JP2003218958A - 送受信装置及びそれを備えた高速動作インタフェースシステム - Google Patents
送受信装置及びそれを備えた高速動作インタフェースシステムInfo
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Abstract
インの特性インピーダンスに選択的に整合又は近似整合
させ、伝送信号の信号完全性を向上させる送受信装置、
及びそれを備えた高速インタフェースシステムを提供す
ること。 【解決手段】 伝送ラインZoを介して入力信号を受信
する受信装置15、これと並列に伝送ラインZoに接続
させる能動終端回路54、出力データに応じ第1状態電
圧及び第2状態電圧を出力する自己終端駆動回路52、
及びその出力が第1状態電圧の場合、自己終端駆動回路
52を伝送ラインZoに選択的に接続させ、第2状態電
圧の場合は自己終端駆動回路52或いは能動終端回路5
4を伝送ラインZoに選択的に接続させる選択回路56
を装備し、受信装置15と能動終端回路54との合成入
力インピーダンス及び自己終端駆動回路52の出力イン
ピーダンスを、伝送ラインZoの特性インピーダンスに
整合又は近似整合させる。
Description
ェースのための送受信装置、及びそれを備えた高速動作
インタフェースシステムに関し、より詳細には、入力イ
ンピーダンスが伝送ラインの特性インピーダンスに整合
又は近似整合された能動終端回路を、受信状況に合うよ
う能動的に選択して伝送ラインに接続させ、信号を送信
する場合は、出力インピーダンスが伝送ラインの特性イ
ンピーダンスに整合又は近似整合された自己終端駆動回
路を伝送ラインに選択的に接続させるか、又は特定レベ
ルの電気的信号を送信する駆動器として、前記能動終端
回路を伝送ラインに選択的に接続させる送受信装置及び
高速動作インタフェースシステムに関する。
度、及びデータの伝送速度の絶え間ない高速化に伴い、
インピーダンス不整合に起因する反射波も増加し、高速
動作インタフェースにおいてデータ信号を正確に送受信
することは一層難しくなってきている。一般的には、送
受信装置が接続される伝送ラインが単一ワイヤ、バスの
一部のいずれであるか否かを問わず、送信装置の出力イ
ンピーダンス、及び受信装置の入力インピーダンスが、
伝送ラインの特性インピーダンスと十分整合されていな
いのが現状である。
り、小振幅高速動作(low swing highspeed)のための
開放ドレイン駆動回路(open-drain driver)と受信装
置とを用い、インピーダンスが整合されたチップ外部の
並列終端抵抗(off-chip parallel termination resist
or)を伝送ラインの終端ラインに1つだけ接続する方法
が用いられていた。
置を含む高速動作インタフェースシステムの構成を示す
ブロック回路図である。1つの伝送ラインZoには複数
の送受信装置10、20、30、40が接続されてい
る。尚、第1送受信装置10については、送信装置12
及び受信装置15の両者を示したが、残りの送受信装置
20、30、40については、便宜上受信装置25、3
5、45のみ示した。
それぞれのスタブチャンネル(stubchannel)及びそれ
ぞれの受信装置15、25、35、45の入力端におい
て寄生容量cp1、cp2、…、cpNが存在する。そ
のため、伝送信号の立ち上がり時間及び立ち下がり時間
が長引き、動作周波数が低く制限されてしまうだけでな
く、別に並列終端抵抗を備えなければならないためシス
テム設計が複雑になり、製造コストがかさむという問題
があった。
が短縮され動作周波数が高くなるほど、受信装置15、
25、35、45の入力端を含むチャンネル上の不連続
点(discontinuous point)により発生する反射波が増
加することになる。しかし、送信装置12の出力インピ
ーダンス、及び受信装置15、25、35、45の入力
インピーダンスは、通常伝送ラインZoの特性インピー
ダンスに整合されておらず、反射波を十分吸収できなか
った。そのため、受信装置15、25、35、45によ
り受信される伝送信号の信号完全性(signal integrit
y)が著しく低下するという問題点が発生していた。
を含む高速インタフェースシステムにおいて、信号完全
性を向上させるため、簡単にインピーダンスを整合又は
近似整合させることのできる便利な送受信装置、及びそ
れを備えた高速動作インタフェースシステムが求められ
ている。
出力インピーダンス及び受信装置の入力インピーダンス
を、伝送ラインの特性インピーダンスに選択的に整合又
は近似整合させると共に、能動終端回路を選択的に伝送
ラインに接続することにより伝送ラインで発生し得る反
射波を低減させ、高い動作周波数においても伝送信号の
信号完全性を向上させることができる送受信装置、及び
それを備えた高速インタフェースシステムを提供するこ
とを目的としている。
は、伝送ラインを介して信号を送受信する送受信装置に
おいて、前記伝送ラインを介して入力信号を受信する受
信装置、該受信装置と並列に、前記伝送ラインに接続す
ることができる能動終端回路、出力データに応じて第1
状態電圧又は第2状態電圧を出力する自己終端駆動回
路、及び該自己終端駆動回路の出力が第1状態電圧の場
合、前記自己終端駆動回路を前記伝送ラインに選択的に
接続し、出力が第2状態電圧の場合は前記自己終端駆動
回路或いは前記能動終端回路を前記伝送ラインに選択的
に接続する選択回路を含み、前記受信装置と能動終端回
路との合成入力インピーダンス及び前記自己終端駆動回
路の出力インピーダンスが、前記伝送ラインの特性イン
ピーダンスに整合又は近似整合されていることを特徴と
している。
回路の全部又は一部の構成を共有し、前記自己終端駆動
回路の出力インピーダンスが前記伝送ラインの特性イン
ピーダンスに整合又は近似整合されており、前記能動終
端回路と前記自己終端駆動回路との共通構成部分は、前
記選択回路の動作に関わりなく前記伝送ラインに接続さ
れていることが望ましい。
ない場合、前記選択回路が、制御信号により前記能動終
端回路だけを前記伝送ラインに選択的に接続するもので
あることが望ましい。
内部又は外部の制御回路から発生する信号であることが
望ましい。
ブフィードバック回路を利用して出力インピーダンスを
前記伝送ラインの特性インピーダンスに整合又は近似整
合させるものであり、前記能動終端回路が、能動素子、
受動素子及びその結合のうち一つ一つを利用して入力イ
ンピーダンスを伝送ラインの特性インピーダンスに整合
又は近似整合させるものであることが望ましい。
を表すための0Vでない出力電圧であり、前記第2状態
電圧が逆の論理状態を表すための0V出力電圧であるこ
とが望ましい。
モード駆動回路、両極電流モード駆動回路、単極電圧モ
ード駆動回路、及び両極電圧モード駆動回路のうちいず
れか1つで構成されており、前記能動終端回路が、単極
モード能動終端回路、及び両極モード能動終端回路のう
ちいずれか1つで構成されていることが望ましい。
インタフェースシステムは、伝送ラインを介し互いに接
続されて信号を送受信する複数の送受信装置、及び該複
数の送受信装置を制御する制御回路で構成される高速動
作インタフェースシステムにおいて、前記送受信装置
が、出力インピーダンスを伝送ラインの特性インピーダ
ンスに整合又は近似整合させる自己終端駆動回路、及び
受信装置との合成入力インピーダンスを伝送ラインの特
性インピーダンスに整合又は近似整合させる能動終端回
路を含み、前記制御回路が、特定電位レベルの信号を、
前記伝送ラインを介して送信する場合、前記送受信装置
の前記自己終端駆動回路を選択的に活性化させ、前記伝
送ラインから信号を受信する場合、前記送受信装置の能
動終端回路を選択的に活性化させるものであることを特
徴としている。
介してデータを送受信しない送受信装置の場合、能動縦
断終端回路を選択的に活性化させるものであることが望
ましい。
び受信装置が伝送ラインに接続されたものであり、前記
制御回路が、前記送受信装置が前記伝送ラインを介して
送受信する場合に限り、前記能動終端回路を伝送ライン
に常に接続させ、送信側では前記自己終端駆動回路を追
加的に前記伝送ラインに選択的に接続させるものである
ことが望ましい。
施の形態について詳しく説明する。
送受信装置、及び伝送ラインを介して接続された複数の
送受信装置を備えた高速インタフェースシステムの構成
を示したブロック回路図である。図2では、説明のため
図中左端の送受信装置50についてのみ、自己終端駆動
回路52及び選択回路56を示したが、他の送受信装置
60、70、80についても送受信装置50と同様の構
成とすることができる。
は、受信装置15、自己終端駆動回路52、能動終端回
路54及び選択回路56を含んで構成されている。自己
終端駆動回路52は、電流源Ioと等価抵抗Roが並列
に伝送ラインZoに接続された等価回路として示すこと
ができる。等価回路の抵抗Roの抵抗値は、出力された
信号が反射波で戻ってくる場合、伝送ラインZoに再び
反射されるのを抑えるため、伝送ラインZoから自己終
端駆動回路52を見たときの出力インピーダンスRo
が、伝送ラインの特性インピーダンスZoと整合(Zo
=Ro)又は近似整合(5Zo>Ro>Zo or(Z
o/5)<Ro<Zo)するように設定される。
置50、60、70、80の出力インピーダンスを伝送
ラインZoの特性インピーダンスに整合又は近似整合さ
せるため、インピーダンス整合がなされていない従来の
技術に係る送受信装置に比べて、送受信装置50、6
0、70、80が特定レベルの電気的信号を伝送ライン
に出力する場合に発生する入力端からの反射波を著しく
低減させることができる。
各送受信装置50、60、70、80の受信装置15、
25、35、45と並列に伝送ラインに接続される。能
動終端回路54、64、74、84のインピーダンス
は、能動終端回路54、64、74、84と受信装置1
5、25、35、45の合成入力インピーダンスが伝送
ラインの特性インピーダンスZoに整合又は近似整合さ
せるように選択される。能動終端回路54、64、7
4、84は、端部電位Vttに一端が接続された抵抗R
oで等価化することができる。送受信装置50、60、
70、80の能動終端回路54、64、74、84の入
力インピーダンスだけでなく、自己終端駆動回路52の
出力インピーダンスが伝送ラインの特性インピーダンス
に整合又は近似整合されるため、送受信装置50、6
0、70、80が特定レベルの電気的信号を伝送ライン
を介して受信する場合に発生する反射波を、インピーダ
ンス整合されない従来の技術に係る送受信装置に比べて
著しく低減することができる。
70、80が特定レベルの電気的信号を出力する場合
と、そうでない場合とに応じて変化する送受信システム
の状況に適合するよう、各送受信装置50、60、7
0、80のインピーダンスを変化させる役割を果す。す
なわち、送受信装置50が特定レベルの電気的信号を伝
送ラインに出力する場合、出力インピーダンスが伝送ラ
イン特性インピーダンスに整合又は近似整合された自己
終端駆動回路52、又は能動終端回路54を伝送ライン
に選択的に接続し、該当送受信装置50が特定レベルの
電気的信号を、伝送ラインを介して受信する場合、入力
インピーダンスが伝送ライン特性インピーダンスに整合
又は近似整合された能動終端回路54を選択的に接続す
る。
回路52と能動終端回路54との間の選択動作は択一的
に行われる。本実施の形態においては、選択回路56は
能動終端回路54と自己終端駆動回路52とを選択する
ように構成されているが、能動終端回路54と自己終端
駆動回路52とを同時に選択するように構成することも
できる。
路56は、図2に示されているように伝送ラインに近接
して配置することができるが、図3〜図4に示されてい
るようにパワーレール(Power Rail)に近接して配置し
電気的に等価な回路に構成することもできる。この場
合、終端回路の線形性は受動素子により向上される。好
ましくは、送受信装置の構成を簡単にするため、自己終
端駆動回路52と能動終端回路54のインピーダンス素
子のような一部構成とを共有するように設計することが
できる。このような場合、共有部分は選択回路56の選
択動作と関わりなく伝送ラインに接続された状態を維持
する。
について説明すれば、次の通りである。先ず、一対一
(1−to−1)インタフェースの場合として、一番左
側の送受信装置50から一番右側の送受信装置80にデ
ータを送信すると仮定する。
は、特定レベルの電気的信号を送信するため自己終端駆
動回路52或いは能動終端回路54を伝送ラインに接続
する。受信側の送受信装置80の選択回路は、能動終端
回路84を伝送ラインに接続する。このとき、自己終端
駆動回路は選択回路により伝送ラインに接続されない。
一方、送受信に直接係わらない送受信装置60、70で
は、選択回路の制御を容易に維持しながら適切に忠実な
信号を受信側80に伝達するため、それぞれの能動終端
回路64、74を全部伝送ラインに接続するか、或いは
全部接続させない場合もある。
み能動終端回路84を伝送ラインに接続させず、ただ送
受信に関わらない他の送受信装置60、70でのみ近似
整合された能動終端回路64、74を接続させ、伝送ラ
インとそれぞれの送受信装置60、70のインピーダン
ス不整合による信号の反射を最小化することにより受信
側の送受信装置80に忠実な信号を提供することができ
る。
の場合も同様に、送信側の選択回路56は特定電位の電
気的信号を出力する場合、自己終端駆動回路52或いは
能動終端回路54を伝送ラインに接続させ、残りの受信
側の選択回路は終端回路64、74、84を伝送ライン
に接続させる。前記の動作により駆動回路52の出力イ
ンピーダンスと伝送ラインの特性インピーダンスは正確
に整合又は近似整合できるので、伝送ラインから流入す
る反射波を相当吸収することができる。さらに、他の受
信側の受信装置25、35、45にそれぞれ並列接続さ
れている終端回路65、75、85をチップ内終端に活
用して反射波を最小化することができる。
合のための素子として抵抗を例示したが、必ず抵抗にの
み限定されるのではなく、容量性素子及び誘導性素子等
の他の受動素子だけでなく、トランジスタ等の能動素子
を用いてインピーダンスを整合或いは近似整合させるこ
とができる。
置は入出力インピーダンスが伝送ライン特性インピーダ
ンスに整合又は近似整合されているので、外部並列終端
抵抗を接続するためのスタブチャンネル(stub channe
l)、外部端部電源Vtt、及び、外部終端抵抗Rtt
を具備していないインタフェースシステムにおいても、
前に説明したものと同様に構成して活用することができ
る。
送受信装置50の構成を示した回路図である。図示のよ
うに本実施の形態ではCMOSを利用して送受信装置5
0を構成している。上述のように、他の送受信装置6
0、70、80についても同様の構成とすることができ
る。
2、能動終端回路54、選択回路で構成されているが、
自己終端駆動回路52はネガティブフィードバック回路
MND、MPF、MNF、バイアス電圧源Vbias及
びトランジスタMNBで、終端回路54は手動抵抗素子
Rc、Rd、トランジスタMPR及び端部電源Vtt
で、選択回路は複数のトランジスタMPR、MND、M
NFでそれぞれ構成されている。
のように作動する。先ず、伝送ラインに特定電位の電気
的信号を出力するためハイレベルの入力電圧Voが印加
されると、プリ駆動回路(Pre-Driver)を経て選択回路
を構成するNMOSトランジスタが導通し、ネガティブ
フィードバック回路52が初期バイアス電流Ioで伝送
ラインに接続される。このとき、選択回路を構成するP
MOSトランジスタMPRは導通しないので、終端回路
54は伝送ラインに接続されない。ネガティブフィード
バック回路52のトランジスタMNDのドレインには、
バイアス電流IoからトランジスタMNF、MPFの電
流を差し引いた差に該当する量の電流が流れることにな
る。
れると、プリ駆動回路(Pre-Driver)を経て選択回路を
構成するPMOSトランジスタMPRが導通し終端回路
54を伝送ラインに接続させる。このとき、選択回路を
構成するNMOSトランジスタMND、MNFは導通し
ないので、自己終端駆動回路52は伝送ラインに接続さ
れない。終端回路54のトランジスタMPRは、端部電
位Vttと伝送ラインとの間に介在する等価抵抗として
動作することになる。このとき、端部電位Vttとトラ
ンジスタMPRとの間の抵抗性素子Rc、及びトランジ
スタMPRと伝送ラインとの間の抵抗性素子Rdをさら
に含むことができる。
0、70、80をチップ内部終端抵抗に活用しなければ
ならない場合は、別の制御信号を介して強制的に能動終
端回路54を伝送ラインに接続されるようにすることが
できる。本実施の形態においては、入力電圧Voに関わ
りなく終端回路54を伝送ラインに接続させるため、別
の制御信号Enable_Actをプリ駆動回路(Pre-Driver)
と選択回路MPR、MNDとの間に介在するトランジス
タに印加する方法を用いる。例えば、ハイレベルの制御
信号Enable_Actが印加されると入力電圧Voに関わり
なくトランジスタMPRが導通することになり、能動終
端回路54が伝送ラインに選択的に接続される。このと
き、制御信号Enable_Actはそれぞれの送受信装置5
0、60、70、80により生成されることもあり、そ
れぞれの送受信装置を制御するための別の制御装置によ
り生成されることもある。
送受信装置50Aの構成を示した回路図である。図示の
ように本実施の形態では、図3の回路図とは異なりレベ
ルシフターを利用しており、Vdd電圧を図3のVtt
に該当する電圧に変換して能動終端回路54に印加する
ようになっている。
上記構成により別の端部電圧Vttを能動終端回路54
に印加する必要がないため、送受信装置50Aの構成を
単純化することができる。尚、回路の動作は図3の実施
の形態と同様であるため、細部動作に対する説明は省略
する。
性化させるための信号に入力電圧Voの相補信号を用い
ることが望ましい。これにより、能動終端回路54が伝
送ラインに接続されない場合、不要な能動終端回路54
での電力消耗を防ぐことができる。
受信装置50Bの構成を示した回路図である。図示のよ
うに、本実施の形態では、自己終端駆動回路52と能動
終端回路54とを両極電流モード回路で構成している。
単極電流モード駆動回路(unipolarcurrent-mode drive
r)だけでなく、図示されているように、より複雑な両
極電流モード駆動回路(bipolar current-mode drive
r)においても同一の原理で動作する自己終端駆動回路
と、それぞれの自己終端駆動回路に並列に接続される終
端回路100、105とを含ませて構成することができ
る。例えば、送受信装置が信号を伝送ラインに出力する
場合は両極電流モードの自己終端駆動回路を伝送ライン
に接続し、伝送ラインを介して信号を受信するか、又は
チップ内終端に用いなければならない場合は能動終端回
路を選択的に伝送ラインに接続する。
係る送受信装置50Cの構成を示した回路図である。図
示のように、本実施の形態では、拡張された形の自己終
端駆動回路と能動終端回路で構成している。
の電流モード駆動回路及び電圧モード駆動回路であって
も、同一の原理で本発明に係る装置を構成することがで
きる。
いるように、トランジスタ等の能動素子だけでなく手動
素子を直列或いは並列に接続する方法で等価抵抗を構成
することができる。このような場合において、終端回路
の線形性は受動素子により定められる。
を基に説明したが、これらの実施の形態は、例示するこ
とを目的として開示したものであり、当業者であれば、
本発明の技術的範囲内で、多様な改良、変更、付加等が
可能である。このような改良、変更等も、特許請求の範
囲に記載した本発明の技術的範囲に属することは言うま
でもない。
及び高速動作インタフェースシステムによれば、駆動回
路の出力インピーダンスをチャンネルインピーダンスに
正確に整合或いは近似的に整合させることができる。
射波を最小化することができ、受信器にそれぞれ並列接
続されている伝送ライン接続装置の能動終端回路を選択
的にチップ内終端に活用して反射波を最小化することが
できる。
データを送受信しようとするとき、従来の技術に係る駆
動回路と外部の並列終端抵抗とを用いるのに比べ、高速
動作インタフェースで信号完全性を向上させることがで
きる。さらに、能動終端回路を適切に用いる場合、外部
並列終端抵抗を全く用いないことも可能である。このよ
うに、全体システム構成を単純化して生産コストを低減
することができるという著しい効果がある。
速動作インタフェースシステムの構成を示すブロック回
路図である。
置、及び伝送ラインを介して接続された複数の送受信装
置を備えた高速インタフェースシステムの構成を示した
ブロック回路図である。
の構成を示した回路図である。
の構成を示した回路図である。
構成を示した回路図である。
装置の構成を示した回路図である。
Claims (10)
- 【請求項1】 伝送ラインを介して信号を送受信する送
受信装置において、 前記伝送ラインを介して入力信号を受信する受信装置、 該受信装置と並列に、前記伝送ラインに接続することが
できる能動終端回路、出力データに応じて第1状態電圧
又は第2状態電圧を出力する自己終端駆動回路、及び該
自己終端駆動回路の出力が第1状態電圧の場合、前記自
己終端駆動回路を前記伝送ラインに選択的に接続し、出
力が第2状態電圧の場合は前記自己終端駆動回路或いは
前記能動終端回路を前記伝送ラインに選択的に接続する
選択回路を含み、 前記受信装置と能動終端回路との合成入力インピーダン
ス及び前記自己終端駆動回路の出力インピーダンスが、
前記伝送ラインの特性インピーダンスに整合又は近似整
合されていることを特徴とする送受信装置。 - 【請求項2】 前記自己終端回路が、前記能動終端回路
の全部又は一部の構成を共有し、前記自己終端駆動回路
の出力インピーダンスが前記伝送ラインの特性インピー
ダンスに整合又は近似整合されており、 前記能動終端回路と前記自己終端駆動回路との共通構成
部分は、前記選択回路の動作に関わりなく前記伝送ライ
ンに接続されていることを特徴とする請求項1記載の送
受信装置。 - 【請求項3】 前記送受信装置がデータを送受信しない
場合、前記選択回路が、制御信号により前記能動終端回
路だけを前記伝送ラインに選択的に接続するものである
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の送受信装
置。 - 【請求項4】 前記制御信号が、前記送受信装置の内部
又は外部の制御回路から発生する信号であることを特徴
とする請求項3記載の送受信装置。 - 【請求項5】 前記自己終端駆動回路が、ネガティブフ
ィードバック回路を利用して出力インピーダンスを前記
伝送ラインの特性インピーダンスに整合又は近似整合さ
せるものであり、 前記能動終端回路が、能動素子、受動素子及びその結合
のうち一つ一つを利用して入力インピーダンスを伝送ラ
インの特性インピーダンスに整合又は近似整合させるも
のであることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の
送受信装置。 - 【請求項6】 前記第1状態電圧が、特定論理状態を表
すための0Vでない出力電圧であり、前記第2状態電圧
が逆の論理状態を表すための0V出力電圧であることを
特徴とする請求項1又は請求項2記載の送受信装置。 - 【請求項7】 前記自己終端駆動回路が、単極電流モー
ド駆動回路、両極電流モード駆動回路、単極電圧モード
駆動回路、及び両極電圧モード駆動回路のうちいずれか
1つで構成されており、 前記能動終端回路が、単極モード能動終端回路、及び両
極モード能動終端回路のうちいずれか1つで構成されて
いることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の送受
信装置。 - 【請求項8】 伝送ラインを介し互いに接続されて信号
を送受信する複数の送受信装置、及び該複数の送受信装
置を制御する制御回路で構成される高速動作インタフェ
ースシステムにおいて、 前記送受信装置が、出力インピーダンスを伝送ラインの
特性インピーダンスに整合又は近似整合させる自己終端
駆動回路、及び受信装置との合成入力インピーダンスを
伝送ラインの特性インピーダンスに整合又は近似整合さ
せる能動終端回路を含み、 前記制御回路が、特定電位レベルの信号を、前記伝送ラ
インを介して送信する場合、前記送受信装置の前記自己
終端駆動回路を選択的に活性化させ、前記伝送ラインか
ら信号を受信する場合、前記送受信装置の能動終端回路
を選択的に活性化させるものであることを特徴とする高
速動作インタフェースシステム。 - 【請求項9】 前記制御回路は、伝送ラインを介してデ
ータを送受信しない送受信装置の場合、能動終端回路を
選択的に活性化させるものであることを特徴とする請求
項8記載の高速動作インタフェースシステム。 - 【請求項10】 前記送受信装置が、能動終端回路及び
受信装置が伝送ラインに接続されたものであり、 前記制御回路が、前記送受信装置が前記伝送ラインを介
して送受信する場合に限り、前記能動終端回路を伝送ラ
インに常に接続させ、送信側では前記自己終端駆動回路
を追加的に前記伝送ラインに選択的に接続させるもので
あることを特徴とする請求項8又は請求項9記載の高速
動作インタフェースシステム。
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