昔のクロック信号（電圧レベル編）

先日のZ8581やNS32C201, 8080用の8224など、昔のプロセッサには専用のクロックICが用意されていることがよくありました。

普通のロジックICで扱えないほど周波数が高いわけでも無いのに何故専用ICが用意されていたのでしょう?

それは電圧レベル的にもタイミング的にも特殊な信号が要求されることが多かったからです。通常ロジックレベルの矩形波を供給すればよい、組み込み用なら発振回路も内蔵されていて水晶を繋げるだけで良いこともある、現在とは状況が違っていました。

電圧レベル

Intel 8080

まずはかなり厄介な部類のIntel 8080のDC特性をデータシートから拾ってみます。

※ V_CC=+5V, V_DD=+12V

V_ILC, V_ILについては普通です。

クロック以外の入力信号のV_IHの3.3Vは当時一般的だったN TTLではドライブできませんが、8228 System Controller and Bus Driver for 8080A CPUを使えばTTLレベルに変換できました。現在の74HCシリーズなら直接ドライブ可能です。

さて本題のV_IHCですが、なんと9Vをスイングしなくてはなりません。8224 Clock Generator and Driverはこのドライバを持っていますが、汎用品でならディスクリートで組むか7407のような高耐圧オープンコレクタバッファを低抵抗でプルアップでしょうか。8224, 8228は8080より遅れて登場していますので、それまでは苦労したのだと思います。

Zilog Z80

Zilog Z80 CPUは命令の拡張もさることながら、ハードウェア設計がやりやすくなったことも人気の秘密でしょう。

それでもクロック入力は特別な扱いになっていました。上と同様にDC特性をデータシートから拾ってみましょう。

※ V_CC=+5V

V_IL, V_IHは普通のTTLレベルになっています。

V_ILC, V_IHCは5Vスイングにはなっていますが、V_IHCのV_CC-0.6Vは普通のTTLでは無理です。よくZ80 CPUのCLKに330Ω程度のプルアップが付いていることがありましたが、あれはこのV_IHCの対策です。

もちろん74HCなどのCMOSでドライブすれば問題ありません。

Intel 8085

8085ではついにクロック信号の特別扱いがなくなり、V_ILC, V_IHCという項目はなくなっています。

これなら普通のTTLで問題ありません。

Motorola MC6800

MotorolaのMC6800はZ80に近い特性になっています。時代的には8080に近いので比べてみると、電源が5V単一なこととこのクロックの点でかなり使いやすくなっているといえるでしょう。

データシートからDC特性の一部を抜粋してみます。

V_ILC, V_IHCはZ80 CPUとほぼ一緒です。

MOS Technology 6502

MCS6500ファミリにはクロックジェネレータ内蔵の650xと外部クロックの651xがあります。

650xではφ₁,φ₂は内蔵クロックジェネレータの出力なので外部から入力するのはφ₀だけで、これはTTLレベル（マージンがありませんが）です。
651xではφ₁,φ₂を外部から5V一杯の振幅で供給する必要があります。

次回はタイミングについて書く予定です。