01375A_JP

著者 : Padmaraja Yedamale、Jim Bartling 

Microchip Technology Inc. 

はじめに 

充電時間計測ユニット (CTMU) は、PIC ® マイクロコン 

トローラに導入されて以来、少ない部品数で簡単に 

タッチ制御ソリューションを構築できる事から広く使 

われてきました。アプリケーションによっては、1 ns 

より細かい分解能で入力時間差を判別するCTMUの機 

能を活かしているものもあります。しかし、CTMU が 

単に時間と電荷を計測できるだけと考えるのは、その 

機能を著しく過小評価していると言えます。 

CTMU の多用途性を証明するため、本書では CTMU に 

よって実装可能な 48 種類のアプリケーション ( カテゴ 

リも含む ) を示します。それらの多くは、わずかな数 

の部品を追加するか、または全く部品を追加せずに、 

既存の制御アプリケーションに新たな機能を実装し 

ます。これらのアプリケーションは、基本概念を簡単 

に示したものである事を忘れないでください。アプリ 

ケーションによっては、マイクロチップ社がリファレ 

ンスデザインまたはソースコードを提供できない場 

合があります。読者は、これらのアイデアを出発点と 

して遠慮なく独自のソリューションを開発してくだ 

さい。 

図 1: CTMU のブロック図 

CTED1 

CTED2 

Timer1 

OC1 

Edge 

Control 

Logic 

注意 : この日本語版文書は参考資料としてご利用ください。最新情報は必ずオリジ 

ナルの英語版をご参照願います。 

CTMU の多彩な機能 

CTMUCON 

CTMUICON 

Current Source 

Current 

Control 

A/D Converter Comparator 2 

Input 

CTMU について 

AN1375 

簡単に言えば、CTMU は内蔵の定電流源と、その動作 

を精密に制御する周辺デジタル回路です ( 図 1)。この 

電流源は 0.55 ~ 550 µA まで、4 桁の電流レンジで動 

作します。CTMU と内蔵 A/D コンバータおよびコンパ 

レータを組み合わせると、以下に示す各種機能を実行 

できます。 

• 静電容量計測 ( 相対 / 絶対値 ) 

• インダクタンス計測 ( 相対値 ) 

• 抵抗計測 ( 相対 / 絶対値 ) 

• 高分解能時間計測 

これらの基本機能だけでも各種アプリケーションで便 

利に活用できますが、以下のようなより複雑なアプリ 

ケーションの基盤としても使用できます。 

• 温度計測 

• 電流源 ( 定電流 / 可変電流源 ) 

• 高精度の時間遅延生成 

• パルス幅変調 (PWM) 出力 

このような各種アプリケーションを後述します。 

CTMU 

Control 

Logic 

Pulse 

Generator 

Comparator 2 Output 

A/D Trigger 

CTPLS 

2012 Microchip Technology Inc. DS01375A_JP - p.1

AN1375 

電気的原理に基づくアプリケーション 

相対静電容量値の計測 

CTMU を使ったアプリケーションで、相対静電容量値 

の計測は、最も多く使われている原理です。相対静電 

容量の計測を必要とするアプリケーションは多いた 

め、これは当然です。 

定電流源が使える限り、相対静電容量の計測は容易 

です。定電流源 (I) は、未知の外付けコンデンサ (C) を、 

時間 t で電圧 (V) まで充電します。静電容量の基本式 

I = C dv/dt より、電流と時間が一定ならば、電圧 

(V = I * t/C) はコンデンサの値とは逆に変化します。 

静電容量式タッチセンシング等の相対静電容量計測 

アプリケーションでは、指がタッチパッドに触れると 

静電容量が増加し、このため充電電圧が下がります。 

一例として、総静電容量 ( スイッチ (CSW) と回路 (CCIR) 

の寄生容量を含む ) が 30 pF の簡単なタッチアプリ 

ケーション ( 図 2 参照 ) を考えます。外部回路が 5.5 µA 

の電流で 10 µs の期間充電されると、電圧は 1.83 V に 

達します。指が触れると、さらに最大 10 pF の静電容 

量 (CF) が加わります。静電容量の実際の値は、指と 

タッチパッドの接触面積とパッドをおおうカバーの材 

質によって決まります。静電容量が 10 pF 増えた場合、 

電流と充電時間が同じならば、電圧は 1.38 V に下が 

ります。 

この電圧をマイクロコントローラの A/D コンバータに 

よって、一定間隔で計測します。電圧の変化 ( 特に電 

圧低下 ) をタッチイベントと解釈します。 

以下のアプリケーションは、全てこの基本原理を使って 

います。 

1. 静電容量式タッチセンス制御 

上述した通り、相対静電容量の変化はスイッチ、押し 

ボタン、タッチスクリーンのスキャンと同様の方法で 

アプリケーション制御に応用できます。A/D コンバー 

タの複数の入力チャンネルを CTMU と組み合わせる 

と、マルチタッチ制御を実装できます。 

図 2: 静電容量式タッチセンスの基本原理 

CF 

CSW 

CCIR 

2. マイクロフォン ( 音声の直接デジタル変換 ) 

マイクロフォンエレメントの静電容量は、ダイヤフラ 

ムを振動させる周波数に比例して変化します。結果と 

して得られる電圧をマイクロコントローラの A/D コン 

バータによってサンプリングし、デジタル信号を生成 

します。 

3. 近接センサ 

多くの場合、回路の静電容量を変化させるのに直接手 

を触れる必要はありません。PCB に手を近づけるだけ 

で十分です ( 信じられないと思う読者は、旧式のラジ 

オで遠くの放送局を選局した時の事を思い出してくだ 

さい )。適切な部品、ソフトウェアの調整、レイアウ 

トの選定によって、CTMU をタッチセンサと全く同じ 

手法で近接センサに応用できます。 

4. 間柱センサ 

壁の裏側にある間柱は、金属かどうかに関係なく、 

また釘または金属製のの留め具の有無にかかわらず、 

壁面の局所的な静電容量値を変化させます。 

5. 人感センサ 

光電セルに入射する光の遮断を検出する従来方式に代 

わる、出入り口に静電容量センサを埋め込む方式です。 

人が通過するたびにセンサの静電容量が変化します。 

6. 液位センサ 

これは静電容量を巧妙に活かしたアイデアです。導電 

性のプレートを用意し、その上に絶縁性の材質 ( 例え 

ばガラス製 ) の容器を置きます。容器に液体を入れれ 

ばコンデンサのできあがりです。このコンデンサは、 

液体の量 ( 液位 ) に応じて容器の静電容量が変化し 

ます。容器とプレートのサイズはアプリケーション 

の要件によって調整できます ( ただし、このアプリ 

ケーションでは容器ごと、液体の種類ごとに校正が必 

要です )。 

液位センサは、容器の長さ方向または高さ方向に沿っ 

た導体を使っても実装できます。動作原理は全く同じ 

です。 

PIC ® MCU with CTMU 


A/D Converter 

DS01375A_JP - p.2 2012 Microchip Technology Inc. 

MUX 

CTMU 

Discharge 

A/D 

CAD

7. 圧力 / 力センサ 

2 つの導電性プレートの一方を固定し、他方をバネに 

取り付けます。空気を誘電体とするコンデンサに加え 

て、バネに取り付けたプレートに加わる重量または力 

に比例して静電容量が変化するセンサが得られます。 

これは一種の歪みゲージです。つまり、CTMU で圧力 

( または重量 ) を直接計測する方法です。 

8. 自動ネコ砂交換器 

相対静電容量センシングは液体または指の接触以外に 

も応用できます。例えばネコ用のトイレで、ネコ砂の 

未使用 / 使用済みを静電容量の変化から判断する事も 

できます。つまり静電容量の変化を掃除サイクルの起 

動トリガとして使う事ができます。 

絶対静電容量値の計測 

絶対静電容量の計測は、求める精度にもよりますが相 

対静電容量の計測の複雑さとあまり変わりません。 

図 3 に示す通り、絶対静電容量の計測には 2 ステップ 

が必要です。まず CTMU 電流源を校正します。校正の 

手順は簡単です。高精度 ( 許容誤差 0.5% 以内 ) の既知 

の抵抗値と高精度の電圧計測値によって実際の電流値 

を求めます。この情報に基づき、制御ビットで電流源 

をトリムします。 

図 3: 電流源の校正と静電容量の計測 

ANx 

RPR 



MUX 

CTMU 

A/D 

Trigger 

A/D Converter 

A/D 

AN1375 

電流源を計測に必要な精度に校正した上で、対象とす 

るコンデンサが接続された ADC/CTMU チャンネルに 

切り換えます。定電流源 (I) によって、未知の外付けコ 

ンデンサ (C) を、時間 T の期間充電します。続いて、 

式 IxT= C x Vによって静電容量を計算します。この式 

の I と T は定義済みであり、V はマイクロコントロー 

ラの A/D コンバータによって計測します。 

CTMU 電流源の校正に関する詳細は、本書末尾の 

PIC24F 向けのマイクロチップ社の CTMU 参考資料を 

参照してください。 

絶対静電容量値の計測が必要なアプリケーションは数 

多く存在します。例えば以下のようなものがあります。 

9. LCR メータ ( 静電容量機能 ) 

CTMU は、静電容量値を知るために未知のコンデンサ 

を直接計測したり、ラベルに表示されている値の正確 

さに疑問のあるコンデンサの値を確認したりする事が 

可能です。 

10. 湿度センサ 

最新世代の高精度ポリマ湿度センサは、従来の電圧ま 

たは電流ではなく、静電容量の変化を出力します。絶 

対静電容量を計測し、CTMU と A/D コンバータを組み 

合わせて静電容量の変化を電圧に変換し、そこから相 

対湿度を求めます。 

Calibration Measurement 

CAPP 

A/D Converter 

2012 Microchip Technology Inc. DS01375A_JP - p.3 

ANy 

ANX 

RPR 


Timer1 

CTMU 

EDG1 


EDG2 

Output Pulse

AN1375 

相対インダクタンスの計測 

多くの場合、CTMU は静電容量と電流に対して適用 

しますが、インダクタンス変化の計測にも使えます。 

厳密に言えば、実際に計測するのはインダクタの時定 

数です。図 4 に、代表的な回路構成を示します。I/O 

ピンをインダクタに VDD を供給する出力として設定 

し、同時に CTMU の Edge 1 をあたかもパルスを受信 

したかのように手動でセットします。I/O ピンの電圧 

は、インダクタの飽和にかかる若干の遅延の後 CTED2 

に到達します。CTED2 の電圧が最小入力しきい値 VIL 

(TVIL) に達するまでの時間は、インダクタンス値に比 

例します。CTMU はインダクタ時定数を繰り返し取得 

し、その値を既知のベースラインと比較します。取得 

した時定数がベースラインからずれた場合、これをイ 

ベントとして検出します。 

以下のようなアプリケーション例があります。 

11. 流量計 

現在の流量計の多くは、インダクタの近くにロータを 

配置し、ロータに金属片を取り付けています。ロータ 

の回転に伴って金属片とインダクタの距離が変わる事 

によりインダクタンス値が変化します。これで回転数 

が分かり、その回転数から流量を推定します。CTMU 

はこの変化を計測し、イベント数を数える新しい簡単 

な手法を提供します。 

図 4: 時間遅延によるインダクタンスの相対変化計測 


I/O 

CETD2 

VDD Output 

Voltage Response 

12. 測候所 ( 風速計 ) 

流量計の場合と同様に、CTMU を用いてインダクタ 

ンスの変化から風速計の回転数を検出できます。この 

回転数を基にマイクロコントローラで風速に変換し 

ます。さらに湿度センサとダイオードを組み込めば、 

単独で機能する測候システムを 1 チップで実現でき 

ます ( アプリケーション # 10 と # 33 参照 )。 

13. 硬貨を使う自動販売機 

投入された硬貨の検出にインダクタンスセンサを使 

用します。CTMU を使って硬貨の数と種類を特定し 

ます。硬貨以外の単なる金属片を検出 ( 拒絶 ) する事 

もできます。これらは硬貨とは異なる磁気特性を示す 

ためです。 

14. 近接センサ ( その 2) 

以上のアプリケーションは、全て同じ原理を使った例 

です。誘導または磁気による近接センシング ( 例えば 

ソレノイドの位置 ) に基づくアプリケーションは、い 

ずれもインダクタのインターフェイスとしてCTMUに 

よる実装が可能です。 

DS01375A_JP - p.4 2012 Microchip Technology Inc. 

L 

VIL 

T 0 T VIL 

TVIL – T0 L

高精度時間計測 

多くのアプリケーションが非常に高精度の時間計測を 

必要とします。CTMU のエッジトリガピン (CTEDn) を 

使うと、ナノ秒よりも細かい分解能で時間を高精度に 

計測できます。これは、2 つのピンの立ち上がりエッ 

ジに挟まれた期間、A/D サンプルホールド (S/H) コン 

デンサを充電する事で実現します。充電によって到達 

する電圧が直接時間に比例します。図 5 に、時間計測 

の標準的な方式を示します。CTMU ベースの時間計測 

は、マイクロコントローラを駆動するクロックとは非 

同期です。 

時間計測には以下のようなアプリケーションがあり 

ます。 

15. 距離計測 ( 超音波およびレーザデバイス ) 

CTMU によって、送出パルスと反射により戻ってきた信 

号の往復時間を計測します。これによって、1 フィート 

未満の精度で距離を計測できます。 

16. アダプティブクルーズコントロール 

上記のアプリケーションの延長であるアダプティブ 

クルーズコントロール (ACC) は、走行中の車間距離 

図 5: CTMU による時間計測 

VAD 

0V 

パルス CTED1 と CTED2 の間の期間、 

電流源が CAD を充電します。 

図 6: TDR による同軸ケーブルの計測 

VPULSE 

CTED1 

CTED2 

ANx 

RPR 

Node A (VA) 

RO 

AN1375 

を一定に保つシステムです。CTMU は、このシステム 

に RF またはレーザに基づく測距ソリューションを提 

供します。 

17. 安全ブレーキ 

アダプティブクルーズコントロールと対をなすアプ 

リケーションです。前方の物体に接近し過ぎた場合に 

自動的にブレーキをかけます。ACC を使用しない場合 

も、CTMU ベースの測距ソリューションは独立した安 

全ブレーキとして使えます。 

18. 同軸ケーブルの計測 ( 長さ、短絡、切断 ) 

CTMU を使うと、同軸ケーブルの切断または短絡位置 

を特定する、簡単な時間領域反射 (TDR) 計測デバイス 

を実装できます。不良の位置は、パルスが反射して戻っ 

てくるまでに要する時間によって判断します ( 図 6)。 

Node A に印加した電圧パルスは、切断または短絡し 

た位置で反射し、その位置に到達するまでと同じ時間 

(2 TO) をかけて Node A に戻ってきます。適切に終端 

処理されたケーブルは反射波を返しません。 

PIC ® MCU WITH CTMU 

A/D Converter 


VAD 

TO 

ZO 

EDG1 

EDG2 

CAD 

CTMU 


Output Pulse 

V RT 

T = 0 では : VA = VPULSE* (Z0 /(R0 +Z0 )) 

T = 2 T0 では : VA = VPULSE* (RT/(RT+R0))

AN1375 

19. 超音波式流量計 

測距デバイスと同様、CTMU によって送信パルスと受 

信パルス間の時間差を計測します。しかしこのアプリ 

ケーションでは、複数のトランスデューサからの信号 

の時間差が、計測対象となる媒体の流速に応じて変化 

する事を利用します。 

図 7 に、簡単な流量計測システムを示します。ここで 

は、マイクロコントローラが超音波トランシーバから 

送出するパルスを送信し、入力キャプチャおよび出力 

コンペアモジュールがトランシーバからの信号を受 

信します。時間差は流速によって変わるため、CTMU 

はその時間差を計算します。その結果から流速を求め 

まる事ができます。 

20. 全地球測位システム(GPS)の信号インターフェイス 

GPS の基本原理は、信号の伝搬時間に基づいた、衛星 

による三角測量です。CTMU によって個々の衛星信号 

間の時間差を計測する事で、地球上の相対位置を判定 

できます。CTMU が提供する高精度の時間計測機能を 

使うと、衛星システム全体の精度限界に迫る位置精度 

が得られます。 

21. パルス幅 / デューティサイクルデコーダ 

CTMUは入力パルス列に含まれる個々のパルスの幅を 

高精度で計測できます。このデータが PWM によって 

エンコードされたストリームの場合、CTMU はこれを 

復調してデジタル情報を復元できます。PWM は赤外 

線リモート制御等の多くのアプリケーションで使われ 

ています。 

図 7: 超音波流量計測システム 

Transducer 

Transducer 

Ultrasonic 

Transceiver 

Ultrasonic 

Transceiver 

22. DTMF 検出とデコード 

パルス幅変調されたパルス列のデコードと同じ原理 

を、DTMF アプリケーションにも応用できます。合成 

信号のパルス幅を計測する事で、この信号の基になっ 

た 2 つの周波数を判定し、そこからどのキーが押され 

たかを判定します。 

23. 周波数メータ 

同様に、一定波長の信号の立ち上がりエッジ間の時間 

を計測する事で、簡単に周波数を求められます ( 式 

f =1/T より )。この方法を使うと、周波数計測アプリ 

ケーションの安価なフロントエンドとしてCTMUを使 

えます。 

24. 光学エンコーダ用のデコーダ 

CTMU は、通常 3 つの出力を持つ光学デコーダから 

の入力パルス列を読み出し、パルス速度とパルス間の 

位相差を判定できます。このデータを回転数と向き、 

さらに (3 つの入力から ) 回転の絶対位置に変換でき 

ます。 

25. 光ジャイロ 

これらのデバイスは、光ファイバのループを逆方向に 

伝搬する 2 つの光ビーム間の位相差を検出する事で、 

位置の変化を計測します。2 つの信号のエッジを検出 

し、CTMU によってこれらを生成した信号源と比較す 

る事で位相差を計算し、そこからデバイスのあらゆる 

相対位置変化を判定できます。 

GP I/O 

GP I/O 


Input Capture 

CTMU and A/D 

DS01375A_JP - p.6 2012 Microchip Technology Inc.

抵抗計測 

静電容量とインダクタンスの計測方法は既に紹介しま 

した。では抵抗は計測できないのでしょうか。CTMU 

の定電流源とオームの法則を使えば簡単に計測でき 

ます。供給電流と電圧が既知の場合、または電圧を直 

接計測できる場合、抵抗の計算は簡単です。 

以下にアプリケーション例を示します。 

26. 測温抵抗体 (RTD) 

温度係数が既知の白金抵抗体は、最高 1000°F 超まで 

の温度を高精度、高分解能で計測する多くのアプリ 

ケーションに適用されています。RTD を定電流源で駆 

動すれば、マイクロコントローラの A/D コンバータで 

読み出される電圧は温度に応じて変化します。少数の 

部品で構築可能な CTMU ソリューションは、多くの 

ディスクリート部品を含むアナログ回路を置き換える 

事ができます。 

27. PTC/NTC センサ 

正温度係数または負温度係数センサ(それぞれPTCセ 

ンサ、NTC センサと呼ばれます ) は、数百℃までの温 

度を計測できるもう 1 つの手段です。これらのサーミ 

スタは白金抵抗体より安価であり、温度変化に対して 

非線形の特性を持ちます。通常、NTC と PTC は分圧 

器構成の回路内に実装されて温度を計測します。 

CTMU の定電流源により抵抗を直接計測する事がで 

き、そこから温度を求めます。 

派生原理に基づくアプリケーション 

温度計測 ( 定電流源 ) 

これらのアプリケーションでは、CTMU の高精度定電 

流源によって、半導体の基本原理すなわち PN 接合の 

順方向バンドギャップ電圧を利用します。ダイオード 

を定電流源で駆動すると、順方向電圧 (VF) は温度とは 

逆に変化します。 

図 8 に、温度計測システムを構築するための、ダイ 

オード ( または、使いやすい任意の PN 接合 ) と CTMU 

の接続方法を示します。CTMU と 12 ビット ADC を使 

うと、分解能 1°F で温度を計測できます。その他の 

技術的詳細は、マイクロチップ社の技術概要 TB3016 

『PIC ® MCU の CTMU を用いた温度計測』(DS93016) 

を参照してください。 

このカテゴリには、以下のアプリケーションが含まれ 

ます。 

28. 温度計 

汎用の温度計に、より高価なサーミスタまたは専用温 

度センサの代わりに安価なシリコンダイオードを使 

用できます。 

図 8: CTMU 温度計測回路 

AN1375 


A/D Converter 

29. サーモスタット 

CTMU を使うと、マイクロコントローラを温度の直接 

監視にも使えます。しかも、そのために追加する部品 

は 1 つだけで、しかも安価です。 

30. PCB 温度の監視 

基板が封止または筐体に収められている場合、CTMU 

とダイオードを使って安価な監視ソリューションを追 

加できます。 

31. サーバ温度の監視 

単に温度を監視するだけでなく、マイクロコントローラ 

でシャーシ冷却ファンを制御する事で、高価なハード 

ウェアの安全性をさらに高いレベルに引き上げる事が 


32. RTCC/FRC の校正 

多くのマイクロコントローラの内蔵 RC オシレータは 

大きな温度係数を持つ場合があり、動作レンジの範囲 

内で精度が大きく変動します。CTMU を使えば、アプ 

リケーションの温度を環境温度から近似するのではな 

く、CTMU によって直接計測し、オシレータの周波数 

を適切にトリムできます。 

33. 屋内気象モニタ 

CTMU は、# 10 で説明した湿度センサだけでなく、温 

度と湿度の同時計測にも使用できます。LCD を駆動可 

能なマイクロコントローラを使えば、シングルチップ 

ソリューションを構築できます。このアプリケーショ 

ンをより複雑な測候システムの中核部分とする事もで 

きます (# 12 参照 )。 


ANx 

VF 


MUX 

CTMU 

A/D

AN1375 

34. LED 調光 

高輝度 LED 照明アプリケーションでは、発熱が大きい 

場合があります。白熱灯またはハロゲン灯ほどではあ 

りませんが、温度を制御しないと色相または光度を変 

化させてしまいます。CTMU とセンサダイオードを組 

み合わせて、ヒートシンクまたは周囲温度 ( 強制空冷 

の場合 ) を計測できます。CTMU チャンネルをもう 1 

つ使って、LED の順方向バイアス電圧を計測する事で 

LED 自体の温度を計測する事も可能です。このように 

取得した情報を基に、過熱時の出力低減または冷却機 

の制御を行います。 

35. モータ温度モニタ 

マイクロコントローラによって回転数および出力を 

レギュレートする電気モータアプリケーションでは、 

CTMU によってモータ巻線の温度計測という新たな 

次元の制御機能を追加し、破壊温度に達する前にモー 

タをシャットダウンして過熱から保護する事ができ 

ます。 

36. 各種家庭用アプリケーション 

家庭内には温度検出が必要なアプリケーション、また 

は温度検出機能を加えるとメリットがあるアプリケー 

ションが数多く存在します。アプリケーションがマイ 

クロコントローラを必要とするものであれば、CTMU 

によって温度検出機能を簡単に実装できます。以下に 

アプリケーション例を示します。 

• 冷蔵庫 

• 冷凍庫 ( 独立型 ) 

• コーヒーメーカー 

• エアコン 

• 除湿器 

• 暖房器具 

• 温度管理付き保管庫 ( 例 : 家庭用ワインセラー ) 

図 9: PWM とパルス生成 

CTED1 

C2INB 

CDELAY 

CVREF 

C2 

37. 各種車載アプリケーション 

同様に、アプリケーションを車載にまで広げる事がで 

きます。温度監視が必要なシステムは、いずれもCTMU 

をソリューションとして適用可能です。車室内空調 

( シングル / マルチゾーン )、エンジン温度の監視は、 

多くの例のごく一部に過ぎません。 

可変電流源 

38. 電流ループ制御アプリケーション 

産業用プロセス制御機器は、ノイズ耐性を得るために 

しばしば電流ループ通信を使用します。4 ~ 20 mA の 

レンジで動作するシステムの場合、CTMU の電流源を 

外付けのカレントミラー回路と組合わわせる事で、可 

変電流制御トランスミッタを構築できます。 

PWM 生成 


EDG1 

CTMU 


Comparator 

CTMU をコンパレータ ( 内部または外付け ) と組み合 

わせる事で、高分解能、高周波数のパルス幅変調を実 

現できます ( 図 9)。PWM の分解能は内部の A/D サン 

プリングコンデンサ (CHOLD) によるスロープ制御に 

よって決まり、CHOLD に並列に外付けコンデンサを追 

加する事で変更できます。 

39. レーダのパルスブランキング 

最新のレーダは、きわめて高頻度で送信パルスを生成 

するため、レシーバとディスプレイに過剰な負担がか 

からないように、非常に高速のディスプレイブラン 

キングが必要です。多くの場合、従来の PWM ジェネ 

レータでは速度不足です。しかし、CTMU をパルス 

ジェネレータとして使用すれば十分な動作速度が得 

られます。 

CTPLS 


D/A 変換 (DAC) 

PWM 生成にさらに 1 ステップを加えて、高周波のパ 

ルス出力をローパスフィルタを通して駆動する事でア 

ナログ信号を生成できます。これは以下のような多く 

のアプリケーションで便利に使用できます。 

40. 音響ジェネレータ 

デジタルビットストリームから音への変換は、デジタ 

ル分野では以前から広く利用されているアプリケー 

ションです。マイクロコントローラを既に使っている 

電化製品では、CTMU によって各種の音響フィード 

バックプロンプト ( 各種周波数の連続音または断続音 ) 

を発生する簡単な音響ジェネレータを実装できます。 

メモリが十分にあれば、CTMU DAC によって音声サ 

ンプルを再現する事さえ可能です。 

41. LCD のデジタルコントラスト制御 

バックライト付きディスプレイでは、CTMUによって、 

デジタル制御入力をLCDパネルのコントラストを変化 

させる制御電圧に変換できます。 

42. プログラマブル参照電圧 

前記の用途と同様に、CTMU DAC を特定のデジタル 

入力に対して既知の電圧出力を生成するように構成で 

きます。このシステムは、多くのアナログおよび制御 

アプリケーションの定電圧源として使用できます。 

時間遅延アプリケーション 

43. シリコンテスタ 

CTMU のパルス遅延機能を用いて、クロックの可変遅 

延ジェネレータを簡単に構築できます。このジェネ 

レータは、デジタル回路の検証と特性評価プロセスの 

一部として実行される、サンプルホールド掃引に使用 


図 10: 遅延暗号化 / 復号化の簡略フロー 

Data Input 

Delay 1 

Delay 2 

Delay 3 

Delay 4 

Delay n 

AN1375 

44. オシロスコープの強化 

低速で安価なオシロスコープの場合、入力計測分解能 

の向上にCTMUベースのソリューションを適用できま 

す。このアプリケーションでは CTMU のパルス遅延機 

能によって、繰り返し波形の A/D サンプリングに遅延 

する複数のトリガを追加できます。この時間遅延は、 

単一トリガに遅延を加えて派生させたサンプルを A/D 

が取得するための複数のトリガとして機能します。 

45. 時間領域 ( 遅延 ) 暗号化 / 復号化 

デジタルデータストリームに対する最新の暗号化手 

法として、パルス列内の 1 つまたは複数の区間に一定 

の遅延を加える方式があります。遅延が挿入された箇 

所がわからなければ、信号をデコードするための参照 

フレームを確定できません。一方、遅延の位置が既知 

ならば、CTMU のパルス遅延機能によって効果的に遅 

延を除去し、パルス列を元の形に復元できます。パル 

ス遅延機能は、最初に信号を暗号化する時にも使用で 

きます。図 10 に、このプロセスを簡略化したものを 

示します。 

このシステムには、CTMU の他にもキーシーケンスの 

判定とフレーム同期のためのハードウェアが必要です。 

しかしここのポイントは、デコード用のハードウェア 

として必ずしも実装が困難で高価なアプリケーション 

を使用する必要はないという事です。 

医療アプリケーション 

Encryption Decryption 

Delay Encrypted Data 

46. 超音波撮像 ( センサヘッド ) 

前述のアプリケーションでも説明した通り、CTMU は 

送信インパルスと反射インパルス間の時間差計測に使 

用できます。この情報を画像プロセッサまたは処理ア 

プリケーションにリアルタイムで連続的に供給すれ 

ば、画像を生成できます。このシステムは、超音波マ 

イクロフォン (# 2) として直接実装する事も、超音波 

ピックアップ (# 15) を使って間接的に実装する事もで 

きます。 

Delay Data 

Framing Data 

PIC ® MCU 

with CTMU 

CTED1 CTPLS 

Data Output 


AN1375 

真に複雑なアプリケーション 

47. 世界的な飢餓の解決 

安価な温度センサ (# 28) と湿度センサ (# 10) を大規模 

に展開する事によって、広範囲の農地の気候変動を、 

連続的に高い分解能で計測できるようになります。 

これによって少なくとも理論上は、水と養分をより高 

精度に供給する閉ループシステムの構築が可能です。 

このようなシステムが完成すれば、穀物の収穫量を最 

大化できます。その適用地域を十分に拡大すれば、世 

界のあらゆる場所のあらゆる人々に十分な食糧が行き 

渡るでしょう ( 決してそれが容易な事であると主張し 

ているわけではありません )。 

48. 世界平和の実現 

世界平和への道のりがまだまだ遠い事は認めざるを得 

ません。おそらくこれは CTMU の範疇を超えた問題で 

しょう。しかし、いずれ CTMU が世界平和に貢献する 

日が来ないとも限りません。この問題は、読者の皆様 

にお任せした方がよさそうです。 

結論 

一見すると、マイクロコントローラに搭載された定電 

流源の可能性は、ごく限られているように見えます。 

本書で示したのは、PIC マイクロコントローラに搭載 

された CTMU と他の多くの周辺機能を組み合わせれ 

ば、実に多彩なアプリケーションを簡単に構築する方 

法が得られるという事です。 

本書で紹介した 48 個の例は、CTMU が実現できる機 

能のほんの一部に過ぎません。読者の皆様にその可能 

性を広げていただく事を願ってやみません。 

参考文献 

Bartling, J. “Low-Cost, High-Resolution Time 

Measurement Application”. ECN Magazine Online, 

July 16 2009. 

『PIC24F ファミリリファレンスマニュアル』、セク 

ション11「充電時間計測ユニット(CTMU)」(DS39724)、 

マイクロチップ社、2010 年 

“PIC24F Family Reference Manual, Section 53: 

Charge Time Measurement Unit with Threshold 

Detect” (DS39743), Microchip Technology Inc., 2010 

Yedamale, P.、技術概要 TB3016『PIC ® MCU の CTMU 

を用いた温度計測』(DS93016)、マイクロチップ社、 

2009 年 

マイクロチップ社の静電容量式タッチセンスソリュー 

ションの詳細は、以下のウェブサイトに掲載された 

mTouchセンシングソリューションデザインセンター 

を参照してください。 

www.microchip.com/mtouch 


マイクロチップ社製デバイスのコード保護機能に関して以下の点にご注意ください。 

• マイクロチップ社製品は、該当するマイクロチップ社データシートに記載の仕様を満たしています。 

• マイクロチップ社では、通常の条件ならびに仕様に従って使用した場合、マイクロチップ社製品のセキュリティレベルは、 

現在市場に流通している同種製品の中でも最も高度であると考えています。 

• しかし、コード保護機能を解除するための不正かつ違法な方法が存在する事もまた事実です。弊社の理解では、こうした手法 

はマイクロチップ社データシートにある動作仕様書以外の方法でマイクロチップ社製品を使用する事になります。このような 

行為は知的所有権の侵害に該当する可能性が非常に高いと言えます。 

• マイクロチップ社は、コードの保全性に懸念を抱いているお客様と連携し、対応策に取り組んでいきます。 

• マイクロチップ社を含む全ての半導体メーカーで、自社のコードのセキュリティを完全に保証できる企業はありません。コー 

ド保護機能とは、マイクロチップ社が製品を「解読不能」として保証するものではありません。 

コード保護機能は常に進歩しています。マイクロチップ社では、常に製品のコード保護機能の改善に取り組んでいます。マイクロ 

チップ社のコード保護機能の侵害は、デジタルミレニアム著作権法に違反します。そのような行為によってソフトウェアまたはそ 

の他の著作物に不正なアクセスを受けた場合、デジタルミレニアム著作権法の定めるところにより損害賠償訴訟を起こす権利があ 

ります。 

本書に記載されているデバイスアプリケーション等に関する 

情報は、ユーザの便宜のためにのみ提供されているものであ 

り、更新によって無効とされる事があります。お客様のアプ 

リケーションが仕様を満たす事を保証する責任は、お客様に 

あります。マイクロチップ社は、明示的、暗黙的、書面、口 

頭、法定のいずれであるかを問わず、本書に記載されている 

情報に関して、状態、品質、性能、商品性、特定目的への適 

合性をはじめとする、いかなる類の表明も保証も行いません。 

マイクロチップ社は、本書の情報およびその使用に起因する 

一切の責任を否認します。マイクロチップ社の明示的な書面 

による承認なしに、生命維持装置あるいは生命安全用途にマ 

イクロチップ社の製品を使用する事は全て購入者のリスクと 

し、また購入者はこれによって発生したあらゆる損害、クレー 

ム、訴訟、費用に関して、マイクロチップ社は擁護され、免 

責され、損害を受けない事に同意するものとします。暗黙的 

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保有しているライセンスは一切譲渡されません。 

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マイクロチップ社では、Chandler および Tempe ( アリゾナ州 )、 

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てカリフォルニア州とインドのデザインセンターが ISO/TS-16949: 

2009 認証を取得しています。マイクロチップ社の品質システムプロ 

セスおよび手順は、PIC ® MCU および dsPIC ® DSC、KEELOQ ® コード 

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11/29/11

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