JP2004208304A

JP2004208304A - 広帯域コモンモード調節回路

Info

Publication number: JP2004208304A
Application number: JP2003420734A
Authority: JP
Inventors: Radelinow Andrzej Gajdardziew; アンドルゼイ・ガイダルジーフ・ラデリノフ
Original assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel SA
Current assignee: Alcatel CIT SA; Alcatel Lucent SAS
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2003-12-18
Publication date: 2004-07-22
Also published as: EP1434348A1; US20040124918A1

Abstract

【課題】実施が大幅に簡単である一方、広帯域の応用例において動作するように構成されたコモンモード調節回路を提供する。
【解決手段】差動増幅器、またはより詳細には低電圧差動信号発生ドライバＬＶＤＳを、通信伝送回線によって全体的に構成される負荷に結合する。調節回路は、差動入力端子ＩＮＰ、ＩＮＮにおいてコモンモード電圧を感知するための第１の抵抗対Ｒ１、Ｒ２と、負荷にかかる電圧を所定の値に強制するための第２の抵抗対Ｒ３、Ｒ４と、第１と第２の抵抗対との分岐点の間に結合される能動デバイスＯＴＡ、ＩＮＶのみを含む。能動デバイスは、演算相互コンダクタンス増幅器ＯＴＡ、または、好ましくはインバータＩＮＶである。コモンモード開ループ転送特性における非支配的な極の低減された数により、この調節回路は、広いコモンモードループ帯域に関するコモンモードループの安定性を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、負荷に結合されたコモンモード調節回路に関し、コモンモード調節回路は、コモンモード電圧を感知し、コモンモード感知信号を供給するように構成されたコモンモード感知回路と、前記コモンモード感知信号に応答し、コモンモード訂正信号を供給する能動デバイスと、前記コモンモード訂正信号を受信し、前記負荷にかかる電圧を所定の電圧値に強制するように構成された制御回路とを含む。

例えば通信システムのための差動出力段およびラインドライバは、それらの負荷の両端間でコモンモード出力電圧を所定のレベルに保ち、差動信号の増幅または処理の結果としてのコモンモード変動を排除するために、コモンモード調節回路を必要とする。

上述のコモンモード調節回路は、当技術分野において例えば米国特許第６，３６９，６２１号から既に知られている。同特許において、コモンモード調節は、ドライバのコモンモード電圧、すなわちコモンモード感知信号を、所定の基準電圧と比較する能動デバイスとして演算増幅器を使用して実現される。この演算増幅器は、出力コモンモード電圧を参照値に近く調整するために、ラインドライバのシンクおよびソースの電流を差動方法で調節する。

この知られているコモンモード調節回路において、コモンモード開ループの伝達特性における寄生極の数は、安定した動作の帯域を制限する。したがって、知られている回路は、コモンモードバイアス（直流および低周波調節）としてのみ機能する。加えて、差動演算増幅器は、それ自体のコモンモード回路を必要とする。その結果、広帯域コモンモード調節の場合に、知られている回路は問題を効率的な方法で解決できない。

さらに、知られている回路は比較的複雑でもある。

米国特許第６，３６９，６２１号明細書

本発明の目的は、上記の知られているタイプであるが、実施が大幅に簡単である一方、広帯域の応用例において動作するように構成されたコモンモード調節回路を提供することである。

本発明によれば、この目的は、コモンモード感知回路が、負荷の両端間で直列に接続される第１の対のインピーダンスを含み、その分岐点にコモンモード感知信号が供給されること、および制御回路が、前記負荷の両端間で直列に接続される第２の対のインピーダンスを含み、その分岐点にコモンモード訂正信号が印加されるという事実によって達成される。

このようにして、２対のインピーダンスおよび能動デバイスのみを含む非常に単純な回路が実現される。その結果、寄生極の数が低減され、それらの周波数を従来技術におけるより１桁高くすることができる。これによって、高いループ帯域が達成できる。これはまた、そうでない場合には通信システムにおいて使用される時に不要な雑音として現われ、クロストークを引き起こす、高い周波数を持ったコモンモード変動をより良好に抑制することを結果として生じる。

本発明の他の特徴的な実施形態は、前記能動デバイスが、演算相互コンダクタンス増幅器であり、演算相互コンダクタンス増幅器の第１の入力が、直列接続された前記第１の対のインピーダンスの分岐点に接続され、演算相互コンダクタンス増幅器の第２の入力が、基準電圧端子に接続され、演算相互コンダクタンス増幅器の出力が、直列接続された前記第２の対のインピーダンスの分岐点に接続されることである。

本発明は、能動デバイスとして単純な増幅ブロックを利用し、一方上記の知られている回路においては、使用される演算増幅器におけるコモンモード調節および周波数補償が必要である。増幅器は、上記文献におけるようにシンク／ソース電流源をもはや直接には制御せず、直列接続された前記第２の対のインピーダンスを介して、負荷においてコモンモード不整合電流に対する逆の符号を加えられる訂正電流を発生する。

好ましくは、所定の電圧値は、前記基準電圧端子において利用可能な電圧である。

本発明の好ましい特徴的な実施形態において、前記能動デバイスは、インバータであり、インバータの入力が、直列接続された前記第１の対のインピーダンスの分岐点に接続され、インバータの出力が、直列接続された前記第２の対のインピーダンスの分岐点に接続される。

この好ましい実施形態において、コモンモード閉ループにおけるゲインブロックとしての演算増幅器の代わりに、デジタルインバータが使用される。したがって、これはいかなる基準電圧も必要としないため、実施がより簡単である。

本発明のさらなる特徴的な実施形態は、所定の電圧値が前記インバータの閾値電圧であることである。

本発明のこの実施は基準電圧を必要としない。なぜなら、基準電圧が、使用されるデジタルインバータの閾値電圧として規定されるからである。

さらに、本発明の広帯域コモンモード調節回路は、開ループの支配的な極がドライバの出力端子に作られるために、コモンモード発振の危険なしにいかなる容量性負荷も駆動することができ、一方上記の知られている回路では、支配的な極が、演算増幅器に位置する。したがって、知られている回路は、もし出力に容量性の負荷がかけられれば、発振する可能性がある。

本発明のコモンモード調節回路のさらなる特徴的な実施形態は、従属する請求項に述べられる。

請求項において使用される用語「含む」は、その後に記載された手段に限定されるものと解釈すべきではないことに注意されたい。したがって、表現「手段ＡおよびＢを含むデバイス」の範囲は、構成部分ＡおよびＢのみで構成されるデバイスに限定されるべきではない。これは、本発明に関して、デバイスの関連構成部分のみがＡおよびＢであることを意味する。

同様に、同じく請求項において使用される用語「結合された」は、直接的な接続のみに限定されるものと解釈すべきではないことに注意されたい。したがって、表現「デバイスＢに結合されるデバイスＡ」の範囲は、デバイスＡの出力がデバイスＢの入力に直接的に接続されているデバイスまたはシステムに限定されるべきではない。これは、他のデバイスまたは手段を含むパスである可能性のある、Ａの出力とＢの入力との間のパスが存在することを意味する。

本発明の上述および他の目的および特徴は、より明らかになり、本発明自体は、添付の図面に関連して行われる実施形態の以下の説明を参照することによって、最も良く理解される。

図１に示す広帯域コモンモード調節回路、または図２に示すその好ましい実施形態は、例えば通信システムにおいて使用されるように構成されている。調節回路は、一般に差動増幅器、またはより詳細に低電圧差動信号発生ドライバＬＶＤＳの出力に配置され、その目的は、ドライバのＰＭＯＳおよびＮＭＯＳの電流ソース間の電流不整合を補償することである。調節回路の出力は、一般に差動伝送回線によって構成される負荷に結合される。これは、ＬＶＤＳドライバによって、または環境によって外部的に発生された、コモンモード電圧の高周波数変動の排除を可能にする高いループ帯域を有する。

図１に示すように、コモンモード調節回路は、ドライバの出力コモンモード電圧を、基準電圧Ｖｒｅｆに等しい電圧にバイアスするように構成され、Ｖｒｅｆは通常供給電圧の半分に等しい。コモンモードループは、それぞれ直列に接続された抵抗器Ｒ１、Ｒ２およびＲ３、Ｒ４によって構成される２つの抵抗対、および演算相互コンダクタンス増幅器ＯＴＡによって実現される。第１の抵抗対Ｒ１、Ｒ２は、ドライバの出力においてコモンモード電圧を感知するために使用され、一方第２の抵抗対Ｒ３、Ｒ４は、ＯＴＡによって発生され、抵抗器Ｒ３およびＲ４によって分割されたコモンモード電流を、差動伝送回線に注入することによって、ドライバ出力コモンモード電圧を基準電圧Ｖｒｅｆに強制するために使用される。

より詳細には、第１の抵抗対Ｒ１、Ｒ２および第２の抵抗対Ｒ３、Ｒ４は、調節回路の入力端子ＩＮＰおよびＩＮＮに接続されるドライバの差動出力端子間に並列に接続される。これらの端子間のコモンモード電圧Ｖｃｍは、

に等しく、ここで、Ｖ_ＩＮＰおよびＶ_ＩＮＮは、端子ＩＮＰおよびＩＮＮにおけるそれぞれの電圧である。

抵抗器Ｒ１とＲ２との間の分岐点は、増幅器ＯＴＡの反転入力（−）に接続され、増幅器ＯＴＡの出力は、抵抗器Ｒ３およびＲ４の分岐点に接続され、基準電圧Ｖ_ＲＥＦは、ＯＴＡの非反転入力（＋）に印加されている。調節回路は、通信伝送回線に結合され、第２の抵抗対Ｒ３、Ｒ４の両端に接続される出力端子ＯＵＴＰおよびＯＵＴＮを有する。したがって、端子ＩＮＰ、ＩＮＮおよびＯＵＴＰ、ＯＵＴＮは、それぞれ互いに接続され、一方既に述べたように、演算相互コンダクタンス増幅器ＯＴＡの出力電流性能は、ＬＶＤＳドライバのＰＭＯＳおよびＮＭＯＳの電流源との間の電流の不整合を補償する。

図２に示す広帯域コモンモード調節回路の好ましい実施形態において、コモンモードループは、２つの抵抗対Ｒ１、Ｒ２およびＲ３、Ｒ４によっても実現されるが、インバータＩＮＶとは連動されない。前述の実施形態については、２つの抵抗対が、相互接続された端子ＩＮＰ−ＯＵＴＰおよびＩＮＮ−ＯＵＴＮの両端に接続される。第１の抵抗対Ｒ１、Ｒ２は、コモンモード電圧を感知し、コモンモード電圧は、Ｒ１、Ｒ２の分岐点からインバータＩＮＶの入力にさらに印加される。第２の抵抗対Ｒ３、Ｒ４は、その分岐点がインバータＩＮＶの出力に接続され、端子ＯＵＴＰおよびＯＵＴＮに結合される差動伝送回線にコモンモード電流を注入することによって、ドライバ出力コモンモード電圧を基準電圧に強制するために使用される。このコモンモード電流は、インバータＩＮＶによって発生され、抵抗対Ｒ３、Ｒ４によって分割される。このように形成された閉ループネットワークは、ドライバのコモンモード出力電圧を、インバータＩＮＶの閾値電圧である基準電圧の近くに調節する。以下、インバータＩＮＶの入力における電圧を、Ｖ_ＣＭと呼ぶ一方、ＩＮＶの出力における電流を、Ｉ_ＩＮＶと呼ぶ。

低電圧差動信号発生ドライバＬＶＤＳは、供給端子ＶＤＤと、
第１の直列抵抗器Ｒ_Ｓ１と並列である第１の電流源Ｉ１の接地との間と、
並列接続され、かつ相補的に動作する２対のスイッチの接地との間と、
第２の直列抵抗器Ｒ_Ｓ２と並列である第２の電流源Ｉ２の接地との間との直列結合として見ることもできる。

スイッチのＯＮ抵抗値は無視されることに注意されたい。

スイッチの対の分岐点は、調節回路の入力端子ＩＮＰおよびＩＮＮに接続される。

抵抗対Ｒ１、Ｒ２およびＲ３、Ｒ４の全抵抗値は、ラインドライバ出力に接続される伝送回線の特性インピーダンスを整合させるドライバの出力抵抗値を画定する。

ラインドライバの全コモンモード抵抗値Ｒ_ＣＭは、

である。

コモンモードオフセットＶ_{ＯＦＦ＿ＣＭ}は、同様に指定された電流源の電流Ｉ１とＩ２との間の不整合、すなわちＩ１≠Ｉ２によって引き起こされることがある。この場合、インバータＩＮＶによって発生される必要な補償電流Ｉ_ＩＮＶは、

となる。

このコモンモードオフセットとともに、補償電流Ｉ_ＩＮＶは、インバータＩＮＶの相互コンダクタンスｇ_ｍによって発生される。

この改良されたコモンモード調節の長所は、コモンモード開ループ転送特性における非支配的な極の低減された数のために、これが、広いコモンモードループ帯域に関するループ安定性を提供できることである。

最後に、本発明の実施形態は、機能的なブロックに関して上記に説明されている。上記に与えられたこれらのブロックの機能的説明から、電子デバイスを設計する当業者には、これらのブロックの実施形態が、よく知られている電子的構成部分を使用して、どのようにして製造できるかが明らかとなろう。したがって、機能的ブロックの内容の詳細な構成は与えられていない。

本発明の原理を、特定の装置に関連して上述したが、この説明が、従属する請求項において記載される本発明の範囲に対する限定としてではなく、単に例として行われていることが明確に理解されよう。

本発明による演算相互コンダクタンス増幅器ＯＴＡを含む広帯域コモンモード調節回路の第１の実施形態を示す図である。本発明によるインバータＩＮＶを含む広帯域コモンモード調節回路の第２かつ好ましい実施形態を示す図である。

符号の説明

Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４抵抗器
Ｐ、Ｎ負荷
ＩＮＶインバータ
ＬＶＤＳ低電圧差動信号発生ドライバ
ＯＴＡ演算相互コンダクタンス増幅器
ＶＤＤ供給端子
ＩＮＰ、ＩＮＮ入力端子

Claims

コモンモード電圧を感知し、コモンモード感知信号を供給するように構成されたコモンモード感知回路（Ｒ１、Ｒ２）と、
前記コモンモード感知信号に応答し、コモンモード訂正信号を供給する能動デバイスと、
前記コモンモード訂正信号を受信し、負荷にかかる電圧を所定の電圧値に強制するように構成された制御回路（Ｒ３、Ｒ４）とを含む、負荷（Ｐ、Ｎ）に結合されたコモンモード調節回路であって、
前記コモンモード感知回路が、前記負荷（Ｐ、Ｎ）の両端間で直列に接続される第１の対のインピーダンス（Ｒ１、Ｒ２）を含み、該第１の対のインピーダンス（Ｒ１、Ｒ２）の分岐点に前記コモンモード感知信号が供給されること、および、
前記制御回路が、前記負荷の両端間で直列に接続される第２の対のインピーダンス（Ｒ３、Ｒ４）を含み、該第２対のインピーダンス（Ｒ３、Ｒ４）の分岐点に前記コモンモード訂正信号が印加されることを特徴とするコモンモード調節回路。
前記能動デバイスが、演算相互コンダクタンス増幅器（ＯＴＡ）であり、前記演算相互コンダクタンス増幅器（ＯＴＡ）の第１の入力（−）が、直列接続された前記第１の対のインピーダンス（Ｒ１、Ｒ２）の分岐点に接続され、前記演算相互コンダクタンス増幅器（ＯＴＡ）の第２の入力（＋）が、基準電圧端子（Ｖｒｅｆ）に接続され、前記演算相互コンダクタンス増幅器（ＯＴＡ）の出力が、直列接続された前記第２の対のインピーダンス（Ｒ３、Ｒ４）の分岐点に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のコモンモード調節回路。
前記所定の電圧値が、前記基準電圧端子（Ｖｒｅｆ）において利用可能な電圧であることを特徴とする、請求項２に記載のコモンモード調節回路。
前記能動デバイスが、インバータ（ＩＮＶ）であり、前記インバータ（ＩＮＶ）の入力が、直列接続された前記第１の対のインピーダンス（Ｒ１、Ｒ２）の分岐点に接続され、前記インバータ（ＩＮＶ）の出力が、直列接続された前記第２の対のインピーダンス（Ｒ３、Ｒ４）の分岐点に接続されることを特徴とする、請求項１に記載のコモンモード調節回路。
前記所定の電圧値が、前記インバータ（ＩＮＶ）の閾値電圧であることを特徴とする、請求項１に記載のコモンモード調節回路。
前記インピーダンスが抵抗器であることを特徴とする、請求項１に記載のコモンモード調節回路。
前記負荷が、通信システムの伝送回線であることを特徴とする、請求項１に記載のコモンモード調節回路。