JP2008300951A - データ送信装置及びデータ送信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】遅延及びスキューをより確実に抑制することでコモンモードノイズの発生を抑制することができるデータ送信装置及びデータ送信方法を提供する。
【解決手段】本発明は、差動信号のデータ伝送を行う際に、該差動信号の遅延及びスキューを補償して出力するデータ送信装置１０であって、遅延素子２１ａ〜２１ｆが設けられた複数の差動出力段を有し、複数の差動出力段を切り換えることで遅延の補償を行う遅延制御回路２０と、遅延制御回路２０に接続され、信号の立ち上がり速度がそれぞれ異なる複数の差動出力段を有するスキュー制御回路３０と、クロック信号と、前記クロック信号と同期するデータ信号とが入力され、データ信号に基づいて遅延制御信号Ｄ１，Ｄ０及びスキュー制御信号Ｓ１，Ｓ０を生成して遅延制御回路２０及びスキュー制御回路３０に入力することで、それぞれの差動出力段の切り換えを制御する構成である。
【選択図】図１

Description

本発明は、データ送信装置及びデータ送信方法に関し、特に、差動信号の相互間のスキュー及び遅延を抑制することができるデータ送信装置及びデータ送信方法に関する。

高速デジタル通信システムにおいて、差動信号を用いた伝送方式が使用されている。差動信号を用いた伝送方式は、１つの入力信号に対してポジティブ（Ｐ）信号とネガティブ（Ｎ）信号２つの出力信号を使用し、ネガティブ信号に対するポジティブ信号の電位がプラスであればＨ（Ｈｉｇｈ）レベルとし、ネガティブ信号に対するポジティブ信号の電位がマイナスであればロー（Ｌｏｗ）レベルとして認識する。

図８は、差動信号の伝送方式を説明する回路図である。図８において、１は送信側デバイスに設けられた差動信号送信部を、２，３は差動信号出力端子を、４，５は差動信号伝送路を、６は電流電圧変換用抵抗を、７，８は差動信号入力端子を、９は受信側デバイスに設けられた差動信号受信部を示している。送信時に送信側デバイスから出力されたポジティブ（図中のOUT+）及びネガティブ（図中のOUT-）の差動信号がそれぞれ差動信号伝送路４，５を介して差動信号入力端子７，８から差動信号受信部９に入力される。このとき、電流電圧変換用抵抗６の両端部の電圧を基準として、Ｈレベル及びＬレベルの判別を行う。

図９は、図８に示す差動信号送信部の回路図である。図９において、ｔ１〜ｔ４はＭＯＳ型のトランジスタを示し、ここで、トランジスタｔ１，ｔ２がポジティブの差動信号の差動出力段を構成し、トランジスタｔ３，ｔ４がネガティブの差動信号の差動出力段を構成する。また、１０１は差動出力段低電流回路を、１０２，１０３は差動信号出力端子を、１０４は差動出力段を制御する内部回路を示している。

図１０は、差動信号の波形を示す図である。差動信号の伝送方式では、図１０（ａ）に示すように、伝送線路長に起因して差動信号の相互間で、信号波形の立ち上がり及び立ち下がりの、時間軸に対する傾き（電位の変化量）を示すスキューや、図１０（ｂ）に示すように、信号波形の立ち上がり及び立ち下がりのタイミングがずれてしまう遅延がノイズの発生原因となることが知られている。差動信号の伝送方式としては、例えば、下記特許文献のものがある。

特開２００４−３２７７９７号公報 特開２００４−３２０４７１号公報 特開２００６−１０７２９２号公報

ところで、従来の差動信号の伝送方式において、遅延及びスキューは、対となる差動信号を伝送する２本の伝送路がグラウンドに対して共通した動作を行う状態（コモンモード）が重畳したときに、電磁放射ノイズ（コモンモードノイズ）が増大する原因となってしまうことが懸念されていた。従来では、遅延とスキューのいずれかを補償することでコモンモードノイズの低減が図られているが、十分とはいえず、遅延及びスキューをより確実に抑制できるように改善が望まれていた。

特許文献１は、差動出力ドライブ回路と、遅延素子とを備えた構成であって、差動出力ドライブ回路において、線路長差による信号遅延時間を補償することによってスキューの発生を抑制するものであるが、対となる差動信号のペアが多数となる場合には差動信号間のスキューを補正することができない。
特許文献２は、出力バッファから出力された送信ライン信号と出力バッファ前段の送信信号とを比較し、出力差動出力間の遅延を補正する構成であるが、上記文献と同様に、差動信号のペアが多数となる場合には差動信号間のスキューの補正ができない点で改善の余地があった。
特許文献３は、ＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signal）インターフェースにおいて、クロック信号及びデータ信号のジッター値を測定し、ジッター値に応じて差動クロック信号の周波数を変化させる構成であるが、スキューが大きい場合には転送速度を上げることができない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、差動信号の伝送方式において、遅延及びスキューをより確実に抑制することでコモンモードノイズの発生を抑制することができるデータ送信装置及びデータ送信方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）差動信号のデータ伝送を行う際に、該差動信号の遅延及びスキューを補償して出力するデータ送信装置であって、
遅延素子が設けられた複数の差動出力段を有し、前記複数の差動出力段を切り換えることで遅延の補償を行う遅延制御回路と、
前記遅延制御回路に接続され、信号の立ち上がり速度がそれぞれ異なる複数の差動出力段を有するスキュー制御回路と、
クロック信号と、前記クロック信号と同期するデータ信号とが入力され、前記データ信号に基づいて遅延制御信号及びスキュー制御信号を生成し、前記遅延制御信号及び前記スキュー制御信号を前記遅延制御回路及び前記スキュー制御回路に入力することで、それぞれの前記差動出力段の切り換えを制御する駆動回路とが設けられていることを特徴とするデータ送信装置。
（２）前記遅延制御回路と前記スキュー制御回路とがそれぞれ同じ数ずつ複数設けられていることを特徴とする上記（１）に記載のデータ送信装置。
（３）前記駆動回路が、フリップフロップ回路から構成されていることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のデータ送信装置。
（４）差動信号のデータ伝送を行う際に、該差動信号の遅延及びスキューを補償して出力するデータ送信方法であって、
遅延制御回路において、遅延素子が設けられた複数の差動出力段によって、前記複数の差動出力段を切り換えることで遅延の補償を行う工程と、
スキュー制御回路において、信号の立ち上がり速度がそれぞれ異なる複数の差動出力段を切り換えることでスキューを調整する工程と、
駆動回路にクロック信号と、前記クロック信号と同期するデータ信号とを入力し、前記データ信号に基づいて遅延制御信号及びスキュー制御信号を生成し、前記遅延制御信号及び前記スキュー制御信号を前記遅延制御回路及び前記スキュー制御回路に入力することで、それぞれの前記差動出力段の切り換えを制御する工程が設けられていることを特徴とするデータ送信方法。
（５）前記遅延制御回路と前記スキュー制御回路とがそれぞれ同じ数ずつ複数設けられていることを特徴とする上記（４）に記載のデータ送信方法。
（６）前記駆動回路が、フリップフロップ回路から構成されていることを特徴とする上記（４）又は（５）に記載のデータ送信方法。

本発明は、遅延制御回路とスキュー制御回路とがそれぞれ複数の差動出力段を備え、また、駆動回路から遅延制御回路とスキュー制御回路に遅延制御信号とスキュー制御信号とを入力することで、各差動出力段を切り換え、遅延とスキューの制御を同時に行うことができる構成である。こうすれば、遅延とスキューとの両方を補償することができるため、コモンモードが重畳したときにコモンモードノイズをより確実に低減することができる。
本発明にかかるデータ送信装置及びデータ送信方法は、高速デジタル情報通信を使用する機器に好適であり、例えば、デジタルカメラの演算処理部や液晶表示装置の駆動処理部に用いることができる。

本発明によれば、差動信号の伝送方式において、遅延及びスキューをより確実に抑制することでコモンモードノイズの発生を抑制することができるデータ送信装置及びデータ送信方法を提供できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
図１は、本発明にかかるデータ送信装置の構成を示す図である。図２は、図１の遅延制御回路を示す図である。図３は、差動信号の遅延及びスキューの状態を説明する図である。データ送信装置１０は、差動信号の遅延を調整する遅延制御回路２０と、差動信号のスキューを制御するスキュー制御回路３０とを備えている。

データ送信装置１０は、差動信号を入力するための差動入力端子１２より差動信号が入力させる。入力された差動信号は、遅延制御回路２０に伝送され、遅延制御が行われ、その後、スキュー制御回路３０に伝送され、スキュー制御が行われる。そして、ポジティブ及びネガティブからなるペアの差動信号がそれぞれ、差動出力端子１４及び１６より出力される。

図２に示すように、遅延制御回路２０は、複数の遅延素子２１ａ〜２１ｆと、これら複数の遅延素子２１ａ〜２１ｆのうち所定の数だけ接続されている差動出力段を複数備えた構成を有している。なお、本実施形態の遅延制御回路２０は、３個の差動出力段を備えた構成を例に説明する。

遅延制御回路２０は、１個の遅延素子２１ａが接続された差動出力段と、２個の遅延素子２１ｂ，２１ｃが接続された差動出力段と、３個の遅延素子２１ｄ，２１ｅ，２１ｆが接続された差動出力段とを備えている。差動出力段は、それぞれ接続されている遅延素子の数が異なるため、各差動出力段で伝送される信号の遅延がことなる構成であり、本実施形態では、遅延に応じて所定の作動出力段を選択することで遅延の補償を行う。これら差動出力段のそれぞれには、遅延制御信号Ｄ１，Ｄ０が入力可能に構成されている。遅延を制御する際には、所定の遅延制御信号Ｄ１，Ｄ０を入力することで、差動出力段が切り換えられ、任意の差動出力段が選択される構成である。各差動出力段に接続される遅延素子の数は限定されず、各差動出力段ごとに信号の遅延が異なるように設定することができれば変更することができる。具体的には、図３（ｂ）に示すように、ポジティブとネガティブとの対の差動信号同士の信号の立ち上がるタイミング及び立ち下がるタイミングとが同時になるように、少なくとも一方の信号を遅延させて調整する。こうすることで、差動信号同士の遅延を補償することができる。

また、遅延制御回路２０には、スキュー制御回路３０の差動出力段を切り換えるためのスキュー制御信号Ｓ１，Ｓ０が入力可能な構成である。スキュー制御回路３０の差動出力段については次に説明する。

図１に示すように、スキュー制御回路３０は、差動出力段低電流回路３２と、複数のＭＯＳ型のトランジスタＴ１〜Ｔ１２とを備えている。スキュー制御回路３０は、差動信号のポジティブ側に、トランジスタＴ１，Ｔ２が接続された差動出力段Ｓ１Ｐと、トランジスタＴ３，Ｔ４が接続された差動出力段Ｓ２Ｐと、トランジスタＴ５，Ｔ６が接続された差動出力段Ｓ３Ｐとを有し、同様に、ネガティブ側に、トランジスタＴ７，Ｔ８が接続された差動出力段Ｓ１Ｂと、トランジスタＴ９，Ｔ１０が接続された差動出力段Ｓ２Ｂと、トランジスタＴ１１，Ｔ１２が接続された差動出力段Ｓ３Ｂとを有している。本実施形態は、スキュー制御回路３０がポジティブ側及びネガティブ側にそれぞれ３つの差動出力段を有する構成を例に説明するが、差動出力段の数は特に限定されない。また、本実施形態では、遅延制御回路２０の差動出力段と、スキュー制御回路３０の差動出力段との数を同じとした。

トランジスタＴ１〜Ｔ１２は、それぞれ導通させる電流の量が異なるものが用いられており、例えば、差動出力段Ｓ１Ｐ，Ｓ２Ｐ，Ｓ３Ｐでは、接続されたトランジスタに基づいてそれぞれ信号の立ち上がり速度及び立ち下がり速度が異なる。このため、差動信号を入力する差動出力段Ｓ１Ｐ，Ｓ２Ｐ，Ｓ３Ｐを切り換えることによって、スキューを抑制することができる。

具体的には、図３（ａ）に示すように、差動信号のうち一方の信号の立ち上がり速度が速く、時間軸に対する信号波形の角度が大きい場合には、立ち下がり速度が小さい差動出力段に切り換えることで、スキューを抑制することができる。また、差動信号のうち一方の信号の立ち上がり速度が遅く、時間軸に対する信号波形の角度が小さい場合には、立ち下がり速度が大きい差動出力段に切り換えることで、スキューを抑制することができる。

スキューを制御する工程で、遅延制御回路２０に入力されたスキュー制御信号Ｓ１，Ｓ０に基づいて、スキュー制御回路３０の差動出力段を切り換えることができる。

ポジティブ側の差動出力段Ｓ１Ｐ，Ｓ２Ｐ，Ｓ３Ｐのそれぞれに差動出力端子１４が接続され、ネガティブ側の差動出力段Ｓ１Ｂ，Ｓ２Ｂ，Ｓ３Ｂのそれぞれに差動出力端子１６が接続されている。

遅延制御信号Ｄ１，Ｄ０及びスキュー制御信号Ｓ１，Ｓ０は、後述する駆動回路から入力される。

図４は、図１に示すデータ送信装置の別の構成例を示す図である。複数のデータ送信装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃが並列的に配列され、それぞれに複数のデータ送信装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのそれぞれに遅延制御信号及びスキュー制御信号を入力する駆動回路４０が設けられている。本実施形態では、３つのデータ送信装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃを並列した構成としたが、データ送信装置の数は限定されてない。データ送信装置１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃのそれぞれには、差動入力信号ＩＮ１，ＩＮ２，ＩＮ３が入力される。また、データ送信装置１０Ａには、駆動回路４０から遅延制御信号Ｄ１１，Ｄ０１とスキュー制御信号Ｓ１１，Ｓ０１が入力される。データ送信装置１０Ａは、遅延制御信号Ｄ１１，Ｄ０１とスキュー制御信号Ｓ１１，Ｓ０１に基づいて、差動信号の遅延制御及びスキュー制御を行い、その後、ポジティブ及びネガティブの差動出力信号ＯＵＴ１+，ＯＵＴ１−を出力する。データ送信装置１０Ｂには、駆動回路４０から遅延制御信号Ｄ１２，Ｄ０２とスキュー制御信号Ｓ１２，Ｓ０２が入力される。データ送信装置１０Ｂは、遅延制御信号Ｄ１２，Ｄ０２とスキュー制御信号Ｓ１２，Ｓ０２に基づいて、差動信号の遅延制御及びスキュー制御を行い、その後、ポジティブ及びネガティブの差動出力信号ＯＵＴ２+，ＯＵＴ２−を出力する。データ送信装置１０Ｃには、駆動回路４０から遅延制御信号Ｄ１３，Ｄ０３とスキュー制御信号Ｓ１３，Ｓ０３が入力される。データ送信装置１０Ｃは、遅延制御信号Ｄ１３，Ｄ０３とスキュー制御信号Ｓ１３，Ｓ０３に基づいて、差動信号の遅延制御及びスキュー制御を行い、その後、ポジティブ及びネガティブの差動出力信号ＯＵＴ３+，ＯＵＴ３−を出力する。

図５は、駆動回路の構成を示す図である。図６は、図５の駆動回路に入力されるクロック信号及びデータ信号の一例を示す図である。
図５に示すように駆動回路４０は、順列回路の基本要素であり、１ビットの情報を保持することができるフリップフロップ回路Ｆ１〜Ｆ１２を複数配列した構成からなる。フリップフロップ回路Ｆ１〜Ｆ１２には、図示しないクロック信号生成部からクロック信号が入力される。クロック信号は、図６に示すように、一定の時間間隔を有するパルス波形を示す。

また、フリップフロップ回路Ｆ１には、クロック信号と同期したデータ信号が入力される。フリップフロップ回路Ｆ１〜１２は、クロック信号に応じて、データ信号に応じた遅延制御信号Ｄ１１，Ｄ０１，Ｄ１２，Ｄ０２，Ｄ１３，Ｄ０３及びスキュー制御信号Ｓ１１，Ｓ０１，Ｓ１２，Ｓ０２，Ｓ１３，Ｓ０３を出力する。駆動回路４０は、複数のフリップフロップ回路から構成され、クロック信号と該クロック信号に同期するデータ信号を用いており、データ信号はデータ送信装置に対する複数の設定を行うことができる。駆動回路４０は、データ信号の設定１のデータに基づいて、データ送信装置１０Ａに対して遅延制御信号Ｄ１１，Ｄ０１と、スキュー制御信号Ｓ１１，Ｓ０１とを出力し、データ信号の設定２のデータに基づいて、データ送信装置１０Ｂに対して遅延制御信号Ｄ１２，Ｄ０２と、スキュー制御信号Ｓ１２，Ｓ０２とを出力し、データ信号の設定３のデータに基づいて、データ送信装置１０Ｃに対して遅延制御信号Ｄ１３，Ｄ０３と、スキュー制御信号Ｓ１３，Ｓ０３とを出力する。

図７は、差動信号の出力波形の制御前の状態と制御後の状態を示す図である。図７に示すように、データ送信装置のそれぞれに入力された差動信号同士の遅延やスキューにばらつきがある状態であっても、本実施形態の構成によれば、１つの駆動回路４０を用いることで、複数のデータ送信装置１０Ａ〜１０Ｃに対して同時に差動信号の遅延制御及びスキュー制御を行うことができる。

上記実施形態の構成によれば、遅延制御回路２０とスキュー制御回路３０とがそれぞれ複数の差動出力段を備え、また、駆動回路４０から遅延制御回路２０とスキュー制御回路３０に遅延制御信号Ｄ１，Ｄ０とスキュー制御信号Ｓ１，Ｓ０とを入力することで、各差動出力段を切り換え、遅延とスキューの制御を同時に行うことができる構成である。こうすれば、遅延とスキューとの両方を補償することができるため、コモンモードが重畳したときにコモンモードノイズをより確実に低減することができる。

本発明にかかるデータ送信装置の構成を示す図である。 図１の遅延制御回路を示す図である。 差動信号の遅延及びスキューの状態を説明する図である。 データ送信装置の別の構成例を示す図である。 駆動回路の構成を示す図である。 駆動回路に入力されるクロック信号及びデータ信号の一例を示す図である。 差動信号の出力波形の制御前の状態と制御後の状態を示す図である。 差動信号の伝送方式を説明する回路図である。 図８に示す差動信号送信部の回路図である。 差動信号の波形を示す図である。

符号の説明

１０ データ送信装置
２０ 遅延制御回路
３０ スキュー制御回路
４０ 駆動回路
Ｄ１，Ｄ０ 遅延制御信号
Ｄ１１，Ｄ０１，Ｄ１２，Ｄ０２，Ｄ１３，Ｄ０３ 遅延制御信号
Ｓ１，Ｓ０ スキュー制御信号
Ｓ１１，Ｓ０１，Ｓ１２，Ｓ０２，Ｓ１３，Ｓ０３ スキュー制御信号
Ｔ１〜Ｔ１２ トランジスタ

Claims (6)

1. 差動信号のデータ伝送を行う際に、該差動信号の遅延及びスキューを補償して出力するデータ送信装置であって、
   遅延素子が設けられた複数の差動出力段を有し、前記複数の差動出力段を切り換えることで遅延の補償を行う遅延制御回路と、
   前記遅延制御回路に接続され、信号の立ち上がり速度がそれぞれ異なる複数の差動出力段を有するスキュー制御回路と、
   クロック信号と、前記クロック信号と同期するデータ信号とが入力され、前記データ信号に基づいて遅延制御信号及びスキュー制御信号を生成し、前記遅延制御信号及び前記スキュー制御信号を前記遅延制御回路及び前記スキュー制御回路に入力することで、それぞれの前記差動出力段の切り換えを制御する駆動回路とが設けられていることを特徴とするデータ送信装置。
2. 前記遅延制御回路と前記スキュー制御回路とがそれぞれ同じ数ずつ複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載のデータ送信装置。
3. 前記駆動回路が、フリップフロップ回路から構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のデータ送信装置。
4. 差動信号のデータ伝送を行う際に、該差動信号の遅延及びスキューを補償して出力するデータ送信方法であって、
   遅延制御回路において、遅延素子が設けられた複数の差動出力段によって、前記複数の差動出力段を切り換えることで遅延の補償を行う工程と、
   スキュー制御回路において、信号の立ち上がり速度がそれぞれ異なる複数の差動出力段を切り換えることでスキューを調整する工程と、
   駆動回路にクロック信号と、前記クロック信号と同期するデータ信号とを入力し、前記データ信号に基づいて遅延制御信号及びスキュー制御信号を生成し、前記遅延制御信号及び前記スキュー制御信号を前記遅延制御回路及び前記スキュー制御回路に入力することで、それぞれの前記差動出力段の切り換えを制御する工程が設けられていることを特徴とするデータ送信方法。
5. 前記遅延制御回路と前記スキュー制御回路とがそれぞれ同じ数ずつ複数設けられていることを特徴とする請求項４に記載のデータ送信方法。
6. 前記駆動回路が、フリップフロップ回路から構成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載のデータ送信方法。

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