JP2011077672A

JP2011077672A - 信号入出力回路

Info

Publication number: JP2011077672A
Application number: JP2009224992A
Authority: JP
Inventors: Susumu Yamada; 進山田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; System Solutions Co Ltd
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-09-29
Publication date: 2011-04-14
Also published as: US20120007655A1; CN102035516A; CN102035516B; US20110074490A1; US8410841B2; KR20110035855A; KR101125428B1; EP2306268A1

Abstract

【課題】従来、データ受信するとき、データを判別する為、大小判定を行うコンパレータを備えており、このコンパレータには、動作時、入力信号の変化に追従するため、定常的に電流が流れている。このコンパレータに流れる定常的な電流が、大きな電力を消費しているという問題があった。
【解決手段】本発明は、一方のレベルを検知する第１検出回路と、他方のレベルを検知する第２検出回路とを有する受信部と、前記一方のレベルを出力するか、前記他方のレベルを出力するか、信号線から電気的に切り離したハイインピーダンス状態とするか、３つのうち何れかを１つの値を出力する三値出力器と有する送信部と、前記受信部と前記送信部を制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、受信の状態では、前記第１検出回路及び前記第２検出回路からの検知結果に応じて、入力される信号のレベルを判断し、送信の状態では、前記三値出力器からの出力値を制御することを特徴とする
【選択図】図２

Description

本発明は、通信を行うインターフェイス部分に関し、特に消費電力を低減するための構成に関する。

近年、環境を考慮して、電化製品は低消費電力で動作することが求められている。こう言った電化製品の内部に搭載される各ＩＣ間で行われる一般的な信号入出力回路で、よく用いられる容量結合型の通信装置では、電力消費はインターフェイス部によるものとデータ処理部によるものに大別される。この内、アナログ的な動作をするインターフェイス部分で全体の大半の電力消費しており、デジタル回路で構成されるデータ処理部分の電力消費は少ない。そこで、通信全体の消費電力を低減するため、インターフェイスで消費する電力を低減する。例えば、特許文献１には、コンパレータを用いた信号入出力回路が記載されている。

図１に一般的な従来技術を記載する。送信器１からの信号は、結合容量２で受ける。そして、結合容量２がＨレベルチャージされていれば、Ｈレベルが送信されて来たことを意味し、Ｌレベルにチャージされていれば、Ｌレベルが送信されて来たことを意味する形式を一般に容量結合型と言う。この時、結合容量２と直列に接続された信号ラインはある電圧にバイアスされる。そのバイアスされた電圧を、受信部３のコンパレータ４で、基準電圧（Ｖｒｅｆ）と比較することで入力信号として、Ｈレベル、Ｌレベルの何れかが送信されて来たかを判別する。比較結果は、出力信号として、データ処理部５へ引き渡される。

このとき、コンパレータ４は検出器の役割を果たしており、入力信号の変化に追従するため、常に中間電圧にバイアスしており、定常的に電流消費が発生している。

特開２００５−２０２６８

しかし、特許文献１の様に、従来、データ受信するとき、データを判別する為、大小判定を行うコンパレータを備えており、このコンパレータには、動作時、入力信号の変化に追従するため、定常的に電流が流れている。このコンパレータに流れる定常的な電流が、大きな電力を消費しているという問題がある。本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、消費電力の消費が少ない信号入出力回路を提供することを目的とする。

本発明は、通信ラインに結合容量を介して、一方のレベルと他方のレベルの信号を送受信する信号入出力回路において、一方のレベルを検知する第１検出回路と、他方のレベルを検知する第２検出回路とを有する受信部と、前記一方のレベルを出力するか、前記他方のレベルを出力するか、信号線から電気的に切り離したハイインピーダンス状態とするか、３つのうち何れかを１つの値を出力する三値出力器と有する送信部と、前記受信部と前記送信部を制御する制御回路と、を備え、前記制御回路は、受信の状態では、前記第１検出回路及び前記第２検出回路からの検知結果に応じて、入力される信号のレベルを判断し、送信の状態では、前記三値出力器からの出力値を制御することを特徴とする信号入出力回路を提供する。

或いは、更に、前記制御回路は、受信の状態では、一方のレベルを検知すると、前記第１検出回路をオフ状態、前記第２検出回路をオン状態とし、他方のレベルを検知すると、前記第１検出回路をオン状態、前記第２検出回路をオフ状態とすることを特徴とする信号入出力回路を提供する。

本発明は、入力信号の変化に追従しても、入力信号待ち受け時の電流消費はゼロ（０）になる。これにより、容量結合型通信の消費電力を大幅に削減できる。

また、消費電力の削減により、ポータブル用途では、電池による動作時間を大幅に伸ばすことが出来る。長時間動作を必要としない場合は、電池容量の小型化にすることが出来、引いては、商品自体をコンパクトに軽量化出来ると言った利点がある。

従来技術を示す構成図である。本実施形態に係る信号入出力回路の構成を示す構成図である。本実施形態に係る信号入出力回路の構成を示す構成図である。本実施形態に係る信号の振幅の減衰を示す図である。

以下、本発明の実施の形態に係る信号入出力回路に関し、図面を参照して説明する。本実施の形態に係る信号入出力回路の構成を図２に示す。

従来技術と重なる部分については、説明を省略する。受信部３１の内部には、Ｈレベル検出器６と、Ｌレベル検出器７がある。Ｈレベル検出器６は、ＬレベルからＨレベルへ変化したことを検出することが出来る検出器である。同様に、Ｌレベル検出器７は、ＨレベルからＬレベルへ変化したことを検出する検出器である。Ｈレベル検出器６とＬレベル検出器７は、共に、一方のレベルから他方のレベルへの変化か、他方のレベルから一方のレベルへの変化を検出する検出器である。

送信部８は、通信ラインの電位を制御するために用いられ、内部には、三値出力器９がある。三値出力器９は、Ｌレベル、Ｈレベル、ハイインピーダンスの三値を出力することが出来、どの値を出力するかは、制御回路１０から制御される。送信部８が使われない時や受信状態では、通常、ハイインピーダンスを出力する。また、通信ラインをＬレベルにしたい場合には三値出力器９からＬレベルを出力し、Ｈレベルにしたい場合には三値出力器９からＨレベルを出力する。受信状態では、制御回路１０は、受信部３１を用いて、入力されている信号のレベルを検出する。

図３には、Ｈレベル検出器６、Ｌレベル検出器７の一例を示す。Ｈレベル検出器６は、電源とグランド間に、上から順番に、Ｐ型チャネルトランジスタ６１、抵抗６２、Ｎ型チャネルトランジスタ６３で構成されている。Ｐ型チャネルトランジスタ６１のゲート電極には、制御回路１０からの第１のオンオフ制御信号が印加されている。必要に応じて、Ｈレベル検出器７をオン状態とするか、オフ状態とするか、制御することが出来る。抵抗６２とＮ型チャネルトランジスタ６３の接続する部分から、検出結果を示す第１の検出信号を取り出し、制御回路１０へ出力する。また、Ｎ型チャネルトランジスタ６３のゲート電極には、信号ラインから入力された入力信号が印加されている。

Ｈレベル検出器６は、オン状態時、制御回路１０から、Ｐ型チャネルトランジスタ６１のゲート電極にＬレベルが印加されている。もし、この状態で、入力信号がＬレベルであれば、Ｎ型チャネルトランジスタ６３のゲート電極にもＬレベルであり、Ｎ型チャネルトランジスタ６３はオフ状態となり、Ｈレベル検出器６は、電源グランド間に電流が流れることがなく、動作することは無い。この時、電源グランド間は、遮断されているので、Ｈレベル検出器６では、電流が流れることは無く、消費電力がゼロとなる。また、この時、第１の検出信号は、プルアップされた状態となり、Ｈレベルを維持している。

この時、入力信号がＨレベルに変化すれば、Ｎ型チャネルトランジスタ６３のゲート電極はＨレベルであり、Ｎ型チャネルトランジスタ６３はオン状態となり、電源グランド間に電流が流れる。すると、第１の検出信号は、Ｖｄｄに対して、Ｐ型チャネルトランジスタ６１のオン抵抗の値と抵抗６２の抵抗値を足した値と、Ｎ型チャネルトランジスタ６３のオン抵抗の値の比で、電圧が出力される。この時、抵抗６２はトランジスタのオン抵抗に対して十分大きいので、検出信号は、ほぼグランドレベルになる。第１の検出信号は「Ｈ→Ｌ」に変化し、この変化を受けた制御回路１０では、通信ラインがＬレベルからＨレベルに変化したことを検出することが出来る。

Ｌレベル検出器７は、電源とグランド間に、上から順番に、Ｐ型チャネルトランジスタ７１、抵抗７２、Ｎ型チャネルトランジスタ７３で構成されている。Ｎ型チャネルトランジスタ７３のゲート電極には、制御回路１０からの第２のオンオフ制御信号が印加されている。必要に応じて、Ｈレベル検出器７をオン状態とするか、オフ状態とするか、制御することが出来る。また、Ｐ型チャネルトランジスタ７１と抵抗７２の接続する部分から、検出結果を示す第２の検出信号を取り出し、制御回路１０へ出力する。

また、Ｐ型チャネルトランジスタ７１のゲート電極には、信号ラインから入力された入力信号が印加されている。Ｌレベル検出器７は、オン状態時、制御回路１０から、Ｎ型チャネルトランジスタ７３のゲート電極にＨレベルが印加されている。もし、この状態で、入力信号がＨレベルであれば、Ｐ型チャネルトランジスタ７１のゲート電極にもＨレベルであり、Ｐ型チャネルトランジスタ７１はオフ状態となり、Ｌレベル検出器７は、電源グランド間に電流が流れることがなく、動作することは無い。この時、電源グランド間は、遮断されているので、Ｌレベル検出器では、電流が流れることは無く、消費電力がゼロとなる。また、この時、第２の検出信号は、プルダウンされた状態となり、Ｌレベルを維持している。

この時、入力信号がＬレベルに変化すれば、Ｐ型チャネルトランジスタ７１のゲート電極はＬレベルであり、Ｐ型チャネルトランジスタ７１はオン状態となり、電源グランド間に電流が流れる。すると、第２の検出信号は、Ｖｄｄに対して、Ｐ型チャネルトランジスタ７１のオン抵抗の値と抵抗７２の抵抗値を足した値と、Ｎ型チャネルトランジスタ７３のオン抵抗の値の比で、電圧が出力される。この時、抵抗７２はトランジスタのオン抵抗に対して十分大きいので、検出信号は、ほぼＶＤＤレベルになる。第２の検出信号は「Ｌ→Ｈ」に変化し、この変化を受けた制御回路１０では、通信ラインがＨレベルからＬレベルに変化したことを検出することが出来る。

上記の様に、Ｈレベル検出器６とＬレベル検出器７の２つを使うことで、通信ラインがＬ→Ｈ、Ｌ→Ｈになった事を検出することが可能になる。また、変化を検出するまでは、それぞれの検出器には、電流が流れない構成であり、それぞれを補完的に、動作させることで、通信ラインにおいて、信号変化時以外、消費電力をゼロにすることが出来る。

また、この入力信号の変化を受けたら、直ちに、Ｈレベル検出器６とＬレベル検出器７のオン／オフを切り替えることで、それぞれの検出器に流れる電流は、ほぼゼロとすることが出来、長い時間、通信を行っても消費される電力は、ほとんどゼロに近づけることが可能になる。

図４は、送信器１からの出力される信号に関し、通信ラインを通じて結合容量２で受ける際、信号の振幅が減衰することを示している。この減衰により、例えば、送信器１からの信号が５Ｖ程度の振幅があったとしても、結合容量２を通過すると、２Ｖ程度の振幅に減衰してしまうことがある。すると、２Ｖ程度の振幅の電圧は、Ｈレベル検出器６、Ｌレベル検出器７にとっては、中途半端な電位であり、それぞれが、誤検出してしまう可能性がある。

具体的に、例えば、この減衰した信号が、Ｌ→Ｈ（０Ｖ→２Ｖ）に変化した場合、Ｈレベル検出器６にとっては、この２Ｖ程度の電圧は、Ｌ→Ｈの信号変化として検出することが出来る。しかし、この状態で、Ｈレベル検出器６に切り換えて、Ｌレベル検出器７を動作させると、Ｌレベル検出器７は、この２Ｖを、すぐにＬレベルと誤判定してしまう。

そこで、制御回路１０は、Ｈレベル検出器６でＨレベルを検出した後、直ちにＬレベル検出器７をオン状態とせず、一端、三値出力器９から、十分に高いＨレベル（ＶＤＤレベル）を出力し、減衰した信号を補助する。三値出力器９から、十分に高いＨレベル（ＶＤＤレベル）を出力することで、通信ラインの電位を、中途半端な２ＶからＶＤＤ（５Ｖ）に上昇させることが出来る。通信ラインの電位をＶＤＤに引き上げた後、制御回路１０は、三値出力器９の出力をＨレベルからハイインピーダンス状態に変更し、Ｌレベル検出器７をオン状態とする。この時、通信ラインは、十分に高いＨレベルに維持されているので、Ｌレベル検出器７は誤判定しない。

また、このＨ→Ｌに変化する際も、信号が減衰しているので、５Ｖ→０Ｖとはならず、５Ｖ→３Ｖになることが予想される。この状態で、Ｌレベル検出器７に切り換えて、Ｈレベル検出器６を動作させると、Ｈレベル検出器６は、この３Ｖを、すぐにＨレベルと誤判定してしまう。そこで、Ｈ→Ｌを検出した後も、上記と同様に、制御回路１０は、直ぐに、Ｈレベル検出器６をオン状態とせず、一端、三値出力器９から、十分に低いＬレベル（グランドレベル）を出力し、減衰した信号を補助する。三値出力器９から、十分に低いＬレベル（グランドレベル）を出力することで、通信ラインの電位を、中途半端な３Ｖから０Ｖに下降させることが出来る。通信ラインの電位をグランドレベルに引き下げた後、Ｈレベル検出器６をオン状態とすると、信号の減衰により、Ｌ→Ｈ（０Ｖ→２Ｖ）の信号の変化でも、Ｌ→Ｈの検出が可能となる。上記の様に、受信の状態であっても、送信部８の三値出力器９を利用することで、結合容量２によって、信号が減衰しても、Ｈ→Ｌ、Ｌ→Ｈの検出の精度を高めることが出来る。

上記は、５Ｖ振幅の電位が減衰して、２Ｖ振幅の電位になった場合の一例を挙げたが、送信器１からの出力される信号が、十分大きな振幅があり、減衰しても、十分大きい振幅（５Ｖ程度）があれば、送信部８の三値出力器９を利用する必要は無い。従って、送信器１から出力される信号の振幅に応じて、送信部８の三値出力器９を利用するか、利用しないか、を切り換えると効率が良くなる。こう言った信号入出力回路は、周辺回路として、マイコンに内蔵されることが多く、送信部８の三値出力器９を利用するか、利用しないか、の設定を行うレジスタを制御回路１０の内部に持ち、このレジスタの設定をマイコンのプログラムによって、書き換えることが出来ると、使い勝手が更に良くなる。

以上発明を実施するための最良の形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。

１送信器
２結合容量
３受信部
４コンパレータ
５データ処理部
６Ｈレベル検出器
７Ｌレベル検出器
８送信部
９三値出力器
１０制御回路
３１受信部
６１Ｐ型チャネルトランジスタ
６２抵抗
６３Ｎ型チャネルトランジスタ
７１Ｐ型チャネルトランジスタ
７２抵抗
７３Ｎ型チャネルトランジスタ

Claims

通信ラインに結合容量を介して、一方のレベルと他方のレベルの信号を送受信する信号入出力回路において、
一方のレベルを検出する第１検出回路と、他方のレベルを検知する第２検出回路とを有する受信部と、
前記一方のレベルを出力するか、前記他方のレベルを出力するか、信号線から電気的に切り離したハイインピーダンス状態とするか、３つのうち何れかを１つの値を出力する三値出力器と有する送信部と、
前記受信部と前記送信部を制御する制御回路と、を備え、
前記制御回路は、受信の状態では、前記第１検出回路及び前記第２検出回路からの検出結果に応じて、入力される信号のレベルを判断し、送信の状態では、前記三値出力器からの出力値を制御することを特徴とする信号入出力回路。
前記制御回路は、受信の状態で、一方のレベルを検出すると、前記第１検出回路をオフ状態、前記第２検出回路をオン状態とし、他方のレベルを検知すると、前記第１検出回路をオン状態、前記第２検出回路をオフ状態とすることを特徴とする請求項１記載の信号入出力回路。
前記制御回路は、受信の状態で、一方のレベルを検出すると、一端、前記三値出力器から一方のレベルを出力し、他方のレベルを検出すると、一端、前記三値出力器から他方のレベルを出力することを特徴とする請求項２記載の信号入力回路。
前記制御回路は、レジスタを有し、前記レジスタの値に応じて、前記三値出力器を使うか、使わないか、切り換えることを特徴とする請求項３記載の信号入出力回路。
前記第１検出回路は、電源グランド間に、電源側から順に前記第１のＰ型チャネルトランジスタ、前記第１の抵抗、前記第１のＮ型チャネルトランジスタで接続されており、前記第１のＮ型チャネルトランジスタのゲート電極に前記通信ラインを接続し、前記第１のＰ型チャネルトランジスタのゲート電極には、前記制御回路から、前記第１検出回路のオンオフ状態を切り換える第１オンオフ制御信号を接続し、前記第１の抵抗と前記第１のＮ型チャネルトランジスタとを接続する部分から、第１の検出信号を出力すると共に、
前記第２検出回路は、電源グランド間に、電源側から順に前記第２のＰ型チャネルトランジスタ、前記第２の抵抗、前記第２のＮ型チャネルトランジスタで接続されており、前記第２のＰ型チャネルトランジスタのゲート電極に前記通信ラインを接続し、前記第２のＮ型チャネルトランジスタのゲート電極には、前記制御回路から、前記第２検出回路のオンオフ状態を切り換える第２オンオフ制御信号を接続し、前記第２のＰ型チャネルトランジスタと前記第２の抵抗とを接続する部分から、第２の検出信号を出力することを特徴とする請求項４記載の信号入出力回路。