<DFF(その4)>

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暑い日が続いて夏真っ盛りです。夏と言えば“花火”
今年も横浜港で神奈川新聞や、開港記念の花火大会が開催されました。

20100802_1_misaizu.jpg

 

この花火の写真を撮るのは、結構大変なのです。

花火は夜の撮影なるので三脚は必須です。できるだけ前に出て、余分な人の頭などが写らないようにするためには、まだ明るいうちに場所をキープしないといけません。

まず、どこにカメラを向けるか?
事前に打ち上げ場所を調べておいたとしても、当日の風の向きや様々な状況に依って変更されている場合もあります。
結局は実際に打ち上げた花火を見て、向ける方向を確認します。

ピントはどうするか?
真っ暗なので、どこに合わせれば良いやら・・・こんな時は、花火を打ち上げる辺りと同じくらいの距離にある船や防波堤の光にピントを合わせて、そのままのピントの状態で画面を狙う方向に向けます。または、目測+マニュアルです。

ズームをどうするか?
これはどのくらいの大きさに見えるかに合わせて、ズームしたり引いたりするのですが、これも実際に打ちあがった花火を見て決めます。

シャッタースピードをどうするか?
発射から爆発までは、1、2、3、4・・・、自分で時間を計って決めます。
だいたい5~7秒くらいにすると、打ち上げられていく玉の線も含めて撮れると思いますが、これも何度か実際に打ちあがった花火で試してから決めます。

絞りはどうするか?
真っ暗の中ではまったく見当が付かないので、何枚か撮ってみるしかありません。
デジタルカメラの良いところは、すぐに出来が分かる所です。
これも何度か実際に打ちあがって花火で何度か試してから決めます。

こんな事をしながらカメラの設定を終える頃には、花火大会自体も終わってしまって・・・結局いいのは一枚も取れなかったなんて事もありました。

最近のデジタルカメラはあらゆる事を自動でやってくれるので、オートのままでも結構良い写真が取れます。でも、マニュアルで自分の目と勘(感)を信じて苦労して撮った写真がやっぱり一番だと思いつつ、今日の技術ネタに行きたいと思います。

 

前回は、“入力CLKのTr/Tfが遅くなるとDFFは誤動作を起こしてしまうので、Tr/Tfに制限をつける必要がある”ことを紹介しました。今回はもうちょっとこの辺りを掘り下げてみたいと思います。

DFFを安定に動作させるには、“前の状態をラッチした後、D1Xが変化する”ようにすれば良いことを前回は説明しました。

  • スレーブがデータをラッチするのは、CLK2の立下りが決めています。
  • マスターが新しいデータを取り込むのは、CLK3の立下がりが決めています。

つまり、前の状態をラッチした後に、D1Xが変化するようにするには、CLK2の立下りの後にCLK3の立下りが来れば良いことになります。


 

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ここで気になるのは“立下りを遅らせると立上りも遅れるが・・・良いのか?”ということです。

  •  スレーブラッチが新しいデータを取り込むのは、CLK2の立上がりが決めています。
  •  マスターラッチがデータをラッチするのは、CLK3の立上がりが決めています。

なので、スレーブが新しいデータを取り込んだ後に、マスターがラッチする事になります。


 

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前回の回路に思いっきり遅延回路を追加して確認してみたいと思います。


 

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入力データは雑音の影響を分かりやすくするために小さくし、雑音を入れました。
図 3の結果を見ると、CLK2の立上り~CLK3の立上り間、出力Qに入力Dの雑音がそのまま出力されてしまっています。

これは、スレーブが取り込む新しいデータにラッチがかかっていないために入力がそのまま出力につながり、入力信号に雑音やヒゲが入っていたら、そのまま出力に出てしまうことになります。これではDFFとしての役目を果たしていません。

 
ではどうすれば良いかというと、マスターがラッチしたデータをスレーブが取り込む。つまり、CLK3の立ち上がりの後、CLK2の立ち上がりが来る必要があります
簡単にいうと、CLK2はDutyを細く、CLK3はDutyを広くすると良いのです。

20100802_5_misaizu.png

処理の順番は、
(1) CLK3の立上り:マスターラッチがデータをラッチ。
(2) CLK2の立上り:マスターラッチの出力をスレーブが取り込み、Qに出力
(3) CLK2の立下り:スレーブラッチが出力したデータをラッチ
(4) CLK3の立下り:マスターラッチが新しい入力データを取り込む

このようにDutyを意図的ずらすクロックはSCF(Switched Capacitor Filter)などで、スイッチを同時にONさせたくない場合などに、よく使います。


 

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CLK回路にNANDと遅延回路を使った図 4の回路で実現できます。
(上記は一例であって、他にもDutyを意図的にずらす回路はあります)

20100802_7_misaizu.png

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

CLKのDutyを適切に調整することで、入力雑音が出力に出てこなくなりました。
実際のDFFで図 4の様にNANDを使うことは消費電力やサイズの面で不利なので、Pch/NchのL/W長を調整して閾値を意図的に変えて、Dutyの調整をすることが多い様に思います。

次回は、セットアップ・ホールドタイムについて触れたいと思います。

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このブログ記事について

このページは、dclueblogが2010年8月 2日 20:02に書いたブログ記事です。

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