「Logic回路Ver.3の動作確認」に対するLLMの回答

[yasuohayashibara]

#54 に対するコメントをLLMに出力させました．
ざっと読みましたが，おそらく正しいと思います．
（もっと詳細に調べないと本当のところは分からない気がします．）
あと，間違っていることもあるかもしれませんので，ご注意下さい．

[yasuohayashibara]

以下，LLMより．

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① 何が起きた可能性が高いか

状況まとめ

• 12V投入
• トグル全部ON（想定外）
• 煙発生
• 以降ショート状態
• 最終的に 74AHC1G04 を外すとショートが消えた

👉 結論：
74AHC1G04が「電源OFF状態で5Vを出力ピンから注入されて破壊」された可能性が非常に高いです。

これは仕様的に十分起こり得ます。

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② 74AHC1G04で何が起きたか（重要）

あなたの記述：

Vcc（pin5）とinput（pin2）が浮いている状態でoutput（pin4）に5Vが流れた

これが致命的です。

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CMOSロジックの内部構造

AHCシリーズは典型的なCMOS構造です。

各I/Oピンには

• Vccへの保護ダイオード
• GNDへの保護ダイオード

が入っています。

つまり：

外部5V → 出力ピン → 内部保護ダイオード → Vccライン

という電流経路ができます。

しかしこのとき：

• Vccは浮いている
• ICは電源供給されていない

すると何が起きるか？

▶ Vccラインが「逆給電」される

IC内部に電流が流れ込み、
内部MOSFETが部分導通してしまいます。

この状態は：

• ラッチアップ
• 内部ショート
• 熱破壊

を引き起こします。

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重要ポイント

AHCシリーズは

❌ 電源OFF時のI/Oトレラントではない

ものが多いです。

つまり、

「Vcc=0VのときにI/Oへ電圧を入れてはいけない」

というのが基本です。

今回の症状は教科書通りの壊れ方です。

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③ なぜ煙が出たか

トグル全部ONの状態で、

• 12Vがどこかからロジック系へ回り込んだ
• 5Vライン経由でAHCへ逆流
• IC内部ショート
• GNDへ大電流
• 煙

という流れが濃厚です。

その後ショート検知するようになったのは、

👉 AHC内部が完全短絡になったため

と考えると辻褄が合います。

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④ TBD62083AFGの測定について

あなたの測定：

• common → GND : 1V
• GND → common : 0.165V
• 抵抗測定でOLではない

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これは異常ではありません

TBD62083はダーリントントランジスタアレイで、

内部にフリーホイールダイオードがあります。

common端子はそのダイオードの共通接続点です。

つまり：

OUT → ダイオード → COMMON

という構造です。

テスターのダイオードモードは

内部の別経路を拾ってしまうことがよくあります。

特に：

• ダーリントン構造（2段BJT）
• クランプダイオード

があるため、単純なダイオード1個の測定値にはなりません。

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0.165Vが出る理由

• BJTのベースエミッタ接合
• 並列経路

を拾っている可能性が高いです。

スイッチで値が変わるなら、
それは回路全体の経路を測っているだけで、
TBDが壊れている証拠にはなりません。

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⑤ 今回の本質的な設計問題

問題はこれです：

異なる電源ドメイン間に「直接CMOSロジックを挟んだ」こと

RasPi側 5V / 3.3V
STM側 5V
12V系

これらが混在しています。

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NG設計パターン

• 電源シーケンス未定義
• 電源OFF側に信号が入る
• I/OトレラントでないIC使用
• シリーズ抵抗なし

今回ほぼこれ全部該当しています。

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⑥ 提案している改善策の評価

あなたの案：

トグル＋GPIOのAND
RasPi電源でPMOSゲート制御

方向性は非常に良いです。

思想としては：

• RasPiがいるときだけ制御有効
• RasPiなしでも単体起動可能
• 強制起動防止

これは正しい設計思想です。

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⑦ ただし注意点

① PMOSのゲートをRasPi 5Vに直接つなぐのは危険

RasPi抜いたときにゲートが浮きます。

→ 必ずプル抵抗を入れる

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② GPIOは3.3V

5V系を直接触らせないこと。

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③ AND回路もI/Oトレラント品を使う

例：

• 74LVCシリーズ（power-down tolerant品）

AHCは避けるのが無難です。

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⑧ 一番安全な設計

正直に言うと、

⭐ オープンドレイン構成が一番安全

例：

• STM_ENはプルアップで5Vへ
• RasPi GPIOは「Lowで引き下げるだけ」
• トグルもGNDへ引き下げるだけ

これなら：

• 電源OFF側へ逆流しない
• シンプル
• 壊れにくい

CMOSプッシュプルは電源混在環境では危険です。

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⑩ まとめ（重要ポイント）

■ 原因
→ 電源OFFの74AHC1G04へ5V注入
→ 内部ラッチアップ
→ 破壊・ショート

■ TBD62083はおそらく正常

■ 設計問題
→ 電源ドメイン混在＋I/OトレラントでないIC使用

■ 改善策
✔ シリーズ抵抗追加
✔ プル抵抗で浮きを防止
✔ LVC系などpower-down tolerant品に変更
✔ 可能ならオープンドレイン構成へ