概要

4029 IC Up-Down Counterは、CMOSロジック・ファミリーICの4000シリーズに属する、汎用性の高いプログラマブル集積回路です。1968年にRCA社から発売されたこのシリーズは、その広い電源電圧範囲と堅牢な設計により広く採用され、デジタル・エレクトロニクスの進化における定番となっています。

.4029 ICは、2進数およびBCD（2進符号化10進数）の両方のカウントを実行する能力と、アップおよびダウンのカウント能力で特に注目されており、デジタル・クロックから複雑なデジタル・システムまで幅広いアプリケーションに不可欠です。フェアチャイルド・セミコンダクター、インターシル・コーポレーション、ナショナル・セミコンダクター、テキサス・インスツルメンツなど、さまざまな著名な企業によって製造された4029 ICは、広く生産され使用されており、各メーカーはさまざまなパッケージ・オプションやデータシートを提供しています。このICの設計には、プリセット入力、クロック入力、ノイズイミュニティなどの重要な機能が含まれており、さまざまな環境やアプリケーションで信頼性の高い性能を発揮します。同期カウントや高いノイズ耐性など多くの利点がありますが、4029 ICにはいくつかの制限があります。最新の高速ロジック回路に比べて伝搬時間が遅いことや、ミックスド・ロジック・ファミリで使用する場合には慎重な電源配置が必要であることは、特定のアプリケーションにおいて課題となります。とはいえ、幅広い電源電圧で動作する能力と、計数構成の柔軟性により、さまざまなデジタル・エレクトロニクス・プロジェクトで貴重なコンポーネントとなっています。4029 ICは、デジタル時計、アラーム・システム、タイマーなどの実用的なアプリケーションだけでなく、デジタル・エレクトロニクスを学ぶ学生にとって重要な学習ツールとなっている教育現場でも、今日もなお関連し続けています。その永続的な人気と継続的な生産は、デジタルロジック集積回路の歴史と発展におけるその重要性を裏付けています。

歴史

プリセット可能なアップダウン・カウンタである4029 ICは、RCAが1968年に発表したCMOSロジック・ファミリーの集積回路（IC）4000シリーズに属する。

.このICシリーズは、1975年頃にオリジナル・シリーズに取って代わり始めた "B "バッファード・シリーズでは、3Vから18Vまでの広い電源電圧範囲を持っていることが特徴である。4029は特に、アナログ／デジタル変換、デジタル／アナログ変換、アップ／ダウン・バイナリ・カウント、差分カウント、マグニチュード／符号生成などの機能を備えている。その歴史を通じて、4029 ICを含む4000シリーズは、初期の時代に活躍したほぼすべてのICメーカーによって広く製造されてきました。これらのメーカーには、フェアチャイルド・セミコンダクター、インターシル・コーポレーション、ナショナル・セミコンダクター、テキサス・インスツルメンツなどの有名メーカーが含まれる。各メーカーはそれぞれのバージョンのデータシートを提供し、デュアル・イン・ラインのセラミック・パッケージやプラスチック・パッケージ、小型アウトライン・パッケージ、薄型シュリンク小型アウトライン・パッケージなど、さまざまなパッケージ・オプションを用意した。4029 ICは、その汎用性と信頼性により、単純な計数作業から複雑なデジタル・システムまで、さまざまなアプリケーションで広く使用されています。その永続的な遺産は、現代の電子機器において継続的に入手可能で使用されていることで証明されており、デジタル・ロジックICの進化におけるその重要性を示しています。

デザインと特徴

4029 IC は、デジタル・エレクトロニクスの幅広いアプリケーションをサポートする様々な機能で知られる汎用アップダウン・カウンタです。このICは、アナログ-デジタルおよびデジタル-アナログ変換、アップ/ダウン・バイナリ・カウント、差分カウント、マグニチュードと符号の生成、アップ/ダウン・ディケイド・カウンティングを含む複数のカウント・モードを容易にします。

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カウンター機能

4029は、2進数およびBCD（2進符号化10進数）計数を扱うように設計されています。アップ/ダウン・モードで動作し、多様な計数アプリケーションに適しています。このカウンタは、他のカウンタと簡単にカスケード接続し、計数範囲を広げることができます。これは、1つのICのキャリーアウト・ピンを次のICのキャリーイン・ピンにカップリングすることによって実現され、シームレスなインクリメントまたはデクリメント・カウンティングを可能にします。

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インプットとアウトプット

クロック入力

クロック入力は、クロックパルスまたはクロック信号とも呼ばれ、IC をトリガするために重要です。4029では、4つすべてのフリップフロップが同じクロック信号で同期されるため、カウンタ全体で一貫した動作が保証されます。

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プリセット入力

ICには4つのプリセット入力（A、B、C、D）があり、Aは最下位ビット（LSB）、Dは最上位ビット（MSB）です。これらの入力により、プリセット・イネーブル・ピンがロジック・ハイに設定されたときに、カウンタに特定の値がプリロードされます。プリセット・イネーブル・ピンは、計数シーケンスを中断することなくデータを正しくロードするために論理的に制御されなければならない。

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アクティブHighプリセット入力

アクティブHighのプリセット入力は、プリセット端子からデータをロードするために一般的に使用される。このピンはクロック信号と非同期で動作し、クロック入力に関係なくデータをロードすることができる。カウント・プロセスを開始するには、プリセット・イネーブル入力に論理ローを印加する必要がある。

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電気的特性

電源

4029 ICは、幅広い電源電圧で動作することが特長で、さまざまな環境やアプリケーションに適しています。また、CMOS技術を採用しているため、低消費電力と高いノイズ耐性を実現しており、ゆっくりと変化する信号やノイズの多い信号に対して特に有利です。

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出力能力

4029の出力は、+5V電源で74LSゲート入力を直接駆動するように設計されており、ロジック混在環境での柔軟性を示しています。ただし、4000シリーズと74HCなど、異なるロジック・ファミリーを混在させる場合は、動作上の問題を避けるため、適切な電源互換性を確保するよう注意する必要があります。

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ノイズ耐性

4029を含む4000シリーズの特筆すべき特徴のひとつは、その強固なノイズ耐性である。これは、一部のモデルに搭載されているシュミット・トリガー入力によるもので、ヒステリシスを提供し、ゆっくりと変化する入力信号からのノイズをフィルタリングするのに役立ちます。

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動作モード

4029 IC アップダウン・カウンタは、デジタル・システムの特定の計数要件に合わせて複数のモードで動作可能な汎用コンポーネントです。これらのモードには、バイナリおよびBCDデケード・カウンティング、アップダウン・カウンティング機能が含まれます。

バイナリおよびBCD-10進カウント

4029 IC は、BINARY/DECADE 入力ピンに印加される電圧レベルによって、2 進または BCD (Binary-Coded Decimal) モードで動作します。BINARY/DECADE入力がHighの時、カウンタはバイナリモードで動作します。逆に、BINARY/DECADE入力がLowの時、カウンタは10進モードに切り替わります。

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上下カウント

カウントの方向（アップまたはダウン）はUP/DOWN入力ピンによって制御される。UP/DOWN入力にHigh信号を入力するとカウンタがカウントアップし、Low信号を入力するとカウンタがカウントダウンします。

.この機能により、ICはイベントの増加シーケンスと減少シーケンスの両方をカウントすることができ、時間間隔測定やイベントカウントなどのさまざまなアプリケーションに適しています。

パラレルクロッキングとリップルクロッキング

複数の4029 ICをパラレル・クロッキングまたはリップル・クロッキングに構成することで、計数範囲と計数能力を拡張することができます。パラレル・クロッキングは同期制御を提供し、すべての計数出力の応答を高速化しますが、リップル・クロッキングはより長いクロック入力の立ち上がりと立ち下がりの時間に対応します。

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プリセット・イネーブルとJAM入力

4029 IC にはプリセット・イネーブル機能があり、JAM 入力（A、B、C、D）に基づいてカウンタを非同期で任意の状態に設定することができます。プリセット・イネーブル入力がハイレベルのとき、JAM入力の値がカウンタにロードされ、カウンタの状態が即座に設定されます。

.この機能は、計数プロセスを開始する前に、事前に定義されたカウントをロードする必要があるアプリケーションに特に便利です。

機能的柔軟性

4029 IC は、機能的な柔軟性を念頭に設計されており、さまざまな入力制御によってカスタマイズ可能な動作モードを提供します。この適応性により、目覚まし時計、タイマー、点滅ライト・インジケータなど、数多くのデジタル・アプリケーションにとって価値あるコンポーネントとなっています。

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アプリケーション

アップダウン・カウンタである 4029 IC は、様々なデジタル・エレクトロニクス・プロジェクトで使用される汎用部品です。主な用途の1つはデジタル時計で、計時機構の一部として機能します。例えば、デジタル・クロック・プロジェクトでは、4029 ICは4013 ICや4060 ICなどの他のコンポーネントと一緒に動作し、計時用の正確な1Hz出力を生成します。

.カウンタは、時刻を設定するために不可欠なカウントをインクリメントまたはデクリメントするように構成することができる。ユーザは、4029 IC の特定のピンに送られるクロック信号を利用して、分や時間をインクリメントするボタンを組み込むことがよくあります。4029 IC は、正確なタイミングとカウント機能を必要とするプロジェクトにも不可欠です。例えば、周波数分割を行う4060 ICと組み合わせて使用することで、4029は予測可能で正確な方法でカウントを行うことができます。4060 ICの内蔵オシレータと14段リップル・カウンタは、安定した周波数出力を提供することにより、デジタル・クロックやタイミング回路を含む様々なアプリケーションを容易にします。この組み合わせは、省電力でコンパクトな時・分・秒表示の電池駆動クロックを作成するのに有効です。さらに4029 ICは、デジタル・エレクトロニクスの概念を教える教育現場でも有用です。そのわかりやすい構成と他の標準ロジックICとの互換性により、カウンタ、フリップフロップ、デジタル回路設計を学ぶ学生にとって優れたツールとなります。このICは様々なプロジェクトに簡単に組み込むことができ、生徒がアップダウンカウントを実験したり、デジタルロジックの原理を探ったりすることができます。

技術仕様

4029 ICは、定格電圧20Vで動作可能な高電圧タイプです。

.負荷容量(CL)50pF、電源電圧(VDD - VSS)10Vで8MHzの中速動作が可能です。このICは2つのクロックモードで使用することができます：同期高速出力応答のためのマルチパッケージパラレルクロックと、より遅いクロック入力の立ち上がりと立ち下がりの時間のためのリップルクロックです。プリセット・イネーブル "および個別の "ジャム "入力を備えており、バイナリまたはディケイド・アップ/ダウン・カウントが可能です。カウンタは、BINARY/DECADE入力がHighの場合はバイナリ・モードで動作し、BINARY/DECADE入力がLowの場合はディケイド・モードで動作します。カウント方向はUP/DOWN入力によって制御され、入力がHighの時にカウンタはカウントアップし、入力がLowの時にカウントダウンします。効率的な接続のために、複数のパッケージをパラレル・クロックまたはリップル・クロック構成で配置することができます。パラレル・クロックでは応答が速く、リップル・クロックではクロック入力の立ち上がりと立ち下がりの時間が長くなります。ICは10進モードで2進符号化10進数（BCD）を出力し、標準化された対称出力特性を提供します。最大静止電流は20Vで、パラメトリック定格は5V、10V、15Vです。最大入力電流は、全パッケージ温度範囲にわたって18Vで1µA、18Vおよび+25℃で100nAと規定されている。さらに、全パッケージ温度範囲でのノイズ・マージンは、VDD = 5Vで1V、VDD = 10Vで2V、VDD = 15Vで2.5Vです。4029 ICは、JEDEC暫定規格No.13B「'B'シリーズCMOSデバイスの説明のための標準仕様」のすべての要件を満たしています。ICは、ブレーズシールDIP H4X、フリットシールDIP H2F、セラミックフラットパックH6Wなど、さまざまな16リード外形パッケージで提供されます。

利点と限界

4000シリーズ・ロジック・ファミリーの一部である4029 ICアップダウン・カウンタは、そのアプリケーションにおいていくつかの利点と制限を提供します。

メリット

4029 ICの主な利点の1つは、同期カウント機能です。クロック信号の逐次伝搬によりグリッチが発生する可能性のあるリップル・カウンタとは異なり、4029の出力は各クロック・パルスで正確に同時に変化します。この同期動作は、タイミング・エラーのリスクなしに出力を論理ゲートに接続するのに特に適しています。

.さらに、4029 IC はカウントに柔軟性を提供します。適切な出力をリセット入力に接続することで、必要に応じてANDゲートを使用し、最大値（9または15）未満の任意の値までカウントするようにカウンタを構成することができます。この汎用性により、特定の計数範囲を必要とする様々なアプリケーションでの使用が可能になります。さらに、4029 ICは4000シリーズ・ロジック・ファミリーの一部であり、他のロジック・ファミリーに比べて堅牢で、高い入力電圧（最大+15V）に耐えることで知られています。このため、レベルシフト回路を追加することなく、異なる電圧レベルとのインターフェイスに適しています。

制限事項

しかし、4029 ICにも一定の限界がある。このIC内のゲートの伝搬時間は、最新の高速ロジック回路よりもかなり長い。そのため、高速動作を必要とするアプリケーションには適していません。

.もう一つの制限は、ロジック・ファミリーが混在している場合の電源配置に関するものである。回路が4000シリーズICと74LSや74HCTのような他のファミリーの両方を含む場合、電源はすべてのコンポーネントに適したものでなければならない。具体的には、2.2kΩの「プルアップ」抵抗を使用しない限り、74LSの出力は4000シリーズの入力を確実に駆動できず、回路が複雑になる。

他のカウンターとの比較

CD4029は、多用途、同期、プログラマブル、プリセット可能な4ビット・アップ/ダウン・カウンタで、バイナリおよびディケイド（BCD）カウント・モード用に設計されており、さまざまなカウント・アプリケーションに適応します。広い電源電圧範囲、高いノイズ耐性、低消費電力のTTL互換性を特長とし、4020、4024、4040シリーズなどの他のカウンタとは一線を画しています。CD4029は、アップ/ダウン・カウント機能とプリセット可能入力の点で類似した機能を備えているため、IC 74193などのカウンタと直接比較することができます。しかし、特筆すべき違いは、CD4029のユニークなピンで、74193にはないバイナリとBCDのカウント・モードを選択できることです。

.CD4020、CD4024、CD4040はリップルキャリーのバイナリカウンタですが、CD4029は同期動作が可能です。リップルキャリーカウンタは各入力パルスの負転移で1カウント進み、カウンタ出力がクロックパルスに応答する際のわずかな遅延によりグリッチが発生する可能性があります。CD4029は同期カウントを採用することでこのようなグリッチを回避し、安定したタイミングとカウントを必要とするアプリケーションにおいて、より正確で信頼性の高い動作を保証するため、これは非常に重要な違いです。さらに、CD4029はバイナリ・カウンタまたはBCDカウンタとして機能できるため、非常に柔軟性があります。バイナリ/ディケード入力が論理 "1 "の場合、カウンタはバイナリ・モードで動作し、そうでない場合はディケード・モードで動作します。さらに、カウンタはアップ/ダウン入力が論理 "1 "のときにカウントアップし、論理 "0 "のときにカウントダウンすることができます。アプリケーションとしては、CD4029は目覚まし時計、セットACタイマー、カメラタイマー、自動車の点滅ライトインジケータ、車の駐車制御などに使用されます。また、スケジューラによって特定のプロセスやイベントに割り当てられた時間をカウントする必要がある場面でも使用されます。この汎用性と実用的なアプリケーションでの使いやすさが、CD4029を他のカウンタと一線を画しています。

関連集積回路

CD4029 ICは、さまざまなタイプのデジタルおよびアナログ・ロジック・コンポーネントを含む、より大規模なCD4000シリーズ集積回路の一部です。CD4029と同様に、このシリーズの他のカウンタには4518と4520カウンタがあります。これらのカウンタは、リップル・カウンタ構成で一緒にリンクすることができますが、同期カウントでは、カウンタ出力のわずかな遅延によるグリッチを回避するために追加のロジック・ゲートが必要になる場合があります。

.74160、74190、7490のような標準的なロジック・チップもCD4029と機能的に類似しており、バイナリとBCD（ディケイド）カウント・モードの機能を提供します。CD4029とIC 74193のような他のカウンタとの主な違いは、CD4029のユニークなピン・コンフィギュレーションにあり、これによりバイナリとBCDのカウント・モードを切り替えることができます。CD4029が属する4000シリーズ・ロジック・ファミリーには、NチャンネルおよびPチャンネルのエンハンスメント・モード・トランジスタで構成されたチップがあります。これらのチップは通常、高い電源電圧範囲（5V～20V）と高いノイズ耐性を備えています。また、クランピング・ダイオードを使用した静電気放電保護機能も備えている。もう1つの関連部品として、7400シリーズの一部である7456を挙げる価値がある。このシリーズには、Dフリップフロップを使用した整数n分周などの分周機能を実装する古典的なロジック・チップが含まれている。このような構成は、温度などの環境変動があっても、ソースに対する周波数と位相のコヒーレンスを維持する。これらの関連集積回路は、さまざまなデジタル・ロジック・アプリケーションに汎用的なオプションを提供し、設計者が特定のニーズに最適なICを選択できるようにします。