JP2010028357A

JP2010028357A - 出力バッファ回路

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Publication number: JP2010028357A
Application number: JP2008185997A
Authority: JP
Inventors: Yoshiki Fujio; 芳樹藤尾
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2008-07-17
Filing date: 2008-07-17
Publication date: 2010-02-04

Abstract

【課題】伝送路にノイズが入った場合でも正常に通信ができる通信装置を提供する。
【解決手段】帰還増幅回路（２）と、帰還増幅回路（２）から供給される内部信号に応答して出力ノード（Ｎ１）に外部出力信号を供給する出力回路（３）と、帰還増幅回路（２）に対する帰還信号の供給を禁止する帰還遮断回路（４）とを具備する出力バッファ回路（１）を構成する。ここで、帰還増幅回路（２）は、入力端（Ｎ２）に入力される送信信号（ＴＸＤ）と外部出力信号を帰還した帰還信号とに基づいて、内部信号の波形を制御する。そして、帰還遮断回路（４）は、出力ノード（Ｎ１）のノイズに基づいて生成される帰還遮断命令に応答して、帰還増幅回路（２）への帰還信号の供給を禁止する。
【選択図】図２

Description

本発明は、出力バッファ回路に関し、特に帰還増幅回路を有する出力バッファ回路に関する。

送信信号を伝送路に供給する出力バッファ回路を備えた通信装置が知られている。通信装置間の伝送路に加わるノイズは、正常な通信の妨げになることがある。ノイズの影響を低減する通信装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１（特開２００７−２１４６４３号公報）には、ノイズレベルを低減できる通信信号波形を、ＩＣ内部で生成することが可能となる通信ドライバ回路が記載されている。図１は、特許文献１に記載の通信ドライバ回路の構成を示す回路図である。その通信ドライバ回路は、出力段がオープンコレクタタイプで構成され、入力される送信信号に基づき反転増幅動作を行なう反転増幅回路を備えている。そして、その反転増幅器の入出力端子間に、コンデンサを接続することで、反転増幅回路が反転増幅動作を行なう場合に、コンデンサが信号のレベル変化に対して負帰還をかけるように作用させ、通信信号のレベル変化を緩和させている。その通信ドライバ回路は、このコンデンサの作用によって、通信ドライバ回路自体が発生する放射ノイズの影響を抑制している。

特開２００７−２１４６４３号公報

特許文献１に記載の技術では、帰還制御によって、負荷条件の変化に対応したスルーレート制御を実現し、通信ドライバ回路自体が発生する放射ノイズの影響を抑制している。そのため、伝送路にノイズが加わった場合、このノイズも送信側の出力バッファ回路に帰還される。このとき、そのノイズに起因して、送信信号の信号波形が変化してしまい、正常な通信を妨げることがある。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

上記の課題を解決するために、帰還増幅回路（２）と、前記帰還増幅回路（２）から供給される内部信号に応答して出力ノード（Ｎ１）に外部出力信号を供給する出力回路（３）と、前記帰還増幅回路（２）に対する帰還信号の供給を禁止する帰還遮断回路（４）とを具備する出力バッファ回路（１）を構成する。ここで、前記帰還増幅回路（２）は、入力端（Ｎ２）に入力される送信信号（ＴＸＤ）と前記外部出力信号を帰還した帰還信号とに基づいて、前記内部信号の波形を制御する。そして、前記帰還遮断回路（４）は、前記出力ノード（Ｎ１）のノイズに基づいて生成される帰還遮断命令に応答して、前記帰還増幅回路（２）への前記帰還信号の供給を禁止する。

その出力バッファ回路（１）において、さらに、前記帰還遮断命令を生成するノイズ監視回路（５）を備えることが好ましい。ここで、前記ノイズ監視回路（５）は、前記出力ノード（Ｎ１）に加わるノイズに応答して、ノイズ検出信号を生成するノイズ検出回路（６）（６）と、前記ノイズ検出信号に応答して、前記帰還遮断命令を生成し、前記帰還遮断命令を保持する保持回路（７）とを具備することが好ましい。そして、前記帰還遮断回路（４）は、前記保持回路（７）に保持される前記帰還遮断命令に基づいて、前記帰還増幅回路（２）の帰還入力端（Ｎ３）に対する前記帰還信号の供給を禁止する。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、本発明によれば、伝送路にノイズが入った場合でも正常に通信ができる通信装置を提供することが可能となる。
また、本発明によれば、伝送路の負荷条件が変化しても、出力側が発する放射ノイズを抑制することができる通信装置を提供することが可能となる。
また、本発明によれば、出力波形のスルーレート制御を、帰還ループを使用して生成することができ、かつ、外部から伝送路にノイズが加わった場合であっても、正常な通信を維持することが可能な通信装置を提供することができる。

［第１実施形態］
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、実施の形態を説明するための図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。図２は、本発明の第１実施形態の出力バッファ回路１の構成を例示するブロック図である。本実施形態においては、出力バッファ回路１の出力回路が、オープンドレイン（オープンコレクタ）である場合を例示する。図本実施形態の出力バッファ回路１は、負帰還増幅回路２と、出力回路３と、帰還遮断回路４と、ノイズ監視回路５と、スルーレート制御回路１１と、外部信号出力端１２とを備えている。出力バッファ回路１は、外部信号出力端１２を介して、外部電源１４に接続された負荷１３に、外部出力信号を供給している。

スルーレート制御回路１１は、外部信号出力端１２に供給される外部出力信号と同じ信号を受け、その外部出力信号に応答して、帰還（フィードバック）信号を出力する。スルーレート制御回路１１が出力する帰還信号は、帰還入力ノードＮ３を介して負帰還増幅回路２に供給される。スルーレート制御回路１１は、負帰還増幅回路２が反転増幅動作を行なう場合に、外部出力信号のレベル変化を緩和させている。このスルーレート制御回路１１の作用によって、出力バッファ回路１自体が発生する放射ノイズの影響が抑制されている。

負帰還増幅回路２は、送信信号ＴＸＤを受ける第１入力端子と、帰還信号を受ける第２入力端子と、内部信号を出力する出力端子とを備えている。出力回路３は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタで構成されている。出力回路３は、負帰還増幅回路２から出力される内部信号を受けるゲート電極と、接地線に接続されるソース電極と、出力ノードＮ１を介して外部信号出力端１２に接続されるドレイン電極とを備えている。

帰還遮断回路４は、帰還遮断命令に応答して、負帰還増幅回路２に供給される帰還信号を遮断する。帰還遮断回路４の入力端は、ノイズ監視回路５に接続され、出力端は帰還入力ノードＮ３を介して負帰還増幅回路２の第２入力端子に接続されている。

ノイズ監視回路５は、外部出力信号にノイズが加わっているか否かを監視する。ノイズ監視回路５は、そのノイズの発生を検知したときに、上述の帰還遮断命令を帰還遮断回路４に供給する。そのノイズ監視回路５は、ノイズ検出回路６と、保持回路７とを備えている。

ノイズ検出回路６は、出力回路３の出力端に接続され、その出力端に加わるノイズを検出する。ノイズ検出回路６は、ノイズを検出したときに、ノイズ検出信号を、保持回路７に供給する。保持回路７は、そのノイズ検出信号を、予め設定された期間保持する。保持回路７は、その期間継続してノイズ検出信号を受け取ったときに、帰還遮断命令を出力する。

その保持回路７は、フィルタ部８と信号保持部９とを備えている。
フィルタ部８は、出力回路３の出力端のノイズに応答して生成されるそのノイズ検出信号を、予め定められた期間だめフィルタリングする。信号保持部９は、出力端のノイズが減少するまで、帰還遮断命令を保持する。

図３は、本実施形態の出力バッファ回路１の詳細な構成を例示する回路図である。図３に示されているように、帰還遮断回路４は、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ１０を含んでいる。ＮチャネルＭＯＳトランジスタ１０は、帰還遮断命令に応答して活性化する。ＮチャネルＭＯＳトランジスタ１０が活性化したときに、帰還入力ノードＮ３は接地線に接続される。帰還入力ノードＮ３が接地線に接続されることによって、負帰還増幅回路２に対する帰還信号の供給が禁止される。

ノイズ検出回路６は、キャパシタ１５と、第１抵抗１６と、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ１７と、第２抵抗１８とを含んでいる。また、本実施形態において、ノイズ検出回路６には、第１インバータ１９から出力される反転送信信号が供給されている。キャパシタ１５の第１端は、第１抵抗１６を介して接地線に接続され、第２端は、出力回路３の出力端に接続されている。ＮチャネルＭＯＳトランジスタ１７のゲート電極は、内部ノードＮ４を介して、キャパシタ１５の第１端に接続されている。ＮチャネルＭＯＳトランジスタ１７のソース電極は、設置線に接続され、ドレイン電極は、第２抵抗１８を介して電源線に接続されている。図３に示されているように、ＮチャネルＭＯＳトランジスタ１７は、内部ノードＮ４を介して供給される信号に応じて、ノイズ検出信号を生成する。

また、保持回路７は、第１ノイズフィルタ２１と、第２ノイズフィルタ２２と、第３ノイズフィルタ２３と、第１遅延回路２４と、第２遅延回路２５とを含んでいる。本実施形態において、保持回路７は、３段で構成されたフィルタ（フリップフロップ）を備えている。保持回路７のフィルタの段数は、ノイズ監視回路５の監視対象となるノイズパルスの数に応じて変更可能である。第１遅延回路２４と第２遅延回路２５は、ノイズ検出信号を所定の時間だけ遅延させる。

本実施形態においては、第１ノイズフィルタ２１には、ノイズ検出信号が、反転されること無く供給される。第２ノイズフィルタ２２には、第１遅延回路２４で反転されたノイズ検出信号が供給される。第３ノイズフィルタ２３には、第１遅延回路２４で反転された後、第２遅延回路２５でさらに反転されたノイズ検出信号が供給される。

図４は、本実施形態の出力バッファ回路１の動作を例示するタイミングチャートである。図４は、時刻ｔ１から時刻ｔ４までの期間において、ノイズの発生が無く、時刻ｔ５にノイズが発生したときの出力バッファ回路１の動作を例示している。

送信信号波形は、負帰還増幅回路２の第１入力端に供給される信号の、時間経過に対する電圧レベルの変化を例示している。出力ノード信号波形は、出力回路３の出力端（Ｎ１）の時間経過に対する電圧レベルの変化を例示している。ノイズ検出信号は、ノイズ検出回路６のＮチャネルＭＯＳトランジスタ１７の出力端の時間経過に対する電圧レベルの変化を例示している。第１フィルタ出力は、第１ノイズフィルタ２１の出力端の時間経過に対する電圧レベルの変化を例示している。第２フィルタ出力は、第２ノイズフィルタ２２の出力端の時間経過に対する電圧レベルの変化を例示している。第３フィルタ出力は、第３ノイズフィルタ２３の出力端の時間経過に対する電圧レベルの変化を例示している。

図４を参照すると、時刻ｔ４において、送信信号ＴＸＤがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベル遷移する。その後、時刻ｔ５において出力ノードＮ１のノイズが加わると、そのノイズに応答して、ノイズ検出信号が出力される。第１ノイズフィルタ２１は、時刻ｔ５において、そのノイズ検出信号に応じてＨｉｇｈレベルの信号を出力する。

時刻ｔ６において、ノイズ検出回路６からは、継続してノイズ検出信号が出力されている。このとき、第２ノイズフィルタ２２は、第１ノイズフィルタ２１の出力と、第１遅延回路２４の出力とに基づいて、Ｈｉｇｈレベルの信号を出力する。時刻ｔ７において、ノイズ検出回路６からは、継続してノイズ検出信号が出力されている。このとき、第３ノイズフィルタ２３は、第２ノイズフィルタ２２の出力と、第２遅延回路２５の出力とに基づいて、Ｈｉｇｈレベルの信号を出力する。ノイズ監視回路５は、第３ノイズフィルタ２３の出力がＨｉｇｈレベルになったことに応じて、そのＨｉｇｈレベルの信号を帰還遮断命令として出力する。

保持回路７が、帰還遮断命令としてＨｉｇｈレベルを出力すると、そのＨｉｇｈレベルの信号は、帰還遮断回路４のＮチャネルＭＯＳトランジスタ１０のゲート電極に印加される。ＮチャネルＭＯＳトランジスタ１０は、そのＨｉｇｈレベルの信号に応答して、帰還入力ノードＮ３と接地線とを接続する。

帰還入力ノードＮ３が接地線に接続されることで、負帰還増幅回路２の反転入力端子は、グランドレベルとなる。そのため、反転入力端子がグランドレベルのとき、負帰還増幅回路２は、帰還信号のレベルに依存することなく、送信信号ＴＸＤと同位相の内部信号を出力する。内部信号としてＨｉｇｈレベルが供給されると、出力回路３は非活性化する。このとき、出力ノードＮ１はＨｉｇｈレベルを保持する。その後、時刻ｔ８で、送信信号ＴＸＤがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに遷移したことによって、保持回路７に保持されている値がリセットされる。

本実施形態において、出力回路３によって、ＮチャネルＭＯＳトランジスタによるワイヤードＯＲが構成されている。本実施形態の出力バッファ回路１では、外部出力信号がＬｏｗレベルのとき、出力回路３のＮチャネルＭＯＳトランジスタが活性化していることになる。このとき、出力ノードＮ１のインピーダンスが低くなり、外部から加わるノイズが、負帰還増幅回路２に与える影響が小さくなる。

外部出力信号がＨｉｇｈレベルのとき、出力回路３のＮチャネルＭＯＳトランジスタは、非活性化する。このとき、出力ノードＮ１には終端となる抵抗のみが接続された状態となり、インピーダンスが高くなる。そのため、外部から加わるノイズが負帰還増幅回路２に与える影響が、大きくなる。

本実施形態の出力バッファ回路１は、ノイズが重畳されていないときは、帰還ループによって、低放射ノイズの出力バッファ回路として機能する。出力バッファ回路１は、外部から加わるノイズの影響を、負帰還増幅回路２が受けやすい期間に、伝送路にノイズが重畳されたとき、そのノイズを検出し、負帰還増幅回路２の帰還動作を制御している。これによって、ノイズが重畳しやすい環境で使用された場合であっても、適切な信号の送受信を行うことが可能である。

［比較例］
以下に、本願発明の理解を容易にするための比較例について説明する。図５は、負帰還増幅回路２から出力される内部信号の波形を、例示的に示す波形図である。図５の（ａ）は、本実施形態の帰還遮断回路４とノイズ監視回路５とを備える出力バッファ回路１の内部信号の波形を例示している。図５の（ｂ）は、本実施形態の帰還遮断回路４とノイズ監視回路５とを備えていない出力バッファ回路１の内部信号の波形を例示している。

図５の（ａ）に示されているように、本実施形態の負帰還増幅回路２の出力は、ノイズに依存することなく、送信信号ＴＸＤがＨｉｇｈレベルの期間は、Ｈｉｇｈレベルを維持する。図５の（ｂ）に示されているように、帰還遮断回路４とノイズ監視回路５とを備えていない出力バッファ回路１においては、負帰還増幅回路２が誤動作し、送信信号ＴＸＤがＨｉｇｈレベルであっても、内部信号がＬｏｗレベルになってしまうことがある。

［第２実施形態］
以下に、本発明の出力バッファ回路１の第２実施形態について説明を行う。図６は、第２実施形態の出力バッファ回路１の構成を例示する回路図である。第２実施形態の出力バッファ回路１は、第１インバータ１９を設けることなく構成されている。上述の第１実施形態において、第１インバータ１９は、ノイズ検出回路６のノイズ検出信号をリセットする機能を果たしている。

第２実施形態において、出力バッファ回路１は、ノイズが重畳されている時間は、連続的にノイズ検出信号の出力を継続する。送信信号ＴＸＤがＬｏｗレベルの期間のノイズ検出信号のリセットを行う必要が無い環境においては、第２実施形態の出力バッファ回路１の構成を適用することで、回路面積の削減を行うことが可能となる。

以上、本願発明の実施の形態を具体的に説明した。本願発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

図１は、従来の通信ドライバ回路の構成を示す回路図である。図２は、第１実施形態の出力バッファ回路の構成を例示するブロック図である。図３は、出力バッファ回路の詳細な構成を例示する回路図である。図４は、出力バッファ回路の動作を例示するタイミングチャートである。図５は、負帰還増幅回路からの内部信号の波形を例示する波形図である。図６は、第２実施形態の出力バッファ回路の構成を例示する回路図である。

符号の説明

１…出力バッファ回路
２…負帰還増幅回路
３…出力回路
４…帰還遮断回路
５…ノイズ監視回路
６…ノイズ検出回路
７…保持回路
８…フィルタ部
９…信号保持部
１０…ＮチャネルＭＯＳトランジスタ
１１…スルーレート制御回路
１２…外部信号出力端
１３…負荷
１４…外部電源
１５…キャパシタ
１６…第１抵抗
１７…ＮチャネルＭＯＳトランジスタ
１８…第２抵抗
１９…第１インバータ
２１…第１ノイズフィルタ
２２…第２ノイズフィルタ
２３…第３ノイズフィルタ
２４…第１遅延回路
２５…第２遅延回路
Ｎ１…出力ノード
Ｎ２…信号入力ノード
Ｎ３…帰還入力ノード
Ｎ４…内部ノード
ＴＸＤ…送信信号

Claims

帰還増幅回路と、
前記帰還増幅回路から供給される内部信号に応答して出力ノードに外部出力信号を供給する出力回路と、
前記帰還増幅回路に対する帰還信号の供給を禁止する帰還遮断回路と、
を具備し、
前記帰還増幅回路は、
入力端に入力される送信信号と前記外部出力信号を帰還した帰還信号とに基づいて、前記内部信号の波形を制御し、
前記帰還遮断回路は、
前記出力ノードのノイズに基づいて生成される帰還遮断命令に応答して、前記帰還増幅回路への前記帰還信号の供給を禁止する
出力バッファ回路。
請求項１に記載の出力バッファ回路において、さらに、
前記帰還遮断命令を生成するノイズ監視回路を備え、
前記ノイズ監視回路は、
前記出力ノードに加わるノイズに応答して、ノイズ検出信号を生成するノイズ検出回路と、
前記ノイズ検出信号に応答して、前記帰還遮断命令を生成し、前記帰還遮断命令を保持する保持回路と
を具備し、
前記帰還遮断回路は、
前記保持回路に保持される前記帰還遮断命令に基づいて、前記帰還増幅回路の帰還入力端に対する前記帰還信号の供給を禁止する
出力バッファ回路。
請求項２に記載の出力バッファ回路において、さらに、
前記帰還入力端と前記出力ノードとの間に設けられ、前記外部出力信号に基づいて、スルーレートを制御して前記帰還信号を生成するスルーレート制御部を備え、
前記帰還遮断回路は、
前記帰還遮断命令に応じて前記スルーレート制御部と接地線とを接続する
出力バッファ回路。
請求項３に記載の出力バッファ回路において、
前記ノイズ検出回路は、
前記ノイズが前記帰還増幅回路の内部信号の波長に影響を及ぼす期間に、前記ノイズ検出信号を生成し、
前記保持回路は、
前記ノイズ検出信号が出力されている期間に継続して前記帰還遮断命令を保持する
出力バッファ回路。
請求項４に記載の出力バッファ回路において、
前記ノイズ検出回路は、
前記外部出力信号の電圧レベルと、前記ノイズによる前記出力ノードの電圧レベルの変動とに応じて前記ノイズ検出信号を生成し、
前記保持回路は、
前記外部出力信号の電圧レベルと、前記ノイズ検出信号とに基づいて、前記帰還遮断命令を保持する
出力バッファ回路。
（ａ）帰還増幅回路から供給される内部信号に応答して出力ノードに外部出力信号を供給するステップと、
（ｂ）前記外部出力信号に基づいて帰還信号を生成し、前記帰還信号を前記帰還増幅回路に供給するステップと、
（ｃ）前記帰還増幅回路への帰還信号の供給を禁止するステップと、
を具備し、
前記（ａ）ステップは、
入力端に入力される送信信号と前記外部出力信号を帰還した帰還信号とに基づいて、前記内部信号の波形を制御するステップを含み、
前記（ｃ）ステップは、
前記出力ノードのノイズに基づいて生成される帰還遮断命令に応答して、前記帰還信号の供給を禁止するステップを含む
出力バッファ回路の動作方法。
請求項６に記載の出力バッファ回路の動作方法において、
前記（ｃ）ステップは、
前記出力ノードに加わるノイズに応答して、ノイズ検出信号を生成するステップと、
前記ノイズ検出信号に応答して、前記帰還遮断命令を生成するステップと、
前記帰還遮断命令を一定期間保持するステップと、
前記保持回路に保持される前記帰還遮断命令に基づいて、前記帰還入力端に対する前記帰還信号の供給を禁止するステップと
を含む
出力バッファ回路の動作方法。
請求項７に記載の出力バッファ回路の動作方法において、
前記（ｂ）ステップは、
前記外部出力信号をスルーレート制御部に供給するステップと、
前記スルーレート制御部によってスルーレートが制御された前記外部出力信号を、前記帰還信号として出力するステップとを含み、
前記（ｃ）ステップは、
前記帰還遮断命令に応じて前記スルーレート制御部と接地線とを接続するステップを含む
出力バッファ回路の動作方法。
請求項８に記載の出力バッファ回路の動作方法において、
前記（ｃ）ステップは、
前記ノイズが前記帰還増幅回路の内部信号の波長に影響を及ぼす期間に、前記ノイズ検出信号を生成するステップと、
前記ノイズ検出信号が出力されている期間に継続して前記帰還遮断命令を保持するステップと
を含む
出力バッファ回路の動作方法。
請求項９に記載の出力バッファ回路の動作方法において、
前記（ｃ）ステップは、
前記外部出力信号の電圧レベルと、前記ノイズによる前記出力ノードの電圧レベルの変動とに応じて前記ノイズ検出信号を生成するステップと、
前記外部出力信号の電圧レベルと、前記ノイズ検出信号とに基づいて、前記帰還遮断命令を保持するステップと
を含む
出力バッファ回路の動作方法。