具体的には、非常にシンプルなシリアルポートRS485回路です。具体的な回路図は下図の通りです。この回路を使用すれば、485チップの送受信時分割を管理するために別々の信号を使用する必要がなくなります（とても便利だと私も思います）。

問題は、この回路が現れたことです。55度の環境実験を行ったときは、全く問題ありませんでした。送受信もできるはずだったのですが、ユーザーのところに行くと、しばらく動作した後、ハングアップして何も起こりませんでした。現地調査（ステップ）の後、ユーザーがどこにいるかご存知ですか？それは、大量の熱を発生するエンジンの隣に設置されていました（くそ、忘れろ、顧客は神様だ）。私が個人的に周囲温度を測定したところ、48度を超えていました。埃を防ぐために、私のボードと大量の熱を発生するメインコントロールを箱に入れ、ファンはありませんでした。そのため、箱の中の温度は70度を超えました（バーベキューでもするつもりか？）。どの設置環境が測定に不都合であるかは言うまでもありません。私も絶望し、その時、ある考えが浮かび、後ろにいた組み込みソフトウェア担当者に、ソフトウェアの設定に何か問題があるのか​​と尋ねました。ARMは熱くなりすぎると周波数を下げます。正しく設定していなかったために、送受信に問題が発生したのでしょうか（現時点では問題が分からないので）。すると、その男性は憤慨して「大したことじゃないんです。マニュアルを隅から隅まで読んだのに、見落としていました」と言いました。私はまず彼に深い同情を示し、それから「兄弟、何が間違っていたのか一緒に考えてみましょう」と言いました。

会社に戻ってから、ヒートガンでARMに強く息を吹きかけたが、何も起こらなかった。いいぞ、ポットは揺らしても外れない。残りの回路を一つずつ吹き飛ばした。三極管（写真のQ4）に吹き飛ばしたとき、データが得られなかった。三極管の問題のようだったが、不運は単独では起こらない。吹き飛ばさなかった後、温度が下がったときにデータが得られなかった。もしかして吹き飛ばされたのだろうか？よく見ると、抵抗が吹き飛ばされているのがわかる（くそ、ハードウェアの道は順風満帆ではない）。抵抗をはんだ付けした後、風量を下げて熱を上げ、吹き飛ばし続けた。何かがおかしい場合は、ターゲットをロックして波形を測定した。

上図にそれぞれ示されている点1、2、3を測定します。回路設計で使用されている電流制限抵抗は1KΩ、三極管は9013です。まず、室温で3つのテストポイントの波形を測定します。最初の波形は、絶縁チップADuM1201の出力ピンです。波形は下図のとおりです。出力電圧振幅は5Vです（背景の図は無視してください）。

2番目の波形は、9013三極管のベース制御電圧です。波形は下図に示すとおりです。出力電圧のピーク値は約700mV、変動範囲は約200mVです。つまり、レベルが0.7Vのときに三極管がオンになり、レベルが0.5Vのときに三極管がオフになります。

3番目の波形は、9013三極管のコレクタ電極電圧です。波形は下図の通りで、出力電圧の振幅は約5Vです。

次に、ヘアドライヤーの専門家である自分の手でオンラインに接続しました。しばらく息を吹きかけ、もう一方の手で波形を測定する必要がありました。幸いなことに、アイロンによる水ぶくれは発生しませんでした（そうでなければ、労働災害とみなされます）。上記の3つの測定ポイントを再測定しました。最初のポイントの波形は下図に示されています。波形は基本的に加熱前の波形と同じであるため、加熱してもADuM1201絶縁チップの出力電圧特性は変化しません。

次に、2点目の測定を続けます。温度が約55度まで上昇し続けると、2点目の波形は下図のようになります。電圧の変動範囲は約100mV未満になり、つまり、高レベルは0.6Vまで低下しますが、低レベルは依然として約0.5Vです。温度が上昇し続け、65度に達すると、2点目の電圧はほぼ0.5Vのままとなり、トランジスタはオン状態のままになるため、RS485はデータを送信できません。

さて、3つ目のポイントがオンラインになりました。温度が約55度まで上昇すると、3つ目のポイントの波形は下図のようになります。温度が上昇しても、3つ目のポイントの出力電圧は低いままで、RS485回路は受信状態になります。

IK、これは私を騙しているんじゃないですか？この三極管の特性を見てみましょう（私が学生の時に一生懸命勉強するなと言ったのは誰ですか）。三極管の物理的構造は2つのPN接合です。そのUbe電圧特性は下図のとおりです。そのオン電圧は約0.7Vで、ベース電圧とエミッション電圧特性はダイオード特性と同じです。右下の図からわかるように、温度が上昇すると、Ube特性曲線全体が右にシフトするため、三極管の導通電圧降下が減少し、MAX485チップを制御するREピンが常に低レベルになり、データが送信できなくなります。

温度が三極管に与える影響がわかったので、それを変更してみましょう。上記の分析から、10K の 5V プルアップ抵抗と 1K の電流制限抵抗によって三極管のベースが 0.5V に分割されるため、三極管のベースは最終的に 0.5V にクランプされることがわかります。電流制限抵抗 R65 を 0R に変更した後、波形は下図のようになります。電圧波形が 0V から 0.7V の間で変動していることがわかります。

0R の電流制限抵抗に変更した後、RS485 回路を加熱し続けます。波形は下図のようになります。波形に明らかな変化はなく、シリアルポートは正常にデータを送信できることがわかります。しかし、トランジスタのベースが ADuM1201 の送信ピンを 0.7V まで下げるため、ADuM1201 の出力電流が増加し、長期動作中にデバイスの寿命に深刻な影響を及ぼします。徹底的に変更しないのは私の性格に合わないので (主に将来トラブルになるのが怖いからです)。

この問題を（きっぱりと）解決するために、私は（ごまかしながら）深く考え、トライオードの温度特性が高温動作時にベースしきい値電圧の低下につながることを突き止めました。ADuM1201の出力電流制限抵抗を下げるだけではデバイス寿命が短くなり、製品品質に影響が出るため、トライオード9013をMOS管GMS2302に変更しました。MOS管は電圧制御デバイスなので、消費電力はそれほど大きくありません。

室温におけるMOSトランジスタGMS2302のゲート電圧波形を下の図に示す。波形範囲は0V～5Vであることがわかる。

MOSFET GMS2302の温度が約80℃のときのゲート電圧波形は、下図に示すとおりです。電圧波形に変化はなく、シリアルポートは正常にデータを送信できます。

したがって、設計においては、問題を徹底的に解決するために、探求心（落とし穴に潜むような探究心）を持つ必要があります。これは私が個人的に経験した事例です。規模は大きくありませんが、非常に参考になるものです。そこから導き出された結論は、今後のハードウェア設計プロセスにおいて指針となるということです。スイッチとして使用する場合は、MOSFETを選択し、電流制限抵抗を適切に選択するのが最適です。

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