2010年9月 のアーカイブ

LDOの発振とかオーバーシュートについて考えてみた

2010年9月29日 水曜日

特殊電子回路から、Spartan-6 FPGA評価ボードの無償改修・修理のお知らせメールが届きました。どうやら、FPGAのコア部の電源を生成しているLDOが、電源投入時にオーバーシュートを起こすという話らしいです。まぁ、遊びで使っているだけなので、どっちでもいいかなぁ、と思っています。

Spartan-6のコア部は、45nm CMOSプロセスで、その電源電圧は1.2Vのようです。絶対最大定格は1.37Vですので、本当はそれを超えてはなりません。ただ、民生品のようなシステムでは、普通の安価なLDOを使う関係で、オーバーシュートが短い時間生じている場合があります。

ボクは、マイコン内蔵LDOでも同様の現象を見たことがあります。最近のマイコンには、LDOが内蔵されているものがよくあります。ユーザから見た電源電圧は3Vとか5Vなのですが、コア部の電源電圧はそれより低い電圧(例えば2.5Vとか1.8V)で、コア部に供給する電源用にLDOが内蔵されている場合があります。たぶんフラッシュやプロセッサなどの集積度をできるだけ上げたい事情があるのでしょう。そのようなものの中には、外付け容量を接続するための端子が出ているものがありますので、その端子をオシロスコープで見てみてください。見事にオーバーシュートしている場合があります。推奨の容量を使用した場合でもです。

今日は、LDOの安定性とオーバーシュートについてナショセミのドキュメントを読んで考えてみたので、書いておこうと思います。LDOはスッゴク便利で簡単に使えますが、安定性について理解しておくと工作がもっと楽しくなる気がします。ICメーカは、LDOにどんな負荷が接続されるか分からないので、絶対安定なLDOっていうものを供給するのが難しいはずです。発振するかしないかはユーザの担当です。

LDOって?

LDO(Low Drop Out)はレギュレータです。CMOSの場合、ソース接地を出力段(PMOSをドライバ)にしたレギュレータで、NMOSやNPNをドライバにした場合に比べて、入出力電位差が小さいことが特徴です。この特徴から、Low Drop Outと呼ばれるのだと思います。

LDOの安定性ってどうやって考えるの?

LDOを2段の増幅器と考えると、LDOの安定性とかオーバーシュートの原因を簡単に理解できます。まず1段目で基準電圧と出力電圧の差を利得倍した電圧を発生します。2段目はPMOSのソース接地出力段です。2段増幅器ですので、1段目と2段目にそれぞれ1つずつ、合計2つのポールが存在すると考えます。

LDOは本当は2段かどうかよく分かりません。もっと複雑なのかもしれませんが、ある程度以上はICメーカのデザイナ以外分からないので、このように仮定します。

ループの安定を保つためには、2つのポールを十分離しておかなくてはなりません。1段目のポールは1個なので、その場合は一次系ですから、利得は20dB/decで減衰します。1段目の直流利得が40dBならば、2つのポールは周波数を2桁以上離して置かなくては安定しません。

2段目のポールはPMOSソース接地と負荷容量で決定され、負荷電流によって大きく変化します。ソース接地の電流が増せば(負荷電流が増加すれば)、ポールは広域に移動します。逆に電流が減少すると、低域に移動します。1段目のポールと2段目のポールを周波数2桁分離す為には、1段目ポールを2段目ポールより低域におく必要があります。

逆は現実的ではありません。なぜなら、1段目を2段目より何桁も早くするためには、1段目のアンプにLDOの出力電流よりもずっと大量の電流を与える必要があるためです。

レギュレータの消費電流をある程度以下にするためには、2段目ソース接地の無負荷時消費電流をそれほど大きくすることができませんが、この電流によって2段目ポールが取りうる最低周波数が決まります。1段目ポールを2段目ポールの2桁分下の周波数に置くとすれば、1段目は2桁遅くする必要があり、相当に遅いアンプとなります。

LDOの中には、最小負荷電流が規定されているものがあります。これはおそらく、第2ポールが低域に来すぎると発振することが理由だと思います。

ここまで、単純化して説明しましたが、以上のようにICメーカが設計すると、ホントに遅いループになってしまい、実用に耐えない場合があります。負荷電流変動に対してもある程度は追随できなければ、負荷容量に必要な容量が増加してユーザに負担をかけますし、容量増加によって2段目ポールがさらに低域に移動し、安定性も犠牲になります。

そこで、通常のLDOでは、負荷容量とESRで生じるゼロを使って位相を戻し、安定を確保するように設計されています。DC~第2ポールの間くらいゼロが1個入れば、ループは安定になるという寸法です。ICのデータシートには、推奨されるESRと容量値が記載されています。

オーバーシュートってなんで発生するの?

出力段であるPMOSソース接地のゲートは、1段目の差動アンプでドライブされていました。1段目差動アンプは、スゴク遅くする必要があることは先に述べました。ナショセミのドキュメントでは、第一ポールが100Hzという例が出ていました。実際もおそらくその程度のオーダなのだと思います。オーバーシュートは1段目増幅器が追随できないで生じる、という可能性がまずあります。

次の原因として、電源投入時にPMOSのゲートは0V電位になっている場合がほとんどですから、負帰還が働き始めるまでの間、電源とほぼ同じ電位を出力し続ける、という可能性があります。

あるいは、LDO内部の基準電圧が定まるのが遅い、という原因も考えられます。基準電圧はBGR(Bandgap Reference)なので、これはこれで負帰還を形成しており、立ち上がりには相応の時間が必要です。

オーバーシュートについては、ソフトスタートといわれる機能が内蔵されたものを選ぶと、問題を回避できる可能性があります。ただ、ソフトスタートは、パワーオンリセットの一種なので、電源の立ち上げ波形などに依存すると思われます。

参考:

AN-1148 リニア・レギュレータ: 動作原理と補償@ナショナルセミコンダクター

関連記事:

Spartan-6 FPGA評価ボードを買って遊んでみた@馬坂コム

Nine Eagles SOLO MAXXを飛ばせるようになってきた

2010年9月27日 月曜日

練習の甲斐あって、ラジコンヘリ(Nine Eagles SOLO MAXX)を飛ばせるようになってきました。

公団仕様四畳半でもok。こんなかんじ。

四畳半SoloMaxx(ムービー)

関連記事:

Nine Eagles SOLO MAXXを買ってみた@馬坂コム

YamahaルータRT57iに@niftyフォン-Cの設定

2010年9月21日 火曜日

VoIP対応ルータYamaha RT57iをヤフオクで入手しました。2000円くらいでした。早速、@niftyフォン-Cを設定してみました。

ルータにプロバイダ情報を設定して確認

まず最初に、ルータをVDSLモデムに直接接続して、プロバイダの設定をし、ルータが無事に機能することを確認しました。

@niftyフォン-Cのアカウント・サーバ情報をメモする

次に、@niftyフォン-Cのページへ行き、「ご利用者メニュー」からログインして、「詳細表示」を押してサーバやアカウントの情報をメモります。必要なのは、

  • 050電話番号
  • VoIPユーザID
  • VoIPユーザパスワード
  • VoIPサーバ名(SIPサーバアドレス REGISTERサーバアドレス)
  • SIP-URL

です。

ルータにアカウント・サーバ情報を設定する

その次、ルータにブラウザでアクセスし、ログインします。「電話の設定」→「VoIPの設定」→「IP電話サーバの設定」へ行き、「IP電話サーバの新規登録」のボタンを押します。次の画面では、「手動設定」→「その他のIP電話サーバ」を選びます。



先ほどメモったアカウントとサーバ情報をそれぞれ書き入れます。ヘルプも結構親切に書いてあるので、見てみてください。設定を終えてから、トップページへ行き、「電話の状態・設定」を見てみます。VoIPサーバが通信中になればok。

ナンバーディスプレイを有効にする

トップから、「電話の設定」→「ISDN電話の設定」→「TEL1ポートの設定」→「電話機対応機能設定」へ行き、「ナンバー・ディスプレイ対応機器の接続」を使用するに設定します。

まとめ

やってみてわかったことは、このルータはとてもよくできているということ。さすがYAMAHA。今までバッファローとかCoregaとかNECアクセステクニカとかしか使ったことの無かった庶民&素人のボクは、結構驚きました。ルータとしても良くできているし、VoIP機能についても、NTT純正品よりずっと良いです。YAMAHAは浜松かな?んでNECアクセステクニカは掛川か。何だろう、この差。電電ファミリーか否かの差かな?

あと、一通り設定してから書いたので、抜けがあるかもしれません。何か間違ってたらおせーて。

参考:

RT57i製品情報@YAMAHA

YAMAHA向けIP電話設定情報

関連記事:

光回線で@niftyフォン-C@馬坂コム

@nifty光ライフwithフレッツに入った@馬坂コム

加入権がなくてもIP電話の電話番号は持てる@馬坂コム


B000H6SX2Y Yamaha ブロードバンドVoIPルータ RT58i
ヤマハ 2006-09-30


さくらインターネットのVPSの使い道を考えてみた

2010年9月21日 火曜日

さくらインターネットがVPSサービスを始めたらしい。980円/月で仮想サーバをレンタルできます。もちろんrootになれます。

さくらのVPS@さくらインターネット

早速思いつきで申し込んで使えるようにしてみました。

おそらくWebサービスをメインのターゲットにしているのだけれど、それだけだと面白くないので、その他の用途を考えてみました。サービスの内容については各所で色々書かれているのでここには書きません。

1.計算センタ

このサービスって、科学技術計算みたいな用途にも使えるんじゃないだろうか、なんて思いました。特に中小企業とか個人にもそういう可能性が開けてきた気がします。例えば、工業製品の設計段階におけるシミュレーションとかそういう処理についてです。現在では、機械、エレクトロニクス、土木、建築、製薬、化学、どのような工業分野をとっても、その製品化にはシミュレーションだとかそういった計算が必要です。ほとんどバッチジョブでしょう。

従来こういう用途では、サーバをたくさん並べた計算センターを使って、ユーザが投入したジョブをLSFとかで割り振ってこなす、というように処理されています。計算センターは各企業ごと、あるいは、その企業の各部門ごとで運営されていて、維持管理にはそれなりにコストがかかっています。未来を予測しつつ機器を更新していかないとならないし、コンピュータ性能が不足したからといっていきなり台数を増やすのにはお金がかかります。科学技術計算では、100% CPUを占有するようなジョブを例えば1週間とか実行する必要があります。ただ、このような需要が1年間毎日続くわけではありません。

そこで、Webサービス向けのレンタルサーバを使うことを考えて見ます。そうすると、必要な計算量に応じて計算センターを自由にスケーリングできます。ホスティング会社にとってみれば、一企業が保有する計算センターのCPU数なんて微々たるものじゃないかな。

もちろん計算サーバのホスティングって、従来からあると思うのですが、Webサービス向けを流用することで個人や中小企業でも使いやすいはずです。現時点ではメモリが足りないという懸念はあるものの、1000円以下で借りられるのであれば何とか使ってみようと言う気も起きます。仮想サーバを10個借りても9800円で済みます。

2.ファイルサーバ

オンラインストレージって、いろいろサービスがあるのだけれど、やっぱりどれもイマイチ。微妙に遅かったり、制限が厳しかったり、そのサービスがいつ終わるか分からないしね。んで、

NetDriveでレンタルサーバを格安オンラインストレージにする@馬坂コム

にも書いたのですが、レンタルサーバをftpで無理やりオンラインストレージにする方法もありますが、これも、タイムアウトされたりカユイところに手が届かない。

そこでVPSを使います。rootがもらえるんだったらやりたい放題できるはず。WebDavサーバにもできる。玄箱を冷蔵庫の上に置いとかなくても良くなります。ディスクが足りなければ複数契約すれば良いだけ。

3.cygwinの代わりにする

ボクのPCにはcygwinが入ってます。で、何に使われているかと言うと、使い捨ての簡単なコマンドラインプログラムを作ったり、たまにgrepとかawkでテキストを処理するためだけに使われてます。もちろんDOS版みたいなのをそれぞれインストールすればcygwinなんて不要なのですが、何となくcmd.exeなんかよりUNIXモドキの方がしっくりくるのです。

こういう用途には、VPSサーバにX Window systemを入れておいて、sshのポートフォワードとかで使えばcygwinより便利かも。何といってもホントのLinuxだし。

あと、ロジアナでダンプしたベクタファイルとかを処理する時があるのですが、それって100MBくらいのテキストだったりして、こいつをcygwinでごにょごにょやるとファイルI/Oが遅くて困ることがあります。多分、さくらのVPSくらいのスペックだったら何の問題も無い気がします。

参考:

さくらのVPS980@tomocha.net

CentOSをサーバーとして活用するための基本的な設定@さくらインターネット創業日記

国立大学の授業料免除

2010年9月14日 火曜日

はてなブックマークの人気エントリにこんな記事が入っていました。元ネタはNHKのクローズアップ現代らしい。

奨学金が返せない – 若者の貧困に追い討ちをかけ、国際人権規約から逸脱する日本の奨学金制度

返済できない人を信用情報に登録するってのは、これ以上負債を抱えなくて済むという観点で悪いことじゃない気がしますが。

ちなみに、本サイトでは、これら制度について意見するつもりは無く、現行の社会的インフラを如何に活用するか、に重点を置きたいと思ってます。そこで、今日は、あんまり知られていない国立大学法人の「授業料免除」について書いておこうと思います。採択されるのはそれほど難しくありませんので、ご一考あれ。

授業料免除が認められると、授業料の全額あるいは半額を払わなくてokです。授業料免除は、大学の掲示板に知らせが出るはずなので、ちゃんと見ていましょう。んで、面倒くさがらずに申請すること。これ非常に肝心。前期と後期で年二回申請のチャンスがあるので、一回やってみて駄目でも、何度も何度もチャレンジしましょう。一回書いた申請書は、コピーしておくと二度目以降はイチから書かなくても済みます。

現在の国立大の授業料の標準額は下表なのですが、これがタダか50%offってアツくないか?

区分 授業料(年額) 入学料(入学時)
学部
大学院
¥535,800 ¥282,000

出典:国立大学等の授業料その他の費用に関する省令@文科省

さて、授業料免除が認められるための要件は、以下の2つ。

要件1.総所得金額の基準(お金持ちはダメよ、という基準)
要件2.まともに授業を受けてるか

このうちの要件2については、普通に授業を受けていて留年などしていなければほとんどokなはずです。成績はほとんど関係ないです。いろんな学部の学生を対象にしているので、そもそも成績を評価基準にすることができないです。

要件1は、家計の総所得金額が基準を下回っているかどうかです。この基準、全額免除の基準は結構厳しいかもしれないですが、半額免除の基準は多くの家庭で満たせるんじゃないかと想像してます。特に都市部以外だと、所得が低くて生活コストも低いというパターンがありますので、かなりユルい気がします。(統計を見た訳ではなく、勘で言ってます。)

総所得金額は、
総所得金額=総収入金額-控除額-特別控除額
で計算します。

総収入金額は、給与所得者の場合ですと、源泉徴収表の支払金額のことです。

控除額は、給与所得者の場合、以下のように計算します。
・ 収入金額104万円以下のものは収入金額と同額
・ 収入金額が104万円~200万円のものは、収入金額×0.2+83万円
・ 収入金額が200万円~653万円のものは、収入金額×0.3+62万円
・ 収入金額が653万円を超えるものは、258万円

特別控除額は、特別控除額表によります。

特別の事情 特別控除額
A 世帯を対象とする控除 [cir1 ] 母子・父子世帯であること。 490,000円
[cir2 ] 就学者のいる世帯であること。 小学校児童1人につき 80,000円
中学校及び中等教育学校の前期課程生徒1人につき 160,000円
国・公立高等学校及び中等教育学校の後期課程生徒1人につき (/自宅通学 280,000円/自宅外通学470,000円/
私立高等学校及び中等教育学校の後期課程生徒1人につき (/自宅通学 410,000円/自宅外通学  600,000円/
国・公立高等専門学校学生1人につき (/自宅通学 360,000円/自宅外通学 550,000円/
私立高等専門学校学生1人につき (/自宅通学 600,000円/自宅外通学 800,000円/
国・公立大学学生1人につき (/自宅通学 590,000円/自宅外通学 1,020,000円/
私立大学学生1人につき (/自宅通学 1,010,000円/自宅外通学 1,440,000円/
国・公立専修学校高等課程生徒1人につき (/自宅通学 170,000円/自宅外通学 270,000円/
私立専修学校高等課程生徒1人につき (/自宅通学 370,000円/自宅外通学 460,000円/
国・公立専修学校専門課程生徒1人につき (/自宅通学 220,000円/自宅外通学 620,000円/
私立専修学校専門課程生徒1人につき(/自宅通学 720,000円/自宅外通学 1,120,000円/
[cir3 ] 障害者のいる世帯であること。 障害者1人につき 860,000円
[cir4 ] 長期療養者のいる世帯であること。 療養のため経済的に特別な支出をしている金額。
[cir5 ] 主たる家計支持者が別居している世帯であること。 別居のため特別に支出している金額。ただし、710,000円を限度とする。
[cir6 ] 火災、風水害、盗難等の被害を受けた世帯であること。 日常生活を営むために必要な資材あるいは生活費を得るための基本的な生産手段(田・畑・店舗等)に被害があって、将来長期にわたって支出増又は収入減になると認められる年間金額。
[cir7 ] 父母以外の者で収入を得ている者のいる世帯であること。 父母以外の者の所得者1人につき380,000円。

なお、その所得が380,000円未満の場合はその所得額。

ただし、本人及び配偶者の所得については控除できない。

B 本人を対象とする控除 (高等学校及び中等教育学校の後期課程)
(/自宅通学 190,000円/自宅外通学 380,000円/
(高等専門学校) (/自宅通学 210,000円/自宅外通学 420,000円/ (大学・大学院・短大) (/自宅通学 280,000円/自宅外通学 720,000円/
(専修学校専門課程) (/自宅通学 200,000円/自宅外通学 600,000円/ (専修学校高等課程) (/自宅通学 120,000円/自宅外通学 230,000円/

で、以上計算した総所得金額が以下の基準を下回っていれば要件1を充足します

総所得金額の基準
半額免除の基準 全額免除の基準
世帯人員 大学・短大 大学院 大学・短大 大学院
1人 1,670,000円 1,820,000円 880,000円 960,000円
2人 2,660,000円 2,900,000円 1,400,000円 1,520,000円
3人 3,060,000円 3,340,000円 1,620,000円 1,770,000円
4人 3,340,000円 3,640,000円 1,750,000円 1,920,000円
5人 3,600,000円 3,930,000円 1,890,000円 2,080,000円
6人 3,780,000円 4,120,000円 1,990,000円 2,170,000円
7人 3,950,000円 4,320,000円 2,070,000円 2,260,000円

例えば、年収600万円の3人家族の家庭で、本人が自宅外通学している場合では、総所得金額は、

①600万円 - ②(600万円×0.3+62万円) - ③72 万円= ④286万円

①:年収
②:控除額
③:特別控除額
④:総収入額

となりますので、全額免除の基準は満たせませんが、半額免除の基準を充足します。これに例えば兄弟がいて、大学在学中だったりすれば、全額免除の基準を満たす可能性は十分あります。家庭の年収が600万円って、決して貧乏では無い気がしますが、免除申請は可能です。

さて、ここまで基準を示しましたが、基準を満たしたからといって必ず免除されるわけではありません。文部科学省の通知 授業料免除の取り扱いについてによれば、各国立学校における免除実施可能額が示されていて、大学の場合は授業料収入予定額の5.3%とされています。たぶん、各大学で応募者を順序付けして、上から何人、というように決めるのではないかと思われます。

ただし、この率は決して絶望的なものでは無く、どっちかというとユルいように見えます。例えば全額免除と半額免除の採用者数が半々だったとすれば、全学生の7.95%≒8%がどちらかの免除を受けることができる数字です。周囲の友人を見回してみてください。この制度にそれほど多くの学生が殺到すると思えますか?自分が採択される可能性はかなり高くないでしょうか?

申請書類を揃えるのは結構面倒ですけれど、労力を上回る利得があります。この制度、使わない手はありません。

参考:
文部科学省高等教育局長通知「授業料免除選考基準の運用について」@文科省

文部科学省高等教育局長通知「授業料免除の取り扱いについて」@文科省

平成22年度後期授業料免除申請要領@一橋大←国立大はどこでもほとんどこれと同じはず。

日本育英会奨学金の報奨金制度@馬坂コム

複数口の奨学金の月々の返済額は減額できる@馬坂コム

日本学生支援機構から全額繰上通知が届いた@馬坂コム

日本学生支援機構から報奨金が届いた@馬坂コム

Nine Eagles SOLO MAXXを買ってみた

2010年9月3日 金曜日

ボクは特別なラジコン好きじゃないのですが、お盆に親戚のおじさんの家でラジコンヘリを見て、ビビビと来て、買いました。ラジコンヘリ。ラジコンデパートFUNFUNで1万円弱くらい。

ローター径:190mm
全長:207mm
重量:27g

で、かなり小さい。家の中で飛ばすのにピッタリ。うちの4畳半でも飛ばせます。ただし操縦は結構ムズい。

右手で上昇・左右、
左手で前後、回転

を制御します。練習して、少しずつ飛ばせるようになって来ましたが、数十回墜落したので満身創痍のボコボコ君になってしまいました。いろんな所に修理痕があって、糸巻いて接着剤で固められていたり、竹串が刺さっていたりします。ただ、修理を積み重ねた結果、弱いところが無くなり、パタリと壊れなくなりました。

ちなみに、SOLO MAXXっていうのは日本名なのかな?Nine Eagle社のページでは、SOLO PROっていう名前で出ています。あと、HobbyKingっていう模型屋さんでは、SOLO PRO IIって出てる。これらは同一なのかよく分かりませんが、画像を見る限り同じに見える。

ちなみに、HobbyKingで買えば、$54で買えます。