データシート入門¶

目的¶

このモジュールでは、電子部品のデータシートを正確に読み解くためのスキルを習得します。ソフトウェア開発者として、ハードウェアチームとの効果的なコミュニケーションを実現し、より良い組み込みシステムの開発に貢献することを目指します。

1. データシートの基本構造¶

1.1 データシートとは¶

データシートは電子部品の仕様書であり、以下の情報を含みます
部品の基本的な特性
電気的特性
動作条件
使用上の注意事項
実装のガイドライン

1.2 一般的なデータシートの構成¶

表紙（概要情報）
製品名
メーカー名
部品番号
文書番号と版数
概要（Overview）
主な特徴
用途
ブロック図
動作条件（Operating Conditions）
推奨動作条件
絶対最大定格
電気的特性（Electrical Characteristics）
DC特性
AC特性
タイミング特性
ピン配置と機能説明
アプリケーション情報
パッケージ情報

2. 重要な項目の解説¶

2.1 絶対最大定格（Absolute Maximum Ratings）¶

部品が破壊されない限界値を示す
これを超えると部品が破損する可能性がある
通常の動作条件としては使用してはいけない値
主な項目：
電源電圧（Supply Voltage）
入力電圧（Input Voltage）
動作温度範囲（Operating Temperature Range）
保存温度範囲（Storage Temperature Range）

2.2 推奨動作条件（Recommended Operating Conditions）¶

部品の正常動作が保証される条件
実際の設計ではこの範囲内で使用する
主な項目：
電源電圧範囲
動作温度範囲
入力電圧範囲
クロック周波数範囲

2.3 電気的特性（Electrical Characteristics）¶

DC特性
入力電圧のHigh/Lowレベル（VIH/VIL）
出力電圧のHigh/Lowレベル（VOH/VOL）
消費電流
AC特性
セットアップ時間
ホールド時間
伝搬遅延時間

3. 重要な用語解説¶

3.1 電圧関連¶

VDD/VCC：電源電圧
VSS/GND：グランド（0V）
VIH：High レベル入力電圧の最小値
VIL：Low レベル入力電圧の最大値
VOH：High レベル出力電圧の最小値
VOL：Low レベル出力電圧の最大値

3.2 タイミング関連¶

tSU：セットアップ時間
tH：ホールド時間
tPD：伝搬遅延時間
tR：立ち上がり時間
tF：立ち下がり時間

4. タイミング図の読み方¶

[前半部分は同じなので省略、4章のタイミング図の読み方から表示します]

4. タイミング図の読み方¶

4.1 基本的なタイミング波形¶

Clock   _____       _____       _____
            |_____|     |_____|     
            ↑
Data    ____↓_______
            |   |
            |   |
Setup   <-->|   |
Hold        |<->|

4.2 代表的なタイミングパラメータ例¶

        ↑入力信号の立ち上がり時間(tR)
Input   _____/‾‾‾‾‾‾
            /
           /
     _____/

        伝搬遅延時間(tPD)
        |<--------->|
Output  _________    ______
                \  /
                 \/
                  \立ち下がり時間(tF)

4.3 I2C通信のタイミング波形¶

         START                  STOP
         |                     |
SCL    __‾‾|___|‾‾‾|___|‾‾‾|__
           |   |   |   |   |
SDA    ‾‾‾‾\___X___X___X___/‾‾
         |  |   |   |   |   |
         S  |MSB|   |LSB|   P
            |<->|
            tHD;DAT (データホールド時間)
         |<----->|
         tHD;STA (START保持時間)
                     |<----->|
                     tSU;STO (STOP設定時間)

I2Cの重要なタイミングパラメータ¶

速度モード別の代表的なタイミング値:
Standard-mode     (100 kbit/s): ___
         SCL ___/     \___/     \___
                |<--->|
                 10μs min

Fast-mode        (400 kbit/s): ___
         SCL ___/    \___/    \___
                |<->|
                2.5μs min

Fast-mode Plus   (1 Mbit/s):  ___
         SCL ___/   \___/   \___
                |<>|
                0.5μs min

4.4 I2Cプロトコルの重要なタイミング要件¶

主要パラメータ¶

START条件のセットアップ時間（tSU;STA）
START条件のホールド時間（tHD;STA）
データのセットアップ時間（tSU;DAT）
データのホールド時間（tHD;DAT）
STOP条件のセットアップ時間（tSU;STO）
SCL低レベル時間（tLOW）
SCL高レベル時間（tHIGH）
バス空き時間（tBUF）

データシートでよく見るI2Cタイミング表の例¶

パラメータ	記号	標準モード	高速モード	単位
SCLクロック周波数	fSCL	0-100	0-400	kHz
START条件ホールド時間	tHD;STA	4.0	0.6	μs
データセットアップ時間	tSU;DAT	250	100	ns
データホールド時間	tHD;DAT	0	0	ns
STOP条件セットアップ時間	tSU;STO	4.0	0.6	μs

設計上の注意点¶

ソフトウェアでビットバンギングする場合の考慮事項
割り込み禁止時間の影響
タイマーの分解能
OSのタスク切り替えの影響
クロックストレッチング
スレーブデバイスがSCLを低く保持する時間
タイムアウト処理の実装

5. 実践演習¶

5.1 演習の進め方¶

3-4人のグループを作成
実際のデータシートを使用
以下の項目を特定し、議論
絶対最大定格の値
推奨動作条件
重要な電気的特性
タイミング要件

5.2 確認項目チェックリスト¶

電源電圧の要件
最小値
標準値
最大値
動作温度範囲
インターフェース電圧レベル
重要なタイミングパラメータ

6. よくある疑問点とその解決¶

6.1 データシート上でよく見られる注意点¶

Typical値とWorst値の違い
動作条件による特性の変化
温度依存性の考慮方法
各パラメータの相互依存関係

6.2 設計上の注意点¶

マージンの取り方
温度変化の影響
ノイズの影響
電源電圧変動の影響

7. まとめ¶

7.1 重要ポイント¶

データシートの構成を理解する
絶対最大定格と推奨動作条件の違いを認識する
電気的特性の意味を理解する
タイミング要件を正確に把握する

7.2 次のステップ¶

より複雑なデータシートの読解
実際の設計での活用
ハードウェアエンジニアとの協働

参考資料¶

各種データシートの例
電子回路の基礎知識
タイミング設計の基礎