IC未使用端子をプルアップ/プルダウンする理由に…

質問

IC未使用端子をプルアップ/プルダウンする理由について

ICの未使用端子をプルアップ/プルダウンする理由として、
　1.ハイインピーダンスのためノイズを拾いやすいため
　2.動作不安定となるため
　3.Hi/Lowと電圧固定させるため
などの説明があります。プルアップorプルダウンしてHi/Low固定される
ことは分かりますが、1.のハイインピーダンス＝ノイズを拾いやすいや
2.の動作不安定になるメカニズムが分かりません。

メカニズムを御存知の方はご教授お願い致します。

下記ご回答の中で、
＞HIインピーダンスであれば「帯電」や「誘導」により電圧が変化してしまう。
とありますが、一体何故、

　HIインピーダンスであると「帯電」や「誘導」が起こるのでしょうか。
　逆にLOWインピーダンスなら起こらないのでしょうか。

メカニズム等をご存知であれば、ご教授お願い致します。

回答No.1

noname#230359 · ベストアンサー

毎度ＪＯです。
>>　1.ハイインピーダンスのためノイズを拾いやすいため
最近のICはほとんどがC-MOS構造です、入力インピダンスが非常に高い為、端子開放すれば、簡単に入力電位が変化してしまいます、
ロジックICやアナログICなどでも、入力電圧が変化すれば内部の回路が多少なりとも動作します、
これは電力消費を抑えたバッテリー駆動の回路では、消費電力で不利になります、
昔のICでは入力回路に保護用のダイオードが挿入されておらず、電源電圧範囲を超えた電圧が入力されるとラッチアップなどの危険がありました、

>>2.動作不安定となるため
ロジックICでは、入力回路にHIでもLOでも無い電圧が入力されると「貫通電流」が流れます、これは消費電流の小さなC-MOS ICでは結構な電流になります、その為入力回路ではGNDに固定するのが一般的です。

またマイコンなどの場合は、プログラムにより入力・出力が決定される為、プログラムの暴走により、入力設定されたポートが出力ポートに変わる可能性があります、
その為、空いたポートはプルアップ/プルダウンする事もあります。

再度ＪＯです。

＃２氏の回答にもありますが、入力端子の場合ＨＩインピダンスであれば「帯電」や「誘導」により電圧が変化してしまいます、

>>入力設定されたポートが出力ポートに変わる可能性があります。
端子オープンであれば問題はありませんが、入力で設定した場合或いは未指定であれば、ＧＮＤなどに接続される場合があります、
ここで、暴走などで出力設定に変化すると、出力「ＬＯ」なら良いのですが、出力「ＨＩ」となると短絡電流が流れます、
従って「ウオッチドックタイマー」などで暴走対策の取られていないマイコンの場合、入力設定でもプルアップ/プルダウンが安全です。

再度ＪＯです。
入力インピダンスについて説明するのは大変です、いろんなファクタが絡みますので全部は説明できません、
そこで単刀直入に大まかな説明をします、色々ご意見が出そうですが御容赦ください

入力インピダンスとは、入力回路の等価的な抵抗値を言います、等価的に表されると言う事は純粋な抵抗器では無いと言う事です、そこをあえて抵抗器で表現します。

━━━━━━┓
　　　　　　┃
　　　┌──╂──
　　　│　　┃
　　抵抗器　┃　この間が入力インピダンス
　　　│　　┃
　　　└──╂──
　　　　　　┃
━━━━━━┛

この入力インピダンスが高いと、誘導や帯電の影響を受けやすいと言う事は、誘導や帯電の出力インピダンスで分圧する電圧が高いと言う事です

━━━━━━┓
　　　　　　┃
　　　┌──╂──抵抗Ｂ──┐
　　　│　　┃　　　　　　　│
　　抵抗Ａ　┃　　　　　誘導や帯電
　　　│　　┃　　　　　　　│
　　　└──╂───────┘
　　　　　　┃
━━━━━━┛
　　　入力インピダンスを抵抗Ａ　誘導や帯電の出力インピダンスを抵抗Ｂで表現すると、

例えば抵抗Ａが１０ＭΩで抵抗Ｂが１０ＫΩであれば、入力に現れる電圧は１００１/１０００となり、そのほとんどが入力に現れてしまいます。、
逆に抵抗Ａが１０Ωで抵抗で抵抗Ｂが１０ＫΩであれば、入力に現れる電圧は１/１００１になります、

ここではあえて抵抗成分についてのみ記載しましたが、インピダンスとして表現されるように、抵抗成分だけではありません！

訂正！
読み返してみて気づきました
例えば抵抗Ａが１０ＭΩで抵抗Ｂが１０ＫΩであれば、入力に現れる電圧は１００１/１０００となり
　　　　　　　　　　　↓下記に訂正
入力に現れる電圧は１０００/１００１となり

失礼！！！

お礼

ＪＯさん、ご教授ありがとうございます。
ご回答内容で不明点がありますのでご質問させて頂きます。

◆ご質問?
>入力インピダンスが非常に高い為、端子開放すれば、簡単に入力電位
>が変化してしまいます。

入力インピダンス高いと、なぜ端子開放すれば入力電位が変わるのですか。

◆ご質問?
>マイコンなどの場合は、プログラムにより入力・出力が決定される為、
>プログラムの暴走により、入力設定されたポートが出力ポートに変わる
>可能性があります。

入力設定されたポートが出力ポートに変わっても、端子未使用（オープン）
であれば、マイコン内部には影響ないのではないでしょうか。

以上、基本的なご質問でスミマセンがご教授願います。

ＪＯさん、ご教授ありがとうございます。
ご回答内容で疑問に思うことがありましたので教えて頂きたく思います。

ご回答の中で、
＞HIインピーダンスであれば「帯電」や「誘導」により電圧が変化してしまう。
とありますが、一体何故、

　HIインピーダンスであると「帯電」や「誘導」が起こるのでしょうか。
　逆にLOWインピーダンスなら起こらないのでしょうか。

メカニズム等をご存知であれば、ご教授お願い致します。

回答No.3

noname#230359

ほかの二人見たく専門外なんですが
ここからはじめたほうが

http://www3.kcn.ne.jp/~chikara/contents/denkou/memo/memo.html
TTLレベル参照

HiとLoといっても、電圧幅があり
プルアップ/プルダウンしてないと、ノイズを拾い

HiとLoが不安定になるため

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%97%E3%83%AB%E3%82%A2%E3%83%83%E3%83%97#.E3.83.97.E3.83.AB.E3.82.A2.E3.83.83.E3.83.97.E3.83.BB.E3.83.97.E3.83.AB.E3.83.80.E3.82.A6.E3.83.B3

リンク先から抜粋

プルアップまたはプルダウンされた入力端子に、
出力端子が何も接続されていない状態の時には、
プルアップ抵抗またはプルダウン抵抗によって
（大きな電磁誘導が起こらない限りは）電源電圧または接地電圧が保たれる。

↑
プルアップ/ダウンさせて、おくと、安定するので
プルアップ/ダウンさせておく

回答No.2

noname#230359

ICの未使用端子をプルアップ/プルダウンするのは　入力インピーダンスが高いＣ－ＭＯＳのロジックＩＣですが。　

1.のハイインピーダンス＝ノイズを拾いやすい
2.の動作不安定になるメカニズム

１は　他の例をあげると　オーデイオアンプなどで出力にスピーカーを付けた状態で　ボリウムを上げた状態でそのままにした状態を思い浮かべてみてください。オーデイオアンプの入力インピーダンスは１０ｋΩ～１００ｋΩくらいとハイインピーダンスです。　この状態で入力端子に手を近づければ、誘導ハムを拾いブーンと音が出ます。　
ハイインピーダンスは容量や誘導で信号を伝えやすいものです。
当然ですが手で触ればすごい出力になります。
出力に何も接続しない場合には　アンプのみ動作して　そのための消費電力が生じます。　つまり　このような状態にしておくことは　不安定であり大変無駄なことです。

ロジックＩＣは高利得で　Ｂ級以上にバイアスの浅い増幅器（Ｃ級　や　Ｄ級アンプ）と考えると理解できます。

２は　１の状態になることで不安定になるということと　複数のロジックの場合、発振気味の場合には相互に影響する場合もあるということです。　

ゲインのあるロジック回路は閾値が決められているので通常は、帰還抵抗が無いとアナログ動作はせず、ロジックＩＣの閾値までは入力が入っても、増幅はしませんが、閾値ぎりぎりなどの振幅がある入力があると増幅され出力が出てしまいます。　
また、基本はハイインピーダンスで高利得ですから、入力に何も接続しないままにしておくと　入力に信号線を近づけたりするとその信号がクロストークで入力に入り増幅してしまい無信号のはずが出力をだしたり　信号を増幅することにより無駄な消費電力になったり　位相が正帰還になれば発振してしまいます。
複数のゲート回路が入ったＣ－ＭＯＳ　ＩＣでは　高周波で発振した場合などは他のゲートに影響する場合もあります。

そのため　入力をＧＮＤに落とすか　電源に接続してしまい　ＨＩ　か　ＬＯに固定しておくものです。