ある波形エッジ間隔の時間計測装置があります。

　時間計測装置が存在する原因は何か？　という質問かと思ったら、第一段落と第二段落の間の「これが正常に機能しない」というのが省略されているんですね。「波形エッジ間隔の時間計測装置」というのは何のことか判りませんが、これがディジタル信号の周期計やパルス幅計のようなものだとすると、反射が原因で正しく計れないことはあります。反射の原因は配線の終端のインピーダンスの不整合です。基板上のディジタル回路では個々の配線のインピーダンス整合などとらないので、プルアップ、プルダウン抵抗などで適当に反射を消すくらいだとおもいます。

　同じ波形で連続する反射は、オシロスコープでも観察することが出来ます。ただ、オシロスコープを接続することで配線の容量もインピーダンスも変わってしまう、と言う点も留意事項です。

　原因を考えるには、ただ「計測できない」というだけでは不足で、どうなるはずのデータが、どうなっている、という症状が必要です。数mSになるはずの数値が数nSと出てしまうときは反射を測っているかもしれませんし、数μSとなるはずの数値が何も計測できないときは、計測回路自身が持っているフィルターのせいかもしれません。前者ではフィルターを追加、後者ではフィルターを取り除く、という実験が意味があります。

　反射を解決することはあまり簡単ではありませんので、計測だけの問題ならば、フィルターで問題を避けるのがいいんじゃないですか。

　これの16ページにノイズによる誤動作の絵があります。これはノイズの場合で、反射が原因の場合は17ページのチャタリングの位置にヒゲが現れます。原因はもちろんノイズでもチャタリングでもなく、本来のパルスと反射が重合したものですが。いずれにせよ同じパルスの連続ならばオシロスコープでよーく見ると確認できます。全体の波形を見ないで、誤った測定結果が50nSと表示されるなら、パルスの立ち上がり、立ち下がり前後の100nS付近の、測定器のしきい値付近を拡大してをよく見る必要があります。これを目視できたときに、なるほどこれが原因です、と言うことが出来ます。見るにもちょっとコツが要りますね。

　反射が原因の場合は、測定端だけの問題ではありませんので、ここだけを絶妙に調整して解決しても、途中のケーブルの種類や長さを変更されたり、別の端に違う物を接続されるともう条件が変わってしまいます。一般のディジタル回路では、回路自体の誤動作が問題にならないならば、フィルターで逃げてしまった方が確実です。フィルターによって立ち上がり、立ち下がりの両方をまったく等しく遅らせれば、正しい測定結果には誤差が生じません。フィルターについては17ページの下、18ページの上の説明でいいとおもいます。数10nSの場合は100Ωの抵抗に1000pF程度までのコンデンサだけで実験できると思います。TTL入力の場合はLレベルの電流が大きいので1kΩなどと大きな抵抗を入れることは出来ません。間延びした配線でシールドしていないフィルターを作るとノイズアンテナになって別の誤動作の原因となる可能性もある点は留意事項だと思います。

　反射が原因ではなくノイズが原因の場合、測定のしきい値を再検討する。C-MOSでは電源電圧の半分ですがTTLではしきい値はずっと低く1V程度になります。また一般のTTLは外部に引き回せるようなHレベルの駆動能力はありませんので、Lレベルの駆動能力いっぱい消費する程度のプルアップ抵抗を入れてHレベルの尻を押してやる必要があります。

　数百nSのパルスというのは、反射とすると非常に大きいですね。この数字だけを見ると、出力ICのHレベルの電流駆動能力が不足して、長い測定ケーブルを繋ぐと電源の誘導など拾って誤動作してるんじゃないかとも思いますが、現物を見る前に予断をもつのも危ないですね。

なるほど。

　連続して起きる現象はオシロスコープで見ることが出来ますが、小数の異常な現象を多数の正常な現象から浮き立たせて見るための工夫が必要です。それが出来ない場合は、フィルターを入れて解決したからきっと反射かノイズですよー、などとという話になるんじゃないですか。