JP2006165708A - Data communication circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、データ通信を行なうための2線で接続された接触式のデータ通信回路に関するものである。 The present invention relates to a contact-type data communication circuit connected by two lines for performing data communication.
従来の接触式のデータ通信では、通信を行なうために、電源、グラウンド、そして、双方向の送受信信号と、合計4個の接点を設ける必要があった。このため4個の接点の物理的な大きさにより、小型化するには限度があった。 In conventional contact-type data communication, in order to perform communication, it is necessary to provide a power source, a ground, a bidirectional transmission / reception signal, and a total of four contacts. For this reason, there is a limit to downsizing due to the physical size of the four contacts.
接触式のデータ通信回路のさらなる接点数の削減のために、特許文献1に記載のように、コントロール装置300とデータキャリア装置301とがデータ通信を行なうシステムにおいて、2個の接点で、電力及び双方向のデータ通信を可能にする提案がされている。
In order to further reduce the number of contacts of the contact-type data communication circuit, as described in Patent Document 1, in a system in which the
この2線式データ通信装置について、図4を基に説明する。 This two-wire data communication apparatus will be described with reference to FIG.
300はコントロール装置であり、クロックパルスとクロックパルスの逆相パルスを生成するクロック発生回路304と、クロックパルスの振幅レベルを発生する電圧レベル発生回路302と、振幅差を検出する検出回路305で構成されている。
A
電圧レベル発生回路302は、電源電圧に接続された抵抗R1と抵抗R2の直列接続によって構成され、抵抗間の電圧を出力する。送信回路303は電圧レベル発生回路の抵抗R2にFETを接続し、ゲートに入力した信号レベルで電圧レベル発生回路302の出力電圧Voを決定する。クロック発生回路304はインバータの電力供給端子を電圧レベル発生回路302の出力に接続し、同相と逆相のクロックパルスの振幅を変えて信号を伝送する。信号検出回路305はデータキャリア装置301の2つの接点のどちらかに接続され、コントロール装置300から見たデータキャリア装置301の負荷の変化を信号として検出する。
The voltage
従来の2線式データ通信の動作について以下に説明していく。まず、コントロール装置300からデータキャリア装置301へのデータ送信について説明する。クロック発生回路にDATAパルスを入力し、クロック発生回路304の出力A及び出力Bにはそれぞれ、入力パルスと同相のパルスと、逆相のパルスの差動信号が出力される。また、その際の出力パルスの振幅は、送信信号DATAに応じて、変化させることで、クロックパルスの振幅変化によって、データキャリア装置301にデータを送信する。
The operation of the conventional two-wire data communication will be described below. First, data transmission from the
次に、データキャリア装置301からコントロール装置300へのデータ送信について説明する。データキャリア装置301の送信信号DATA2の電圧レベルによって、データキャリア装置301の入力インピーダンスが変化し、出力パルスの振幅を変調させ、上記と同様、振幅変化によって、コントロール装置300がデータを受信する。
Next, data transmission from the
以上説明したように、従来の2線式データ通信装置は、両装置間の通信において、データキャリア装置301へ供給する動作電圧に、データとなる電圧を重畳させることで、2点の接点のみで、データキャリア装置301への電源供給及びデータ通信を実現している。
しかしながら、従来の2線式データ通信装置では、信号の振幅差を検出することで、データを受信したが、送受信の通信方向によって、信号振幅を検出する電圧レベルが異なっていた。すなわち、等価抵抗など各種部品のバラツキが大きい時に一方向におけるデータ通信ができる電圧レベル条件を満たしたとしても、逆方向において、十分な振幅差が確保することができずに、データ通信ができなくなる問題があった。 However, in the conventional two-wire data communication apparatus, data is received by detecting the difference in signal amplitude, but the voltage level for detecting the signal amplitude differs depending on the transmission / reception communication direction. That is, even when the voltage level condition that allows data communication in one direction when the variation of various components such as equivalent resistance is large, a sufficient amplitude difference cannot be secured in the reverse direction, and data communication cannot be performed. There was a problem.
この問題を解決するために、特許文献3記載のように、送受信時に、動作電圧を切り替える回路を追加することで、双方向の通信に必要な電圧レベルを確保する提案も行なわれている。 In order to solve this problem, a proposal has been made to secure a voltage level necessary for bidirectional communication by adding a circuit for switching an operating voltage at the time of transmission and reception, as described in Patent Document 3.
しかし、送受信切り替え信号を新たに追加することにより、制御が複雑化することや、ノイズが差動クロックにのった場合にデータを誤検知する点及び、振幅変調しているために、供給する動作電圧が変動してしまう問題があり、更なる改善が望まれている。また、特許文献1に記載されているパルス幅を変え、データ通信を行なう装置は、複数の抵抗を直列に並べ、導通と非導通を切り替え、電圧レベルを変化させているため、出力インピーダンスが大きくなり、受信回路部の部品選定が難しくなるデメリットがある。また、抵抗を小さくすることで、出力インピーダンスを下げる方法もあるが、逆にロスが大きくなるデメリットも持っている。更に課題をあげると、整流回路後にクロック発生手段を設けているため、クロックが脈打つ問題も抱えている。 However, by adding a new transmission / reception switching signal, the control becomes complicated, the data is erroneously detected when noise is applied to the differential clock, and the amplitude is modulated, so that the signal is supplied. There is a problem that the operating voltage fluctuates, and further improvement is desired. In addition, the device for performing data communication by changing the pulse width described in Patent Document 1 arranges a plurality of resistors in series, switches between conduction and non-conduction, and changes the voltage level. Therefore, there is a demerit that makes it difficult to select parts of the receiving circuit section. In addition, there is a method of lowering the output impedance by reducing the resistance, but conversely has a demerit that loss is increased. As a further problem, since the clock generation means is provided after the rectifier circuit, there is a problem that the clock pulses.
上記従来の様々な問題点を解決するために、本出願に係る第一の発明の目的は、第一の接点に供給するクロックに対して反転したクロック、あるいは、所定のレベル信号を組み合わせて第二の接点にデータを送信するように構成し、動作電圧の安定と、ノイズの影響を受けにくい双方向のデータ通信を実現する2線式データ通信装置を提供することである。 In order to solve the above-described conventional problems, the object of the first invention according to the present application is to combine a clock inverted to a clock supplied to the first contact or a predetermined level signal. An object of the present invention is to provide a two-wire data communication apparatus that is configured to transmit data to two contact points and realizes bidirectional data communication that is less susceptible to noise and stable operation voltage.
また、本出願に係る第二の発明の目的は、一方の送受信ユニットに対し、安定した電源供給を実現することである。 In addition, an object of the second invention according to the present application is to realize a stable power supply to one transmission / reception unit.
本発明に係る第1の発明は、第1の送受信装置と第2の送受信装置を有し、第1および第2の接点を介して、前記送受信装置間のデータ通信を行なう2線式データ通信であって、前記第1の送受信装置は、所定周期のクロックを第一の接点に供給し、かつ、第一の接点に供給するクロックに対して反転したクロック、あるいは、所定のレベル信号をうもう一方の接点に供給するクロック生成手段と、第一の送受信装置の制御を司る第一の制御手段と、第1あるいは第2の接点に流れる電流を検出する電流検出手段を備え、一方、前記第2の送受信装置は、送信されてきた所定情報を記憶する記憶手段と、前記第1および第2の接点に受信した信号から動作電圧を生成する電源生成手段と、所定周期で送信されたクロックを遅延するための遅延手段と、遅延手段の出力クロックに同期してデータを取り込むデータ受信手段と、第1及び第2の接点間のインピーダンスを送信信号に応じて変化させる第二の制御手段とを備え、第一の接点に供給するクロックに対して反転したクロック、あるいは、所定のレベル信号を組み合わせて第二の接点にデータを送信することを特徴とする。 A first invention according to the present invention includes a first transmission / reception device and a second transmission / reception device, and performs two-wire data communication for performing data communication between the transmission / reception devices via first and second contacts. The first transmitting / receiving device supplies a clock having a predetermined cycle to the first contact and receives a clock inverted from the clock supplied to the first contact or a predetermined level signal. A clock generation means for supplying to the other contact; a first control means for controlling the first transmission / reception device; and a current detection means for detecting a current flowing through the first or second contact, The second transmitting / receiving device includes a storage unit for storing the transmitted predetermined information, a power generation unit for generating an operating voltage from the signals received at the first and second contacts, and a clock transmitted at a predetermined cycle. Delay to delay A stage, a data receiving means for capturing data in synchronization with the output clock of the delay means, and a second control means for changing the impedance between the first and second contacts in accordance with the transmission signal, Data is transmitted to the second contact by combining a clock inverted with respect to the clock supplied to the contact or a predetermined level signal.
本発明に係る第2の発明は、第1の発明に記載のデータ通信回路において、前記電源生成手段が第1と第2の接点間に対して全波整流を行なう回路であることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the data communication circuit according to the first aspect, the power generation means is a circuit that performs full-wave rectification between the first and second contacts. To do.
本出願に係る第一の発明によれば、第一の接点に供給するクロックに対して反転したクロック、あるいは、所定のレベル信号を組み合わせて第二の接点にデータを送信するため、振幅変調に比べ、動作電圧を幅広く確保できる。また、オンデューディの高いクロックを2接点に供給し、その2点間の電圧を全波整流していることで、電圧ドロップが極力抑えられる。ゆえに、2点間に伝達される信号のスキューやオーバーシュートなどで電源ドロップが起こったとしても、動作電圧を下回ることはない安定した電源供給が可能になる。 According to the first invention of the present application, since data is transmitted to the second contact by combining a clock inverted with respect to the clock supplied to the first contact or a predetermined level signal, amplitude modulation is performed. In comparison, a wide operating voltage can be secured. In addition, a voltage drop can be suppressed as much as possible by supplying a high on-duty clock to two contacts and performing full-wave rectification of the voltage between the two points. Therefore, even if a power supply drop occurs due to a skew or overshoot of a signal transmitted between two points, a stable power supply that does not fall below the operating voltage is possible.
また、データ受信に関しても、振幅差でなく、電流を検出することで、データを受信するため、ノイズなどによるオーバーシュートやアンダーシュートに影響されにくいデータ通信も可能になる。 Further, regarding data reception, since data is received by detecting current instead of amplitude difference, data communication that is less susceptible to overshoot or undershoot due to noise or the like is also possible.
また、本出願に係る第2の発明によれば、第1と第2の接点間に対して全波整流を行ない、動作電圧を生成させているため、安定した電源供給を実現することができる。 Further, according to the second invention of the present application, full-wave rectification is performed between the first and second contacts to generate an operating voltage, so that stable power supply can be realized. .
以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to examples.
図1は、本発明の第1の実施例に係る代表的な2線式データ通信回路であり、このデータ通信回路では、第1の送受信ユニット100と第2の送受信ユニット200とが、2個の接点A、および、Bを介してデータ通信を行なうことができる。まず、図1を用いて、第1の実施例に係るデータ通信システムの構成を説明する。
FIG. 1 shows a typical two-wire data communication circuit according to the first embodiment of the present invention. In this data communication circuit, two first transmission /
第1の送受信ユニット100には、送受信ユニット100の制御を司る制御部101と、制御部101からの送信データを送受信ユニット200に送信するためにクロック化するクロック生成部102と、抵抗103から106、抵抗104に流れる電流を比較するためのコンパレータ107が構成されている。
The first transmission /
一方、第2の送受信ユニット200には、送受信ユニット200の制御を司る制御部201と、接点AおよびB間の電圧を整流し制御部201の電源を供給するための全波整流回路202と、全波整流回路202で整流した信号を平滑し、蓄電するための平滑コンデンサ203と、抵抗204と、抵抗204を2本の信号線にターミネートするためのスイッチ205と、バッファ206と、遅延回路207、そして、Dフリップフロップ208が構成されている。
On the other hand, the second transmission /
次に本実施例の動作について説明する。まず、第1の送受信ユニット100から第2の送受信ユニット200へのデータ転送は次のように行なう。
Next, the operation of this embodiment will be described. First, data transfer from the first transmission /
第1の送受信ユニット100において、制御部101は送受信ユニット200に送信するためのデータをクロック生成部102に送信する。データを受信したクロック生成部102は受信したデータの論理を解析し、解析した内容にしたがってクロックを生成する。このときクロック生成部102は、接点A側のラインにはオンデューティの大きい一定周期のクロックを送信し、接点B側のラインには、ハイレベルを送信するときは接点A側に送信したクロックの反転したクロックを接点A側に送信したクロックと同期させて送信し、ロウレベルを送信する時はそのままロウレベルを送信する。
In the first transmission /
これらの信号を受信した第2の送受信ユニット200では、まず接点Aと接点B間の電圧に対し全波整流回路202を通して全波整流が行ない、次いで、平滑コンデンサ203により整流した電圧を平滑して制御部201の動作電圧とする。オンデューティの大きいクロックを第二の送受信ユニット200に送信する理由は、全波整流した時の電圧を極力多く取り、制御部201への電圧が安定して供給できるようにするためである。制御部201の消費電力が少ないほど第一の送受信ユニット100から第二の送受信ユニット200に送信するデータのデューティを狭くすることでデータ通信の高速化が可能である。
In the second transmission /
また第一の送受信ユニット100から接点A、接点Bに送信されたデータはバッファ206で波形形成され、さらに接点Aを通った信号のみ遅延回路207を介し、Dフリップフロップ208に送信される。接点AおよびBからDフリップフロップ208までの信号の流れを具体的に現した図が図2である。以下、図2を基にして送信データの受信方法を説明する。
The data transmitted from the first transmission /
AおよびBは、それぞれ接点AおよびBに送信されるデータを現し、Aにはオンデューティの大きい一定周期のクロックが送信され、Bについては、信号論理がハイレベルの時は、Aに送信されるクロックの反転したクロックが送信され、信号論理がロウレベルの時は、ロウレベルが送信される。接点Aに送信されるクロックは遅延回路207によって遅延されるため、その出力(207出力)は接点Aに送信されるクロックよりも若干遅れてDフリップフロップ208のクロック端子に入力される。このためDフリップフロップ208のクロック端子の立下り時に、D端子に入力される接点Bの信号のレベルを確定することができる。したがって第一の送受信ユニット100から送信したデータを再現することが可能になる。
A and B represent data transmitted to the contacts A and B, respectively, and a clock with a constant cycle with a large on-duty is transmitted to A. When B is high in signal logic, it is transmitted to A. When the signal logic is low level, a low level is transmitted. Since the clock transmitted to the contact A is delayed by the
次に、第2の送受信ユニット200からの送信データを第1の送受信ユニット100が受信する際の動作について説明する。
Next, an operation when the first transmission /
制御部201からのデータはスイッチ205をオン/オフすることにより、接点AおよびB間に構成された抵抗204の導通/非導通を切り替えることができる。
Data from the
制御部201からのデータがハイレベルの場合、スイッチ205がオンされ、抵抗204が導通する。したがって第2の送受信ユニット200の入力インピーダンスが低下するため、抵抗103、104に流れる電流が大きくなる。一方、制御部201からのデータがロウレベルの場合、スイッチ205がオフされ、抵抗204が非道通になる。したがって第二の送受信ユニット200の入力インピーダンスが増加するため抵抗103、104に流れる電流が小さくなる。
When the data from the
このようにスイッチ205のオン/オフに応じて抵抗104、105に流れる電流値が変化する。
As described above, the value of the current flowing through the
これを検出することによって、送信データの論理レベルを判断することができ、第2の送受信ユニット200から第1の送受信ユニット100への通信が可能になる。
By detecting this, the logical level of the transmission data can be determined, and communication from the second transmission /
本実施例1では、図1に示すように、抵抗R104の両端電圧をコンパレータ107に入力し電流を検出する構成になっている。次にこの構成における動作を具体的に図3を基に説明する。
In the first embodiment, as shown in FIG. 1, the voltage across the resistor R104 is input to the
図3は、第1の送受信ユニット100が第2の送受信ユニット200からのデ−タを受信する際の動作タイミングチャートである。スイッチ205オン時は、先に述べたように、入力インピーダンスが低くなるため、抵抗104に流れる電流が増加し、その電圧降下によってコンパレータ107に入力される電圧差が大きくなり、信号のレベル検知が可能になる。例えば、スイッチ205がオンの状態で、かつ、接点Aにハイレベル、接点Bにロウレベルが出力される場合、コンパレータ107の反転入力端子は非反転入力端子よりも電圧が低下するため、コンパレータ107はハイレベルを出力する。また、接点Aにロウレベル、接点Bにハイレベルが出力される場合は、コンパレータ107の反転入力端子は非反転入力端子よりも電圧が高くなるため、コンパレータ107はロウレベルを出力する。つまりスイッチ205がオンの状態のとき、コンパレータ107の出力は接点Aのタイミングに追従して出力される。このコンパレータ107からの出力は、スイッチ205がオンされている期間は常にクロックが出力され続けるため、制御部101にてクロックがコンパレータ107から出力され続けているか監視することで、第二の送受信ユニット200からの送信信号がハイレベルであることを判断することができる。
FIG. 3 is an operation timing chart when the first transmission /
一方、スイッチ205オフ時は、入力インピーダンスが高くなり抵抗104に流れる電流が減少するため、電圧降下もほとんど生じなくなる。このためコンパレータ107に入力される電圧は、抵抗105、106の組み合わせで決まり、図1の場合、反転入力端子がプルアップ、非反転入力端子がプルダウンされているため、コンパレータ107からの出力は常にロウレベルとなる。
On the other hand, when the
以上のように、第2の送受信ユニット200からの送信データを、抵抗に流れる電流をコンパレータ107で検出することで確認することができる。
As described above, transmission data from the second transmission /
従来の方法では、振幅変調でデータ送信を行なっているため、電圧差を検出するだけの動作電圧が必ず振れてしまう点と、スキューやアンダーシュートなどによる電圧ドロップを両立させる必要があり、安定した電源供給が難しい系であった。しかし、本実施例によると、動作電圧範囲を幅広くとれるため、安定した電源供給の可能な2線式データ通信回路が実現できる。また、動作電圧も小さく設定してもデータ転送が可能なため、動作電圧をなるべく小さく設定でき、消費電力も抑制することが可能になる。 In the conventional method, since data transmission is performed by amplitude modulation, it is necessary to make the operating voltage sufficient to detect the voltage difference always swing and voltage drop due to skew, undershoot, etc. Power supply was difficult. However, according to the present embodiment, since the operating voltage range can be widened, a two-wire data communication circuit capable of supplying stable power can be realized. In addition, since data transfer is possible even when the operating voltage is set to be small, the operating voltage can be set as small as possible and power consumption can be suppressed.
実施例1では第一の送受信ユニットから送信するデータがハイレベルの時に、所定周期のクロックに対して反転したクロックを送信し、また、第一の送受信ユニットから送信するデータがロウレベルの時はそのままロウレベルを出力しデータ通信を行なった。 In the first embodiment, when data transmitted from the first transmission / reception unit is at a high level, a clock that is inverted with respect to a clock of a predetermined cycle is transmitted, and when data transmitted from the first transmission / reception unit is at a low level Low level was output and data communication was performed.
これとは逆に、第一の送受信ユニットから送信するデータがハイレベルの時に、ロウレベルを出力し、また、第一の送受信ユニットから送信するデータがロウレベルの時は所定周期のクロックに対して反転したクロックを送信することでデータ通信が行なえることは言うまでもない。 Conversely, when the data transmitted from the first transmission / reception unit is at a high level, a low level is output. When the data transmitted from the first transmission / reception unit is at a low level, the data is inverted with respect to a clock having a predetermined cycle. It goes without saying that data communication can be performed by transmitting the clock.
また、遅延回路で遅延する時間を見越してクロック生成部からクロックを出力すれば、遅延回路を省くことが出来ることは言うまでもない。 Needless to say, if the clock is output from the clock generator in anticipation of the delay time in the delay circuit, the delay circuit can be omitted.
100 第1の送受信ユニット
101 制御部
102 クロック生成部
103 抵抗
104 抵抗
105 抵抗
106 抵抗
107 コンパレータ
200 第2の送受信ユニット
201 制御部
202 全波整流回路
203 平滑コンデンサ
204 抵抗
205 スイッチ
206 バッファ
207 遅延回路
208 Dフリップフロップ
300 コントロール装置
301 データキャリア装置
302 電圧レベル発生回路
303 データ送信回路
304 クロック発生回路
305 信号検出回路
306 LSI等価抵抗
100 first transmission /
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