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Offline circuit design tools: voltage dividers, RC filters, pull resistors with I2C presets, and bidirectional DC shunts with amplifier-error evaluation.
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ecal 0.6.1

ecalは電子回路の部品候補をオフラインで選定するVS Code拡張です。Publisherはtkworks、拡張IDはtkworks.ecalです。Voltage Divider、RC Filter、Pull-up / Pull-down、Shunt Resistorを利用できます。

0.6.1はMarketplace・拡張機能一覧用のPNGアイコンを組み込んだ版です。4ツールの機能と保存形式は0.6.0と同じです。Activity Barでは従来の回路アイコンを使います。

導入と共通操作

VS Code 1.90.0以上でartifacts/ecal-0.6.1.vsixを「Extensions: Install from VSIX…」から選択します。サイドバーの回路アイコン、または「ecal: Open Circuit Tools」を開き、Toolからツールを選びます。

各項目の「?」をマウスオーバーまたはフォーカスすると説明を表示し、Escapeで閉じます。Min/Maxは端点を含む範囲です。単位変更では入力済みの物理量を保持します。不完全・無効な入力では古い結果を解除し、該当欄にエラーを表示します。

ManualではCalculate、Automaticでは最後の有効入力から500ms後に計算します。Cancelやツール切替で未完了の探索を停止します。入力、完成結果、名前付き保存は各ツールで独立して保持します。

Voltage Divider

無負荷の直流分圧です。Supply voltage range(Vin)、Target output voltage range(Vout)、Resistance range (each resistor)、E6/E12/E24、抵抗公差、最大抵抗数2/3/4、必要なら電流上限を入力します。抵抗範囲の初期値は0.001〜1000kΩです。

最大4抵抗の全1/5/9形状を探索し、全適合件数、上位100件、適合がない場合は不適合上位10件を表示します。選択した回路の接続、最悪出力範囲と最大絶対電流を確認できます。各抵抗の公差は個別編集でき、現在評価と元の探索順位を区別します。候補切替時に未保存の公差編集がある場合は破棄確認を表示します。

判定は有理数で行います。負荷、抵抗の消費電力・温度変化はこの分圧モデルでは評価しません。

RC Filter

信号源抵抗0Ω・出力無負荷の受動1次ローパス/ハイパスです。Filter type、目標遮断周波数のMin/Max、抵抗と容量それぞれの範囲・E6/E12/E24・独立公差を入力します。任意の減衰条件を有効にすると、評価周波数と必要な減衰範囲も指定できます。

全R×C候補を評価し、適合件数と上位100件、適合がない場合は不適合上位10件を表示します。回路図、遮断周波数の範囲、指定周波数での利得・位相・減衰と、公称線/公差帯の周波数グラフを確認できます。数値モデルはIEEE754です。実回路の信号源・負荷インピーダンス、寄生成分は含みません。

Shunt Resistorの入力

単一シャントへ外部条件として与えたDC電流が流れるモデルです。正の電流はR1のIN+側からIN−側へ流れます。 正のみ、負のみ、非対称な0跨ぎ、固定の非ゼロ電流を扱います。全域0Aは入力エラーです。

  1. Current rangeへ符号付きMin/Maxを入力します。A/mA/µAを選べます。初期−10〜10Aは編集可能な例です。
  2. Full-scale shunt voltage magnitude rangeへ、最大絶対電流での検出電圧の絶対値の許容Min/Maxを入力します。フルスケール電流はmax(|Imin|, |Imax|)です。抵抗公差を含めて判定します。この下限は0Aを含む各電流点に要求するものではありません。
  3. Resistance range (R1)、E6/E12/E24、R toleranceを指定します。初期1〜1000mΩ・E24・1%は利用条件に合わせて変更できます。R公差は0以上100%未満です。
  4. Allowed resistor dissipationへ、使用温度・基板・冷却条件でディレーティングした連続許容損失を入力します。W/mWを選べます。部品条件なので初期空欄で、入力が必要です。
  5. Limit conversion errorは任意です。有効にすると最大絶対換算誤差をフルスケール電流比の%で制約します。表示例2%は編集でき、0%も指定できます。
  6. Amplifier evaluationの初期値はShunt only / ideal readoutです。公称Rで差動電圧を電流へ換算し、R公差だけを誤差として評価します。Linear amplifierへ変更すると、以下の保証条件の入力が必要です。無効時も入力途中の文字列を保持します。
アンプ入力 指定内容
Nominal gain/Gain error 公称ゲインV/Vと独立した±ゲイン誤差%。正のゲイン、誤差0以上100%未満
Input-referred offset bound 入力換算オフセットの±絶対上限。µV/mV/V
Nominal zero-current reference 0Aにおける公称出力基準。V/mV。負の電流では出力がこの基準より下がる
Reference error bound 出力基準の独立した±絶対誤差。µV/mV/V。入力オフセットとは別の量
Guaranteed linear output range 入力した精度が保証される出力Min/Max。V/mV。Min<Max

アンプ保証値は初期空欄です。理想値として扱う誤差は0を明示入力します。出力範囲には精度の保証領域を用い、電源電圧や飽和スイングをそのまま代入しないでください。全数値は64文字以内、SI絶対値は1e18以下、抵抗・許容損失・ゲイン・検出電圧Maxは正でSI値1e−18以上です。

Shunt Resistorの結果

全E系列公称値を評価し、適合件数と上位100件、適合がない場合は不適合上位10件を表示します。20件ごとに候補を選択できます。適合は制約間の最小の正規化余裕が大きい順、不適合は最大の正規化違反量、違反合計が小さい順、同順位は公称Rの昇順です。

接続図は正電流の向きとKelvin差動検出線を示します。符号付き検出電圧、フルスケール時の検出電圧絶対値、最大DC損失、損失余裕、線形アンプ出力、最大絶対電流換算誤差Aと%FSを表示します。伝達グラフは電流に対する公称電圧線と公差帯、アンプ有効時は保証出力範囲の破線を表示します。

換算は公称R・ゲイン・基準を使い、各公差は独立した有界誤差として全端点を評価します。RSSや校正は仮定しません。誤差は同じ入力電流に対する推定値との差です。電流範囲そのものを測定誤差へ混入させません。端点と0Aの誤差も表示し、0Aの読み値比は「not defined at 0 A」と表示します。%FSは0Aでも定義できます。

例として、±10A、10mΩ±1%、ゲイン10±0.5%、入力オフセット±100µV、基準1.65V±1mVでは、フルスケール電圧99〜101mV、最大損失1.01W、線形出力0.632945〜2.667055V、最大換算誤差0.17055A(1.7055%FS)、0Aの絶対誤差上限0.02005Aとなります。許容損失2W、検出電圧50〜110mV、保証出力0.1〜3.2V、誤差上限2%FSなら入力したDC条件内です。この例は特定部品の保証値を意味しません。

「Within entered DC limits」は入力したDC条件の適合です。保証出力範囲外では不適合とし、表示値は線形モデルの外挿で、実際のクリップ出力や精度を保証できないと表示します。同相電圧・電源条件、帯域、雑音、ADC、配線寄生、パルス定格、自己発熱、温度係数、測定系全体の精度は未評価です。

境界判定と順位は有理数で行い、丸めは表示時だけです。通常6桁、詳細・評価のコピーは12有効桁。入力SI値と公称Rのコピー・保存は正確な10進値です。

Pull-up / Pull-down

Circuit / I²C presetから一般回路または速度モードを選びます。一般回路ではPull directionのup/down、電源範囲、入力Low最大/High最小閾値(電源比または固定電圧)、抵抗範囲・系列・公差を指定します。初期電源3.3Vと抵抗0.001〜1000kΩは編集可能な例です。

Driver VOL(max)(up)/VOH(min)(down)とその保証点の最小吸込み/供給能力を部品から入力します。これらは初期空欄です。Total leakage current rangeの正は信号ノードから外へ流出、負はノードへ流入です。Total load capacitanceには配線と入力の合計容量、C toleranceには独立公差を指定します。初期100pF・10%は編集してください。

一般回路は電源基準10〜90%/30〜70%の解放遷移時間を判定します。Min=0は下限を要求しません。I²Cプリセットはup、30%/70%閾値と30〜70%測定を固定します。NXP UM10204 Rev.7.0、Tables 10/11を参照しています。

プリセット 解放立上り時間Min/Max 容量Max(公差込み)
Standard(100kHz) 下限なし/1000ns 400pF
Fast(400kHz) 20/300ns 400pF
Fast-mode Plus(1MHz) 下限なし/120ns 550pF

出力保証条件、漏れ、容量は利用回路から入力します。固定項目を変更するにはCustom circuitへ戻します。単位換算は可能です。

全公称Rを評価し、適合件数・上位100件または不適合上位10件、探索範囲内の許容公称R交差範囲を表示します。解放電圧、保証点で必要な電流、時間範囲、回路図を確認できます。保証点の電流は、その電圧で必要な電流です。実際の出力電圧や全動作域の最大駆動電流ではありません。

「Within pull-resistor limits」はプル抵抗条件の適合で、I²C全体の規格適合を意味しません。能動遷移時間、クロック、セットアップ/ホールドなどは別途評価が必要です。クランプ、出力オン抵抗、能動プルアップ、レベル変換器は含みません。最終電圧へ到達できない場合や測定開始条件を満たさない場合は時間を保証できないと表示します。数値モデルはIEEE754で、通常6桁、詳細・コピー12桁です。境界付近の注記が出たら設計余裕を確認してください。

保存・復元・コピー

途中の入力文字列も自動保存し、再起動時に復元します。Circuit nameへ名前を入力してSave as newを選ぶと、現在回路・条件・単位・公差を新しいIDへ保存します。同名でも別エントリーです。

Saved circuitsからLoadすると保存値を検証し、現在の式で再評価します。全探索の順位は再計算されていないと表示します。Copy Markdown/Copy CSVは現在の回路とSI条件、計算モデル版、適否をVS Codeのネイティブクリップボードへ送ります。CSVはCRLFです。シャントのコピーはFS定義、符号、誤差モデルと未評価条件も含めます。

保存・コピー失敗時は通知後に再試行できます。未知版・破損の保存値は保持し、自動保存入力の置換は明示操作に限定します。0.5.0までの分圧・RC・プル抵抗保存形式とキーを維持します。旧IDtkworks.ecal-vscode-devの値は別領域へ保持し、自動移行しません。旧拡張を併用する場合は旧拡張を無効にし、同じサイドバーやコマンドの重複を避けてください。

計算資料と確認状況

シャントの電圧・電力・オフセット誤差と双方向基準はTI INA225、§7.3.1/Table 1・§8.2.3、保証出力領域とKelvin配線はTI INA240、§7.5・§9.3.2、小さい検出電圧での誤差の考え方はTI Sizing the Shunt Resistorを参照しました。

プル抵抗の抵抗下限とRC時間はTI SLVA689A、§2を参照し、電源範囲・総漏れ・独立R/C公差へ拡張しました。RCは理想1次伝達関数を用います。

4ツールは0.6.0で計算41件・統合44件、macOSのVS Code 1.90.0/1.141.0の開発版・VSIX版で各30画面シナリオと実再起動・ネイティブコピー・通信遮断が合格しています。0.6.1はMarketplaceアイコンと配布情報の追加版で、機能コードは0.6.0と同一です。0.6.1の実GUI検証は未実施です。Windows限定検証と使用感レビューは残工程です。

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