JP2018195098A - 回路装置、電子機器及びケーブルハーネス - Google Patents

Abstract

【課題】ＵＳＢの信号の信号特性の劣化を改善できる回路装置等の提供。
【解決手段】回路装置１０は、ＵＳＢ規格の第１、第２のバスＢＳ１、ＢＳ２が接続される第１、第２の物理層回路１１、１２と、第１のバスＢＳ１、第１、第２の物理層回路１１、１２、第２のバスＢＳ２の転送経路でのパケットの転送処理を行う処理回路２０と、第１、第２のバスＢＳ１、ＢＳ２の接続を第１の期間においてオンにし第２の期間においてオフにするバススイッチ回路４０と、第１、第２のバスＢＳ１、ＢＳ２の接続のオン及びオフを制御するスイッチ信号ＳＷＳを生成してバススイッチ回路４０に供給するスイッチ信号生成回路７０を含む。スイッチ信号生成回路７０は、チャージポンプ用のクロック信号に基づきチャージポンプ動作を行うチャージポンプ回路８０を有し、チャージポンプ回路８０により昇圧された昇圧電源電圧に基づいてスイッチ信号ＳＷＳを生成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、回路装置、電子機器及びケーブルハーネス等に関する。

従来より、ＵＳＢ（Universal-Serial-Bus）のデータ転送制御を実現する回路装置が知られている。このような回路装置の従来技術としては例えば特許文献１、２に開示される技術がある。

例えば特許文献１には、ＨＳ（High Speed）モード用の送信回路の電流源のイネーブル制御信号を、パケットの送信開始タイミングの前のタイミングでアクティブにする技術が開示されている。特許文献２には、ＨＳモードからＦＳ（Full Speed）モードに切り替わった場合に、ＨＳモード用の高速クロックを生成するＰＬＬの自走動作をディスエーブルにする技術が開示されている。

特開２００６−１３５３９７号公報 特開２００２−１４１９１１号公報

ＵＳＢでは、認証テストにおいてアイパターンの測定が行われる。このためＵＳＢのＨＳモード用の送信回路は、アイパターンについてのＵＳＢ規格の認証テストをパスできるような送信信号を出力する必要がある。しかしながら、ＨＳモード用の送信回路の送信信号の信号経路には、寄生容量や寄生抵抗が存在するため、この寄生容量や寄生抵抗が原因で、アイパターンの認証テストをパスすることが困難になる事態が生じてしまう。一例としては、メインコントローラーの送信回路からの送信信号がケーブルハーネス等を介してペリフェラルデバイスに出力される場合に、ケーブルが長かったり、保護回路等が信号経路に存在したりすると、適正な信号転送を実現できず、認証テストにパスすることができない。

またＵＳＢのＨＳモードの通信時において、バスに対して大きな寄生容量が付加されたり、スイッチノイズが伝播されてしまうと、ＨＳモードの通信品質が劣化してしまう問題が生じる。

本発明の幾つかの態様によれば、ＵＳＢの信号の信号特性の劣化を改善できる回路装置、電子機器及びケーブルハーネス等を提供できる。

本発明の一態様は、ＵＳＢ規格の第１のバスが接続される第１の物理層回路と、前記ＵＳＢ規格の第２のバスが接続される第２の物理層回路と、前記第１のバスから前記第１の物理層回路を介して受信したパケットを前記第２の物理層回路を介して前記第２のバスに送信し、前記第２のバスから前記第２の物理層回路を介して受信したパケットを前記第１の物理層回路を介して前記第１のバスに送信する転送処理を行う処理回路と、前記第１のバスと前記第２のバスの接続を、第１の期間においてオンにし、第２の期間においてオフにするバススイッチ回路と、前記第１のバスと前記第２のバスの接続のオン及びオフを制御するスイッチ信号を生成して、前記スイッチ信号を前記バススイッチ回路に供給するスイッチ信号生成回路と、を含み、前記スイッチ信号生成回路は、チャージポンプ用のクロック信号に基づきチャージポンプ動作を行うチャージポンプ回路を有し、前記チャージポンプ回路により昇圧された昇圧電源電圧に基づいて前記スイッチ信号を生成する回路装置に関係する。

本発明の一態様によれば、ＵＳＢ規格の第１、第２のバスが接続される第１、第２の物理層回路と、パケットの転送処理を行う処理回路と、第１のバスと第２のバスの接続を第１の期間においてオンにし第２の期間においてオフにするバススイッチ回路と、スイッチ信号生成回路が設けられる。このようにすれば、第１のバスと第２のバスの接続をオンにすることで、第１のバスに接続される第１の装置と第２のバスに接続される第２の装置との間での信号のやり取りなどが可能になる。更に、第１、第２のバスの一方からのパケットを第１、第２の物理層回路を介して第１、第２のバスの他方に転送する転送処理が可能になり、第１、第２のバスの信号の信号特性が劣化していた場合にも、これを改善できるようになる。そして本発明の一態様では、スイッチ信号生成回路が、チャージポンプ回路を有し、チャージポンプ回路により昇圧された昇圧電源電圧に基づいて、第１、第２のバスの接続のオン、オフを制御するスイッチ信号を生成する。このように昇圧電源電圧に基づくスイッチ信号を用いれば、バススイッチ回路のスイッチ素子を適切にオン又はオフにすることが可能になる。これにより、例えば第１の期間における第１のバス、バススイッチ回路、第２のバスの経路での信号の適切なやり取りが可能になり、ＵＳＢの信号の信号特性の劣化を改善できる回路装置等の提供が可能になる。

また本発明の一態様では、前記チャージポンプ回路は、前記第１のバスと前記第２のバスの接続がオンであるときに前記チャージポンプ動作を行うと共に、前記第１のバスと前記第２のバスの接続がオフであるときにも前記チャージポンプ動作を行ってもよい。

このようにすれば、例えば第２の期間から第１の期間に切り替わった際に、チャージポンプ回路の長い起動時間がタイムラグとなって、適正な昇圧電圧レベルのスイッチ信号を供給できなくなってしまう事態の発生を抑制できるようになる。

また本発明の一態様では、前記チャージポンプ回路は、前記第１の期間において、第１の周波数の前記クロック信号に基づき前記チャージポンプ動作を行い、前記第２の期間において、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数の前記クロック信号に基づき前記チャージポンプ動作を行ってもよい。

このようにすれば、第１の期間では、適切に昇圧された昇圧電源電圧に基づくスイッチ信号をバススイッチ回路に供給でき、第２の期間においては、チャージポンプ動作に起因するスイッチノイズを低減できるようになる。

また本発明の一態様では、前記スイッチ信号生成回路は、バスアクティビティーがなくなってから所与の期間が経過した後に、前記クロック信号の周波数を、前記第２の周波数から前記第１の周波数に変化させてもよい。

このようにすれば、クロック信号の周波数が、第２の周波数よりも高い第１の周波数に戻ることで、適切な昇圧電源電圧に基づくスイッチ信号をバススイッチ回路に供給できるようになる。

また本発明の一態様では、前記所与の期間は２ｍｓ以上の長さの期間であってもよい。

このようにすれば、バスアクティビティーがなくなった後、適切なタイミングで、クロック信号の周波数を第２の周波数から第１の周波数に変化させることが可能になる。

また本発明の一態様では、チャージポンプ用の前記クロック信号を生成し、前記クロック信号を前記チャージポンプ回路に供給するクロック信号生成回路を含み、前記クロック信号生成回路は、前記第２の期間において、前記第１のバス及び前記第２のバスにより転送されるパケットの信号に基づいて、チャージポンプ用の前記クロック信号を生成してもよい。

このようにすれば、第２の期間において転送されるパケットを有効利用して、チャージポンプ用のクロック信号を生成できるようになる。

また本発明の一態様では、前記クロック信号生成回路は、前記第２の期間において、ＳＯＦのパケットに基づいてチャージポンプ用の前記クロック信号を生成してもよい。

このようにすれば、バス上で転送されるＳＯＦのパケットを有効利用して、チャージポンプ用のクロック信号を生成できるようになる。

また本発明の一態様では、前記クロック信号生成回路は、前記第２の期間において、ＥＯＰに基づいてチャージポンプ用の前記クロック信号を生成してもよい。

このようにすれば、パケットの転送期間を避けたタイミングで、チャージポンプ動作を行わせることが可能になる。

また本発明の一態様では、チャージポンプ用の前記クロック信号を生成し、前記クロック信号を前記チャージポンプ回路に供給するクロック信号生成回路を含み、前記クロック信号生成回路は、データパケットの転送期間において、前記チャージポンプ回路に供給する前記クロック信号を停止してもよい。

このようにすれば、チャージポンプ動作に起因するスイッチノイズが、データパケットの通信に悪影響を及ぼすのを抑制できるようになる。

また本発明の一態様では、前記クロック信号生成回路は、前記クロック信号を停止してから所与の設定期間が経過したときに、前記クロック信号の信号レベルを、第１の電圧レベルと第２の電圧レベルの一方の電圧レベルから他方の電圧レベルに変化させてもよい。

このようにすれば、データパケットの通信期間が長くなってしまった場合に、クロック信号の電圧レベルを変化させてチャージポンプ動作を行わせることが可能になる。

また本発明の一態様では、前記バススイッチ回路は、第１導電型トランジスターにより構成されるスイッチ素子を有してもよい。

このようにすれば、第１導電型トランジスターのドレイン容量等に起因する寄生容量を低減することが可能になり、通信品質の劣化を抑制できる。

また本発明の一態様では、前記第１導電型トランジスターはＮ型トランジスターであってもよい。

このようにすれば、移動度が高いＮ型トランジスターを用いてバススイッチ回路のスイッチ素子を実現できるようになる。

また本発明の一態様では、前記第１のバスと前記第２のバスのモニター動作を行うバスモニター回路を含み、前記バススイッチ回路は、前記バスモニター回路でのモニター結果に基づいて、前記第１のバスと前記第２のバスの接続を前記第１の期間においてオンにし、前記第２の期間においてオフにし、前記処理回路は、前記第２の期間において前記転送処理を行ってもよい。

このようにすれば、第１の期間においては、第１のバスと第２のバスの接続をオンにすることで、第１のバスに接続される第１の装置と第２のバスに接続される第２の装置との間での信号のやり取りなどが可能になる。そして第２の期間においては、第１のバスと第２のバスの接続をオフにして、第１、第２のバスの一方からのパケットを第１、第２の物理層回路を介して第１、第２のバスの他方に転送する転送処理を実現できるようになる。

また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の前記回路装置と、前記第１のバスに接続される処理装置とを含む電子機器に関係する。

また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の前記回路装置と、ケーブルとを含むケーブルハーネスに関係する。

送信信号の信号特性の劣化の問題についての説明図。 本実施形態の回路装置の構成例。 本実施形態の回路装置の詳細な構成例。 回路装置の動作説明図。 回路装置の動作説明図。 回路装置の動作説明図。 スイッチ信号生成回路、バススイッチ回路の構成例。 チャージポンプ回路の動作説明図。 チャージポンプ回路の構成例。 回路装置の動作を説明する信号波形図。 回路装置の動作を説明する信号波形図。 回路装置の動作を説明する信号波形図。 回路装置の詳細な動作を説明する信号波形図。 回路装置の詳細な動作を説明する信号波形図。 回路装置の詳細な動作を説明する信号波形図。 物理層回路の詳細な構成例。 電子機器の構成例。 ケーブルハーネスの構成例。

以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

１．送信信号の信号特性
図１を用いてＵＳＢでの送信信号の信号特性の劣化を説明する。図１は車載の電子機器のシステムの一例を示すものであり、メインコントローラー２００（ホストコントローラー）にはＵＳＢ−ＨＵＢ２１０が接続される。例えばＵＳＢ−ＨＵＢ２１０のアップストリームポートがメインコントローラー２００に接続され、ダウンストリームポートには、ＳＤ２１１（ＳＤカード）、ＢＴ２１２（ブルートゥース（登録商標））、ＤＳＲＣ２１３（Dedicated Short Range Communications）などのデバイスが接続される。

またケーブル２２４を有するケーブルハーネス２２０のＵＳＢレセプタクル２２６には、スマートフォンなどの携帯型端末装置２５０が接続される。メインコントローラー２００とＵＳＢレセプタクル２２６の間には、充電回路２２１、静電気保護回路２２２、短絡保護回路２２３などが設けられている。

図１では、ケーブル２２４は車内において例えば内装を避けて配線されるため、ケーブル長が例えば１〜３ｍというように長くなり、寄生容量等が生じる。また充電回路２２１、静電気保護回路２２２、短絡保護回路２２３などの回路に起因する寄生容量等も生じる。これらの寄生容量等が原因となって、メインコントローラー２００が有するＵＳＢの送信回路（ＨＳ）の送信信号の信号特性が劣化する。

ＵＳＢの認証テストにおいては、送信信号の波形がアイパターンの禁止領域と重ならないようにすることが要求される。しかしながら、図１において車内で引き回されるケーブル２２４が長くなったり、充電回路２２１、静電気保護回路２２２、短絡保護回路２２３などの回路に起因したりして、寄生容量等が生じると、送信信号の信号品質が悪化してしまう。このため、適正な信号転送を実現できず、アイパターンの認証テスト（例えばニアエンドの認証テスト）をパスできないという課題がある。またＵＳＢのＨＳモードの通信時において、バスに対して大きな寄生容量が付加されたり、スイッチノイズが伝播されてしまうと、ＨＳモードの通信品質が劣化してしまうという課題もある。

２．回路装置
以上のような課題を解決できる本実施形態の回路装置１０の構成例を図２に示す。本実施形態の回路装置１０は、物理層回路１１、１２と、処理回路２０と、バススイッチ回路４０と、スイッチ信号生成回路７０を含む。またスイッチ信号生成回路７０はチャージポンプ回路８０を含む。なお回路装置１０は図２の構成には限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。

物理層回路１１（第１の物理層回路）には、ＵＳＢ規格のバスＢＳ１（第１のバス）が接続される。物理層回路１２（第２の物理層回路）には、ＵＳＢ規格のバスＢＳ２（第２のバス）が接続される。物理層回路１１、１２の各々は、物理層のアナログ回路により構成される。物理層のアナログ回路は、例えばＨＳ、ＦＳ用の送信回路、受信回路、各種の検出回路、プルアップ抵抗回路などである。なお、ＵＳＢを介して受信したシリアルデータをパラレルデータに変換するシリアル／パラレル変換回路や、パラレルデータをシリアルデータに変換するパラレル／シリアル変換回路や、エラスティックバッファーや、ＮＲＺＩ回路などのリンク層に相当する回路は、処理回路２０に含まれる。例えばＵＳＢのトランシーバマクロセルのうちのリンク層等に相当する回路は処理回路２０に含まれ、送信回路、受信回路、検出回路等のアナログ回路が物理層回路１１、１２に含まれる。

バスＢＳ１は例えばメインコントローラー側が接続されるバスであり、バスＢＳ２は例えばペリフェラルデバイス側が接続されるバスである。但し本実施形態はこのような接続構成に限定されるものではない。バスＢＳ１、ＢＳ２は、差動信号を構成する信号ＤＰ、ＤＭ（第１、第２の信号）などの信号線を含むＵＳＢ規格（広義には所与のデータ転送の規格）のバスである。バスＢＳ１、ＢＳ２は電源ＶＢＵＳ、ＧＮＤの信号線を含むことができる。

処理回路２０は、転送処理や各種の制御処理を行う回路であり、ゲートアレイなどの自動配置配線によるロジック回路などにより実現できる。なお処理回路２０をＣＰＵ、ＭＰＵ等のプロセッサーにより実現してもよい。そして処理回路２０は、バスＢＳ１から物理層回路１１を介して受信したパケットを物理層回路１２を介してバスＢＳ２に送信（転送）し、バスＢＳ２から物理層回路１２を介して受信したパケットを物理層回路１１を介してバスＢＳ１に送信（転送）する転送処理を行う。例えばバスＢＳ１側からバスＢＳ２側に、或いはバスＢＳ２側からバスＢＳ１側に、パケットフォーマットを変更することなくパケットを転送する。このとき処理回路２０は、当該転送処理において、パケットのビットの再同期化処理を行う。例えばパケットの受信の際には、回路装置１０で生成されたクロック信号に基づいてパケットの各ビットをサンプリングする。パケットの送信の際には、回路装置１０で生成されたクロック信号に同期してパケットの各ビットを送信する。

バススイッチ回路４０は、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続（電気的な接続）をオン又はオフにする。即ち、バスＢＳ１とバスＢＳ２を電気的に接続したり、電気的に非接続にする。バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続をオン又はオフにする（電気的に接続又は非接続にする）とは、例えばバスＢＳ１のＤＰ、ＤＭの信号線とバスＢＳ２のＤＰ、ＤＭの信号線の間に設けられるスイッチ素子（第１、第２のスイッチ素子）などをオン又はオフにすることである。

具体的には後述の図４に示すようにバススイッチ回路４０は、期間Ｔ１（第１の期間）において、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続をオンにする。即ち、バススイッチ回路４０は、バスＢＳ１とバスＢＳ２の間に設けられるスイッチ素子を有し、期間Ｔ１において、当該スイッチ素子がオンになる。これにより、バスＢＳ１に接続されるメインコントローラー２００（広義には第１の装置）とバスＢＳ２に接続されるペリフェラルデバイス２６０（広義には第２の装置）とが、ＵＳＢのバスにより直接にＵＳＢの信号転送を行うことが可能になる。また後述の図５に示すようにバススイッチ回路４０は、期間Ｔ２（第２の期間）において、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続をオフにする。即ち、期間Ｔ２において、バスＢＳ１とバスＢＳ２の間に設けられるスイッチ素子がオフになる。処理回路２０は、この期間Ｔ２において、上記の転送処理を行う。

また図２に示すように本実施形態の回路装置１０はスイッチ信号生成回路７０を含む。スイッチ信号生成回路７０は、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続のオン及びオフを制御するスイッチ信号ＳＷＳを生成して、バススイッチ回路４０に供給する。そしてスイッチ信号ＳＷＳにより、図４の期間Ｔ１ではバススイッチ回路４０のスイッチ素子がオンになり、図５の期間Ｔ２では当該スイッチ素子がオフになる。なおバススイッチ回路４０が複数のスイッチ素子を有する場合には、スイッチ信号生成回路７０は、これらの複数のスイッチ素子をオン又はオフにする複数のスイッチ信号ＳＷＳを供給する。

そしてスイッチ信号生成回路７０は、クロック信号に基づきチャージポンプ動作を行うチャージポンプ回路８０を有する。チャージポンプ動作は、電荷を遷移させ、入力電圧と、キャパシターに充電された電圧とを重畳させることで出力電圧を得る方式の回路動作である。スイッチ信号生成回路７０は、チャージポンプ回路８０により昇圧された昇圧電源電圧に基づいてスイッチ信号ＳＷＳを生成する。例えばチャージポンプ回路８０は、通常の電源電圧よりも高い電圧の昇圧電源電圧をチャージポンプ動作により生成する。例えばバススイッチ回路４０のスイッチ素子を構成するトランジスターのしきい値電圧をＶｔｈとし、電源電圧をＶＤとした場合に、チャージポンプ回路８０は、ＶＨ＞ＶＤ＋Ｖｔｈとなる昇圧電源電圧ＶＨを生成する。スイッチ信号生成回路７０は、この昇圧電源電圧に基づいてスイッチ信号ＳＷＳを生成する。チャージポンプ回路８０は、スイッチ信号生成回路７０が有する回路（バッファー回路又はレベルシスター等）の電源電圧として、昇圧電源電圧を供給し、これらの回路はこの昇圧電源電圧に基づき動作する。

このように本実施形態では、バスＢＳ１、ＢＳ２を電気的に接続又は非接続にするバススイッチ回路４０を設けている。そしてスイッチ信号生成回路７０は、チャージポンプ回路８０により昇圧された昇圧電源電圧に基づいてスイッチ信号ＳＷＳを生成して、バススイッチ回路４０に供給している。このように昇圧電源電圧に基づくスイッチ信号ＳＷＳを用いれば、バススイッチ回路４０のスイッチ素子を適切にオン又はオフにすることが可能になり、例えば後述の図４の期間Ｔ１の転送経路ＴＲ１での信号の適切なやり取りが可能になる。即ちスイッチ素子を構成するトランジスターのゲートに、昇圧電源電圧に基づくスイッチ信号ＳＷＳを供給することで、当該トランジスターを適切なオン状態にすることが可能になる。例えば前述のように昇圧電源電圧をＶＨ＞ＶＤ＋Ｖｔｈとすることで、スイッチ素子を通過する電圧範囲に制限ができるのを防止できる。またトランジスターのオン抵抗を十分に小さくすることが可能なる。またスイッチ素子を例えば第１導電型（例えばＮ型）のトランジスターだけで構成することで、当該第１導電型トランジスターのドレイン容量等に起因する寄生容量を低減することが可能になり、図５の期間Ｔ２での通信品質の劣化を抑制できるようになる。

また本実施形態ではチャージポンプ回路８０は、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続がオンであるときにチャージポンプ動作を行うと共に、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続がオフであるときにもチャージポンプ動作を行う。ここでチャージポンプ動作は、連続的な動作だけではなく、間欠的な動作であってもよい。

例えば図４の期間Ｔ１において、チャージポンプ回路８０がチャージポンプ動作を行い、チャージポンプ回路８０の昇圧電源電圧に基づくスイッチ信号ＳＷＳがバススイッチ回路４０のスイッチ素子に供給され、当該スイッチ信号ＳＷＳによりバスＢＳ１とバスＢＳ２の接続がオンになる。スイッチ素子がＮ型トランジスターである場合にはハイレベル（アクティブ）のスイッチ信号ＳＷＳがＮ型トランジスターのゲートに供給されてＮ型トランジスターがオンになる。一方、図５の期間Ｔ２のようにバスＢＳ１とバスＢＳ２の接続がオフであるときにも、チャージポンプ回路８０がチャージポンプ動作を行い、チャージポンプ回路８０の昇圧電源電圧に基づくスイッチ信号ＳＷＳがバススイッチ回路４０のスイッチ素子に供給される。スイッチ素子がＮ型トランジスターである場合にはローレベル（非アクティブ）のスイッチ信号ＳＷＳがＮ型トランジスターのゲートに供給される。

このように期間Ｔ２においてもチャージポンプ回路８０がチャージポンプ動作を行うようにすれば、期間Ｔ２から期間Ｔ１に切り替わった場合にも、適切な電圧レベルのスイッチ信号ＳＷＳをバススイッチ回路４０のスイッチ素子に供給できるようになる。即ち、期間Ｔ２においてチャージポンプ動作をオフにしてしまうと、期間Ｔ２から期間Ｔ１の切り替わり時にチャージポンプ動作をオフからオンに切り替えた場合に、チャージポンプ動作による昇圧電圧は直ぐには立ち上がらないため、バススイッチ回路４０のスイッチ素子を適切にオフできないおそれがある。スイッチ素子がＮ型トランジスターである場合には、スイッチ信号ＳＷＳをハイレベルの昇圧電圧に立ち上げるのに時間を要してしまい、期間Ｔ１においてＮ型トランジスターを適切にオンできなくなってしまう。

この点、本実施形態では、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続がオフである期間Ｔ２においても、チャージポンプ回路８０がチャージポンプ動作を行うため、期間Ｔ２から期間Ｔ１に切り替わった際に、適切な昇圧電源電圧のレベルとなるスイッチ信号ＳＷＳを、バススイッチ回路４０のスイッチ素子に供給できるようになる。

またチャージポンプ回路８０は、図４の期間Ｔ１において、周波数ｆ１（第１の周波数）のクロック信号ＣＫに基づきチャージポンプ動作を行い、図５の期間Ｔ２において、周波数ｆ１よりも低い周波数ｆ２（第２の周波数）のクロック信号ＣＫに基づきチャージポンプ動作を行う。

例えば期間Ｔ１においては、チャージポンプ回路８０が、高い周波数ｆ１のクロック信号ＣＫに基づきチャージポンプ動作を行うことで、適切に昇圧された昇圧電源電圧に基づくスイッチ信号ＳＷＳをバススイッチ回路４０に供給できる。一方、期間Ｔ２においては、チャージポンプ回路８０が、遅い周波数ｆ２のクロック信号ＣＫに基づきチャージポンプ動作を行うことで、チャージポンプ動作に起因するスイッチノイズを低減でき、チャージポンプ回路８０がノイズ源となり期間Ｔ２での通信（ＨＳモード）の特性が劣化するのを抑制できる。例えば期間Ｔ２においては、バススイッチ回路４０のスイッチ素子をオフできればよいため、周波数ｆ２が低いことが原因で昇圧電源電圧のレベルが低下するのはある程度許容される。例えばスイッチ素子がＮ型トランジスターである場合には、期間Ｔ１においては、適切に昇圧されたハイレベルのスイッチ信号ＳＷＳをＮ型トランジスターに供給して、Ｎ型トランジスターをオンにする必要がある。これに対して期間Ｔ２においては、スイッチ信号ＳＷＳの電圧レベルはローレベルになるため、周波数ｆ２が低くなることで昇圧電源電圧の電圧レベルが低下しても、それほど大きな悪影響はない。そして周波数ｆ２が低くなることで、チャージポンプ動作に起因するスイッチノイズを低減でき、期間Ｔ２での通信特性が劣化するのを抑制できる。

またスイッチ信号生成回路７０は、バスアクティビティーがなくなってから所与の期間が経過した後に、クロック信号ＣＫの周波数（クロック周波数）を、周波数ｆ２から周波数ｆ１に変化させる。即ち低い周波数ｆ２から高い周波数ｆ１に変化させる。この所与の期間は、例えば２ｍｓ以上の長さの期間（例えば２ｍｓ以上で３ｍｓ未満の長さの期間）である。バスアクティビティーがなくなるとは、例えばパケットがバス上で転送されていない状態である。例えばＵＳＢでは、バスアクティビティーがなくなってから３ｍｓが経過すると、リセット要求又はサスペンド要求のいずれが行われたかの判定が行われる。このため例えば２ｍｓ程度の期間が経過した場合には、クロック信号ＣＫの周波数を、周波数ｆ２から周波数ｆ１に戻す。即ち、チャージポンプのクロック周波数を高い周波数ｆ１に戻して、適切な昇圧電源電圧が生成されるようにする。これにより、期間Ｔ１において、バススイッチ回路４０のスイッチ素子を適正にオンさせることが可能になり、スイッチ素子を通過する電圧範囲に制限ができてしまう事態の発生を抑制できる。

図３は本実施形態の回路装置１０の詳細な構成例である。図３では、回路装置１０が、バスモニター回路３０とクロック信号生成回路５０を更に含んでいる。また充電回路２２１用のバスＢＳ３が更に設けられている。

充電回路２２１は、例えばＵＳＢのＢＣ１．２の仕様（Battery Charging Specification Rev1.2）に準拠した動作を行う回路である。ＢＣ１．２では、例えば５００ｍＡ以下というＶＢＵＳの電源制限が例えば２Ａ以下というように拡張されている。図３において充電回路２２１は例えばレギュレーター回路等を有し、外部電源が供給されてＶＢＵＳの給電を行う。また、従来はマスター側からスレーブ側にしか電源供給できなかったものが、ＢＣ１．２ではスレーブ側からマスター側にも電源供給できるようになった。例えばペリフェラルデバイス２６０がマスターの役割になり、メインコントローラー２００がスレーブの役割になった場合にも、スレーブであるメインコントローラー２００からマスターであるペリフェラルデバイス２６０に対してＶＢＵＳの電源を供給できる。

ＢＣ１．２を実現するためには、充電回路２２１は、充電調停期間において、ペリフェラルデバイス２６０との間でＤＰ、ＤＭを用いた信号転送を行い、ＢＣ１．２のプロトコルを実行する必要がある。このためバススイッチ回路４０は、後述の図１３で説明するように、充電調停期間（ＢＣ１．２のプロトコルの実行期間）では、充電回路２２１に接続されるバスＢＳ３（第３のバス）とバスＢＳ２（第２のバス）の接続をオンにする（オフからオンに切り替える）。例えばバスＢＳ３とバスＢＳ２の間に設けられるスイッチ素子をオンにして、充電回路２２１がペリフェラルデバイス２６０との間でＤＰ、ＤＭを用いた信号転送を実行できるようにする。こうすることで、充電調停期間において、ＢＣ１．２のプロトコルを実行して、充電の調停処理を行うことが可能になる。例えば、適切な充電電流に設定できるので、充電スピードを上げることができる。

また図３に示すように回路装置１０はバスモニター回路３０を含み、バスモニター回路３０は、バスＢＳ１、ＢＳ２のモニター動作を行う。例えばバスＢＳ１、ＢＳ２の少なくとも一方の状態を監視するモニター動作を行う。具体的には物理層回路１１や物理層回路１２（少なくとも一方の物理層回路）からの信号に基づいて、バスＢＳ１やバスＢＳ２（少なくとも一方のバス）の状態を監視するモニター動作を行う。そしてバススイッチ回路４０は、バスモニター回路３０でのモニター結果に基づいて、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続（電気的な接続）をオン又はオフにする。例えばバススイッチ回路４０は、バスモニター回路３０でのモニター結果に基づいて、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続を期間Ｔ１においてオンにし、期間Ｔ２においてオフにする。そして処理回路２０は、期間Ｔ２において（少なくとも期間Ｔ２の一部において）、図５に示す転送処理を行う。即ち、バスＢＳ１から物理層回路１１を介して受信したパケットを物理層回路１２を介してバスＢＳ２に送信し、バスＢＳ２から物理層回路１２を介して受信したパケットを物理層回路１１を介してバスＢＳ１に送信する転送処理を行う。これにより、パケットのビットの再同期化処理が行われ、ＵＳＢの送信信号の信号特性の劣化を改善した高品質な信号転送を実現できるようになる。

具体的には、バスモニター回路３０は、スイッチ制御のための制御信号をスイッチ信号生成回路７０に出力する。即ちバスモニター回路３０は、期間Ｔ１においてバスＢＳ１、ＢＳ２の接続をオンにし、期間Ｔ２においてバスＢＳ１、ＢＳ２の接続をオフにすることを指示する制御信号を、スイッチ信号生成回路７０に出力する。スイッチ信号生成回路７０は、バスモニター回路３０からの制御信号（モニター結果）に基づいて、期間Ｔ１において、スイッチ信号ＳＷＳ（スイッチング制御信号）をアクティブ（例えばハイレベル）にして、スイッチ素子をオンにする。またバスモニター回路３０からの制御信号に基づいて、期間Ｔ２において、スイッチ信号ＳＷＳを非アクティブ（例えばローレベル）にして、スイッチ素子をオフにする。またバスモニター回路３０は、期間Ｔ２において処理回路２０により転送処理を行わせる。例えばバスモニター回路３０は、処理回路２０に対する転送処理の指示信号（許可信号）をアクティブにする。

また図３に示すように回路装置１０は、チャージポンプ用のクロック信号ＣＫを生成して、チャージポンプ回路８０に供給するクロック信号生成回路５０を含む。クロック信号生成回路５０は、回路装置１０で用いられる各種のクロック信号を生成する回路であり、例えば発振回路５２を含む。発振回路５２には、外付け部品である発振子及びキャパシター（不図示）が接続される。発振子は例えば水晶振動子等により実現される。そして発振回路５２は、発振子の発振動作を行って、発振信号に基づくクロック信号を生成する。またクロック信号生成回路５０はＰＬＬ回路（不図示）を含むことができ、ＰＬＬ回路は、生成されたクロック信号に基づいて、パケットの再同期化処理用のＤＬＬ回路に用いられる多相のクロック信号を生成する。

そしてクロック信号生成回路５０は、期間Ｔ２において、バスＢＳ１及びバスＢＳ２により転送されるパケットの信号に基づいて、チャージポンプ用のクロック信号ＣＫを生成する。具体的にはＳＯＦのパケットに基づいてクロック信号ＣＫを生成する。例えばＥＯＰ（End Of Packet）に基づいてクロック信号ＣＫを生成する。またクロック信号生成回路５０は、データパケットの転送期間において、チャージポンプ回路８０に供給するクロック信号ＣＫを停止する。そしてクロック信号ＣＫを停止してから所与の設定期間が経過したときに、クロック信号ＣＫの信号レベルを、第１、第２の電圧レベルの一方の電圧レベルから他方の電圧レベルに変化させる。これらの詳細については後述する。

処理回路２０は、リンク層回路２２、リピーターロジック回路２４などを含む。リンク層回路２２は、リンク層に相当する処理を行う回路である。リンク層回路２２は、例えばＵＳＢにより受信したシリアルデータをパラレルデータに変換するシリアル／パラレル変換処理や、パラレルデータを送信用のシリアルデータに変換するパラレル／シリアル変換処理や、ＮＲＺＩの符号化や復号化のための処理などを行う。リピーターロジック回路２４は、バスＢＳ１側から受信したパケットをバスＢＳ２側に送信し、バスＢＳ２側から受信したパケットをバスＢＳ１側に送信するためのロジック処理を行う。例えば、受信したパケットの各ビットはクロック信号を用いてサンプリングされ、サンプリングにより得られたシリアルデータがパラレルデータに変換される。そして、ＮＲＺＩなどの各種のロジック処理が行われた後のパラレルデータが、シリアルデータに変換されて、回路装置１０内のクロック信号に同期して送信される。このようにすることで、パケットのビットの再同期化処理（リシンクロナイズ）が実現される。

図４、図５、図６は本実施形態の回路装置１０の動作説明図である。本実施形態ではバスモニター回路３０は、後述の図１６で詳細に説明するように、物理層回路１１、１２からの信号に基づいて、バスＢＳ１、ＢＳ２の状態を監視するモニター動作を行う。そしてバススイッチ回路４０は、バスモニター回路３０でのバス状態のモニター結果に基づいて、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続のオン、オフのためのスイッチ動作を行う。

具体的には図４に示すように、期間Ｔ１では、バススイッチ回路４０はバスＢＳ１、ＢＳ２の接続をオンにする。例えばスイッチ信号生成回路７０からのスイッチ信号ＳＷＳ（スイッチング制御信号）がアクティブになることで、ＤＰ、ＤＭの信号線の各々に対応して設けられたスイッチ素子がオンになり、バスＢＳ１、ＢＳ２が電気的に接続される。これにより、バスＢＳ１に接続されるメインコントローラー２００と、バスＢＳ２に接続されるペリフェラルデバイス２６０（例えば図１の携帯型端末装置２５０）は、バスＢＳ１、バススイッチ回路４０、バスＢＳ２の転送経路ＴＲ１において、ＵＳＢの信号転送を行うことが可能になる。即ち、信号ＤＰ、ＤＭを用いた信号転送が可能になる。

一方、図５に示すように、期間Ｔ１の後の期間Ｔ２では、バススイッチ回路４０はバスＢＳ１とバスＢＳ２の接続をオフにする。例えばスイッチ信号生成回路７０からのスイッチ信号ＳＷＳが非アクティブになることで、信号ＤＰ、ＤＭの各々に対応して設けられたスイッチ素子がオフになり、バスＢＳ１、ＢＳ２が電気的に非接続になる。そして処理回路２０は、この期間Ｔ２において（期間Ｔ２の少なくとも一部において）、バスＢＳ１、ＢＳ２の間で物理層回路１１、１２を介してパケットを転送する転送処理を行う。即ち図５の転送経路ＴＲ２でのパケットの転送処理が行われる。例えば期間Ｔ２において、バスモニター回路３０からの転送処理の指示信号（許可信号）がアクティブになることで、処理回路２０は転送経路ＴＲ２でのパケットの転送処理を開始する。この転送処理では、パケットのビットの再同期化処理が行われて、信号品質の改善が実現される。

図６は、図３のように充電回路２２１用のバスＢＳ３が設けられた場合の回路装置１０の動作説明図である。図６では、バススイッチ回路４０は、充電調停期間において、充電回路２２１に接続されるバスＢＳ３とバスＢＳ２の接続をオンにする。例えばバスＢＳ３とバスＢＳ２の間において信号ＤＰ、ＤＭの各々に対応して設けられたスイッチ素子が、充電調停期間においてオンになり、バスＢＳ３とバスＢＳ２が電気的に接続される。これにより例えば充電回路２２１とペリフェラルデバイス２６０との間で、例えばＢＣ１．２のプロトコルが実行されて、充電の調停処理等が実現される。そして、この充電調停期間（ＢＣ１．２のプロトコル実行期間）の後に、図４の期間Ｔ１に切り替わって、転送経路ＴＲ１での信号転送が行われる。その後に、図５の期間Ｔ２に切り替わって、転送経路ＴＲ２でのパケットの転送処理が行われる。

以上のように本実施形態では、バスＢＳ１、ＢＳ２間で物理層回路１１、１２を介したパケット転送を行う処理回路２０と、バスＢＳ１、ＢＳ２の接続のオン、オフを行うバススイッチ回路４０が設けられる。このようにすれば、例えばバスＢＳ１、ＢＳ２での信号の信号特性が劣化している場合にも、図５の転送経路ＴＲ２でのパケットのビットの再同期化処理により、信号特性の劣化を改善できるようになる。

例えば図１のようにケーブル２２４が長かったり、大きな寄生容量や寄生抵抗が転送経路に存在したりする場合には、信号特性が大きく劣化してしまい、適正な信号転送を実現できないという問題がある。この点、例えばメインコントローラー２００と携帯型端末装置２５０（ペリフェラルデバイス）との間に本実施形態の回路装置１０を配置すれば、劣化した信号特性を改善できるようになる。従って、メインコントローラー２００と携帯型端末装置２５０との間での適正な信号転送を実現できるようになる。

また本実施形態では、バスモニター回路３０によりバスＢＳ１、ＢＳ２の状態がモニターされ、モニター結果に基づいて、バススイッチ回路４０によりバスＢＳ１、ＢＳ２の接続のオン、オフが行われる。従って、例えばＨＳモードによる高速なパケット転送が行われる前の期間Ｔ１において、図４に示すようにバススイッチ回路４０によりバスＢＳ１、ＢＳ２を電気的に接続できるようになる。これにより、この期間Ｔ１においては、メインコントローラー２００とペリフェラルデバイス２６０との間で、信号ＤＰ、ＤＭを用いた信号転送を行うことが可能になり、ＨＳモードのパケット転送の前段階での種々のやり取りが可能になる。そして期間Ｔ２では、図５に示すように、バスＢＳ１、ＢＳ２の接続がオフになり、転送経路ＴＲ２でのＨＳモードのパケット転送が行われるようになる。そして、このパケット転送の際には、パケットのビットの再同期化が行われるため、図１で説明したような信号特性の劣化が改善された高品質のパケット転送を実現できる。

なお、図１に示すＵＳＢ−ＨＵＢ２１０は、ＵＳＢ規格のプロダクトＩＤやベンダーＩＤを有している。これに対して本実施形態の回路装置１０はこのようなプロダクトＩＤやベンダーＩＤを有しておらず、この点において本実施形態の回路装置１０はＵＳＢ−ＨＵＢ２１０とは異なる。

また信号特性の劣化を改善する回路装置として、信号ＤＰ、ＤＭの振幅調整や開口調整をアナログ回路により行うリドライバーと呼ばれる回路装置もある。しかしながら、リドライバーは、図５の転送経路ＴＲ２のようなパケット転送を行うものではないため、劣化した信号の信号特性を再同期化処理により改善することはできず、この点において本実施形態の回路装置１０とは異なる。

また図４〜図６のペリフェラルデバイス２６０は、ＣａｒＰｌａｙやＵＳＢのＯＴＧ（On-The-GO）のように、マスター（ホスト）の役割とスレーブ（デバイス）の役割を交換できるデバイスであってもよい。例えば図１の携帯型端末装置２５０が、ＣａｒＰｌａｙ等を行うことが可能なペリフェラルデバイス２６０であったとする。この場合に、メインコントローラー２００とペリフェラルデバイス２６０（携帯型端末装置２５０）の間に、信号特性の劣化の改善のためのＵＳＢ−ＨＵＢを配置する手法も考えられる。しかしながら、ペリフェラルデバイス２６０がマスターになった場合には、ＵＳＢ−ＨＵＢのダウンストリームポートに、マスターであるペリフェラルデバイス２６０が接続されることになってしまい、適正なパケット転送を実現できないという問題がある。

この点、本実施形態の回路装置１０は、ＵＳＢ−ＨＵＢとは異なり、例えば図４〜図６のバスＢＳ２に接続されるペリフェラルデバイス２６０の役割が、マスターに切り替わった場合にも、これに対応できるという利点がある。例えばマスターやスレーブの役割についての切替処理や設定処理は、期間Ｔ１において行えばよい。そして、ペリフェラルデバイス２６０の役割がマスター又はスレーブに決定した後に、期間Ｔ２において図５に示すような転送経路ＴＲ２でのパケット転送を行えばよい。従って本実施形態の手法によれば、ペリフェラルデバイス２６０がＣａｒＰｌａｙ等のデバイスであっても、適正なパケット転送を実現できるという利点がある。

３．スイッチ信号生成回路、バススイッチ回路、クロック信号生成回路の詳細
図７にスイッチ信号生成回路７０、バススイッチ回路４０の詳細な構成例を示す。スイッチ信号生成回路７０は、チャージポンプ回路８０とコントロール回路７２を含む。チャージポンプ回路８０は、チャージポンプのイネーブル信号ＥＮＣＰとクロック信号ＣＫが入力され、電源電圧ＶＤ、ＶＳに基づいて昇圧電源電圧ＶＨを生成する。そして生成された昇圧電源電圧ＶＨを、コントロール回路７２の対応する回路に供給する。

コントロール回路７２は、インバーター回路ＩＶ１〜ＩＶ４、レベルシフター７４、７６、ＮＡＮＤ回路ＮＡ１、ＮＡ２を含む。ＮＡＮＤ回路ＮＡ１、ＮＡ２、インバーター回路ＩＶ３、ＩＶ４によりバッファー回路が構成されている。

スイッチ信号生成回路７０には、スイッチ信号生成のイネーブル信号ＥＮＳＷとセレクト信号ＳＥＬが入力される。レベルシフター７４は、イネーブル信号ＥＮＳＷとその反転信号が入力され、チャージポンプ回路８０からの昇圧電源電圧ＶＨに基づいてレベルシフト動作を行い、レベルシフトされたイネーブル信号ＥＮＨを出力する。レベルシフター７６は、セレクト信号ＳＥＬとその反転信号が入力され、チャージポンプ回路８０からの昇圧電源電圧ＶＨに基づいてレベルシフト動作を行い、レベルシフトされたセレクト信号ＳＥＬＨ、ＸＳＥＬＨを出力する。ＸＳＥＬＨはＳＥＬＨの反転信号である。レベルシフター７４、７６の、「Ｉ」、「ＸＩ」は、各々、正転入力端子、反転入力端子を表し、「Ｑ」、「ＸＱ」は、各々、正転出力端子、反転出力端子を表す。

そしてバッファー回路を構成するＮＡＮＤ回路ＮＡ１、ＮＡ２、インバーター回路ＩＶ３、ＩＶ４は、レベルシフター７４、７６からのイネーブル信号ＥＮＨ、セレクト信号ＳＥＬＨ、ＸＳＥＬＨに基づいて、スイッチ信号ＳＷＳ１、ＳＷＳ２（図２、図３のスイッチ信号ＳＷＳ）を生成して、バススイッチ回路４０に出力する。

バススイッチ回路４０は、トランジスターＴＮ１、ＴＮ２、ＴＮ３、ＴＮ４を含む。トランジスターＴＮ１〜ＴＮ４はバススイッチ回路４０のスイッチ素子を構成する。

具体的にはトランジスターＴＮ１、ＴＮ２は、図２、図３のバスＢＳ１、ＢＳ２の接続をオン又はオフするスイッチ素子に対応する。例えばトランジスターＴＮ１は、バスＢＳ１のＤＰ１の信号線とバスＢＳ２のＤＰ２の信号線の間に設けられる。トランジスターＴＮ２は、バスＢＳ１のＤＭ１の信号線とバスＢＳ２のＤＭ２の信号線の間に設けられる。

トランジスターＴＮ３、ＴＮ４は、図３のバスＢＳ２、ＢＳ３の接続をオン又はオフするスイッチ素子に対応する。例えばトランジスターＴＮ３は、バスＢＳ２のＤＰ２の信号線とバスＢＳ３のＤＰ３の信号線の間に設けられる。トランジスターＴＮ４は、バスＢＳ２のＤＭ２の信号線とバスＢＳ３のＤＭ３の信号線の間に設けられる。

そしてイネーブル信号ＥＮＳＷ（ＥＮＨ）がローレベルになると、スイッチ信号の生成動作がディスイネーブルに設定される。この場合には、スイッチ信号ＳＷＳ１、ＳＷＳ２がローレベルになることで、Ｎ型のトランジスターＴＮ１〜ＴＮ４がオフになり、バスＢＳ１とバスＢＳ２の間及びバスＢＳ２とバスＢＳ３の間の接続がオフになる。

一方、イネーブル信号ＥＮＳＷ（ＥＮＨ）がハイレベルになると、スイッチ信号の生成動作がイネーブルに設定される。この状態で、セレクト信号ＳＥＬがハイレベル（ＶＤレベル）になると、レベルシフト後のセレクト信号ＳＥＬＨがローレベル（ＶＳレベル）になり、セレクト信号ＸＳＥＬＨがハイレベル（ＶＨレベル）になる。これにより、スイッチ信号ＳＷＳ１がハイレベル（ＶＨレベル）になり、スイッチ信号ＳＷＳ２がローレベル（ＶＳレベル）になる。この結果、トランジスターＴＮ１、ＴＮ２がオンになると共にトランジスターＴＮ３、ＴＮ４がオフになり、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続がオンになり、バスＢＳ２とバスＢＳ３の接続がオフになる。従って、図４に示すような期間Ｔ１でのメインコントローラー２００とペリフェラルデバイス２６０との間での信号のやり取りが可能になる。

一方、イネーブル信号ＥＮＳＷがハイレベルになって、スイッチ信号の生成動作がイネーブルに設定された状態で、セレクト信号ＳＥＬがローレベル（ＶＳレベル）になると、レベルシフト後のセレクト信号ＳＥＬＨがハイレベル（ＶＨレベル）になり、セレクト信号ＸＳＥＬＨがローレベル（ＶＳレベル）になる。これにより、スイッチ信号ＳＷＳ１がローレベル（ＶＳレベル）になり、スイッチ信号ＳＷＳ２がハイレベル（ＶＨレベル）になる。この結果、トランジスターＴＮ３、ＴＮ４がオンになると共に、トランジスターＴＮ１、ＴＮ２がオフになり、バスＢＳ２とバスＢＳ３の接続がオンになり、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続がオフになる。従って、図６に示すようなペリフェラルデバイス２６０と充電回路２２１との間での信号のやり取りが可能になる。

また本実施形態ではバススイッチ回路４０は、第１導電型トランジスターにより構成されるスイッチ素子を有している。第１導電型トランジスターは、Ｎ型及びＰ型の一方の導電型のトランジスターである。図７では、バススイッチ回路４０が有する第１導電型トランジスターは、Ｎ型のトランジスターＴＮ１〜ＴＮ４になっている。例えばトランジスターＴＮ１〜ＴＮ４の基板はＶＳの電圧レベルに設定されている。

例えばバススイッチ回路４０のスイッチ素子のオン抵抗を下げるためには、スイッチ素子をトランスファーゲート（ＣＭＯＳ構造の伝送ゲート）で構成する手法が考えられる。トランスファーゲートではＮ型トランジスターとＰ型トランジスターが並列に接続されるため全体のオン抵抗を下げることができる。

しかしながら、トランスファーゲートを用いると、Ｎ型トランジスターとＰ型トランジスターが並列に接続される構成になるため、バスＢＳ１、ＢＳ２に付加される寄生容量が大きくなってしまい、図５の期間Ｔ２でのＨＳモードでの通信特性が劣化してしまう。

この点、図７では、Ｎ型トランジスターなどの片チャンネルの第１導電型トランジスターだけでバススイッチ回路４０のスイッチ素子が構成されている。従って、バスＢＳ１、ＢＳ２に付加される寄生容量を小さくでき、トランスファーゲートを用いる手法に比べて、図５の期間Ｔ２でのＨＳモードでの通信特性の劣化を低減できる。

そして本実施形態では、チャージポンプ回路８０からの昇圧電源電圧ＶＨに基づくスイッチ信号ＳＷＳ１、ＳＷＳ２（ＳＷＳ）を用いて、Ｎ型のトランジスターＴＮ１〜ＴＮ４のオン、オフが制御される。従って、トランジスターＴＮ１〜ＴＮ４のゲートに、例えばＶＨ＞Ｖｔｈ＋ＶＤとなる電圧レベルのスイッチ信号ＳＷＳ１、ＳＷＳ２が入力されるようになるため、トランジスターＴＮ１〜ＴＮ４を通過する電圧範囲に制限ができるのを抑制できる共にトランジスターＴＮ１〜ＴＮ４のオン抵抗を低減できる。なお本実施形態ではスイッチ素子としてトランスファーゲートを用いる変形実施も可能である。

図８はチャージポンプ回路８０の動作説明図である。図８ではチャージポンプ回路８０は、キャパシターＣＡ１、ＣＡ２、ＣＢを用いてチャージポンプ動作を行う。キャパシターＣＡ１、ＣＡ２、ＣＢは、回路装置１０に内蔵のキャパシターであることが望ましいが、外付けのキャパシター（コンデンサー）であってもよい。内蔵キャパシターである場合には、キャパシターＣＡ１、ＣＡ２は、例えばＭＩＭ（Metal-Insulator-Metal）のキャパシターなどにより実現できる。キャパシターＣＢは、ゲート容量によるキャパシター、ポリシリコン−ポリシリコンのキャパシター、或いはＭＩＭのキャパシターなどにより実現できる。

図８のＨ１では、ＶＤ（高電位側電源電圧）のノードとＶＳ（低電位側電源電圧）のノードの間にキャパシターＣＡ１、ＣＡ２が直列に接続される。またキャパシターＣＢは、一端がＶＨのノードに接続され、他端がＶＳのノードに接続されている。従って、ＶＳ＝０Ｖであり、ＣＡ１、ＣＡ２の容量値が同じであるとすると、ＣＡ１、ＣＡ２の各キャパシターの端子間電圧はＶＤ／２になる。次に、Ｈ２に示すように、ＶＨのノードとＶＤのノードの間に並列にキャパシターＣＡ１、ＣＡ２が接続される。これにより、ＶＨ＝ＶＤ＋ＶＤ／２の昇圧動作が行われるようになる。そしてチャージポンプ動作では、クロック信号ＣＫに基づいて図８のＨ１の接続状態とＨ２の接続状態が交互に切り替わる。

図９はチャージポンプ回路８０の詳細な構成例である。チャージポンプ回路８０は、トランジスターＴＡ１〜ＴＡ３、ＴＢ１〜ＴＢ５、キャパシターＣＡ１、ＣＡ２、ＣＢを含む。トランジスターＴＡ３はＮ型トランジスターであり、それ以外はＰ型トランジスターである。クロック信号ＡＰ、ＢＰ、ＡＮは、クロック信号ＣＫに対応するチャージポンプ用のクロック信号であり、クロック信号ＣＫに基づき生成される。クロック信号ＡＰ、ＢＰは、互いに排他的にローレベル又はハイレベルになり、例えば互いにノンオーバラップの信号になっている。クロック信号ＡＮはクロック信号ＡＰの反転信号である。またイネーブル信号ＥＮＣＰがローレベル（非アクティブ）になり、トランジスターＴＢ５がオンになると、ＶＨのノードとＶＤのノードが接続され、チャージポンプ回路８０の動作がディスエーブルに設定される。

キャパシターＣＢは、ＶＨのノードとＶＳのノードの間に設けられ、例えば容量値が可変のキャパシターとなっている。クロック信号ＡＰ、ＡＮがアクティブになると、トランジスターＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３がオンになる。ＡＰは、ローレベルがアクティブのレベルとなる信号であり、ＡＮは、ハイレベルがアクティブのレベルとなる信号である。トランジスターＴＡ１、ＴＡ２、ＴＡ３がオンになることで、図８のＨ１に示す接続状態になる。即ち、ＶＤのノードとＶＳのノードの間にキャパシターＣＡ１、ＣＡ２が直列に接続された状態になる。

一方、クロック信号ＢＰがアクティブになると、トランジスターＴＢ１、ＴＢ２、ＴＢ３、ＴＢ４がオンになる。ＢＰは、ローレベルがアクティブのレベルとなる信号である。トランジスターＴＢ１、ＴＢ２、ＴＢ３、ＴＢ４がオンになることで、図８のＨ２に示す接続状態になる。即ち、ＶＨのノードとＶＤのノードの間にキャパシターＣＡ１、ＣＡ２が並列に接続された状態になる。そしてクロック信号ＣＫに基づいて、クロック信号ＡＰ、ＡＮ、ＢＰがアクティブ又は非アクティブになることで、図８のＨ１の接続状態とＨ２の接続状態が交互に切り替わり、ＶＤを昇圧した昇圧電源電圧ＶＨ＝ＶＤ＋ＶＤ／２が生成される。例えばＶＤ＝３．０Ｖ〜３．６Ｖであれば、ＶＨ＝４．５Ｖ〜５．４Ｖになり、図７のバススイッチ回路４０のトランジスターＴＮ１〜ＴＮ４のゲートに対して、ＶＤ＋Ｖｔｈ以上（例えばＶｔｈ＝０．６〜１．０Ｖ）の電圧を印加できるようになる。従って、バスを通過する信号の電圧範囲がＶＳ（＝０Ｖ）〜ＶＤである場合に、ＶＤ＋Ｖｔｈよりも高い昇圧電源電圧ＶＨ＝ＶＤ＋ＶＤ／２を、Ｎ型のトランジスターＴＮ１〜ＴＮ４のゲートに印加して駆動できるため、トランジスターＴＮ１〜ＴＮ４を通過する電圧範囲に制限ができてしまうのを抑制できる。即ち、バスＢＳ１側からＶＳ〜ＶＤの電圧範囲の信号が入力された場合に、バスＢＳ２側にＶＳ〜ＶＤの電圧範囲の信号として出力できるようになる。またバスＢＳ２側からＶＳ〜ＶＤの電圧範囲の信号が入力された場合に、バスＢＳ１側にＶＳ〜ＶＤの電圧範囲の信号として出力できるようになる。

図１０はＦＳモードからＨＳモードへの切り替え時の本実施形態の動作を説明する図である。図４に示す期間Ｔ１では、後述の図１３で説明するように、メインコントローラー２００とペリフェラルデバイス２６０との間でＦＳモード（ＬＳモード）での信号転送が行われる。即ち図４の転送経路ＴＲ１において信号ＤＰ、ＤＭを用いたＦＳモードでの信号転送が行われる。一方、図５に示す期間Ｔ２では、メインコントローラー２００とペリフェラルデバイス２６０との間でＨＳモードでの信号転送が行われる。即ち図５の転送経路ＴＲ２においてＨＳモードでのパケット通信が行われる。

そして図１０のＥ１ではバスステートがＦＳモードからＨＳモードに切り替わっているが、このＥ１の切り替えタイミングの前の期間Ｔ１では、Ｅ２に示すようにチャージポンプ用のクロック信号ＣＫが周波数ｆ１（第１の周波数）に設定されている。例えば１０ＫＨｚ〜１００ＫＨｚ程度の周波数ｆ１のクロック信号ＣＫに基づいて、図８、図９で説明したチャージポンプ回路８０がチャージポンプ動作を行う。このように高い周波数ｆ１でチャージポンプ動作を行うことで、図７のチャージポンプ回路８０が、十分な電源供給能力で、コントロール回路７２のバッファー回路（ＩＶ３、ＩＶ４、ＮＡ１、ＮＡ２）やレベルシフター７４、７６に対して、昇圧電源電圧ＶＨを供給できるようになる。従って、適切に電圧レベルが昇圧されたスイッチ信号ＳＷＳ１、ＳＷＳ２をバススイッチ回路４０のトランジスターＴＮ１〜ＴＮ４に供給できる。これにより、トランジスターＴＮ１〜ＴＮ４を通過する電圧範囲に制限ができてしまうのを抑制できると共に、トランジスターＴＮ１〜ＴＮ４のオン抵抗を低減できるようになる。例えば期間Ｔ１での信号転送を適正に行うためには、トランジスターＴＮ１〜ＴＮ４のオン抵抗を小さくする必要があり、そのためにはトランジスターＴＮ１〜ＴＮ４のゲート幅Ｗを十分に大きくする必要がある（例えばＷ＝１００μｍ〜１０００μｍ）。そしてゲート幅が大きくなると、トランジスターＴＮ１〜ＴＮ４のゲート容量が大きくなるため、コントロール回路７２のバッファー回路（ＩＶ３、ＩＶ４、ＮＡ１、ＮＡ２）に昇圧電源電圧ＶＨを供給するチャージポンプ回路８０の電源供給能力を高める必要がある。図１０のＥ２に示すようにチャージポンプ用のクロック信号ＣＫを高い周波数ｆ１に設定することで、チャージポンプ回路８０の電源供給能力を高めることができる。

また本実施形態では、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続がオンになる期間Ｔ１（ＦＳモード）において、Ｅ２に示すようなクロック信号ＣＫを用いてチャージポンプ回路８０にチャージポンプ動作を行わせると共に、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続がオフになる期間Ｔ２（ＨＳモード）においても、Ｅ３に示すようなクロック信号ＣＫを用いてチャージポンプ回路８０にチャージポンプ動作を行わせている。

即ち、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続がオフになる期間Ｔ２では、図７のトランジスターＴＮ１〜ＴＮ４をオフさせるために、スイッチ信号ＳＷＳ１、ＳＷＳ２がローレベルになるため、本来ならばチャージポンプ回路８０による昇圧電源電圧ＶＨの生成は不要である。しかしながら、チャージポンプ回路８０が起動して、適正な昇圧電源電圧ＶＨを供給できるようになるまでには、例えば数十ｍｓ程度というような長い起動時間が必要になる。従って、期間Ｔ２においてチャージポンプ回路８０を完全に停止してしまうと、期間Ｔ２から期間Ｔ１に切り替わった際に、チャージポンプ回路８０の長い起動時間がタイムラグとなって、適正な昇圧電圧レベル（ＶＨ）のスイッチ信号ＳＷＳ１、ＳＷＳ２をトランジスターＴＮ１〜ＴＮ４に供給できなくなってしまう。このため、トランジスターＴＮ１〜ＴＮ４を通過する電圧範囲に制限が生じたり、オン抵抗が高くなってしまい、期間Ｔ１（ＦＳモード）での信号転送に不具合が発生してしまう。

これに対して本実施形態では図１０のＥ３に示すように、期間Ｔ２（ＨＳモード）においても、クロック信号生成回路５０がチャージポンプ用のクロック信号ＣＫをチャージポンプ回路８０に供給して、チャージポンプ回路８０を動作させている。従って、期間Ｔ２から期間Ｔ１に切り替わった際に、適正な昇圧電圧レベルのスイッチ信号ＳＷＳ１、ＳＷＳ２をトランジスターＴＮ１〜ＴＮ４に供給することが可能になる。これにより、トランジスターＴＮ１〜ＴＮ４を通過する電圧範囲に制限が生じる事態や、オン抵抗が高くなってしまう事態を防止でき、期間Ｔ１での適正な信号転送を実現できるようになる。

更に本実施形態ではチャージポンプ回路８０は、期間Ｔ１においては図１０のＥ２に示すように周波数ｆ１のクロック信号ＣＫに基づきチャージポンプ動作を行い、期間Ｔ２においては、周波数ｆ１よりも低い周波数ｆ２のクロック信号ＣＫに基づきチャージポンプ動作を行う。即ち期間Ｔ２では期間Ｔ１に比べてクロック信号ＣＫの周波数を低くする。例えば後述の図１３においてホストチャープＫ／Ｊ後のＨＳアイドルの期間において、バススイッチ回路４０のスイッチ素子をオンからオフに切り替える場合には、この切り替えタイミングにおいて、クロック信号ＣＫを周波数ｆ１からｆ２に切り替える。

このようにすればチャージポンプ回路８０のチャージポンプ動作によるスイッチノイズが、期間Ｔ２でのＨＳモードのパケット通信に及ぼす悪影響を低減できるようになる。即ち、ＨＳモードでは小振幅の差動信号を用いてパケット通信が行われるため、期間Ｔ１のような高い周波数ｆ１でチャージポンプ動作が行われると、チャージポンプ動作によるスイッチノイズが原因で通信エラー等の不具合が生じるおそれがある。

この点、本実施形態では期間Ｔ２においては図１０のＥ３に示すようにクロック信号ＣＫを低い周波数ｆ２に設定している。これによりスイッチノイズが原因で通信エラーの不具合が生じるのを抑制できるようになる。一方、ＦＳ（ＬＳ）の通信が行われる期間Ｔ１では、バススイッチ回路４０のスイッチ素子をオンにするが、スイッチ素子を通過する信号は電圧駆動であるため、チャージポンプ動作のスイッチノイズの影響は少ない。このため、速い周波数ｆ１のクロック信号ＣＫで通常通りにチャージポンプ動作を行わせる。

例えば本実施形態では、期間Ｔ２において、バスＢＳ１、ＢＳ２により転送されるパケットの信号に基づいて、チャージポンプ用のクロック信号ＣＫを生成する。例えば図１０のＥ４に示すように、ＳＯＦ（Start Of Frame）のパケットに基づいて、クロック信号ＣＫを生成する。具体的にはＳＯＦのＥＯＰ（End Of Packet）に基づいてクロック信号ＣＫを生成する。例えばＵＳＢでは、ＨＳモードのアイドル期間において１２５μｓ毎にＳＯＦのパケットが送出され、ＳＯＦの最後にはＥＯＰが設定される。ＨＳモードでは、ＥＯＰはビットスタッフィング無しの８ビットのＮＲＺの０１１１１１１１で示される。このＳＯＦの例えばＥＯＰによりトグルカウンターを動作させる。例えばトグルカウンターのトグル動作を行わせて、トグル動作のタイミングで、クロック信号ＣＫを第１の電圧レベル（例えばローレベル）から第２の電圧レベル（例えばハイレベル）に変化させたり、第２の電圧レベルから第１の電圧レベルに変化させる。例えば、立ち上がりタイミングや立ち下がりタイミングがＳＯＦ（ＥＯＰ）に同期するようにクロック信号ＣＫを生成する。このようにすることで、期間Ｔ２において、ＳＯＦなどのパケットを有効利用して、低い周波数ｆ２のクロック信号ＣＫを生成し、チャージポンプ回路８０にチャージポンプ動作を行わせることが可能になる。そしてＥＯＰを用いることで、ＳＯＦの送出期間を避けたタイミングでクロック信号ＣＫを動作させることが可能になる。

また本実施形態ではＨＳモードの通信期間であるデータパケットの転送期間において、チャージポンプ回路８０に供給されるクロック信号ＣＫを停止する。クロック信号ＣＫを停止するとは、例えばクロック信号ＣＫの電圧レベルを第１、第２の電圧レベルの一方の電圧レベルから他方の電圧レベルに変化させないことである。例えば図１０のＥ５、Ｅ６では、バスアクティブとなって、ＨＳのデータパケットの通信が行われている。このようなＨＳモードの通信期間においては、Ｅ７に示すようにクロック信号ＣＫを、例えばローレベルなどの所定電圧レベルに固定して停止する。即ち、クロック信号ＣＫをマスクして、チャージポンプ回路８０が動作しないようにする。こうすることで、チャージポンプ回路８０のチャージポンプ動作が停止し、チャージポンプ動作に起因するスイッチノイズが、ＨＳモードのパケット通信に悪影響を及ぼすのを抑制できるようになる。そしてデータパケットの通信が終了し、ＨＳアイドル期間になったら、Ｅ８、Ｅ９に示すようにＳＯＦのパケットに基づきクロック信号ＣＫを動作させる。

図１１はＨＳモードの通信期間での本実施形態の詳細な動作を説明する図である。本実施形態では図１０のＥ７に示すようにＨＳモードの通信期間においてクロック信号ＣＫをマスクして停止している。しかしながら、この通信期間が長くなった場合に、クロック信号ＣＫを停止したままにすると、図７のコントロール回路７２でのリーク電流等が原因となって、昇圧電源電圧ＶＨの電圧レベルが徐々に低下してしまう。この結果、期間Ｔ２から期間Ｔ１に切り替わる際のチャージポンプ回路８０の起動時間が長くなってしまい、この長い起動時間がタイミングラグとなって、適正な昇圧電圧レベルのスイッチ信号ＳＷＳ１、ＳＷＳ２をトランジスターＴＮ１〜ＴＮ４に供給できなくなってしまう。

そこで本実施形態ではクロック信号ＣＫを停止してから所与の設定期間が経過したときに、クロック信号ＣＫの信号レベルを、第１、第２の電圧レベルの一方の電圧レベルから他方の電圧レベルに変化させる。

例えば図１１のＦ１ではバスアクティブとなってＨＳモードの通信期間が開始している。この場合に、例えばトグルカウンターの最後のトグル動作のタイミングの後、Ｆ２に示すような所与の設定期間ＴＳが経過すると、Ｆ３に示すようにクロック信号ＣＫの信号レベルを、例えばローレベル（第１、第２の電圧レベルの一方の電圧レベル）からハイレベル（他方の電圧レベル）に変化させる。その後、設定期間ＴＳが経過すると、Ｆ４に示すようにクロック信号ＣＫの信号レベルを、例えばハイレベルからローレベルに変化させる。このようにすれば、ＨＳモードの通信期間が長くなってしまった場合にも、必要最小限の周波数のクロック信号ＣＫを用いてチャージポンプ動作を行うことが可能になる。従って、期間Ｔ２から期間Ｔ１に切り替わった際に、適正な昇圧電圧レベルのスイッチ信号ＳＷＳ１、ＳＷＳ２をトランジスターＴＮ１〜ＴＮ４に供給することが可能になり、上記したような問題が発生するのを防止できるようになる。

例えばＨＳモードの通信期間中には、回路装置１０のレジスターに設定される通信中フラグが立ち、チャージポンプ回路８０に供給されるクロック信号ＣＫが停止する。一方、クロック信号ＣＫに対しては最大停止時間（最小クロック周波数）を設定し、停止時間が最大停止時間以上（最小クロック周波数以下）にならないように、クロック信号ＣＫを管理する。例えばチャージポンプ回路８０の安定化容量の値やリーク電流値から、昇圧電源電圧ＶＨの電圧変化の時定数τを求める。そしてこの時定数τに基づいて、昇圧電源電圧ＶＨが、例えばＶＤ＋Ｖｔｈを下回らないような時間を、最大停止時間として求め、図１１の設定期間ＴＳを、最大停止時間以下の長さに設定する。具体的には設定期間ＴＳを例えば１ｍｓ程度の長さに設定する。こうすることで、ＨＳモードの通信期間中にクロック信号ＣＫを停止した場合にも、昇圧電源電圧ＶＨが例えばＶＤ＋Ｖｔｈを下回らないようになり、上記したような問題が発生するのを防止できる。

また本実施形態では、バスアクティビティーがなくなってから所与の期間が経過した後に、クロック信号ＣＫの周波数を、周波数ｆ２から周波数ｆ１に変化させる。この所与の期間は例えば２ｍｓ以上の長さの期間である。例えば図１２のＧ１では、ＳＯＦの送出が停止し、バスがＳＥ０の状態になり、バスアクティビティーがなくなった状態になっている。ＵＳＢでは、バスアクティビティーがなくなってから３ｍｓ以上経過すると、リセット要求が行われたか、或いはサスペンド要求が行われたかが判断される。そこで図１２のＧ２では、ＳＯＦの送出が停止し、バスアクティビティーがなくなってから、所与の期間ＴＷＡ（例えば２ｍｓ以上で３ｍｓ未満の期間）が経過すると、Ｇ３、Ｇ４に示すように、クロック信号ＣＫを、周波数ｆ２から周波数ｆ１に変化させる。即ち図１０のＥ２、Ｅ３でｆ１からｆ２に変化した周波数を、ｆ２からｆ１に戻す。このように高い周波数ｆ１のクロック信号ＣＫをチャージポンプ回路８０に供給することで、チャージポンプ回路８０は、適正な電源供給能力で昇圧電源電圧ＶＨを図７のコントロール回路７２に供給できるようになる。これにより、適正な昇圧電圧レベルのスイッチ信号ＳＷＳ１、ＳＷＳ２により、トランジスターＴＮ１〜ＴＮ４を適正にオン状態に設定できるようになる。以上のようにすることで、低ノイズで高品質なＨＳ通信を実現するバススイッチ制御手法を実現できるようになる。

４．詳細な動作例
次にバススイッチ回路４０でのスイッチ素子の切り替えにおける本実施形態の詳細な動作例について説明する。図１３はケーブルアタッチ後のＵＳＢの動作シーケンスを示す信号波形図である。図１３は、差動の信号ＤＰ、ＤＭの各種状態と、バススイッチ回路４０のスイッチ素子のオン、オフ状態を示している。

図１３においてＢＣスイッチとＵＳＢスイッチはバススイッチ回路４０に設けられるスイッチ素子である。具体的にはＢＣスイッチは、バススイッチ回路４０において、図６のバスＢＳ３とバスＢＳ２の間に設けられるスイッチ素子である。即ち図７のトランジスターＴＮ３、ＴＮ４により実現されるスイッチ素子である。ＵＳＢスイッチは、バススイッチ回路４０において、バスＢＳ１とバスＢＳ２の間に設けられるスイッチ素子である。即ち図７のトランジスターＴＮ１、ＴＮ２により実現されるスイッチ素子である。転送処理のオフ、オンは、図５の転送経路ＴＲ２での転送処理のオフ、オンを示している。

ケーブルアタッチ（タイミングｔ１）の後、前述したＢＣ１．２のプロトコルが実行される。ＢＣ１．２のプロトコルが実行されるＢ１に示す期間が充電調停期間である。

次に、デバイス側（ペリフェラルデバイス）がプルアップ抵抗をオンにすることで、信号ＤＰの電圧がプルアップされて、ＦＳモードに移行する（ｔ２）。即ち、ＦＳアイドルに移行し、一定時間、何もなければ、サスペンド状態に移行する。

次に、ホスト側（メインコントローラー）がリセットを開始すると（ｔ３）、プルアップされていた信号ＤＰの電圧がＬレベルになる。これをデバイス側が検知し、デバイス側がデバイスチャープＫを送出する（ｔ４）。その後、一定時間経過が経過すると、デバイス側はデバイスチャープＫを停止する（ｔ５）。すると、ホスト側がホストチャープＫ／Ｊを実行する（ｔ６）。デバイス側は、ホストチャープＫ／Ｊを検出することで、ホスト側がＨＳモードに対応していることを認識して、ＨＳターミネーションをオンにする（ｔ７）。これにより信号ＤＰ、ＤＭの振幅が例えば４００ｍＶに低下して、ＨＳモードに移行する。そしてホスト側がリセットを終了すると（ｔ８）、ＨＳアイドルに移行し、ホスト側はＳＯＦの送出を開始する（ｔ９）。

本実施形態では、バスＢＳ３とバスＢＳ２を接続するＢＣスイッチのイネーブル、ディスエーブルの設定が可能になっている。ＢＣスイッチがイネーブルに設定されている場合、図１３の期間Ｂ１に示す充電調停期間（ＢＣ１．２のプロトコル実行期間）においては、状態Ｂ２に示すようにＢＣスイッチがオンになり、ＵＳＢスイッチがオフになる。例えば図６において、ＢＣスイッチがオンになることで、バスＢＳ３とバスＢＳ２の接続がオンになり、ＵＳＢスイッチがオフになることで、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続がオフになる。これにより、充電回路２２１とペリフェラルデバイス２６０との間で、信号ＤＰ、ＤＭを用いた充電調停等のための信号処理が可能になる。

ＦＳモードに移行すると、状態Ｂ３に示すようにＵＳＢスイッチがオンになり、ＢＣスイッチはオフになる。ＵＳＢスイッチがオンになることでバスＢＳ１とバスＢＳ２の接続がオンになり、ＢＣスイッチがオフになることで、バスＢＳ３とバスＢＳ２の接続がオフになる。これにより図４に示すように、メインコントローラー２００とペリフェラルデバイス２６０との間で、信号ＤＰ、ＤＭを用いた転送経路ＴＲ１での信号転送が可能になる。このとき、状態Ｂ４に示すように、図５の転送経路ＴＲ２での転送処理はオフになっている。

そして本実施形態では、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続のオン、オフの切替タイミング（期間Ｔ１、Ｔ２の切替タイミング）が、図１３の期間Ｂ５に示す範囲内のタイミングに設定される。即ち、少なくともデバイスチャープＫの開始タイミング（ｔ４）の後に、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続がオンからオフに切り替わる（期間Ｔ１からＴ２に切り替わる）。或いは、少なくともホストチャープＫ／Ｊの終了タイミング（ｔ８）の後に、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続がオンからオフに切り替わる。例えば少なくともデバイスチャープＫの開始タイミング（ｔ４）の後であって、例えばＳＯＦ送出の開始タイミング（ｔ９）の前において、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続がオンからオフに切り替わり、図５の転送経路ＴＲ２での転送処理がオフからオンに切り替わる。

なお、ＢＣスイッチがディスエーブルに設定されている場合には、状態Ｂ２、Ｂ３に示すようなＢＣスイッチのオン、オフの切替は行われず、状態Ｂ７に示すようにＢＣスイッチはオフのままになる。また切替タイミングは、期間Ｂ５の範囲内のタイミングであるため、図１３では、ＵＳＢスイッチのオン、オフの切替タイミングや転送処理のオン、オフの切替タイミングの範囲を点線で示している。

このように本実施形態では、少なくともデバイスチャープＫの開始タイミング（ｔ４）の後に、バススイッチ回路４０が、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続をオンからオフに切り替え、処理回路２０が図５の転送経路ＴＲ２での転送処理を開始する。例えば、デバイスチャープＫの開始タイミングの後に、ＵＳＢスイッチがオン（Ｂ３）からオフ（Ｂ６）に切り替わり、処理回路２０の転送処理がオフ（Ｂ４）からオン（Ｂ６）に切り替わる。

即ち、デバイスチャープＫの開始（ｔ４）が検出された場合には、デバイス側がＨＳモードに対応していると判断できる。一方、ホスト側がＨＳモードに非対応であることは極めて希である。このため、デバイスチャープＫの開始（ｔ４）が検出された場合に、ＵＳＢスイッチをオンからオフに切り替えて、処理回路２０によるＨＳモードの転送処理をオフ（ディスエーブル）からオン（イネーブル）に切り替えることができる。従って、期間Ｂ５内の切替タイミングは、少なくともデバイスチャープＫの開始タイミング（ｔ４）の後のタイミングであればよい。

或いは、ホスト側がＨＳモードに非対応である可能性も考慮して、例えばホストチャープＫ／Ｊの開始（ｔ６）が検出された場合に、ＵＳＢスイッチをオンからオフに切り替え、処理回路２０によるＨＳモードの転送処理をオフからオンに切り替えてもよい。

例えば本実施形態では、少なくともホストチャープＫ／Ｊの終了タイミング（ｔ８）の後に、バススイッチ回路４０が、バスＢＳ１とバスＢＳ２の接続をオンからオフに切り替え、処理回路２０が図５の転送経路ＴＲ２での転送処理を開始してもよい。

このようにすれば、例えばホスト側及びデバイス側の双方がＨＳモードに対応していると判断され、ＨＳモードに完全に切り替わったと判断された後に、処理回路２０の転送処理を適正に開始できるようになる。

このように図１３の期間Ｂ５内の切替タイミングは、少なくともデバイスチャープＫの開始タイミング後であればよい。但し、切替によるグリッジの発生による悪影響も考慮する必要がある。従って、切替タイミングは、信号ＤＰ、ＤＭの所定の電圧レベル（例えばＬレベル）に設定されている期間内であることが望ましい。例えば図１３のタイミングｔ５〜ｔ６の間の期間やｔ８〜ｔ９の間の期間などである。

以上のように本実施形態では、図１３の期間Ｂ５の切替タイミングの前においては、状態Ｂ３に示すようにＵＳＢスイッチをオンにすることで、ホスト側とデバイス側の間でＵＳＢのバス上での信号のやり取りが可能になる。バスモニター回路３０は、ＵＳＢのバス上での信号のやり取りをモニターする。そして、例えばデバイスチャープＫやホストチャープＫ／Ｊの検出により、ＨＳモードの転送が可能であると判断したら、ＵＳＢスイッチをオンからオフに切り替え、処理回路２０による転送処理をオフからオンに切り替える。こうすることで、ホスト側とデバイス側の間での信号のやり取りの後に、ＨＳモードの転送処理に適正に移行することが可能になる。

また図１３の期間Ｂ１に示すような図６の充電回路２２１による充電調停期間においては、状態Ｂ２に示すようにＢＣスイッチをオンにして、ＵＳＢスイッチをオフにする。こうすることで、例えば図６において充電回路２２１とペリフェラルデバイス２６０との間での適正な充電の調停処理を実現することが可能になる。

図１４は、ＨＳモードの転送においてリセットが行われた場合の動作シーケンスを示す信号波形図である。ホスト側は、ＨＳモードでは、１２５μｓ（ｔ１１、ｔ１２）ごとにＳＯＦのパケットを送出する。ホスト側がリセットを開始すると（ｔ１２）、ＦＳモードに移行し、パケットがバス上に無くなってから３ｍｓ以上経過すると、デバイス側はＨＳターミネーションをオフし、プルアップ抵抗をオンにする（ｔ１３）。そしてデバイス側は、バスの状態がＳＥ０であることが確認されたため（ｔ１４）、リセットが開始されたと判断し、デバイスチャープＫを送出する。これに対してホスト側がホストチャープＫ／Ｊを送出することで、ＦＳモードからＨＳモードに移行する。

図１４のＣ１に示すように、本実施形態では、ホストがリセットを開始した場合に、ＵＳＢスイッチがオフからオンに切り替わり、処理回路２０の転送処理がオンからオフに切り替わる。即ち、リセットが行われた場合に、バススイッチ回路４０がバスＢＳ１とバスＢＳ２の接続をオフからオンに切り替え、処理回路２０が転送処理を停止する。

このようにすれば、例えばＨＳモードの転送中にリセットが行われた場合に、バスＢＳ１、ＢＳ２を電気的に接続して、例えばメインコントローラー２００とペリフェラルデバイス２６０との間で、信号ＤＰ、ＤＭを用いた信号転送を行うことが可能になる。その後、例えば図１４の期間Ｃ２に示す範囲内の切替タイミングにおいて、ＵＳＢスイッチがオンからオフに切り替わり、処理回路２０の転送処理がオフからオンに切り替わる。これにより、ホスト側とデバイス側の間での信号のやり取りの後に、ＨＳモードの転送処理に適正に移行することが可能になる。

図１５はＨＳモードの転送からサスペンド、レジュームに移行する場合の動作シーケンスを示す信号波形図である。ホスト側がサスペンドを開始すると（ｔ２２）、ＦＳモードに移行し、パケットがバス上に無くなってから３ｍｓ以上経過すると、デバイス側はＨＳターミネーションをオフし、プルアップ抵抗をオンにする（ｔ２３）。そしてデバイス側は、バスの状態がＪであることが確認されたため（ｔ２４）、サスペンドが開始されたと判断する。そしてホスト側がレジュームを開始し（ｔ２５）、レジュームが終了すると（ｔ２６）、デバイス側はレジュームの終了と同時に、サスペンドに入った時点のモードに戻す。そしてプルアップ抵抗をオフし、ＨＳターミネーションをオンにして、ＨＳモードに戻る。

図１５のＤ１に示すように、本実施形態では、ホストがサスペンドを開始した場合にも、ＵＳＢスイッチがオフからオンに切り替わり、処理回路２０の転送処理がオンからオフに切り替わる。即ち、サスペンドが行われた場合に、バススイッチ回路４０がバスＢＳ１とバスＢＳ２の接続をオフからオンに切り替え、処理回路２０が転送処理を停止する。

このようにすれば、例えばＨＳモードの転送中にサスペンドが開始した場合に、バスＢＳ１、ＢＳ２を電気的に接続して、例えばメインコントローラー２００とペリフェラルデバイス２６０との間で、信号ＤＰ、ＤＭを用いた信号転送を行うことが可能になる。

そしてサスペンドの後、ホスト側がレジュームを行うことで、図１５のＤ２に示すように、ＵＳＢスイッチがオンからオフに切り替わり、処理回路２０の転送処理がオフからオンに切り替わる。即ち本実施形態では、サスペンドが行われた後、リジュームが行われた場合に（レジュームの終了タイミングで）、バススイッチ回路４０がバスＢＳ１とバスＢＳ２の接続をオンからオフに切り替え、処理回路２０が転送処理を開始する。このようにすれば、サスペンド後のレジュームにより、ＨＳモードのデータ転送を適正に再開できるようになる。なお、サスペンドからリセットへの移行の動作シーケンスは、ケーブルアタッチからＦＳアイドルの後においてサスペンドからリセットに入る動作シーケンスと同様になる。

図１６は物理層回路（１１、１２）の構成例である。この物理層回路は、プルアップ抵抗Ｒｐｕ、スイッチ素子ＳＷ＿Ｒｐｕ、ＳＷ＿Ｄｍ、プルダウン抵抗Ｒｐｄ１、Ｒｐｄ２を含む。スイッチ素子ＳＷ＿Ｒｐｕは制御信号Ｒｐｕ＿Ｅｎａｂｌｅに基づいてオン又はオフにされる。これによりプルダウン動作が実現される。また物理層回路は、ＨＳモード用の送信回路ＨＳＤ（カレントドライバー）、ＬＳ／ＦＳモード用の送信回路ＬＳＤ（ドライバー）、抵抗Ｒｓ１、Ｒｓ２を含む。また物理層回路は、ＨＳモード用の差動の受信回路ＨＳＲ（データレシーバー）、スケルチの検出回路ＳＱＬ（トランスミッションエンベロープディテクター）、ＬＳ／ＦＳモード用の差動の受信回路ＬＳＲ（データレシーバー）、切断の検出回路ＤＩＳ（ディスコネクションエンベロープディテクター）、シングルエンドの受信回路ＤＰ＿ＳＥＲ、ＤＭ＿ＳＥＲ（レシーバー）を含む。

そして本実施形態では物理層回路を構成するアナログ回路からの信号に基づいて、バスモニター回路３０でのバスのモニター動作が行われる。具体的には図１６に示すように、例えばＨＳモード用の差動の受信回路ＨＳＲ、スケルチ用の検出回路ＳＱＬ、ＬＳ／ＦＳモード用の差動の受信回路ＬＳＲ、切断の検出回路ＤＩＳ、或いはシングルエンドの受信回路ＤＰ＿ＳＥＲ、ＤＭ＿ＳＥＲからの信号に基づいて、バスモニター回路３０はバスのモニター動作を行う。即ち、これらのアナログ回路からの信号に基づいて、デバイスチャープＫ、ホストチャープＫ／Ｊ、アイドル、リセット、サスペンド、レジューム、ＳＥ０、Ｊ、Ｋ、バスリセット、或いはＨＳ切断などのバスの各状態を、バスモニター回路３０はモニターできる。そしてバスモニター回路３０は、モニター結果に基づいて、図１３、図１４、図１５で説明したようにバススイッチ回路４０のスイッチ素子（ＵＳＢスイッチ、ＢＣスイッチ）をオン又はオフにする制御を行ったり、処理回路２０の転送処理をオン又はオフにする制御を行う。こうすることで、バスの状態を適切に判断した適正なバススイッチ回路４０のスイッチ制御や処理回路２０の転送制御を実現できるようになる。

また本実施形態では図１６に示すように、期間Ｔ１において、物理層回路１１、１２のＨＳモード用の送信回路ＨＳＤが動作オフ又は省電力モードに設定される。即ち本実施形態では、期間Ｔ１においては、バススイッチ回路４０がバスＢＳ１、ＢＳ２の接続をオンにして、メインコントローラー２００とペリフェラルデバイス２６０の間で転送経路ＴＲ１での直接の信号のやり取りを可能にしている。そしてバスモニター回路３０は、物理層回路１１、１２の一方の物理層回路からの信号に基づいてバスのモニター動作を行う。

この場合に、物理層回路１１、１２のＨＳモード用の送信回路ＨＳＤについては、ＨＳの転送処理が行われないため、動作する必要がない。そこで期間Ｔ１では、例えばバスモニター回路３０（又は処理回路２０）は、ＨＳモード用の送信回路ＨＳＤを動作オフ又は省電力モードに設定する。こうすることで、ＨＳモード用の送信回路ＨＳＤにおいて無駄に電力が消費されてしまうのを防止でき、低消費電力化を図れるようになる。

５．電子機器、ケーブルハーネス
図１７に、本実施形態の回路装置１０を含む電子機器３００の構成例を示す。この電子機器３００は、本実施形態の回路装置１０とメインコントローラー２００（広義には処理装置）を含む。メインコントローラー２００はバスＢＳ１に接続される。例えばバスＢＳ１を介してメインコントローラー２００と回路装置１０は接続される。また回路装置１０のバスＢＳ２には例えばペリフェラルデバイス２６０が接続される。

メインコントローラー２００（処理装置）は、例えばＣＰＵ又はＭＰＵ等のプロセッサーにより実現される。或いはメインコントローラー２００を各種のＡＳＩＣの回路装置により実現してもよい。またメインコントローラー２００は、複数の回路装置（ＩＣ）や回路部品が実装された回路基板により実現されてもよい。ペリフェラルデバイス２６０としては、例えば図１のような携帯型端末装置２５０などを想定できるが、これには限定されない。ペリフェラルデバイス２６０はウェアラブル機器などであってもよい。

電子機器３００は、記憶部３１０、操作部３２０、表示部３３０を更に含むことができる。記憶部３１０は、データを記憶するものであり、その機能はＲＡＭやＲＯＭなどの半導体メモリーやＨＤＤ（ハードディスクドライブ）などにより実現できる。操作部３２０は、ユーザーが入力操作を行うためのものであり、操作ボタンやタッチパネルディスプレイをなどの操作デバイスにより実現できる。表示部３３０は、各種の情報を表示するものであり、液晶や有機ＥＬなどのディスプレイにより実現できる。なお操作部３２０としてタッチパネルディスプレイを用いる場合には、このタッチパネルディスプレイが操作部３２０及び表示部３３０の機能を兼ねることになる。

本実施形態により実現される電子機器３００としては、例えば車載機器、印刷装置、投影装置、ロボット、頭部装着型表示装置、生体情報測定機器、距離、時間、流速又は流量等の物理量を計測する計測機器、基地局又はルーター等のネットワーク関連機器、コンテンツを配信するコンテンツ提供機器、或いはデジタルカメラ又はビデオカメラ等の映像機器などの種々の機器を想定できる。

図１８に本実施形態の回路装置１０を含むケーブルハーネス３５０の構成例を示す。ケーブルハーネス３５０は、本実施形態の回路装置１０とケーブル３６０を含む。ケーブル３６０はＵＳＢ用のケーブルである。またケーブルハーネス３５０はＵＳＢレセプタクル３７０を含んでもよい。或いはケーブルハーネス３５０は図１の静電気保護回路２２２、短絡保護回路２２３などを含むものであってもよい。ケーブル３６０は例えば回路装置１０のバスＢＳ２に接続される。回路装置１０のバスＢＳ１側には例えばメインコントローラー２００（処理装置）等が接続される。このケーブルハーネス３５０は、例えば車内において配線を引き回すなどの用途に用いられる。なおケーブルハーネス３５０は車用以外のハーネスであってもよい。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。また回路装置、電子機器、ケーブルハーネスの構成・動作や、スイッチ信号生成処理、チャージポンプ処理、バスモニター処理、バススイッチ処理、転送処理等も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。

ＢＳ１、ＢＳ２、ＢＳ３…バス（第１、第２、第３のバス）、
ＳＷＳ、ＳＷＳ１、ＳＷＳ２…スイッチ信号、ＣＫ…クロック信号、
ＴＮ１〜ＴＮ４…トランジスター、ＩＶ１〜ＩＶ４…インバーター回路、
ＮＡ１、ＮＡ２…ＮＡＮＤ回路、ＣＡ１、ＣＡ２、ＣＢ…キャパシター、
ＴＡ１〜ＴＡ３、ＴＢ１〜ＴＢ５…トランジスター、
１０…回路装置、１１、１２…物理層回路（第１、第２の物理層回路）、
２０…処理回路、２２…リンク層回路、２４…リピーターロジック回路、
３０…バスモニター回路、４０…バススイッチ回路、５０…クロック信号生成回路、
５２…発振回路、７０…スイッチ信号生成回路、７２…コントロール回路、
７４、７６…レベルシフター、８０…チャージポンプ回路、
２００…メインコントローラー、２１０…ＵＳＢ−ＨＵＢ、
２２０…ケーブルハーネス、２２１…充電回路、２２２…静電気保護回路、
２２３…短絡保護回路、２２４…ケーブル、２２６…ＵＳＢレセプタクル、
２５０…携帯型端末装置、２６０…ペリフェラルデバイス、
３００…電子機器、３１０…記憶部、３２０…操作部、
３５０…ケーブルハーネス、３６０…ケーブル、３７０…ＵＳＢレセプタクル

Claims (15)

1. ＵＳＢ規格の第１のバスが接続される第１の物理層回路と、
   前記ＵＳＢ規格の第２のバスが接続される第２の物理層回路と、
   前記第１のバスから前記第１の物理層回路を介して受信したパケットを前記第２の物理層回路を介して前記第２のバスに送信し、前記第２のバスから前記第２の物理層回路を介して受信したパケットを前記第１の物理層回路を介して前記第１のバスに送信する転送処理を行う処理回路と、
   前記第１のバスと前記第２のバスの接続を、第１の期間においてオンにし、第２の期間においてオフにするバススイッチ回路と、
   前記第１のバスと前記第２のバスの接続のオン及びオフを制御するスイッチ信号を生成して、前記スイッチ信号を前記バススイッチ回路に供給するスイッチ信号生成回路と、
   を含み、
   前記スイッチ信号生成回路は、
   チャージポンプ用のクロック信号に基づきチャージポンプ動作を行うチャージポンプ回路を有し、前記チャージポンプ回路により昇圧された昇圧電源電圧に基づいて前記スイッチ信号を生成することを特徴とする回路装置。
2. 請求項１において、
   前記チャージポンプ回路は、
   前記第１のバスと前記第２のバスの接続がオンであるときに前記チャージポンプ動作を行うと共に、前記第１のバスと前記第２のバスの接続がオフであるときにも前記チャージポンプ動作を行うことを特徴とする回路装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記チャージポンプ回路は、
   前記第１の期間において、第１の周波数の前記クロック信号に基づき前記チャージポンプ動作を行い、前記第２の期間において、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数の前記クロック信号に基づき前記チャージポンプ動作を行うことを特徴とする回路装置。
4. 請求項３において、
   前記スイッチ信号生成回路は、
   バスアクティビティーがなくなってから所与の期間が経過した後に、前記クロック信号の周波数を、前記第２の周波数から前記第１の周波数に変化させることを特徴とする回路装置。
5. 請求項４において、
   前記所与の期間は２ｍｓ以上の長さの期間であることを特徴とする回路装置。
6. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   チャージポンプ用の前記クロック信号を生成し、前記クロック信号を前記チャージポンプ回路に供給するクロック信号生成回路を含み、
   前記クロック信号生成回路は、
   前記第２の期間において、前記第１のバス及び前記第２のバスにより転送されるパケットの信号に基づいて、チャージポンプ用の前記クロック信号を生成することを特徴とする回路装置。
7. 請求項６において、
   前記クロック信号生成回路は、
   前記第２の期間において、ＳＯＦのパケットに基づいてチャージポンプ用の前記クロック信号を生成することを特徴とする回路装置。
8. 請求項６又は７において、
   前記クロック信号生成回路は、
   前記第２の期間において、ＥＯＰに基づいてチャージポンプ用の前記クロック信号を生成することを特徴とする回路装置。
9. 請求項１乃至５のいずれかにおいて、
   チャージポンプ用の前記クロック信号を生成し、前記クロック信号を前記チャージポンプ回路に供給するクロック信号生成回路を含み、
   前記クロック信号生成回路は、
   データパケットの転送期間において、前記チャージポンプ回路に供給する前記クロック信号を停止することを特徴とする回路装置。
10. 請求項９において、
    前記クロック信号生成回路は、
    前記クロック信号を停止してから所与の設定期間が経過したときに、前記クロック信号の信号レベルを、第１の電圧レベルと第２の電圧レベルの一方の電圧レベルから他方の電圧レベルに変化させることを特徴とする回路装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
    前記バススイッチ回路は、第１導電型トランジスターにより構成されるスイッチ素子を有することを特徴とする回路装置。
12. 請求項１１において、
    前記第１導電型トランジスターはＮ型トランジスターであることを特徴とする回路装置。
13. 請求項１乃至１２のいずれかにおいて、
    前記第１のバスと前記第２のバスのモニター動作を行うバスモニター回路を含み、
    前記バススイッチ回路は、
    前記バスモニター回路でのモニター結果に基づいて、前記第１のバスと前記第２のバスの接続を前記第１の期間においてオンにし、前記第２の期間においてオフにし、
    前記処理回路は、
    前記第２の期間において前記転送処理を行うことを特徴とする回路装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれかに記載の前記回路装置と、
    前記第１のバスに接続される処理装置と、
    を含むことを特徴とする電子機器。
15. 請求項１乃至１３のいずれかに記載の前記回路装置と、
    ケーブルと、
    を含むことを特徴とするケーブルハーネス。

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