れられて眠っていました。


マイクも入ってましたんで、会館での挨拶などの
拡声に使われていたのでしょう。





通電はしていません。
　　火を入れようとすると、あれこれチェックしてから
　　でないと、球を痛めるかもしれないので。

HS-CMOS 1MΩ抵抗直列でAC100Vに直つなぎ

ATtiny3224で電源周波数測定を試す #2
の絡みでラジオペンチさんのページを見ていたら…
Arduinoで商用電源周波数を測定（ESP32編）
この記事への私のコメント書き込み（2021-02-28）で
　『1MΩの抵抗を通して100Vに直接つなぐ』
と。　さらに…
　『※メーカーの出すアプレケーションにもあるはずなんです
　　　が、探すのが・・・』
HC14のラッチアップ(したかも)に関してあれこれ書いていました。

で、ついさっきのこと、モトローラのHS-CMOSデータブック
をパラパラめくりしていたら、AC100V(日本と違うんでAC120V)
直つなぎの回路図を発見できました。
　　※落書きしてあったんで、昔に気付いてたはず。

1983年のデータブック

12bitバイナリカウンタ74HC4040。
そのアプレ－ケーション。

4入力NANDを追加して60Hzを1/3600。
1分パルスを得ようという回路です。

ということで、AC電源ライン直つなぎ例を再発見。

※追記
マイクロチップのアプリケーションノートでも
抵抗を入れてAC電源に直つなぎ！
　・AN521：Interfacing to AC Power Lines


※この例を参考にして、トラ技2008年4月号 の
記事を書いたのです。


　　この元ネタであるPICマイコンのアプリケーション
　　ノートを探してました。
　　やっと見つけられた。でも・・・
　　あらためてトラ技を見たら、参考文献にちゃんと
　　記してましたわ。

ATtiny3224で電源周波数測定を試す #2

・ATtiny3224で電源周波数測定を試す
自分でやってみて初めて分かった電源周波数の変動。
思いのほか動いてる！

・電源周波数が低下した際に確認したいサイト：ラジオペンチ

長期的な記録などはラジオペンチさんなど他の方々にお願いして
「ほんとにこんなに変動するの？」を(ちょっとだけ)
追いかけてみました。

まず・・・
私の回路で周波数の検出に使ったのは
単純にフォトカプラ。

発光素子は60Hzでの点滅を繰り返します。
このタイミングの変動はどうなんだ？
という疑問です。
　　100V60Hzの正弦波の正側で発光。
　　波形が下降してゼロクロス点手前で消灯。
　　負側ではずっと消灯してて、上昇時、
　　ゼロクロス点を通過して再点灯。
この点灯・消灯のポイントが変動すると、周期の計測
に影響するんじゃないかという心配です。

点灯・消灯の検出ポイントはフォトカプラの特性任せ。
現実に影響があるかどうかは不明ですが電源系負荷
の変動で「正弦波の形」が変動することもあるかと
思うのです。
　　ピーク部が痩せた電源波形ってあるでしょ
この形の変動が、計測してる周期を振らせてるのじゃ
っと考えたのです。
フォトカプラの点灯・消灯スレッショルドの微妙な変動ですな。
　　TIのAMC23C10のデータシートを見たからよけいです。

そこで、コンパレータを使い、できるだけゼロクロス点に
近いところを検出してみたのです。
こんな回路。

D3とD4で入力正弦波を「絞り」、ゼロクロス付近
の波形を得ます。
これで、電圧が高い部分の波形変化は無視できます。
これをD5電圧の1/2を基準にして比較します。
TIのAMC23C10は完全に0Vで比較できますが、単電源で
使うLM393ではちょいとプラス目でないとダメ。

その結果。
昨日の昼過ぎから今朝まで。

やっぱり、同じような変動が出ました。

そこで、検出周波数の分布を先日のフォトカプラだけ
で得たデータと比べてみました。

コンパレータを使ったほう(緑)が、ちょっとだけ
裾の部分がせまくなりました。
しかし、これが検出回路を変えたからなのか、
元からこういう周波数制御だったのかは
わかりません。
　　同時に比較しなくちゃ

検出回路は捨てようかと置いていたガラケーの充電器。
殻割りして元のスイッチング電源基板を取り外し、
プラグ部分が使えるようにして、回路を組み込みました。

周波数検出だけなら簡単なフォトカプラで大丈夫そうです。
無理して作るような回路じゃないかと。

今回の周波数計測、ATtiny3224の内蔵ハードウェアが頑張って
ますんでソフト的な変動は無視できます。
　　Arduino環境ならバックグランドで動いてる
　　タイマ割り込みとか、micros()の変動とか。

ATtiny3224で電源周波数測定を試す

ラジオペンチさんの「電源周波数測定・監視」
うまいこと周波数変化を計っておられるので、気になって
おりました。
　・ATtiny3224のタイマでは・・・言うことを聞かないゾ
に記しました、「16bitタイマ TCB0とTCB1」の連結機能
による32bitカウント、
　「これで周波数カウンタを作るんだ！」
と訴えています。
そこで試したのが、
　・ATtiny3224で裸の32bit周波数カウンタ #3
10MHzのTCXOを主クロックにして、周期を計る方法で周波数を
計ってみようという実験です。
32.768kHzの時計用水晶だと1秒のゲート時間に何発パルスが
来たかを数えて周波数を得ます。
必然的に周波数分解能は1Hz。
　　これは高い周波数を計るとき向け

周波数の高い基準クロックで、入力パルスの周期を計る
方法だと、低い周波数を精度良く測定できます。
　　手にいれた10MHzのTCXOだと0.1μ秒の分解能。
　　60Hzのパルスを60発、1秒間累積すると
　　1000万カウント。
　　17カウントの違いが60.0001Hzあるいは
　　59.9999Hzとなります。

ATtiny3224の場合、2つのTCBを連結して32bitカウンタ
を構成し、基準クロックをカウントします。
そして、もう一つあるタイマ機能、16bitのTCAで
入力パルスを数えて累積させ、所定の数になったら
TCBカウンタをキャプチャして、周期データを得ます。

・実験回路回路図

16文字×2行の液晶表示とシリアル出力だけ。
スイッチはゲートモードの切り替え。

・試しの手組み回路

・TCAとTCBの接続

チップ内蔵のタイマ機能、みんな使ってる

・1秒ゲートモードでのカウント方法

・周期測定モードでのカウント方法

ハードは触らずに、うまいこと1秒ゲートと周期測定を
切り替えできます。

・電源周波数の取り込み

簡単にフォトカプラで。

・試してみると

20時間ほどのデータ。
　　1秒に1行なんで7万行ほど。
60Hzからのズレをグラフに。
赤線はgnuplotの「smooth bezier」機能で平均化
した変動。

こちら、60Hzなんですが、けっこう変動があるものですなぁ。
ラジオペンチさんが「追跡」したくなるのがわかります。

※追記
計測開始から18時間30分ばかり(朝7時ごろ)のところに
急激な周波数変化が2回見えています。
その部分を拡大してみました。
　　　生の1秒ごとの周波数データをgnuplotで
　　　グラフに。平均処理せず。

1回目(赤)は60.0Hzから4分ほどで60.2Hz付近まで上昇。
さらにそこから4分で59.86Hzまで低下。
2回目(緑)は、上昇→下降を10分ほどかけてという変化。
こんなデータが得られました。
3月31日の朝ってなにかありましたかな？

※ゲートモードの切り替え

/*****  ゲートモード *****/
byte gate_mode;   // ゲートモード
                  // 0:1秒ゲート 1Hz単位の周波数計測
                  // 1～9:1/1～1/10000 周期計測モード
const struct{
  const short  fdiv;     // 分周値  
  const char  *msg;      // 表示文字
}gate_tbl[]={
  { 0,     "1sec "  },     // 0 1秒ゲート
  { 1,     "1/1  "  },     // 1 周期計測
  { 10,    "1/10 "  },     // 2  〃
  { 50,    "1/50 "  },     // 3  〃
  { 60,    "1/60 "  },     // 4  〃
  { 100,   "1/100"  },     // 5  〃
  { 120,   "1/120"  },     // 6  〃
  { 440,   "1/440"  },     // 7  〃
  { 1000,  "1/1k "  },     // 8  〃
  { 10000, "1/10k"  },     // 9  〃
};  

こんなテーブルで1秒ゲートと周期計測による周波数測定
を切り替えています。
「fdiv」値をTCA0にセットして、入力パルスを「1/N」
しています。
SW1を押して選択。
長押しでEEPROMに現在値を保存。
　　次の起動で読み出し。

※スケッチとシリアル出力、液晶表示ライブラリ
　　　・ダウンロード - tn3224_fcnt03.zip

※参
「ゼロクロス検出回路」を検索していたらこんなICが
出てきました。
・テキサスインスツルメンツ,絶縁型ゼロクロス検出回路：AMC23C10

※続き
・ATtiny3224で電源周波数測定を試す #2