JP2007096903A - パラレルシリアル変換回路およびそれを用いた電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】クロック周波数やデータ幅を柔軟に設定可能なパラレルシリアル変換回路を提供する。
【解決手段】パラレルシリアル変換回路100は、クロック周波数f、m×n(m、nは自然数)ビットのパラレルデータを、クロック周波数f×m×n、1ビットのシリアルデータに変換する。第1変換部10は、m×nビットのパラレルデータを、クロック周波数f×n、mビットのパラレルデータDpに変換する。第2変換部12は、第1変換部10から出力されるクロック周波数f×n、mビットのパラレルデータDpを、クロック周波数f×n×m、1ビットのシリアルデータDoutに変換する。クロック信号生成回路20は、第1変換部10に、周波数f×nのクロック信号CK1を、第2変換部12に、周波数f×n×mのクロック信号CK2をそれぞれ供給する。
【選択図】図1
【解決手段】パラレルシリアル変換回路100は、クロック周波数f、m×n(m、nは自然数)ビットのパラレルデータを、クロック周波数f×m×n、1ビットのシリアルデータに変換する。第1変換部10は、m×nビットのパラレルデータを、クロック周波数f×n、mビットのパラレルデータDpに変換する。第2変換部12は、第1変換部10から出力されるクロック周波数f×n、mビットのパラレルデータDpを、クロック周波数f×n×m、1ビットのシリアルデータDoutに変換する。クロック信号生成回路20は、第1変換部10に、周波数f×nのクロック信号CK1を、第2変換部12に、周波数f×n×mのクロック信号CK2をそれぞれ供給する。
【選択図】図1
Description
本発明は、パラレルシリアル変換回路に関する。
携帯電話端末やPDA、DVDレコーダなど、多くの電子機器に、信号処理用の複数のLSIが搭載されている。こうした電子機器においては、情報処理量の増加にともない、複数のLSI間で送受信するデータ量も増加の一途をたどっている。LSI間のデータの送受信をパラレル信号を介して行う場合、ビット幅の増加に伴い、信号線の本数およびLSIのピン数が増加するため、セットの小型化の障壁となってしまう。
そこで、近年、低電圧差動信号(Low Voltage Differential Signal、以下、LVDSという)を用いたデータ伝送が行われるようになっている(たとえば特許文献1参照)。LVDSを用いたデータ伝送は、パラレルデータを、高速なクロック信号を用いてパラレルシリアル変換し、差動信号を用いてデータ転送を行うものである。このようなLVDSによるデータ伝送技術は、たとえば折り畳み型携帯電話端末の2つ筐体を接続するヒンジ部の配線数を低減するために用いられている。
パラレルシリアル変換には、高速なクロック信号が必要とされる。こうした高速なクロック信号の生成には、PLL(Phase Locked Loop)が用いられている。このPLLは、入力された基準クロック信号を逓倍して出力するものであって、位相比較器、電圧制御発振器(Voltage Control Oscillator:以下、VCOという)、分周器およびループフィルタを含んで構成されるのが一般的である。
しかしながら、LVDSを用いたデータ伝送では、100MHzを超える高速なクロックを必要とする。このような高速なクロックを一般的なPLLを用いて生成する場合、VCOおよび分周器の動作周波数を高く設定する必要が生じる。VCOや分周器の動作周波数を高く設定すると、回路の消費電流が増加し、また回路設計の難易度が高くなる。
また、VCO内部のリングオシレータを構成する複数の遅延回路(インバータ)から出力される、たがいに位相がシフトした多相クロック信号を利用してパラレルシリアル変換する方法も考えられる。しかしながら、この場合、リングオシレータの回路面積が大きくなる上、遅延回路の段数によって、パラレルシリアル変換可能なデータ幅が固定されてしまうという問題がある。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、クロック周波数やデータ幅を柔軟に設定可能なパラレルシリアル変換回路の提供にある。
本発明のある態様は、クロック周波数f、m×n(m、nは自然数)ビットのパラレルデータを、クロック周波数f×m×n、1ビットのシリアルデータに変換するパラレルシリアル変換回路である。このパラレルシリアル変換回路は、m×nビットのパラレルデータを、クロック周波数f×n、mビットのパラレルデータに変換する第1変換部と、第1変換部から出力されるクロック周波数f×n、mビットのパラレルデータを、クロック周波数f×n×m、1ビットのシリアルデータに変換する第2変換部と、第1変換部に、周波数f×nのクロック信号を、第2変換部に、周波数f×m×nのクロック信号をそれぞれ供給するクロック信号生成回路と、を備える。
この態様によると、パラレルシリアル変換を2段階に分けて行うことにより、クロック周波数や、データ幅の設定を柔軟に行うことができる。
第2変換部は、周波数f×nであって互いに位相がシフトしたm個の多相クロック信号にもとづき、パラレルシリアル変換してもよい。この態様によれば、多相クロック信号の周波数を実質的にf×m×nに設定するとともに、個々の信号の周波数を、f×nに抑えることができる。
クロック信号生成回路は、m段の遅延回路を含む電圧制御発振器と、電圧制御発振器の出力信号を1/nに分周する分周器と、分周器の出力信号と、外部から入力される基準クロック信号の位相誤差に応じた電圧を、電圧制御発振器に出力する位相比較器と、を含んでもよい。このクロック信号生成回路は、電圧制御発振器の出力信号を、第1変換部に供給するとともに、電圧制御発振器の各遅延回路の出力信号を、多相クロック信号として第2変換部に供給してもよい。
この場合、分周器の分周比を変更することにより、パラレルシリアル変換するデータ幅をmビット刻みで変更することができる。また、電圧制御発振器の発振周波数は、f×m(Hz)となるため、シリアルデータのクロック周波数よりも低く抑えることができ、回路の消費電流を低減することができる。
パラレルシリアル変換回路は、ひとつの半導体基板上に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。シリアルパラレル変換回路を1つのLSIとして集積化することにより、回路面積を削減することができる。
パラレルシリアル変換回路は、パラレルシリアル変換回路の出力信号を差動信号に変換して、差動信号線に出力する差動信号トランスミッタ回路をさらに備えてもよい。差動信号を用いてデータ伝送を行うことにより、ノイズ耐性を向上することができる。
本発明の別の態様は、折り畳み型の電子機器である。この電子機器は、第1筐体に搭載された液晶パネルと、第2筐体に搭載され、液晶パネルに表示すべきデータを生成する演算処理部と、第1、第2筐体を接続する接続部に敷設される差動信号線と、演算処理部により生成されたデータをパラレルシリアル変換し、差動信号線を介して液晶パネルへと送信する上述のパラレルシリアル変換回路と、を備える。
この態様によると、電子機器の消費電力を低減することができるとともに、第1筐体と第2筐体間の接続部に敷設すべき配線数を低減することができ、セットを小型化することができる。
なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明に係るパラレルシリアル変換回路によれば、クロック周波数とデータ幅を柔軟に設定することができる。
図1は、本発明の実施の形態に係るパラレルシリアル変換回路100の構成を示す回路図である。このパラレルシリアル変換回路100は、データ幅(m×n)ビット、周波数fのパラレル入力データDinを、パラレルシリアル変換して、1ビットのシリアル出力データDoutに変換する。以下の実施の形態では、m=5、n=3、f=10MHzの場合を例として説明する。
パラレルシリアル変換回路100は、第1変換部10、第2変換部12、クロック信号生成回路20を備える。パラレルシリアル変換回路100は、第1変換部10、第2変換部12、クロック信号生成回路20が、ひとつの半導体基板上に一体集積化されて構成される。本実施の形態に係るパラレルシリアル変換回路100は、以下で説明するように、2段階に分割してパラレルシリアル変換する。
第1変換部10には、パラレル入力データDinが入力されており、m×n(=15)ビットのパラレルデータを、クロック周波数f×n(=30MHz)、m(=5)ビットのパラレルデータDpに変換する。
第2変換部12は、第1変換部10から出力されるクロック周波数30MHz、5ビットのパラレルデータDpを、クロック周波数f×m×n(=150)MHz、1ビットのシリアル出力データDoutに変換する。
クロック信号生成回路20は、第1変換部10に対して、周波数f×n(=30MHz)のクロック信号CK1を供給する。また、クロック信号生成回路20は、第2変換部12に対して、周波数f×m×n(=150MHz)のクロック信号CK2を供給する。なお、後述するように、クロック信号CK2は、周波数30MHzで、互いに位相が2π/5ずつシフトした5つのクロック信号であり、実質的に150MHzの周波数を有している。以下、クロック信号生成回路20の構成について説明する。
クロック信号生成回路20は、一般的なPLLと同様に構成され、位相比較器22、VCO24、分周器26、タイミング生成部28を含む。分周器26は、VCO24の出力信号の周波数を1/3(=1/n)に分周する。位相比較器22は、分周器26の出力信号CKfbと、外部から入力される基準クロック信号CKrefを比較し、位相誤差に応じた制御電圧Vcntを、VCO24へと出力する。VCO24は、位相比較器22から出力される制御電圧Vcntに応じた周波数で発振する。
クロック信号生成回路20においては、基準クロック信号CKrefと、分周器26の出力信号CKfbの位相差が0に近づくように帰還がかかり、クロック信号生成回路20からは、外部から与えられる基準クロック信号CKrefを3倍に逓倍したクロック信号CKoutが出力される。したがって、本実施の形態において、クロック信号CKoutの周波数は、30MHzとなる。
タイミング生成部28は、分周器26において分周したクロック信号にもとづき、第1変換部10のパラレルシリアル変換のタイミングを指定するロード信号LOADを生成する。ロード信号LOADは、第1変換部10へと出力される。
図2は、VCO24の構成を示す回路図である。本実施の形態に係るVCO24は、リングオシレータ30、バイアス回路34を含む。リングオシレータ30は、m(=5)段の遅延回路32を縦列に接続して構成される。遅延回路32は、インバータなどで構成される。以下、1段目から5段目の各遅延回路32を区別するため、それぞれに32c、32a、32d、32b、32eの符号を付す。
バイアス回路34は、位相比較器22から出力される制御電圧Vcntにもとづいて、遅延回路32a〜32eのバイアス電流を調節する。その結果、VCO24からは、制御電圧Vcntに応じた周波数を有する出力クロック信号CKoutが出力される。出力クロック信号CKoutは、クロック信号CK1として第1変換部10に出力される。
ここで、リングオシレータ30を構成する遅延回路32a〜32eの各出力信号CK2a〜CK2eに着目する。出力信号CK2a〜CK2eは、周波数が30MHzで、位相が互いに2π/m=2π/5づつシフトした信号である。VCO24は、出力信号CK2a〜CK2eを、多相クロック信号CK2として第2変換部12に出力する。多相クロック信号CK2a〜CK2eは、Tp=1/150MHzの時間間隔で、順にハイレベルが現れる信号であるため、実質的な周波数は150MHzと考えることができる。
図1に戻る。上述のように、VCO24の出力クロック信号CKoutの周波数は30MHzであり、これがクロック信号CK1として第1変換部10へと供給される。また、VCO24の遅延回路32a〜32eから出力される多相クロック信号CK2a〜CK2eとして第2変換部12へと出力される。第1変換部10は、クロック信号CK1およびロード信号LOADにもとづきパラレルシリアル変換を行い、第2変換部12は、クロック信号CK2にもとづき、パラレルシリアル変換を行う。
第1変換部10は、一般的なシフトレジスタを用いた構成とすればよいため、内部構成の説明は省略する。また、本実施の形態に係るパラレルシリアル変換回路100の第2変換部12は、たとえば図3に示すようにして構成することができる。図3は、第2変換部12の構成例を示す回路図である。
第2変換部12は、入力部40、トランスファゲート42a〜42e、ANDゲート44a〜44eを含む。第1変換部10から出力されるパラレルデータDpは、入力部40に入力される。入力部40と、第2変換部12の出力端子46の間には、トランスファゲート42a〜42eが設けられている。
ANDゲート44aは、クロック信号CK2eと、クロック信号CK2aの反転信号*CK2aの論理積をトランスファゲート42aに出力する。トランスファゲート42aは、ANDゲート44aの出力がハイレベルの期間オンし、ローレベルの期間オフする。同様にして、ANDゲート44b〜44eは、多相クロック信号CK2a〜CK2eの出力信号にもとづいて、トランスファゲート42b〜42eのオンオフを制御する。
このように構成された第2変換部12の出力端子46からは、多相クロック信号CK2a〜CK2eにもとづき、パラレルデータDpが順にシリアルデータに変換されて出力される。
以上のように構成されたパラレルシリアル変換回路100の動作について、タイムチャートを参照しながら説明する。図4(a)〜(f)は、図1のパラレルシリアル変換回路100の動作状態を表すタイムチャートである。図4(a)は、基準クロック信号CKrefを、同図(b)は、パラレル入力データDinを、同図(c)は、VCO24の出力クロック信号CKout(=CK1)を、同図(d)は、ロード信号LOADを、同図(e)は、パラレルデータDpを、同図(f)は、多相クロック信号CK2を、同図(g)はシリアル出力データDoutを示す。
同図(b)のパラレル入力データDinは、データ幅15ビットで、同図(a)の基準クロックCKrefと同期してパラレルシリアル変換回路100に入力される。基準クロックCKrefの1クロックに相当する時刻T0〜T1の期間に、15ビットのパラレル入力データDin[1〜15]が入力される。第1変換部10は、入力されたパラレル入力データDinを内部のシフトレジスタに保持する。
時刻T1に、ロード信号LOADがハイレベルからローレベルに切り替わったのを契機として、時刻T1から時刻T2の期間、第1変換部10は、クロック信号CK1が入力されるたびに、シフトレジスタの1〜5番目のアドレスに保持されたデータを、パラレルデータDpとして第2変換部12に出力し、さらにシフトレジスタに保持されたデータを、5ビット分づつ、順次シフトする。
同図(c)に示すように、クロック信号生成回路20により生成されるクロック信号CKout(=CK1)の周波数は、基準クロック信号CKrefの3倍の周波数となっている。その結果、第1変換部10からは、30MHzの周波数で、5ビットのデータ幅を有するパラレルデータDpが出力される。
第2変換部12には、クロック信号CK1ごとに入力されるパラレルデータDpが入力される。この第2変換部12には、上述したように、クロック信号CK1と同一の周波数であって、互いに位相がシフトした多相クロック信号CK2a〜CK2eが入力されている。第2変換部12からは、多相クロック信号CK2a〜CK2eの遷移ごとに、シリアル出力データDoutが出力される。
このように、本実施の形態に係るパラレルシリアル変換回路100によれば、パラレル入力信号Dinを、2段階でパラレルシリアル変換することができる。
ここで、比較のために、実施の形態で説明したパラレルシリアル変換を、第1変換部10のみで行う場合(以下、比較方式1という)について考える。比較方式1では、第1変換部10に15ビットのシフトレジスタを実装し、またクロック信号生成回路20に1/15の分周器を実装し、VCOによって150MHzのクロック信号を生成して、パラレルシリアル変換を行うこととなる。この場合、VCOおよび分周器の動作周波数が150MHzと非常に高くなるため、回路の消費電流は高くなってしまう。
一方で、本実施の形態に係るパラレルシリアル変換回路100によれば、VCO24から出力されるクロック信号CKoutの周波数は30MHzであり、比較方式1の場合に比べて、動作周波数を下げることができ、回路の消費電流を低減することができる。
また、比較のために、実施の形態で説明したパラレルシリアル変換を、第2変換部12のみで行う場合(以下、比較方式2という)について考える。比較方式2では、第2変換部12に15個のトランスファゲートを実装するとともに、VCOのリングオシレータに、15段の遅延回路を実装し、15位相の多相クロック信号CK2を生成することとなる。この場合、分周器を使用せずにすむというメリットがあるが、リングオシレータのサイズが大きくなるとともに、パラレルシリアル変換可能なデータ幅が固定されてしまう。
一方で、本実施の形態に係るパラレルシリアル変換回路100によれば、分周器26の分周比を変化させることによって、5ビット刻みでパラレルシリアル変換可能なデータ幅を変化させることができる。また、リングオシレータも、5段の遅延回路で構成すればよいため、回路規模の増大を抑えることができる。
実施の形態で説明したパラレルシリアル変換回路100は、LVDSを用いたデータ転送に好適に用いることができる。図5は、図1のパラレルシリアル変換回路100を用いたLVDSトランスミッタを搭載した電子機器200の構成を示す図である。電子機器200は、たとえば、折り畳み型の携帯電話である。電子機器200は、第1筐体202、第2筐体204、および第1筐体202と第2筐体204を接続する接続部206を備える。
第1筐体202には、液晶パネル218、液晶ドライバ216、LVDSレシーバ214が実装される。また、第2筐体204には、マイクロプロセッサ210、パラレルシリアル変換回路100、LVDSトランスミッタ212が実装されるマイクロプロセッサ210は、ベースバンドICなどであって、液晶パネル218に表示すべきデータを生成する。第1筐体202、第2筐体204を接続する接続部206には、差動信号線220が敷設される。
パラレルシリアル変換回路100は、マイクロプロセッサ210によって生成されたデータを、パラレルシリアル変換し、LVDSトランスミッタ212に出力する。LVDSトランスミッタ212は、差動信号線220を介して接続されたLVDSレシーバ214に対して、シリアルデータを差動信号として伝送する。
液晶ドライバ216は、LVDSレシーバ214において受信した差動信号にもとづき、液晶パネル218を駆動し、マイクロプロセッサ210において生成された画像データを表示する。
上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
実施の形態では、データ幅15ビットのパラレルデータをパラレルシリアル変換する場合について説明したが、データ幅は、自然数m、nの積m×nであればいくつでもよい。また、第1変換部10および第2変換部12において、それぞれ何ビットづつパラレルシリアル変換を行うかは、回路の消費電流や、回路面積などに応じて適宜設計すればよい。
図3には、一例として第2変換部12の構成を示したが、回路形式はこれに限定されるものではなく、多相クロック信号CK2に応じて、順次パラレルデータDpをシリアルデータとして出力可能な構成であればよい。
実施の形態においては、パラレルシリアル変換回路100が一体集積化される場合について説明したが、一部がディスクリート部品で構成されていてもよい。どの部分を集積化するかは、コストや占有面積、用途などに応じて決めればよい。
100 パラレルシリアル変換回路、 10 第1変換部、 12 第2変換部、 20 クロック信号生成回路、 22 位相比較器、 24 VCO、 26 分周器、 28 タイミング生成部、 30 リングオシレータ、 32 遅延回路、 34 バイアス回路、 40 入力部、 42 トランスファゲート、 44 ANDゲート、 46 出力端子、 200 電子機器、 202 第1筐体、 204 第2筐体、 206 接続部、 210 マイクロプロセッサ、 212 LVDSトランスミッタ、 214 LVDSレシーバ、 216 液晶ドライバ、 218 液晶パネル、 220 差動信号線。
Claims (6)
- クロック周波数f、m×n(m、nは自然数)ビットのパラレルデータを、クロック周波数f×m×n、1ビットのシリアルデータに変換するパラレルシリアル変換回路であって、
m×nビットのパラレルデータを、クロック周波数f×n、mビットのパラレルデータに変換する第1変換部と、
前記第1変換部から出力されるクロック周波数f×n、mビットのパラレルデータを、クロック周波数f×n×m、1ビットのシリアルデータに変換する第2変換部と、
前記第1変換部に、周波数f×nのクロック信号を、第2変換部に、周波数f×m×nのクロック信号をそれぞれ供給するクロック信号生成回路と、
を備えることを特徴とするパラレルシリアル変換回路。 - 前記第2変換部は、周波数f×nであって互いに位相がシフトしたm個の多相クロック信号にもとづき、パラレルシリアル変換することを特徴とする請求項1に記載のパラレルシリアル変換回路。
- 前記クロック信号生成回路は、
m段の遅延回路を含む電圧制御発振器と、
前記電圧制御発振器の出力信号を1/nに分周する分周器と、
前記分周器の出力信号と、外部から入力される基準クロック信号の位相誤差に応じた電圧を、前記電圧制御発振器に出力する位相比較器と、
を含み、
前記電圧制御発振器の出力信号を、前記第1変換部に供給するとともに、前記電圧制御発振器の各遅延回路の出力信号を、多相クロック信号として前記第2変換部に供給することを特徴とする請求項2に記載のパラレルシリアル変換回路。 - ひとつの半導体基板上に一体集積化されたことを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のパラレルシリアル変換回路。
- 前記パラレルシリアル変換回路の出力信号を差動信号に変換して、差動信号線に出力する差動信号トランスミッタ回路をさらに備えることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載のパラレルシリアル変換回路。
- 第1筐体に搭載された液晶パネルと、
第2筐体に搭載され、前記液晶パネルに表示すべきデータを生成する演算処理部と、
前記第1、第2筐体を接続する接続部に敷設される差動信号線と、
前記演算処理部により生成されたデータをパラレルシリアル変換し、前記差動信号線を介して前記液晶パネルへと送信する請求項5に記載のパラレルシリアル変換回路と、
を備えることを特徴とする折り畳み型の電子機器。
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