JP2009194600A - Detection circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、USB等を使用した高速シリアル通信システムに使用するシリアルデータ信号が入力されたか否かの入力検出、及び/又はケーブル等の伝送媒体が接続されているか否かの切断検出を行う検出回路に関する。 The present invention detects whether a serial data signal used for a high-speed serial communication system using USB or the like has been input and / or detects whether a transmission medium such as a cable is connected or not. Regarding the circuit.
近年、製品のインタフェースが高速化され高速シリアル通信を使用したシステムの開発が進んでおり、例えばこのような高速シリアル通信としてUSBを使用したものがあった。USBの規格としてはUSB1.1規格があったが、該規格よりも高速な480Mbpsの通信速度を得ることができるUSB2.0規格を使用したシステムの開発が進んでいる。このようなシステムでデータを受信する場合、伝送媒体の接続の有無及び受信データの有無を信号の振幅レベルの値で判定するようにしていた。 In recent years, product interfaces have been speeded up and systems using high-speed serial communication have been developed. For example, such high-speed serial communication uses USB. As a USB standard, there was the USB 1.1 standard, but development of a system using the USB 2.0 standard capable of obtaining a communication speed of 480 Mbps, which is faster than the standard, is in progress. When receiving data with such a system, the presence / absence of connection of the transmission medium and the presence / absence of received data are determined by the value of the amplitude level of the signal.
図6は、USB2.0規格に準拠した切断検出回路の従来例を示した図である。
図6の切断検出回路120は、シリアル伝送線路DP及びDMから伝送された、相反する信号レベルを有する1対のシリアルデータ信号を受信し、該シリアルデータ信号の振幅レベルによってケーブル等の伝送媒体が接続されているか否かの検出を行う切断検出用レシーバ117及び118を備えていた。切断検出用レシーバ117及び118には、受信した差動信号の振幅レベルが所定の値よりも大きくなったときのみ動作するようにしきい値にオフセットが設けられていた。更に、切断検出回路120は、切断検出用レシーバ117及び118の各出力信号OUTa及びOUTbを積分して出力する積分回路114と、積分回路114の出力信号を波形整形して出力するシュミット回路115を備えている。
FIG. 6 is a diagram showing a conventional example of a disconnection detection circuit compliant with the USB 2.0 standard.
The
図7は、図6の各部の信号の例を示したタイミングチャートである。
切断検出用レシーバ117及び118は、それぞれしきい値にオフセットが設けられたレシーバをなし、シリアル伝送線路DP及びDMからしきい値VHSDISCよりも大きい振幅レベルのシリアルデータ信号を受信すると、該受信したシリアルデータ信号に応じたパルス信号をそれぞれ生成して出力信号OUTa及びOUTbとして出力する。一方、シリアル伝送線路DP及びDMからしきい値VHSDISCよりも小さい振幅レベルのシリアルデータ信号を受信しても、切断検出用レシーバ117及び118はそれぞれ反応せず、出力信号OUTa及びOUTbはそれぞれロー(Low)レベルのままである。
FIG. 7 is a timing chart showing an example of signals of the respective units in FIG.
The
出力信号OUTa及びOUTbは、積分回路114で積分された後、シュミット回路115で波形整形されて2値の切断検出信号HSDISCONとして出力される。すなわち、切断検出回路120は、入力されたシリアルデータ信号の振幅レベルの違いによってケーブル等の伝送媒体が接続されているか否かの検出を行う。
図8は、図6の切断検出用レシーバ117の回路例を示した図である。
図8の切断検出用レシーバ117では、Pチャネル型MOSトランジスタ(以下、PMOSトランジスタと呼ぶ)である入力トランジスタ121及び122は、同じサイズのPMOSトランジスタであって差動対をなしている。入力トランジスタ121とNチャネル型MOSトランジスタ(以下、NMOSトランジスタと呼ぶ)123との接続部に、定電流i104がPMOSトランジスタ126によって加えられて、しきい値にオフセットが設けられている。なお、PMOSトランジスタ126のゲートにはオフセット制御信号offcntが入力されている。
The output signals OUTa and OUTb are integrated by the
FIG. 8 is a diagram illustrating a circuit example of the
In the
図8の切断検出用レシーバ117において、PMOSトランジスタ121のゲートは、非反転入力端をなしてシリアル伝送線路DPが接続され、PMOSトランジスタ122のゲートは、反転入力端をなしてシリアル伝送線路DMが接続されている。PMOSトランジスタ122とNMOSトランジスタ124の接続部から出力信号OUTaが出力される。図示していないが、切断検出用レシーバ118における切断検出用レシーバ117との相違点は、PMOSトランジスタ121のゲートにシリアル伝送線路DMが接続され、PMOSトランジスタ122のゲートにシリアル伝送線路DPが接続されていることのみであり、回路構成は切断検出用レシーバ117と同じである。
In the
図9は、図6のリファレンスレシーバ119の回路例を示した図である。なお、図9では、図8と同じもの又は同様のものは同じ符号で示している。
図9のリファレンスレシーバ119は、出力が1対の出力電圧VoaとVobであることと、PMOSトランジスタ121のゲートとPMOSトランジスタ122のゲートにそれぞれ異なる所定のオフセット電圧VrpとVrmが対応して入力されていること以外は図8の切断検出用レシーバ117と同じ回路構成をなしている。
FIG. 9 is a diagram illustrating a circuit example of the
In the
オフセット電圧生成回路111から出力される異なる所定のオフセット電圧VrpとVrmが入力されたリファレンスレシーバ119の1対の出力電圧VoaとVobが同じ電圧になるように、オペアンプ113を用いてオフセット制御信号offcntを調整し、リファレンスレシーバ119の差動増幅回路部127に対するオフセット調整をオフセット制御回路部128に行わせると共に、リファレンスレシーバ119に対して行わせるオフセット調整と同じオフセット調整を切断検出用レシーバ117と118に対してもそれぞれ行わせて、切断検出用レシーバ117と118のオフセットが一定になるようにしている。
このように、従来ではオフセット用の電流量を、プロセス、温度等に応じてフィードバックして調整することにより、しきい値のばらつきを低減し精度の高い切断検出回路を得ることを目的としていた。
The offset control signal offcnt is used by using the
As described above, conventionally, the offset current amount is fed back and adjusted in accordance with the process, temperature, and the like, thereby reducing the variation in threshold value and obtaining a highly accurate disconnection detection circuit.
なお、本発明とは異なるが、差動信号のシリアルデータの信号が入力される第1及び第2の各トランジスタからなる差動回路と、オフセット信号が入力される第3及び第4の各トランジスタからなる差動回路を設けると共に、第1のトランジスタのドレインと第3のトランジスタのドレインとの接続点の電圧と、第2のトランジスタのドレインと第4のトランジスタのドレインとの接続点の電圧とを比較するコンパレータが設けられ、該コンパレータは、シリアルデータ信号が与えられていないときには出力レベルが一定となり、シリアルデータ信号が与えられると、入力データに応じてレベルが変化するような出力が得られるシリアルデータ信号の検出回路があった(例えば、特許文献1参照。)。
しかし、図9のような構成ではリファレンスレシーバ119に設けられたしきい値のオフセットが大きい場合に、入力トランジスタ121と122の各ゲート電圧の差が大きくなり、入力トランジスタ121と122に流れる電流i108とi109の差が非常に大きくなる。このため、PMOSトランジスタ126によって加えられるオフセット電流i104が大きくなり、オフセット電流i104が差動増幅回路部127のPMOSトランジスタ125を流れるテール電流(バイアス電流)i107に相当する電流量になってしまう。
However, in the configuration as shown in FIG. 9, when the threshold offset provided in the
このような状況下で、トランジスタのサイズやしきい値電圧がプロセス変動によってばらつくと、リファレンスレシーバ119と切断検出用レシーバ117,118との間でオフセット電流i104が大きく異なってしまい、しきい値のオフセットがばらついてしまうという問題があった。具体的には、図8で示した切断検出用レシーバ117において、オフセット電流i104がばらついてテール電流i107よりも大きくなり、PMOSトランジスタ122を流れる電流i106よりも大きくなると、シリアル伝送線路DP及びDMに大きな振幅のシリアルデータが入力されても、出力信号OUTaはローレベルのまま一定となり切断検出ができなくなるという問題があった。
Under these circumstances, if the transistor size and threshold voltage vary due to process variations, the offset current i104 differs greatly between the
実際に、USB2.0規格において、切断検出回路のしきい値のオフセットはシリアルデータ検出回路の場合と比較すると5倍程度と非常に大きいため、このような問題が発生する可能性があった。オフセットのばらつきを小さくするためには、各入力トランジスタのゲート面積を大きくする方法が考えられるが、このようにすると切断検出用レシーバ117及び118の動作スピードが低下するという問題が発生すると共に、抑えることができるオフセットのばらつき範囲にも限界があった。
Actually, in the USB 2.0 standard, since the threshold value offset of the disconnection detection circuit is as large as about five times that of the serial data detection circuit, such a problem may occur. In order to reduce the variation in offset, a method of increasing the gate area of each input transistor is conceivable. However, this causes a problem that the operation speed of the
本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、しきい値のオフセットを差動増幅回路における入力トランジスタの基板バイアスの差によって調整することにより、プロセス変動等によるサンプルごとのしきい値のばらつきを低減させることができ、高速動作を行うことができるUSB規格等に準拠した、高速シリアル通信システムに使用するシリアルデータ信号が入力されたか否かの入力検出、及び/又はケーブル等の伝送媒体が接続されているか否かの切断検出を行う検出回路を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and by adjusting the threshold offset by the difference in substrate bias of the input transistor in the differential amplifier circuit, it is possible to obtain a sample-by-sample variation due to process variation or the like. Input detection of whether or not a serial data signal used for a high-speed serial communication system conforming to the USB standard or the like that can reduce threshold variation and perform high-speed operation, and / or cable An object of the present invention is to obtain a detection circuit that detects disconnection of whether or not a transmission medium such as the above is connected.
この発明に係る検出回路は、相反する信号レベルを有する1対のシリアルデータ信号が入力されたか否かの入力検出、及び/又は該1対のシリアルデータ信号が伝送されるケーブル等の伝送媒体が接続されているか否かの切断検出を行う検出回路において、
前記1対のシリアルデータ信号が対応する入力端にそれぞれ入力される差動増幅回路で構成された第1検出用レシーバ回路部と、
前記1対のシリアルデータ信号が対応する入力端にそれぞれ入力される差動増幅回路で構成された第2検出用レシーバ回路部と、
前記第1検出用レシーバ回路部及び前記第2検出用レシーバ回路部の各出力信号から所定の方法で前記入力検出及び/又は前記切断検出を行う検出回路部と、
を備え、
前記第1検出用レシーバ回路部及び前記第2検出用レシーバ回路部の各差動増幅回路は、前記各シリアルデータ信号が対応してゲートに入力されるMOSトランジスタからなる1対の第1入力トランジスタを有し、該各第1入力トランジスタのサブストレートゲートに電圧差を設けることによりそれぞれオフセットが設けられるものである。
In the detection circuit according to the present invention, an input detection as to whether or not a pair of serial data signals having opposite signal levels has been input and / or a transmission medium such as a cable through which the pair of serial data signals are transmitted is provided. In a detection circuit that detects disconnection of whether or not connected,
A first detection receiver circuit unit configured by a differential amplifier circuit to which the pair of serial data signals are respectively input to corresponding input terminals;
A second detection receiver circuit unit configured by a differential amplifier circuit to which the pair of serial data signals are respectively input to corresponding input terminals;
A detection circuit unit that performs the input detection and / or the disconnection detection by a predetermined method from each output signal of the first detection receiver circuit unit and the second detection receiver circuit unit;
With
Each differential amplifier circuit of the first detection receiver circuit unit and the second detection receiver circuit unit includes a pair of first input transistors each including a MOS transistor to which the serial data signal is input to the gate correspondingly. And an offset is provided by providing a voltage difference between the substrate gates of the first input transistors.
具体的には、前記第1検出用レシーバ回路部及び前記第2検出用レシーバ回路部の各差動増幅回路は、
前記各第1入力トランジスタの負荷をなす第1負荷回路部と、
前記各第1入力トランジスタに第1バイアス電流を供給する第1バイアス電流供給回路部と、
をそれぞれ備え、
前記各第1入力トランジスタのそれぞれのサブストレートゲートは、前記第1バイアス電流供給回路部の入力端と出力端に対応して接続されるようにした。
Specifically, each differential amplifier circuit of the first detection receiver circuit unit and the second detection receiver circuit unit is:
A first load circuit section that forms a load on each of the first input transistors;
A first bias current supply circuit for supplying a first bias current to each of the first input transistors;
Each with
Each substrate gate of each of the first input transistors is connected to correspond to an input terminal and an output terminal of the first bias current supply circuit unit.
また、対応する入力端に入力された各所定の電圧にそれぞれオフセットを加えて出力する差動増幅回路で構成されたリファレンスレシーバ回路部と、
該リファレンスレシーバ回路部から出力された各出力電圧の電圧比較を行い、該比較結果に応じたオフセット制御信号を生成し出力するオフセット制御信号生成回路部と、
を備え、
前記第1バイアス電流供給回路部は、前記オフセット制御信号に応じた前記第1バイアス電流を生成するようにした。
In addition, a reference receiver circuit unit configured by a differential amplifier circuit that outputs each predetermined voltage input to the corresponding input terminal by adding an offset, and
An offset control signal generation circuit unit that compares each output voltage output from the reference receiver circuit unit, generates an offset control signal according to the comparison result, and outputs the offset control signal;
With
The first bias current supply circuit unit generates the first bias current according to the offset control signal.
この場合、前記リファレンスレシーバ回路部の差動増幅回路は、前記各所定の電圧が対応してゲートに入力されるMOSトランジスタからなる1対の第2入力トランジスタを有し、該各第2入力トランジスタのサブストレートゲートに電圧差を設けることによりそれぞれオフセットが設けられるようにした。 In this case, the differential amplifier circuit of the reference receiver circuit unit has a pair of second input transistors each composed of a MOS transistor to which each predetermined voltage is input to the gate correspondingly, and each second input transistor Each substrate gate is provided with an offset by providing a voltage difference.
具体的には、前記リファレンスレシーバ回路部の差動増幅回路は、
前記各第2入力トランジスタの負荷をなす第2負荷回路部と、
前記各第2入力トランジスタに第2バイアス電流を供給する第2バイアス電流供給回路部と、
を備え、
前記各第2入力トランジスタのそれぞれのサブストレートゲートは、前記第2バイアス電流供給回路部の入力端と出力端に対応して接続されるようにした。
Specifically, the differential amplifier circuit of the reference receiver circuit unit is
A second load circuit section that forms a load on each of the second input transistors;
A second bias current supply circuit section for supplying a second bias current to each of the second input transistors;
With
Each substrate gate of each of the second input transistors is connected to correspond to an input terminal and an output terminal of the second bias current supply circuit unit.
この場合、前記第2バイアス電流供給回路部は、前記オフセット制御信号に応じた前記第2バイアス電流を生成するようにした。 In this case, the second bias current supply circuit unit generates the second bias current according to the offset control signal.
本発明の検出回路によれば、前記第1検出用レシーバ回路部及び前記第2検出用レシーバ回路部の各差動増幅回路は、前記各シリアルデータ信号が対応してゲートに入力されるMOSトランジスタからなる1対の第1入力トランジスタを有し、該各第1入力トランジスタのサブストレートゲートに電圧差を設けることによりそれぞれオフセットが設けられるようにした。このことから、プロセス変動によってトランジスタのサイズやしきい値電圧がばらついたことによる、しきい値のオフセットのばらつきを低減させることができ、ケーブル等の伝送媒体が接続されているか否かの切断検出を正確かつ高速に行うことができると共に、USB2.0規格等で規定されているように、しきい値のオフセットが大きい検出回路等でもシリアルデータ信号が入力されたか否かの入力検出を正確かつ高速に行うことができ、USB規格等に準拠した安定したシステムを提供することができる。 According to the detection circuit of the present invention, each differential amplifier circuit of the first detection receiver circuit unit and the second detection receiver circuit unit includes a MOS transistor in which each serial data signal is input to a corresponding gate. A pair of first input transistors are provided, and an offset is provided by providing a voltage difference at the substrate gate of each first input transistor. This makes it possible to reduce variations in threshold offset due to variations in transistor size and threshold voltage due to process variations, and to detect whether a transmission medium such as a cable is connected or not. Can be performed accurately and at high speed, and as specified in the USB 2.0 standard, etc., input detection as to whether or not a serial data signal has been input can be accurately performed even in a detection circuit having a large threshold offset. A stable system that can be performed at high speed and conforms to the USB standard or the like can be provided.
また、前記の効果により、プロセス変動を考慮して差動増幅回路の入力トランジスタのゲート面積を大きくする必要がなくなるため、シリアルデータ受信時にシリアルデータ信号を検出したこと、及び/又はケーブルが切断されたことを示す信号を高速に生成することができる。 In addition, due to the effects described above, it is not necessary to increase the gate area of the input transistor of the differential amplifier circuit in consideration of process variations, so that the serial data signal is detected when serial data is received and / or the cable is disconnected. It is possible to generate a signal indicating this at high speed.
次に、図面に示す実施の形態に基づいて、本発明を詳細に説明する。
第1の実施の形態.
図1は、本発明の第1の実施の形態における検出回路の回路例を示した図である。
図1の検出回路1は、USB等を使用した高速シリアル通信システムに使用するシリアルデータ信号が入力されたか否かの入力検出、及び/又はケーブル等の伝送媒体が接続されているか否かの切断検出を行うものである。
Next, the present invention will be described in detail based on the embodiments shown in the drawings.
First embodiment.
FIG. 1 is a diagram showing a circuit example of a detection circuit according to the first embodiment of the present invention.
The
検出回路1は、シリアル伝送線路DP及びDMが対応する入力端に接続されて1対のシリアルデータ信号が入力される差動増幅回路で構成された第1検出用レシーバ2と、第1検出用レシーバ2と同じ回路構成である第2検出用レシーバ3とを備えている。また、検出回路1は、第1検出用レシーバ2及び第2検出用レシーバ3の各出力信号OUT1及びOUT2を積分する積分回路4と、積分回路4から出力された信号S1の波形整形を行って2値の検出信号HSDISCONとして出力するシュミット回路5とを備えている。
The
更に、検出回路1は、所定の基準電圧VrpとVrmをそれぞれ生成して出力するオフセット電圧生成回路6と、非反転入力端と反転入力端に入力された信号に対してオフセットを設けた差動増幅器をなすリファレンスレシーバ7と、リファレンスレシーバ7から出力された1対の出力電圧Vo1及びVo2の電圧比較を行い、該比較結果に応じたオフセット制御信号offcntを生成して第1検出用レシーバ2、第2検出用レシーバ3及びリファレンスレシーバ7にそれぞれ出力するオペアンプ8とを備えている。なお、第1検出用レシーバ2は第1検出用レシーバ回路部を、第2検出用レシーバ3は第2検出用レシーバ回路部を、積分回路4及びシュミット回路5は検出回路部をそれぞれなす。また、リファレンスレシーバ7はリファレンスレシーバ回路部を、オペアンプ8はオフセット制御信号生成回路部をそれぞれなす。
Further, the
第1検出用レシーバ2の非反転入力端と第2検出用レシーバ3の反転入力端にはシリアル伝送線路DPがそれぞれ接続され、第1検出用レシーバ2の反転入力端と第2検出用レシーバ3の非反転入力端にはシリアル伝送線路DMがそれぞれ接続されている。また、リファレンスレシーバ7において、非反転入力端には基準電圧Vrpが、反転入力端には基準電圧Vrmがそれぞれ入力され、リファレンスレシーバ7は、基準電圧VrpとVrmに所定のオフセット値(Vrp−Vrm)を加えて出力電圧Vo1及びVo2としてオペアンプ8に出力する。オペアンプ8の出力信号は、オフセットを制御する制御信号offcntとして第1検出用レシーバ2、第2検出用レシーバ3及びリファレンスレシーバ7にそれぞれ出力される。
A serial transmission line DP is connected to the non-inverting input terminal of the first detection receiver 2 and the inverting input terminal of the
ここで、図2は、図1で示した第1検出用レシーバ2の内部回路例を示した回路図である。
図2において、第1検出用レシーバ2は、差動増幅回路部11とオフセット制御回路部12とで構成されている。差動増幅回路部11は、差動対をなすPMOSトランジスタM1,M2、カレントミラー回路を形成して該差動対の負荷をなすNMOSトランジスタM3,M4で構成されている。なお、図2では、PMOSトランジスタM1及びM2はそれぞれ第1入力トランジスタを、NMOSトランジスタM3及びM4は第1負荷回路部を、オフセット制御回路部12は第1バイアス電流供給回路部をそれぞれなす。
Here, FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of an internal circuit of the first detection receiver 2 shown in FIG.
In FIG. 2, the first detection receiver 2 includes a differential
PMOSトランジスタM1とNMOSトランジスタM3が直列に接続され、PMOSトランジスタM2とNMOSトランジスタM4が直列に接続されている。また、NMOSトランジスタM3とM4の各ゲートは接続され、該接続部はNMOSトランジスタM3のドレインに接続されており、NMOSトランジスタM3及びM4の各ソースは接続され、該接続部は接地電圧VSSに接続されている。PMOSトランジスタM1のゲートは非反転入力端をなしており、シリアル伝送線路DPが接続されている。また、PMOSトランジスタM2のゲートは反転入力端をなしており、シリアル伝送線路DMが接続されている。 The PMOS transistor M1 and the NMOS transistor M3 are connected in series, and the PMOS transistor M2 and the NMOS transistor M4 are connected in series. The gates of the NMOS transistors M3 and M4 are connected, the connection is connected to the drain of the NMOS transistor M3, the sources of the NMOS transistors M3 and M4 are connected, and the connection is connected to the ground voltage VSS. Has been. The gate of the PMOS transistor M1 forms a non-inverting input terminal and is connected to the serial transmission line DP. The gate of the PMOS transistor M2 forms an inverting input terminal and is connected to the serial transmission line DM.
PMOSトランジスタM1のサブストレートゲート(基板端子ともいう)はソースに接続され、PMOSトランジスタM2のサブストレートゲートは電源電圧VDDに接続されている。また、NMOSトランジスタM3及びM4の各サブストレートゲートはそれぞれ接地電圧VSSに接続されている。PMOSトランジスタM2とNMOSトランジスタM4との接続部が第1検出用レシーバ2の出力端をなし、該出力端から出力信号OUT1が出力される。
オフセット制御回路部12は、差動増幅回路部11のバイアス電流であるテール電流を生成するPMOSトランジスタM5と、PMOSトランジスタM5のドレインと、PMOSトランジスタM1及びM2の各ソースの接続部との間に接続された抵抗R1とを備えている。PMOSトランジスタM5において、ゲートにはオフセット制御信号offcntが入力され、サブストレートゲートは電源電圧VDDに接続されている。
The substrate gate (also referred to as a substrate terminal) of the PMOS transistor M1 is connected to the source, and the substrate gate of the PMOS transistor M2 is connected to the power supply voltage VDD. The substrate gates of the NMOS transistors M3 and M4 are connected to the ground voltage VSS. A connection portion between the PMOS transistor M2 and the NMOS transistor M4 forms an output terminal of the first detection receiver 2, and an output signal OUT1 is output from the output terminal.
The offset
なお、第2検出用レシーバ3における第1検出用レシーバ2との相違点は、PMOSトランジスタM1のゲートにシリアル伝送線路DMが接続され、PMOSトランジスタM2のゲートにシリアル伝送線路DPが接続されていることのみであり、回路構成は第1検出用レシーバ2と同じである。
このような構成において、PMOSトランジスタM1のドレイン電流をi1とし、PMOSトランジスタM2のドレイン電流をi2とする。更に、オフセット制御回路部12からPMOSトランジスタM1とM2に流れるPMOSトランジスタM5のドレイン電流をi3とする。なお、電流i3は第1バイアス電流をなす。電流i3は、電流i1とi2との和であり、電流i3は、第1検出用レシーバ2のしきい値にオフセットを設けるためのものである。PMOSトランジスタM1とM2の各ソースの接続部の電圧をV1とする。
The
In such a configuration, the drain current of the PMOS transistor M1 is i1, and the drain current of the PMOS transistor M2 is i2. Furthermore, the drain current of the PMOS transistor M5 flowing from the offset
電流i1は、シリアル伝送線路DPからの入力電圧の電圧値で決まり、電流i2はシリアル伝送線路DMからの入力電圧の電圧値で決まる。電流i3の電流値に比例して第1検出用レシーバ2のしきい値のオフセットが大きくなり、該オフセット値はオペアンプ8から入力されるオフセット制御信号offcntの電圧で調整することができる。具体的には、オペアンプ8からのオフセット制御信号offcntの電圧が小さくなるほど電流i3は大きくなって電圧V1が小さくなり、PMOSトランジスタM2の基板バイアス電圧及びしきい値電圧が大きくなる。このとき、PMOSトランジスタM1の基板バイアス電圧は0のままでありPMOSトランジスタM1のしきい値電圧は一定であるため、第1検出用レシーバ2のオフセットは大きくなる。
The current i1 is determined by the voltage value of the input voltage from the serial transmission line DP, and the current i2 is determined by the voltage value of the input voltage from the serial transmission line DM. The offset of the threshold value of the first detection receiver 2 increases in proportion to the current value of the current i3, and the offset value can be adjusted by the voltage of the offset control signal offcnt input from the
一方、オペアンプ8から出力されたオフセット制御信号offcntの電圧が大きくなるほど電流i3は小さくなって電圧V1が大きくなり、PMOSトランジスタM2の基板バイアス電圧としきい値電圧がそれぞれ小さくなる。このときも同様に、PMOSトランジスタM1の基板バイアス電圧は0のままであり、PMOSトランジスタM1のしきい値電圧が一定であるため、第1検出用レシーバ2のオフセットは小さくなる。このように、オペアンプ8の出力信号であるオフセット制御信号offcntに応じて、第1検出用レシーバ2のオフセットを調整することができる。
On the other hand, as the voltage of the offset control signal offcnt output from the
図3は、図1で示したリファレンスレシーバ7の回路例を示した図である。なお、図3では、図2と同じもの又は同様のものは同じ符号で示し、ここではその説明を省略する。
図3のリファレンスレシーバ7の構成において、PMOSトランジスタM1のドレイン電流をi11とし、PMOSトランジスタM2のドレイン電流をi12とする。
図3において、リファレンスレシーバ7は、差動増幅回路部11とオフセット制御回路部12とで構成されている。なお、図3では、PMOSトランジスタM1及びM2はそれぞれ第2入力トランジスタを、NMOSトランジスタM3及びM4は第2負荷回路部を、オフセット制御回路部12は第2バイアス電流供給回路部をそれぞれなし、電流i3は第2バイアス電流をなす。
FIG. 3 is a diagram showing a circuit example of the reference receiver 7 shown in FIG. In FIG. 3, the same or similar parts as those in FIG.
In the configuration of the reference receiver 7 of FIG. 3, the drain current of the PMOS transistor M1 is i11, and the drain current of the PMOS transistor M2 is i12.
In FIG. 3, the reference receiver 7 includes a differential
差動増幅回路部11において、PMOSトランジスタM1のゲートには基準電圧Vrpが、PMOSトランジスタM2のゲートには基準電圧Vrmがそれぞれ入力され、入力された基準電圧VrpとVrmは所定のオフセット値(Vrp−Vrm)が与えられてリファレンスレシーバ7から出力される。PMOSトランジスタM1とNMOSトランジスタM3との接続部から出力電圧Vo1が出力され、PMOSトランジスタM2とNMOSトランジスタM4との接続部からは出力電圧Vo2が出力される。
In the
このように、リファレンスレシーバ7から出力された差動出力電圧Vo1及びVo2はオペアンプ8の対応する入力端にそれぞれ入力され、リファレンスレシーバ7は、オペアンプ8からの比較結果を示す電圧がフィードバックされ、オフセット制御信号offcntによりオフセットの調整が行われる。オペアンプ8は、リファレンスレシーバ7の出力電圧Vo1とVo2が同じ値になるように、すなわち、電流i11とi12が同じになるようにリファレンスレシーバ7のオフセットを調整する。このため、第1検出用レシーバ2、第2検出用レシーバ3及びリファレンスレシーバ7は、基準電圧VrpとVrmとの差であるオフセット値(Vrp−Vrm)に応じたしきい値となり、プロセス、温度、電源電圧等が変化しても第1検出用レシーバ2、第2検出用レシーバ3及びリファレンスレシーバ7の各しきい値は一定になる。
In this way, the differential output voltages Vo1 and Vo2 output from the reference receiver 7 are respectively input to the corresponding input terminals of the
更に、第1検出用レシーバ2及び第2検出用レシーバ3は、従来のような付加的なオフセット電流によってではなくて、差動信号が入力されるトランジスタの基板バイアスの差、すなわちしきい値電圧の差によってオフセットが設けられているため、オフセットが大きい場合においても、プロセス変動によるサンプルごとのしきい値のばらつきを低減させることができる。
USB2.0規格で規定されたシリアルデータ信号の振幅は、シリアル伝送線路DP,DMが接続されているときで400mV、シリアル伝送線路DP,DMが切断されているときで800mVであり、USB1.1規格で規定された3.3Vよりもかなり小さい値になっている。
Further, the first detection receiver 2 and the
The amplitude of the serial data signal defined by the USB 2.0 standard is 400 mV when the serial transmission lines DP and DM are connected, and 800 mV when the serial transmission lines DP and DM are disconnected, and USB 1.1. The value is considerably smaller than 3.3 V defined by the standard.
このように、シリアルデータ信号の振幅が小さくなってデータ受信を判定することが難しくなった場合においても、図1〜図3で示した検出回路1は、シリアル伝送線路DP及びDMからの1対のシリアルデータ信号の振幅判定を正確に行うことができ、該1対のシリアルデータ信号が入力されたか否かの入力検出、及び/又は該1対のシリアルデータ信号が伝送されるケーブル等の伝送媒体が接続されているか否かの切断検出を正確に行うことができる。また、検出回路1は、従来のようにオフセットのばらつきを抑制するために入力トランジスタのゲート面積を大きくする必要がなく、高速動作を行うことができる。
As described above, even when the amplitude of the serial data signal becomes small and it is difficult to determine data reception, the
ここで、図4は、図1で示した積分回路4の内部回路例を示した図である。
図4において、積分回路4は、PMOSトランジスタM11、NMOSトランジスタM12,M13及びローパスフィルタ15で構成されている。電源電圧VDDと接地電圧VSSとの間には、PMOSトランジスタM11とNMOSトランジスタM12が直列に接続され、NMOSトランジスタM12と並列にNMOSトランジスタM13が接続されている。PMOSトランジスタM11のゲートは接地電圧VSSに接続され、NMOSトランジスタM12のゲートには第1検出用レシーバ2からの出力信号OUT1が入力され、NMOSトランジスタM13のゲートには第2検出用レシーバ3からの出力信号OUT2が入力されている。PMOSトランジスタM11、NMOSトランジスタM12及びM13の接続部がローパスフィルタ15の入力端に接続されている。ローパスフィルタ15の出力信号が積分回路4の出力信号S1をなしている。
Here, FIG. 4 is a diagram showing an example of an internal circuit of the integrating circuit 4 shown in FIG.
In FIG. 4, the integration circuit 4 includes a PMOS transistor M11, NMOS transistors M12 and M13, and a low-
ここで、NMOSトランジスタM12とM13の各電流駆動能力は、PMOSトランジスタM11よりもそれぞれ大きくし、PMOSトランジスタM11のオン抵抗に対してNMOSトランジスタM12及びM13の各オン抵抗は十分に小さいものとする。このようにすることにより、NMOSトランジスタM12及びM13の各ゲートに対応して入力された信号OUT1及びOUT2は、信号レベルが反転されてローパスフィルタ15に入力され、ローパスフィルタ15で積分されてシュミット回路5に出力される。
Here, it is assumed that the current driving capabilities of the NMOS transistors M12 and M13 are larger than those of the PMOS transistor M11, and the on-resistances of the NMOS transistors M12 and M13 are sufficiently smaller than the on-resistance of the PMOS transistor M11. In this way, the signals OUT1 and OUT2 input corresponding to the gates of the NMOS transistors M12 and M13 are inverted in signal level and input to the low-
また、信号OUT1が立ち上がると共に信号OUT2が立ち下がるとき、又は信号OUT1が立ち下がると共に信号OUT2が立ち上がるときに、信号OUT1とOUT2が同じ電圧になることがある。このように、信号OUT1とOUT2の信号レベルが遷移する短い期間、積分回路4の出力信号S1には小さいパルスが発生する可能性がある。シュミット回路5は、入力された2値の信号S1の立ち上がりと立ち下がりに対して、それぞれ異なるしきい値を有しており、これによって前記小さいパルスを有する2値の信号を波形整形して出力することができる。
Further, when the signal OUT1 rises and the signal OUT2 falls, or when the signal OUT1 falls and the signal OUT2 rises, the signals OUT1 and OUT2 may have the same voltage. Thus, there is a possibility that a small pulse is generated in the output signal S1 of the integration circuit 4 during a short period in which the signal levels of the signals OUT1 and OUT2 transition. The
図5は、図1の各部の信号の例を示したタイミングチャートである。
第1検出用レシーバ2及び第2検出用レシーバ3は、しきい値にオフセットが設けられたレシーバをなしており、シリアル伝送線路DP及びDMからしきい値VHSDISCよりも大きい振幅レベルのシリアルデータ信号を受信すると、該データ信号に応じたパルス信号を生成して出力信号OUT1及びOUT2として出力する。一方、シリアル伝送線路DP及びDMからしきい値VHSDISCより小さい振幅レベルのシリアルデータ信号を受信しても、第1検出用レシーバ2及び第2検出用レシーバ3は反応せず、出力信号OUT1及びOUT2はそれぞれローレベルのままである。
FIG. 5 is a timing chart showing an example of signals of the respective units in FIG.
The first detection receiver 2 and the
出力信号OUT1及びOUT2は、積分回路4で積分された後、シュミット回路5で波形整形されて2値の検出信号HSDISCONとして出力される。すなわち、検出回路1は、入力されたシリアルデータ信号の振幅レベルの違いによって、相反する信号レベルを有する1対のシリアルデータ信号が入力されたか否かの入力検出、及び/又はケーブル等の伝送媒体が接続されているか否かの切断検出を行う。
The output signals OUT1 and OUT2 are integrated by the integration circuit 4, and then the waveform is shaped by the
このように、本第1の実施の形態における検出回路は、従来のように付加的なオフセット電流によってではなく、差動信号が入力されるトランジスタの基板バイアスの差、すなわちしきい値電圧の差によってオフセットを設けるようにした。このようにすることにより、プロセス変動によってトランジスタのサイズやしきい値電圧がばらついたことによる、しきい値のオフセットのばらつきを低減させることができ、ケーブル等の伝送媒体が接続されているか否かの切断検出を正確かつ高速に行うことができ、USB2.0規格等で規定されているように、しきい値のオフセットが大きい検出回路等でもシリアルデータ信号が入力されたか否かの入力検出を正確かつ高速に行うことができる。 As described above, the detection circuit according to the first embodiment is different from the substrate bias difference of the transistors to which the differential signal is input, that is, the threshold voltage difference, not by the additional offset current as in the conventional case. The offset was provided by. In this way, variations in threshold offset due to variations in transistor size and threshold voltage due to process variations can be reduced, and whether a transmission medium such as a cable is connected or not. Can be detected accurately and at high speed, and the detection of whether or not a serial data signal has been input even in a detection circuit having a large threshold offset as defined in the USB 2.0 standard, etc. Accurate and fast.
1 検出回路
2 第1検出用レシーバ
3 第2検出用レシーバ
4 積分回路
5 シュミット回路
6 オフセット電圧生成回路
7 リファレンスレシーバ
8 オペアンプ
11 差動増幅回路部
12 オフセット制御回路部
M1,M2,M5 PMOSトランジスタ
M3,M4 NMOSトランジスタ
R1 抵抗
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記1対のシリアルデータ信号が対応する入力端にそれぞれ入力される差動増幅回路で構成された第1検出用レシーバ回路部と、
前記1対のシリアルデータ信号が対応する入力端にそれぞれ入力される差動増幅回路で構成された第2検出用レシーバ回路部と、
前記第1検出用レシーバ回路部及び前記第2検出用レシーバ回路部の各出力信号から所定の方法で前記入力検出及び/又は前記切断検出を行う検出回路部と、
を備え、
前記第1検出用レシーバ回路部及び前記第2検出用レシーバ回路部の各差動増幅回路は、前記各シリアルデータ信号が対応してゲートに入力されるMOSトランジスタからなる1対の第1入力トランジスタを有し、該各第1入力トランジスタのサブストレートゲートに電圧差を設けることによりそれぞれオフセットが設けられることを特徴とする検出回路。 Input detection as to whether or not a pair of serial data signals having opposite signal levels have been input, and / or disconnection as to whether or not a transmission medium such as a cable for transmitting the pair of serial data signals is connected In the detection circuit that performs detection,
A first detection receiver circuit unit configured by a differential amplifier circuit to which the pair of serial data signals are respectively input to corresponding input terminals;
A second detection receiver circuit unit configured by a differential amplifier circuit to which the pair of serial data signals are respectively input to corresponding input terminals;
A detection circuit unit that performs the input detection and / or the disconnection detection by a predetermined method from each output signal of the first detection receiver circuit unit and the second detection receiver circuit unit;
With
Each differential amplifier circuit of the first detection receiver circuit unit and the second detection receiver circuit unit includes a pair of first input transistors each including a MOS transistor to which the serial data signal is input to the gate correspondingly. And a offset is provided by providing a voltage difference between the substrate gates of the first input transistors.
前記各第1入力トランジスタの負荷をなす第1負荷回路部と、
前記各第1入力トランジスタに第1バイアス電流を供給する第1バイアス電流供給回路部と、
をそれぞれ備え、
前記各第1入力トランジスタのそれぞれのサブストレートゲートは、前記第1バイアス電流供給回路部の入力端と出力端に対応して接続されることを特徴とする請求項1記載の検出回路。 Each differential amplifier circuit of the first detection receiver circuit unit and the second detection receiver circuit unit is:
A first load circuit section that forms a load on each of the first input transistors;
A first bias current supply circuit for supplying a first bias current to each of the first input transistors;
Each with
2. The detection circuit according to claim 1, wherein each substrate gate of each of the first input transistors is connected to correspond to an input terminal and an output terminal of the first bias current supply circuit unit.
該リファレンスレシーバ回路部から出力された各出力電圧の電圧比較を行い、該比較結果に応じたオフセット制御信号を生成し出力するオフセット制御信号生成回路部と、
を備え、
前記第1バイアス電流供給回路部は、前記オフセット制御信号に応じた前記第1バイアス電流を生成することを特徴とする請求項2記載の検出回路。 A reference receiver circuit unit configured by a differential amplifier circuit that outputs an offset to each predetermined voltage input to a corresponding input terminal; and
An offset control signal generation circuit unit that compares each output voltage output from the reference receiver circuit unit, generates an offset control signal according to the comparison result, and outputs the offset control signal;
With
3. The detection circuit according to claim 2, wherein the first bias current supply circuit unit generates the first bias current according to the offset control signal.
前記各第2入力トランジスタの負荷をなす第2負荷回路部と、
前記各第2入力トランジスタに第2バイアス電流を供給する第2バイアス電流供給回路部と、
を備え、
前記各第2入力トランジスタのそれぞれのサブストレートゲートは、前記第2バイアス電流供給回路部の入力端と出力端に対応して接続されることを特徴とする請求項4記載の検出回路。 The differential amplifier circuit of the reference receiver circuit unit is
A second load circuit section that forms a load on each of the second input transistors;
A second bias current supply circuit section for supplying a second bias current to each of the second input transistors;
With
5. The detection circuit according to claim 4, wherein each substrate gate of each of the second input transistors is connected to correspond to an input terminal and an output terminal of the second bias current supply circuit unit.
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2008
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