プラスマイナス電圧ロジック信号のレベルシフト回路

プラスマイナス電圧のロジック信号をレベルシフトする回路について教えて下さい。

±10Vのロジック信号を0V/3.3Vロジック信号に変換する回路を探しています。
±10Vのロジック信号は最小のパルス幅が5usで、-10Vまたは+10Vの２値の信号です。
その間の電圧が出力されることはありません。
出力側の電流電流能力は少し低く、Iout=0.1mA程しか流せません。

信号数が10本以上ある為、できるだけシンプルな回路を教えて下さい。

No.7 回答者： xpopo 回答日時： 2012/07/23 16:00

回答NO.5です。

少々の容量では波形はなまりそうにありませんが、もう少しドライブ
能力が高くて部品点数もそんなに多くない回路があります。
　添付のようなシャントレギュレータを使用した回路です。一緒に
シミュレーション結果を載せておきますが、負荷容量５０ｐFで添付の
ような応答波形になりそうです。
　この回路は信号源である±１０Vのロジックの出力電流Iout＝0.1mAを
前提にしてます。Ioutが大きくなると、ロジックの出力とシャントレギュ
レータ間に逆流防止のダイオードをシリーズに挿入しなければならなく
なります。

この回答へのお礼

回路の紹介ありがとうございます。
もう少し立ち上がり、立ち下り時間が早いとよさそうなのですが・・・

お礼日時：2012/07/25 09:21

No.6 ベストアンサー 回答者： inara1 回答日時： 2012/07/22 11:57

ANo.4です。

波形を比較しました。スルーレートの大きいNJU7034のほうがきれいな波形になっています。
NJU7034ではR3とR4を、ANo.4の回路図の値にすると、出力波形のリンギングが大きかったので、R3=15kΩ、R4=22kΩに変更しました（LMC6482の波形はR3=150kΩ、R4=220kΩのまま）。また、基準電圧回路のR5は1kΩでなく10kΩに変更してください。

この回答へのお礼

シミュレーションおよび実機での確認ありがとうございます。
とても参考になりました。

お礼日時：2012/07/23 10:44

No.5 回答者： xpopo 回答日時： 2012/07/22 10:04

回答NO.2です。

補足です。

回路と動作波形（シミュレーション）を添付します。

添付した図の動作波形では「H」レベルは３Vで３．３Vまで行きませんが
動作上は問題ないでしょう。また、「L」レベルは－０．６V程度になりますが
シリーズに抵抗１００ｋΩが入ってますので後段のロジックICのラッチアップ
も大丈夫だと思います。

なお、フォトカップラーは一般的に入力のダイオードの逆方向耐圧が５V程度と
低いので対策が必要です。また、入力電流は最低１ｍA程度必要になりますので
０．１ｍAでは正常な動作が期待しにくいでしょう。

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。

同様の回路も検討したのですが、シリーズ抵抗とダイオードの端子間容量、ロジックICの入力容量で波形がなまってしまい最適な定数を見つけられませんでした。

補足日時：2012/07/23 09:29

No.4 回答者： inara1 回答日時： 2012/07/22 08:55

変換回路の最大出力電流が数mAくらい必要なら、添付図のような、オペアンプを使った回路が良いと思います。

入力電圧（Vin）が-10V～+10Vのときの出力電圧（Vout）は0V～3.3Vになります。回路の入力電流は最大0.0625mAです。オペアンプにLMC6484を使った場合の出力波形のシミュレーション結果を添付します。遅延時間は2μs程度になるので、パルス幅5μs・周期10μsの矩形波を入力したときの出力は添付図の白色の波形のようになります。オペアンプにNJU7034を使えば、出力波形の遅延時間はもっと短くなります（回路シミュレータにNJU7034がなかったのでシミュレーションできませんでした）。LMC6484とNJU7034は手元にあるので実験してみます。

オペアンプ回路は各信号線ごとに必要ですが、-1.2Vの基準電圧を作る部分は1個でいいです（ここで作った-1.2Vを各オペアンプ回路に供給すればいい）。LMC6482やNJU7034は4回路入りなので、IC1個で4本の信号線のレベルシフトができます。電源は±5Vが必要です。正と負の電圧を出力できる直流安定化電源がなければ、5VのスイッチングACアダプタを2個使えば作れます。出力信号をロジック信号として扱うのであれば、電圧の精度はあまり必要ないはずなので、抵抗は安価なカーボン抵抗（精度±5%）でいいです。各オペアンプの電源端子間には0.1μF程度のパスコンを入れてください。ダイオード（1N4148）は小信号用なら何でもいいです。

LMC6482（1個200円）　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-02431/
NJU7034（2個入り300円）　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-04402/
1N4148（50本入り100円）　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gI-00941/
0.1μF（10本入り100円）　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gP-02211/
スイッチングACアダプタ（5V・1A）　http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-00238/

No.3 回答者： atano2001 回答日時： 2012/07/22 01:13

アイソレーターが一番コンパクトかな？

発光LEDと受光トランジスタをICの中に1組～8組又はそれ以上収納したアイソレーションパッケージです。
光接続なので入力側回路の電源電圧と出力回路の電源電圧がいくらでも関係ありません。

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。

±10Vの入力が可能なアイソレーターをご存知でしたら紹介していただけないでしょうか。

補足日時：2012/07/23 09:26

No.2 回答者： xpopo 回答日時： 2012/07/22 00:18

受信側がCMOSの場合でしたら、１００ｋΩの抵抗と3.7VツェナーDiを直列につなぎ

その両端に±１０Vロジックをつなぎ、ツェナーDiと抵抗の接続点を出力につなぎます。
３．７VツェナーDiは電流５ｍAで３．７Vですので、０．１ｍAでは３．２V程度まで
低下しますのでこれで行けるかと思います。

No.1 回答者： shintaro-2 回答日時： 2012/07/22 00:04

フォトカプラが一番簡単だと思いますが？

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。

±10Vの入力が可能なフォトカプラをご存知でしたら紹介していただけないでしょうか。

補足日時：2012/07/23 09:41