JP3779879B2 - Pulse width expansion circuit - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルス幅伸長回路に係り、特にスイッチング素子の寄生容量を利用したパルス幅伸長回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
入力パルスより一定時間だけ遅延したパルスを作る目的で使用されるパルス幅伸長回路として、例えば、論理ゲートとCRフィルタとで構成され、CRの時定数を利用してパルス幅を伸張する回路等種々の手法が紹介されている。
【0003】
一般に、これらのパルス幅伸長回路は、パルス幅調整のためのコンデンサを用いて構成される。しかし、コンデンサは、例えば、LSI上に実装する場合には、比較的大きな面積が必要となるため、回路の小型化には不都合である。このため、コンデンサを用いない比較的簡単な構成でパルス幅伸長回路を実現する手法として、スイッチング素子の寄生容量を利用したパルス幅伸長回路が提案されている(特開昭49−80961号公報)。
【0004】
これは、制御パルスの到来時に開路される第1のスイッチ素子と、入力パルスの到来時に開路される第2のスイッチ素子とを直列に接続してその両端間に電圧を印加すると共に、前記第2のスイッチ素子の開路時の寄生容量により閉路され、第2のスイッチ素子の閉路時に第1のスイッチ素子の開路による前記寄生容量の変化で開路される第3のスイッチ素子を設け、このスイッチ素子の閉路時に対応した幅のパルス出力信号を得るようにしたことを特徴とするパルス幅伸長回路である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上記のパルス幅伸長回路によれば、入力パルスの到来により、出力パルスが開始し、入力パルス終了後に到来した制御パルス(クロックパルス)によって、出力パルスが終了するようなっている。このため、出力パルス幅は、入力パルスとクロックパルスとのタイミングによって決定されるパルス幅以内に制限しており、伸長するパルス幅を調整することは考慮されていない。
【0006】
本発明の目的は、スイッチング素子の寄生容量を利用したパルス幅伸長回路において、出力パルス幅を調整することができる回路を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明によれば、入力信号を通過させ、逆方向の信号を阻止する整流手段と、
前記整流手段の出力側に接続され、前記整流手段の順方向に所定の電流を流す定電流源手段と、
前記整流手段を介した入力信号に基づいて、導通状態となるスイッチング手段であって、前記入力信号に基づく電圧により充電し、前記定電流源手段により放電する寄生容量を有し、前記寄生容量に生じる電圧により導通状態を保つスイッチング手段と、
前記スイッチング手段の状態に基づく出力信号を生成する手段と、
を備えることを特徴とするパルス幅伸長回路が提供される。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【0009】
図1は、本発明の第1の実施形態であるパルス幅伸長回路の動作原理を説明するための回路図である。図示するように、本実施形態によるパルス幅伸長回路は、整流素子であるダイオードDと、定電流源CCと、入力(ゲート)容量Ciを寄生容量として有するスイッチング素子SWとを備えている。なお、本図では、スイッチング素子SWとして、単チャンネルMOSを用いている。
【0010】
そして、入力端子(Vi)には整流素子であるダイオードDの一端が接続され、このダイオードDの他端には、ダイオードDの順方向に電流を流す定電流源CCと、入力端子に加えられる電圧により導通状態となるスイッチング素子SWとが接続される。
【0011】
スイッチング素子SWの出力端子(Vo)には、負荷抵抗RLの一端が接続され、負荷抵抗RLの他端には電源電圧Vccが印加されている。このようにして、負荷抵抗RLから、出力信号を取り出すことができるようになっている。
【0012】
図2の動作波形図を用いて、本実施形態のパルス幅伸長回路の動作を説明する。まず、スイッチング素子SWの入力端(ゲート)の電位V1は0であり、スイッチング素子SWは遮断状態であるとする。このとき、出力端子の電圧Voの状態は、電源端子に印加される電圧Vccにより、“H”になっている。
【0013】
入力端子にパルス電圧Viを印加すると、ダイオードDが導通状態になる。すると、スイッチング素子SWの入力端の電圧V1は、(Vi−VD)となる。ここで、VDはダイオードDの順方向降下電圧である。この電圧V1により、スイッチング素子SWが導通状態となるとともに、スイッチング素子SWの入力容量Ciが充電される。スイッチング素子SWが導通状態となったことで、出力端子の電圧Voは、ほぼ接地電位となって、“L”状態に反転する。
【0014】
入力端子への入力パルスが“L”になると、ダイオードDが非導通になる。すると、スイッチング素子SWの入力容量Ciが蓄積した電荷は、定電流源CCを通じて放電されていく。このため、入力容量Ciの端子電圧は、(Vi−VD)からCi/Iの傾斜で下がっていく。ただし、Iは、定電流源CCが流す電流である。
【0015】
スイッチング素子SWの入力端の電位V1(入力容量Ciの端子電圧)が、スイッチング素子SWのしきい電圧VTHより小さくなると、スイッチング素子SWが遮断状態となる。このため、出力端子の電圧Voの状態は“H”に戻る。
【0016】
このとき、入力パルスが“L”になってから、入力端の電位V1が、スイッチング素子SWのしきい電圧VTHより小さくなるまでの時間(tp1)分だけ、出力パルス幅が、入力パルス幅に比べて伸長されたことになる。そして、このパルス幅増加分tp1は、スイッチング素子SWの入力容量Ciと、定電流源CCを流れる電流Iと、スイッチング素子SWのしきい電圧VTHとによって調節することができる。
【0017】
なお、本実施形態において、ダイオードDには、入力パルスがないときにも、定電流源CCによって、所定の電流、例えばμAオーダの電流が順方向に流れている。このため、ダイオードDの動作点は、図3に示すVDなる電圧にバイアスされる。動作点がバイアスされることにより、ダイオードDの動抵抗は、バイアスがない場合に比して小さくなる。したがって、スイッチング素子SWの入力容量Ciが小さい場合であっても、駆動速度を高速化することができる。このため、入力端子に入力パルスViが入力されると、急速にスイッチング素子SWの入力端V1の電位が(Vi−VD)に立ち上がることができる。
【0018】
次に、パルス幅の増加分tp1について説明する。上記動作におけるスイッチング素子SWの入力端の(導通状態から遮断状態までの)変化電圧をΔVとすると、パルス幅の増加分tp1は、次式で求まる。
【0019】
tp1=Ci・ΔV/I
ここで、Ciを0.1pF、ΔVを1V、Iを1μAとすると、tp1は、100nsとなる。Ciはスイッチング素子SWのサイズ(ゲート長、ゲート幅)を、ΔVは変化振幅を、Iは定電流源CCの電流値を変えることに変化させることができるため、本実施形態によれば、tp1を所望の値に設定することができる。特に、数100ns〜数10psの増加パルス幅をも、簡易な回路で得ることができる。このような短い遅延時間を、小型で簡易な回路で実現することは、従来技術では困難であった。
【0020】
なお、ΔVを変える方法としては、例えば、図4に示すように複数のダイオードD、D2を直列に接続する方法、図5に示すようにスイッチング素子SWのソース側にダイオードD10を接続する方法等がある。また、図1、図4および図5に示した例では、出力電圧を得るための負荷として抵抗RLを用いている。しかしこれに限られず、例えば、負荷として定電流源を用いるようにしてもよい。この場合の具体的な回路については、図17を参照して後述する。さらに、スイッチング素子SWとして、図1、図4および図5に示した単チャネルMOSの代わりに、図6に示すようにCMOSインバータを使用してもよい。この場合、スイッチング素子SWのしきい電圧VTH(ロジックスレッショールド電圧)は、CMOSを構成するpMOSとnMOSとのサイズを変更することにより設定することができる。もちろん、スイッチング素子SWは、単チャネルMOS、CMOSインバータに限られるものではない。
【0021】
図1に示した回路において、定電流源CCは、カレントミラー回路を用いて実現することが望ましい。なぜなら、前述同様に、ΔVを1V、Iを1μAとすると、定電流源CCの出力インピーダンスZoは、Zo=ΔV/I=1MΩとなる。これを、抵抗素子でLSI上に実現するとすると、必要面積が大きくなったり、高精度が得にくい場合が考えられる。しかし、カレントミラー回路を用いると、小さい面積で、高精度の抵抗値を容易に実現できるからである。なお、カレントミラー回路を用いた具体的な回路例については、図16を参照して、後述する。
【0022】
次に、本発明の第2の実施形態として、本発明をエッジ情報生成回路に適用した場合について説明する。
【0023】
図7は、入力信号の立ち上がりエッジにあわせて、所望のパルス幅を得るエッジ情報生成回路の回路図の一例である。本図において、スイッチング素子として、NANDゲートNA1を用いている。そして、NANDゲートNA1に印加される入力信号をインバータIN1を介してダイオードDに加えている。そして、NANDゲートNA1の他端には入力信号を入力する。定電流源CCは、図1と同様にダイオードDに接続される。
【0024】
図8の動作波形図を用いて、本実施形態のエッジ情報生成の動作を説明する。入力端子(Vi)に入力がないと、出力端子(Vo)は“H”状態となっている。また、ダイオードDは導通状態で、NANDゲートNA1の入力容量Ciは、NANDゲートNA1の入力端子の電圧V1で充電されている。
【0025】
入力端子に高さViのパルス電圧を印加すると、NANDゲートNA1の出力端子(Vo)が、“L”状態に反転するとともに、ダイオードDが非導通になる。すると、入力容量Ciが蓄積していた電荷は、定電流源CCを通じて放電される。このため、入力容量Ciの端子電圧は、V1からCi/Iの傾斜で下がっていく。
【0026】
NANDゲートNA1の入力容量Ciの端子電圧が、NANDゲートNA1のしきい電圧VTHより小さくなると、スイッチング素子SWがオフとなる。このため、出力端子の電圧Voの状態は“H”となる。そして、入力パルスが“L”になると、NANDゲートNA1の入力端子V1の状態が“H”となる。
【0027】
このとき、入力パルスが“H”になってから、NANDゲートNA1の入力容量Ciの端子電圧が、NANDゲートNA1のしきい電圧VTHより小さくなるまでの時間(tp2)の幅を有する出力パルスを得ることができる。そして、このパルス幅tp2は、入力容量Ciと、定電流源CCを流れる電流Iと、NANDゲートNA1のしきい電圧VTHとによって調節することができる。
【0028】
図9は、入力信号の立ち下がりエッジにあわせて、所望のパルス幅を得るエッジ情報生成回路の回路図の一例である。図7の回路と異なる点は、定電流源CCを電源電圧Vcc側から加え、定電流源CCのある側をダイオードDのアノード側になるようにダイオードDの接続を変更して、さらにNANDゲートNA1のそれぞれの入力にインバータゲートIN2、IN3を追加した点である。本回路の動作を図10の動作波形図を用いて説明する。
【0029】
入力端子(Vi)に図10のような入力信号Viを加えたとする。入力信号Viが“H”のとき、インバータIN1、IN3の出力は“L”となるので、端子V1は“L”で、出力端子(Vo)は、“H”となる。入力信号Viが“L”に切り換わると、インバータIN1、IN3の出力は“H”になる。このため、出力端子Voが“L”になるとともに、これまでダイオードD側に流れていた定電流CCの電流Iは、インバータIN2側に流れるようになる。このとき、インバータIN2の入力容量Ciが充電されるので、端子V1の電圧は、Ci/Iの傾斜で上昇する。このV1の電圧がインバータIN2のしきい電圧VTHを超えると、インバータIN2の出力は“L”に反転する。このため、出力端子Voは、“H”に戻る。
【0030】
このように、本回路によれば、入力信号Viの立下りエッジのタイミングからCi/Iと、インバータIN2のしきい電圧VTHとで定まるtp3の幅を有する出力パルスを得ることができる。
【0031】
図11は、図7に示した回路の出力信号によって、入力信号をゲートするようにした回路の一例を示す回路図である。本例では、入力信号をNANDゲートNA2を介して、図7に示した回路に接続するとともに、NANDゲートNA2のもう一方の入力端子に、出力端子(Vo)を接続している。
【0032】
本例において、入力信号Viのパルス幅時間に比べて、定電流源CCの電流Iとスイッチング素子NA1の入力容量Ciとで定まる傾斜時間(Ci/I)を短く設定すれば、図8に示したのと同様のパルス幅tp4が得られる。一方、傾斜時間を長く設定すれば、図12に示すような、入力パルス幅より長いパルス幅tp4が得られる。このとき、パルス幅tp4が発生している期間は、入力パルスが再度加えられても、2発目以降の入力パルスは、NANDゲートNA2により、受け付けられない。すなわち、図11に示した回路は、入力パルスに対してゲート作用を有し、入力パルスの立ち上がりエッジから、入力パルスの幅に無関係に任意の幅の出力パルスを得ることができる。
【0033】
次に、本発明の第3の実施形態として、パルス幅伸長回路をワンショットマルチバイブレータに適用した場合について図13の回路図および図14、図15の動作波形図を参照して説明する。
【0034】
図13において、本実施形態のワンショットマルチバイブレータは、入力端子A、Bと、出力端子Q、Q(−)と、リセット入力端子Resetと、電源端子Vccと、グランド端子GNDとを備えている。ここで、入力端子Aは、立ち上がりエッジでトリガする場合のクロック入力端子であり、入力端子Bは、立ち下がりエッジでトリガする場合のクロック入力端子である。また、出力端子Q(−)は、出力端子Qと相補の出力端子である。
【0035】
クロック端子AはNORゲートNR12の一方の入力端子に接続され、クロック端子BはインバータIN20を介してNORゲートNR12の他方の入力端子に接続される。
【0036】
NORゲートNR12の出力は、2つに分岐し、一方は、NANDゲートNA10とNA11とから構成される第1のRSフリップフロップFF1のセット入力端子に接続される。他方は、インバータIN10を介して、NANDゲートNA12とNA13とから構成される第2のRSフリップフロップFF2のリセット入力端子に接続される。
【0037】
第2のRSフリップフロップFF2の出力は、2つに分岐し、一方は、NORゲートNR10の入力端子に接続される。他方は、第1のフリップフロップFF1を構成するNANDゲートNA11のリセット入力端子に接続される。
【0038】
第1のRSフリップフロップFF1の出力は、2つに分岐し、一方は、NORゲートNR10の入力端子に接続される。他方は、ORゲートOR10の入力端子に接続される。
【0039】
ORゲートOR10の出力は、第2のRSフリップフロップFF2のセット入力端子に接続される。
【0040】
NORゲートNR10の出力は、ダイオードDと定電流源CCとスイッチング素子SWとで構成される本発明のパルス幅伸長回路PWの入力端子に接続される。
【0041】
パルス幅伸長回路PWの出力は、抵抗R2と、コンデンサC2と、MOSトランジスタM16のソース端子とに接続される。パルス幅伸長回路PWの出力は、さらに、ORゲートOR10の入力端子と、インバータIN14の入力端子とに接続される。なお、パルス幅伸長回路PWのスイッチング素子SWの入力端子の電位をV1とし、出力端子の電位をV2とする。
【0042】
インバータIN14の出力端子は、2つに分岐し、一方は、インバータIN16とIN17とを介して、ワンショットマルチバイブレータの出力端子Qに接続される。他方は、インバータ15を介して、ワンショットマルチバイブレータの出力端子Q(−)に接続される。
【0043】
リセット入力端子Resetは、インバータIN18とIN19とを介して、MOSトランジスタM16のゲート電極と、第2のRSフリップフロップFF2のセット入力端子とに接続される。
【0044】
電源端子Vccは、抵抗R2と、MOSトランジスタM16のドレイン電極とに接続される。
【0045】
このような構成のワンショットマルチバイブレータの動作を、図14の動作波形図を参照して説明する。
【0046】
まず、スイッチング素子SWがオフで、V2が電源電圧Vccの電位にあるとする。このため、出力端子Qは“L”で、出力端子Q(−)は“H”となっている。また、コンデンサC2は電圧Vccで充電されている。
【0047】
このとき、クロック入力端子Bに、図14のBに示すようなパルスクロックを入力したとする。このクロックパルスの立ち下がりエッジで、フリップフロップFF1がセットされるため、第1のRSフリップフロップFF1の出力をQ1とすると、出力Q1(−)は、“H”から“L”に反転する。そして、NORゲートNR10を介して、スイッチング素子SWがオンになり、コンデンサC2が充電していた電荷の放電が開始される。
【0048】
V2の電位が、インバータIN14およびORゲートOR10のロジックスレッショールド電圧VLTより下がると、インバータIN14およびORゲートOR10の出力が反転する。
【0049】
インバータ14の出力の反転によって、Qが“H”になる。
【0050】
ORゲートOR10の出力の反転によって、第2のRSフリップフロップFF2がセットされ、第2のRSフリップフロップFF2の出力をQ2とすると、Q2は“L”から“H”に反転する。これにより、第1のRSフリップフロップFF1がリセットされるため、パルス幅伸長回路PWへの入力パルスが終了する。
【0051】
その後、スイッチング素子SWは、入力容量Ciと定電流源CCの電流(I1とする)によって定まるパルス伸長時間t1後にオフとなる。このため、短絡時間が確保され、V2の電圧は0になることができる。
【0052】
スイッチング素子SWがオフになると、抵抗R2を介して、電源電圧Vccにより、コンデンサC2が充電される。このため、V2の電位は、0から時定数C2・R2で上昇する。そして、V2の電位が、インバータIN14のロジックスレッショールド電圧VLTを超えると、インバータIN14の出力は“H”から“L”に反転する。これにより、出力端子Qが“L”に反転するため、出力端子Qからは、図14に示すようなパルスが得られる。この幅tpは、上記の説明から明らかなように、抵抗R2とコンデンサC2の容量とによって定めることができる。なお、第2のRSフリップフロップFF2はクロック入力パルスBの立ち上がりのエッジでリセットされる。
【0053】
また、クロック入力端子Bに、図15に示すようなリトリガルなクロックパルスを入力した場合には、同図に示すような、動作波形図となる。すなわち、クロックパルス信号を直流に変換する処理を行うことができる。。
【0054】
なお、ワンショットマルチバイブレータ回路として代表的なものにモトローラ製CMOSロジックIC・ワンショットマルチバイブレータ回路MC14528がある。しかし、MC14528では、図13のインバータIN14に対応するインバータのロジックスレッショールド電圧を、図13のORゲートOR10に対応するORゲートのロジックスレッショールド電圧よりも大きくする必要がある。これは、コンデンサC2に対応するコンデンサが蓄積した電荷を放電させて、V2の電圧が0になるまでの時間を確保するためである。これに対し、本発明を適用したワンショットマルチバイブレータでは、両者とも同じロジックスレッショールド電圧を設定することができ(例えば、電源電圧値の1/2)、この場合でもコンデンサC2の短絡時間を確保することができる。このため、本発明を適用したワンショットマルチバイブレータは、回路の設計、管理を容易にすることができる。
【0055】
次に、図13に示したパルス幅伸長回路PWをMOSトランジスタを用いて構成した具体的な回路の一例を図16に示す。本図においてダイオードDとして、MOSトランジスタM10を用いている。MOSトランジスタM10は、ゲート電極とドレイン電極とを共通接続とし、この電極とソース電極との2端子構成としている。また、本図において、定電流源CCとして、MOSトランジスタM11とMOSトランジスタM12と電流設定用抵抗R3とで構成したカレントミラー回路を用いている。
【0056】
次に、図13に示した抵抗R2とコンデンサC2とをLSIに内蔵して構成した回路の一例を図17に示す。図13において抵抗R2は、コンデンサC2に流す電流を設定するものである。抵抗R2は、MOSトランジスタM15、M14と抵抗R4とで構成したカレントミラー回路を用いることができる。本例において、この抵抗R4は、MOSトランジスタM11、M12とで構成するカレントミラー回路の電流設定用抵抗としても用いている。
【0057】
本回路で得る所望のパルスの幅は、ディスクリート部品のC2/I2の値を保ちながらLSI内で容易に実現できる容量のpFオーダ、電流のμAオーダに置換することで実現することができる。必要なμAオーダの電流は、カレントミラー回路における一次側と二次側とのMOSトランジスタのサイズを変えることによって得ることができるため、抵抗R4には、高抵抗を必要としない。このため、広い面積を必要とせず、LSI化に適している。
【0058】
図18は、図17に示した回路の変形例である。基本的な動作内容は共通するので、ここでは、本図と図17との相違点について説明する。まず、入力端子を、立ち下がりエッジでトリガする場合の端子Bのみとし、インバータIN20とNORゲートNR12とを省略した。次に、マルチバイブレータの出力を反転出力Q(−)のみとし、インバータIN16とIN17とを省略した。さらに、第1のRSフリップフロップFF1のリセットタイミングを遅らせるために、ORゲートOR10の代わりに、NORゲートNR11と、インバータIN13とを用いた。また、第2のRSフリップフロップFF2の出力をNORゲートNR10に加えるタイミングを調整するため、インバータIN11とIN12とを介して、NORゲートNR10に入力するようにした。
【0059】
次に、本発明の第4の実施形態として、図13、図16〜18に示したワンショットマルチバイブレータを、フィールドネットワーク・トランシーバのネットワーク側ノード電源の監視装置に用いた応用回路について説明する。
【0060】
まず、図26に示したブロック図を参照して、フィールドネットワークを適用した分散制御システムの一例について説明する。本図に示す分散制御システムは、センサ101、パーソナルコンピュータ(PC)102、アクチュエータ103およびプログラマブルロジックコントローラ(PLC)104等の各種フィールド機器が、それぞれインタフェース装置100、115、116、117を介してネットワーク114に接続されて構成される。なお、この構成は例示であり、フィールド機器はこれらに限られない。また、インタフェース装置100、115、116および117と、センサ101、パーソナルコンピュータ102、アクチュエータ103およびプログラマブルロジックコントローラ104とは、それぞれ別々の装置となる場合と、フィールド機器がインタフェース装置を内蔵する場合等とがある。
【0061】
ネットワーク114は、コントローラ118を介して、上位のネットワーク119に接続される。上位のネットワーク119には、制御用パーソナルコンピュータ(制御用PC)120等が接続される。もちろん、ネットワークの階層、種類等は、本図に限られない。
【0062】
本例において、分散制御システムは、制御用パーソナルコンピュータ120によってシステム全体が制御される。そして、下位ネットワークでは、各種フィールド機器同士で制御が行われている。
【0063】
ここで、下位ネットワークでの制御の一例を説明する。センサ101で検出された信号がインタフェース装置100を介してネットワーク114上に送られる。この信号はインタフェース装置115、116および117を介して各種フィールド機器に入力される。そして、例えば、パーソナルコンピュータ102では、送られてきたセンサ101の出力信号に基づいて演算を行ない、被制御対象の状態が正常であるか否かを判断する。また、アクチュエータ103、プログラマブルロジックコントローラ104では、送られてきたセンサ101の出力信号に基づいて被制御対象の制御量を調整する。
【0064】
本実施例において、インタフェース装置100、115、116および117は同じ構成としている。このため、インタフェース装置100について説明する。もちろん、インタフェース装置100、115、116および117は、それぞれ異なる構成とすることもできる。
【0065】
インタフェース装置100は、ネットワークトランシーバ113、電源回路105、絶縁回路107、108および109、マイクロコンピュータ(マイコン)111、電源監視回路106、信号変換回路110、112等を備えて構成される。
【0066】
このように、インタフェース装置100には、マイクロコンピュータ111が搭載されており、これにより下位ネットワークでは分散制御が行なえるようになっている。また、インタフェース装置100は、容量式の絶縁回路107、108および109を備えており、ネットワーク114とフィールド機器とを電気的に絶縁する構成となっている。このように電気的に絶縁することで、ネットワーク114からフィールド機器への、例えば、雷等による異常信号の伝搬を防止できるようになっている。また、フィールド機器からネットワーク114への異常信号の伝搬も防止することができるようになっている。
【0067】
インタフェース装置100の絶縁回路107、108および109よりネットワーク側にある回路の電源は、電源回路105より供給される。電源回路105は、ネットワーク114から、例えば24Vの電圧の給電を受け、これを5Vの電圧に変換する。そして、この5Vの電圧(VccB)は、インタフェース装置100内のネットワークトランシーバ113、信号変換回路112等の絶縁回路よりネットワーク側にある回路に供給される。
【0068】
インタフェース装置100の絶縁回路107、108および109よりフィールド側にあるマイクロコンピュータ111、信号変換回路110には、ネットワーク114とは絶縁された別電源により電源(VccA)が供給される。
【0069】
ネットワークトランシーバ113は、ネットワーク114と各種フィールド機器との間で信号の変換を行なう。また、ネットワークトランシーバ113は、消費電力を抑えるために、外部からの信号によって、スタンバイモードである動作しない状態(非活性状態)と、動作する状態(活性状態)とを切り替えられるようになっている。
【0070】
電源監視回路106は、電源回路105の状態を監視し、電源回路105からの電圧が、あらかじめ定めた範囲内にあるときには、パルス信号を生成して絶縁回路107に送信する。このパルス信号(の交流分)は、絶縁回路107を介して信号変換回路110に伝わる。信号変換回路110は、パルス信号をレベル(状態)信号に変換して、マイクロコンピュータ111に送信する。
【0071】
このようにして、絶縁された電源回路105の状態を、マイクロコンピュータ111で検出できるようになっている。
【0072】
状態信号送信回路118は、マイクロコンピュータ111から出力される状態信号をネットワーク側へ伝送する。ここで、状態信号は、ネットワークトランシーバ113を非活性状態にするためのスタンバイ信号とする。マイクロコンピュータ111から出力される状態信号は、状態信号送信回路118でパルス信号に変換される。このパルス信号は、絶縁回路108を介して信号変換回路112に伝わる。信号変換回路112は、パルス信号を状態信号に変換してネットワークトランシーバ113の活性状態、非活性状態の切り替えを制御する。
【0073】
上記の分散制御システムを実現するための具体的回路に、本発明を適用したマルチバイブレータを用いた例について図19を参照して説明する。
【0074】
まず、電源監視回路106と、絶縁回路107と、信号変換回路110とを実現するための例について説明する。
【0075】
図19に示す回路は、電源回路からの電圧VccBと発振器OSCからのパルス信号を入力して、電圧VccBが所定の範囲内にある場合には、パルス信号を出力する電源監視部と、コンデンサCaとCbとからなる絶縁部と、入力されたパルスを、電圧VccBに基づく直流状態に変換する信号変換部とを備えて構成される。この信号変換部に本願発明を適用したワンショットマルチバイブレータを用いることができる。
【0076】
電源監視部は、電源回路からの電圧VccBをNANDゲートNA14で、発振器OSCからのパルス信号により変調する。そしてドライバDRVで、二相出力として絶縁部に出力する。これは、図26における電源監視回路106に相当する。なお、ダイオードD11〜D14は、信号電圧のクランプに用いられる。
【0077】
コンデンサCaとCbとを備えて構成される絶縁部は、図26における絶縁回路107に相当する。
【0078】
信号変換部は、絶縁部を介して入力される2相の信号を、コンパレータCOMPで一相出力のパルス信号とする。なお、ダイオードD21〜D24は、信号電圧のクランプに用いられる。また、インバータIN30と抵抗Ra、Rbとは、コンデンサCa、Cbを介したパルス信号に、直流バイアスを与えるために用いられる。この直流バイアス電圧は、通常、電源電圧VccAの1/2の電圧を用いる。この電圧は、インバータIN30の入力と出力とを短絡することによって得ることができる。
【0079】
コンパレータCOMPから出力されるパルス信号は、本発明を適用したマルチバイブレータのリトリガブル機能によって復調され、電源電圧VccBに基づいた直流電圧を出力することができる。これにより、電源電圧VccBが給電状態であるか無給電状態であるかを検出することができ、絶縁されたネットワーク側ノード電源の監視が可能となる。
【0080】
次に、図26に示した状態信号送信回路118と、絶縁回路108と、信号変換回路112とを実現するための例について説明する。
【0081】
この場合も、図19に示した回路を適用することができる。このとき、電源監視部が状態信号送信回路118に相当する。ただし、入力される電圧VccBは、マイクロコンピュータ111からの状態信号(ネットワークトランシーバ113を非活性状態にするためのスタンバイ信号)である。
【0082】
図19に示した絶縁部は、絶縁回路108に相当する。
【0083】
図19に示した信号変換部は、信号変換回路112に相当する。そして、出力されるマイクロコンピュータ111からの状態信号に基づいた信号がネットワークトランシーバ113に入力される。これにより、ネットワークトランシーバ113の活性状態、非活性状態の切り替えを絶縁されたフィールド機器側から制御できるようになる。
【0084】
このように、本発明を適用して実現された分散制御システムによれば、ネットワークと各種フィールド機器との電気的な絶縁および双方向の信号伝送を行うだけでなく、ネットワーク側の電源回路の状態信号を、絶縁されたマイクロコンピュータに伝送することを可能とし、ネットワークシステム全体の信頼性を向上させることができる。
【0085】
つまり、インタフェース装置の電源回路が何らかの原因で正常動作しなくなたとすると、インタフェース装置内に搭載されたネットワークトランシーバに電源が供給されなくなり、回路動作が停止する。このような状態でマイクロコンピュータによる制御を続けていると、例えば、アクチュエータは、誤った信号に基づいて制御を行ない、システム全体が誤動作したり、システム全体が停止するおそれがある。
【0086】
しかし、本発明を適用した分散制御システムによれば、インタフェース装置の電源監視回路によって、マイクロコンピュータが電源の状態を監視することができるため、例えば、アクチュエータの動作を停止させたり、ネットワーク側への信号の伝送を停止することが可能となる。このため、システム全体の誤動作、システム全体の停止等を防止することができ、システム全体の信頼性を向上させることができる。
【0087】
さらに、インタフェース装置は、マイクロコンピュータからの状態信号を、絶縁されたネットワーク側へ伝送し、ネットワーク側の回路を制御することができるので、システム全体の消費電力を低下させることができる。すなわち、マイクロコンピュータが、状態信号として、例えば5Vを出力しているときには、ネットワークトランシーバはスタンバイモードとなり、例えば0Vを出力しているときには、ネットワークトランシーバは通常動作モードとなるように制御することができる。このとき、スタンバイモードでは消費電力が小さくなるため、非活性状態にあるフィールド機器のネットワークトランシーバをスタンバイモードとすることで、消費電力を抑制することができるようになる。
【0088】
なお、図19に示した電源監視回路は、図26に示したような分散制御システム以外にも適用できることはいうまでもない。
【0089】
次に、本発明の第5の実施形態として、本発明を適用したワンショットマルチバイブレータの他の応用例について説明する。
【0090】
図20は、マイクロプロセッサCPUのクロック異常検出にワンショットマルチバイブレータOSMを用いた例を示す図である。本図に示すように、本実施例では、マイクロプロセッサCPUからのクロック出力信号を、マルチバイブレータOSMに入力し、図19に示した第4の実施形態と同様に、マルチバイブレータOSMからの出力によって、マイクロプロセッサCPUのクロック信号が正常であるか否かの状態を検出する。本例においては、マルチバイブレータOSMの電源を抵抗R2とコンデンサC2とを外付けとしたが、前述のように抵抗R2を定電流源で実現することにより、マイクロプロセッサCPU内にワンショットマルチバイブレータOSMを内蔵するようにすることもできる。
【0091】
図21は、本発明のパルス幅伸長回路を可変遅延回路に適用した例を示す回路図である。本回路は電流I1を流す定電流源を構成するカレントミラー回路のMOSトランジスタM12に流す電流I3を、MOSトランジスタM13、M14から構成されるカレントミラー回路で生成し、このカレントミラー回路の電流を、D/A変換器DAで駆動するようにしたものである。D/A変換器DAの出力は、ディジタル入力端子D0〜D3に入力されるディジタル値で重み付けされた電流I4である。電流I1は、電流I4に比例するため、、本回路の出力端子(Vo)には、電流I4の大きさに反比例した幅のパルス信号が発生する。このようにして、D/A変換器のディジタル入力端子D0〜D3への入力を変化させることにより、所望の、例えば、数100ns〜数10psの遅延時間を選択に設定できる可変遅延回路が実現できる。
【0092】
図22は、図21に示したD/A変換器DAの具体的な構成の一例を示す図である。本図において、D/A変換器DAは、4ビットのディジタル入力に対して、2接点を有するスイッチSW1〜SW4と、重み付け電流設定の定電流源CC11〜CC13とで構成される。スイッチSW1〜SW4の接点a側はそれぞれ共通に接続され、D/A変換器DAの出力電流I4を発生する。また、スイッチSW1〜SW4の接点b側は、それぞれ共通に接地され、接地電位となっている。定電流源CC11〜CC14は、例えば、所定の電流を流すようにしたMOSカレントミラー回路で実現できる。
【0093】
図23は、図22に示したスイッチSW1〜SW4の具体的な構成の一例を示す図である(本図では一スイッチのみを示す)。本図に示すスイッチは、MOSトランジスタM1a、M1bからなる差動対で構成される。差動対の一方の入力にはディジタル入力信号が、他方の差動対の入力にはバイアス電圧Vbiasが入力される。
【0094】
本スイッチにおいて、ディジタル入力端子D0が“L”のとき、定電流源CC11の電流は、MOSトランジスタM1bに流れる。そして、ディジタル入力端子D0が“H”に切り替わると、バイアス電圧Vbiasが入力される側のMOSトランジスタM1bのゲート電圧より、ディジタル入力端子D0側のMOSトランジスタM1aのゲート電圧が高くなるようになっている。このため、MOSトランジスタM1aがオンとなり、定電流源CC11の電流はすべてMOSトランジスタM1aに流れる。
【0095】
次に、本発明を適用した可変遅延回路を、遅延時間を大幅に拡大するための回路に応用した例について説明する。
【0096】
図24と図25とは、遅延時間を拡大するために、可変遅延回路を多段に接続した回路の例を示す図である。図24においては、可変遅延回路の容量について、放電タイプ(図7に示した回路)と充電タイプ(図9に示した回路)とが交互になるように構成している。図25においては、可変遅延回路の容量について、放電タイプのみを用いて構成している。なお、図示していないが、充電タイプのみを用いて構成するようにしてもよい。定電流源の具体的な構成は、上述した種々の構成例を適用することができる。このように、可変遅延回路をn段接続した場合には、1段の可変遅延回路で得られる遅延時間のn倍(各々の可変遅延回路の遅延時間の和)となるので、論理ゲートの入力容量を利用して、長い遅延時間を得ることができる。
【0097】
以上で述べた可変遅延回路は、LSI内部の複数の配線長のそれぞれの遅延時間のずれ、あるいは、論理段数の違いによる遅延時間のずれ等を補正することが可能であり、LSIに好適に用いることができる。
【0098】
図28は、図27に示すような回路における配線長の違いによる遅延時間のずれを、配線長の長い方の遅延時間に合わせる場合の、一例を示す回路図である。図27に示す回路においては、入力信号Viに対して、配線長の違いにより出力端子Voa、Vobで遅れ時間の差が発生する。この場合、図28に示すように、本発明を適用した可変遅延回路DLY(例えば、図21参照)をインバータINiaとINoaとの間に挿入するようにする。こうすることにより、出力端子Voaでの遅延時間を、出力端子Vobでの遅延時間に合わせることができる。
【0099】
また、図30は、図29に示すような回路における論理段数の違いによる遅延時間のずれを、論理段数の多い方の遅延時間に合わせる場合の、一例を示す回路図である。図29に示す回路においては、入力信号Viに対して、理論段数の違いにより出力端子Voa、Vobで遅れ時間の差が発生する。この場合においても、図30の回路に示すように本発明を適用した可変遅延回路DLYをインバータINiaとINoaとの間に挿入することにより、遅延時間を合わせることができる。
【0100】
【発明の効果】
上述のように、本発明によれば、スイッチング素子の寄生容量を利用したパルス幅伸長回路において、出力パルス幅を調整することができる回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】は、本発明の第1の実施形態であるパルス幅伸長回路の動作原理を説明するための回路図である。
【図2】は、本発明の第1の実施形態であるパルス幅伸長回路の動作原理を説明するための動作波形図である。
【図3】は、本発明の第1の実施形態であるパルス幅伸長回路における、ダイオードDのV−I特性を説明するための図である。
【図4】は、本発明の第1の実施形態であるパルス幅伸長回路に複数のダイオードD、D2を用いてΔVを変える例を示す回路図である。
【図5】は、本発明の第1の実施形態であるパルス幅伸長回路にダイオードを用いてΔVを変える例を示す回路図である。
【図6】は、本発明の第1の実施形態であるパルス幅伸長回路にCMOSインバータを用いた例を示す回路図である。
【図7】は、本発明の第2の実施形態である、パルス幅伸長回路をエッジ情報生成回路に適用した回路を説明するための回路図である。
【図8】は、本発明の第2の実施形態である、パルス幅伸長回路をエッジ情報生成回路に適用した回路を説明するための動作波形図である。
【図9】は、本発明の第2の実施形態である、パルス幅伸長回路をエッジ情報生成回路に適用した回路の別例を説明するための回路図である。
【図10】は、本発明の第2の実施形態である、パルス幅伸長回路をエッジ情報生成回路に適用した回路の別例を説明するための動作波形図である。
【図11】は、本発明の第2の実施形態である、パルス幅伸長回路をエッジ情報生成回路に適用した回路のさらに別例を説明するための回路図である。
【図12】は、本発明の第2の実施形態である、パルス幅伸長回路をエッジ情報生成回路に適用した回路のさらに別例を説明するための動作波形図である。
【図13】は、本発明の第3の実施形態である、パルス幅伸長回路をワンショットマルチバイブレータに適用した回路を説明するための回路図である。
【図14】は、本発明の第3の実施形態である、パルス幅伸長回路をワンショットマルチバイブレータに適用した回路を説明するための動作波形図である。
【図15】は、本発明の第3の実施形態である、ワンショットマルチバイブレータにリトリガブルなクロックを入力したときの動作を説明するための動作波形図である。
【図16】は、本発明の第3の実施形態である、ワンショットマルチバイブレータのパルス幅伸長回路PWをMOSトランジスタを用いて構成した回路を説明するための回路図である。
【図17】は、本発明の第3の実施形態である、ワンショットマルチバイブレータの抵抗をカレントミラー回路で構成した回路を説明するための回路図である。
【図18】は、本発明の第3の実施形態である、パルス幅伸長回路をワンショットマルチバイブレータに適用した回路の別例を説明するための回路図である。
【図19】は、パルス幅伸長回路をワンショットマルチバイブレータに適用した回路を分散システムに用いた例を説明するための回路図である。
【図20】は、マイクロプロセッサCPUのクロック異常検出にワンショットマルチバイブレータOSMを用いた例を示す図である。
【図21】は、パルス幅伸長回路を可変遅延回路に適用した例を示す回路図である。
【図22】は、図21に示したD/A変換器DAの具体的な構成の一例を示す図である。
【図23】は、図22に示したスイッチSW1〜SW4の具体的な構成の一例を示す図である。
【図24】は、遅延時間を拡大するために、可変遅延回路を多段に接続した回路の例を示す図である。
【図25】は、遅延時間を拡大するために、可変遅延回路を多段に接続した回路の例を示す図である。
【図26】は、フィールドネットワークを適用した分散制御システムを説明するためのブロック図である。
【図27】は、配線長の違いにより、遅延時間のずれが生じる場合を説明するための図である。
【図28】は、配線長の違いによる遅延時間のずれを、配線長の長い方の遅延時間に合わせる場合を説明するための図である。
【図29】は、理論段数の違いにより、遅延時間のずれが生じる場合を説明するための図である。
【図30】は、理論段数の違いによる遅延時間のずれを、配線長の長い方の遅延時間に合わせる場合を説明するための図である。
【符号の説明】
D、D2、D10〜D14、D21〜D24、Da〜Dc…ダイオード
CC、CC2、CC11〜CC14、CCa〜CCc…定電流源
SW…スイッチング素子、Ci…入力容量、RL…負荷抵抗
R2〜R4、Ra、Rb…抵抗
C2、Ca、Cb…コンデンサ
M10〜M16…MOSトランジスタ
IN10〜IN20、IN30、INa〜INc、INia、INib、
INoa、INob、INib1〜INib4…インバータ
NA1、NA2、NA10〜NA14…NANDゲート
NR10〜NR12…NORゲート
OR10…ORゲート
FF1、FF2…フリップフロップ
OSM…ワンショットマルチバイブレータ
OSC…発信機、DRV…ドライバ、COMP…コンパレータ
DA…D/A変換器、CPU…マイクロプロセッサ
SW1〜SW4…スイッチ
Vbias…バイアス電圧、Vi…入力端子、Vo…出力端子
VccA、VccB…電源端子、GND…接地端子
IN1〜IN3、Reset…リセット端子
A、B…クロック入力端子
Q、Q(−)…フリップフロップの出力端子
D0〜D3…ディジタル入力端子、CLK…クロック端子
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a pulse width expansion circuit, and more particularly to a pulse width expansion circuit using parasitic capacitance of a switching element.
[0002]
[Prior art]
As a pulse width expansion circuit used for the purpose of creating a pulse delayed by a certain time from the input pulse, for example, a circuit composed of a logic gate and a CR filter, which expands the pulse width using the CR time constant, etc. The method is introduced.
[0003]
Generally, these pulse width expansion circuits are configured using a capacitor for adjusting the pulse width. However, when the capacitor is mounted on an LSI, for example, a relatively large area is required, which is inconvenient for circuit miniaturization. For this reason, a pulse width expansion circuit using a parasitic capacitance of a switching element has been proposed as a technique for realizing a pulse width expansion circuit with a relatively simple configuration without using a capacitor (Japanese Patent Laid-Open No. 49-80961). .
[0004]
This is because a first switch element that is opened when a control pulse arrives and a second switch element that is opened when an input pulse arrives are connected in series, and a voltage is applied between both ends thereof. A third switch element that is closed by a parasitic capacitance when the second switch element is opened, and that is opened due to a change in the parasitic capacitance due to the opening of the first switch element when the second switch element is closed; A pulse width expansion circuit characterized in that a pulse output signal having a width corresponding to the closed circuit is obtained.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
According to the above pulse width expansion circuit, the output pulse starts when the input pulse arrives, and the output pulse ends when the control pulse (clock pulse) arrives after the input pulse ends. For this reason, the output pulse width is limited within the pulse width determined by the timing of the input pulse and the clock pulse, and adjustment of the expanding pulse width is not considered.
[0006]
An object of the present invention is to provide a circuit capable of adjusting an output pulse width in a pulse width expansion circuit using a parasitic capacitance of a switching element.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, rectifying means for passing an input signal and blocking a signal in the reverse direction;
A constant current source means connected to the output side of the rectifying means, and supplying a predetermined current in the forward direction of the rectifying means;
Switching means that enters a conductive state based on an input signal through the rectifying means, has a parasitic capacitance that is charged by a voltage based on the input signal and discharged by the constant current source means, and the parasitic capacitance Switching means for maintaining conduction by the generated voltage;
Means for generating an output signal based on the state of the switching means;
A pulse width expansion circuit is provided.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
[0009]
FIG. 1 is a circuit diagram for explaining the operation principle of the pulse width expansion circuit according to the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the pulse width expansion circuit according to the present embodiment includes a diode D that is a rectifier, a constant current source CC, and a switching element SW having an input (gate) capacitance Ci as a parasitic capacitance. In the figure, a single channel MOS is used as the switching element SW.
[0010]
The input terminal (Vi) is connected to one end of a diode D, which is a rectifying element. The other end of the diode D is applied to the input terminal and a constant current source CC that supplies current in the forward direction of the diode D. The switching element SW that becomes conductive by the voltage is connected.
[0011]
One end of the load resistor RL is connected to the output terminal (Vo) of the switching element SW, and the power supply voltage Vcc is applied to the other end of the load resistor RL. In this way, an output signal can be extracted from the load resistor RL.
[0012]
The operation of the pulse width expansion circuit of this embodiment will be described using the operation waveform diagram of FIG. First, it is assumed that the potential V1 of the input terminal (gate) of the switching element SW is 0, and the switching element SW is in a cut-off state. At this time, the state of the voltage Vo at the output terminal is “H” due to the voltage Vcc applied to the power supply terminal.
[0013]
When the pulse voltage Vi is applied to the input terminal, the diode D becomes conductive. Then, the voltage V1 at the input terminal of the switching element SW becomes (Vi−VD). Here, VD is a forward drop voltage of the diode D. With this voltage V1, the switching element SW becomes conductive, and the input capacitance Ci of the switching element SW is charged. Since the switching element SW becomes conductive, the voltage Vo at the output terminal becomes almost the ground potential and is inverted to the “L” state.
[0014]
When the input pulse to the input terminal becomes “L”, the diode D becomes non-conductive. Then, the charge accumulated in the input capacitance Ci of the switching element SW is discharged through the constant current source CC. For this reason, the terminal voltage of the input capacitance Ci decreases from (Vi−VD) with a slope of Ci / I. However, I is a current that the constant current source CC flows.
[0015]
When the potential V1 at the input terminal of the switching element SW (the terminal voltage of the input capacitor Ci) becomes smaller than the threshold voltage VTH of the switching element SW, the switching element SW is cut off. For this reason, the state of the voltage Vo at the output terminal returns to “H”.
[0016]
At this time, the output pulse width is changed to the input pulse width by the time (tp1) from when the input pulse becomes “L” until the potential V1 at the input terminal becomes smaller than the threshold voltage VTH of the switching element SW. Compared to this, it was extended. The pulse width increase tp1 can be adjusted by the input capacitance Ci of the switching element SW, the current I flowing through the constant current source CC, and the threshold voltage VTH of the switching element SW.
[0017]
In the present embodiment, even when there is no input pulse, a predetermined current, for example, a current of the order of μA flows in the forward direction in the diode D by the constant current source CC. Therefore, the operating point of the diode D is biased to a voltage VD shown in FIG. When the operating point is biased, the dynamic resistance of the diode D becomes smaller than when no bias is applied. Therefore, even when the input capacitance Ci of the switching element SW is small, the driving speed can be increased. For this reason, when the input pulse Vi is input to the input terminal, the potential of the input terminal V1 of the switching element SW can rapidly rise to (Vi−VD).
[0018]
Next, the increment tp1 of the pulse width will be described. Assuming that the change voltage (from the conductive state to the cut-off state) at the input end of the switching element SW in the above operation is ΔV, an increase tp1 of the pulse width is obtained by the following equation.
[0019]
tp1 = Ci · ΔV / I
Here, when Ci is 0.1 pF, ΔV is 1 V, and I is 1 μA, tp1 is 100 ns. Since Ci can change the size (gate length, gate width) of the switching element SW, ΔV can change the change amplitude, and I can change the current value of the constant current source CC, according to the present embodiment, tp1 Can be set to a desired value. In particular, an increased pulse width of several hundred ns to several tens of ps can be obtained with a simple circuit. It has been difficult in the prior art to realize such a short delay time with a small and simple circuit.
[0020]
As a method of changing ΔV, for example, a method of connecting a plurality of diodes D and D2 in series as shown in FIG. 4, a method of connecting a diode D10 to the source side of the switching element SW as shown in FIG. There is. In the example shown in FIGS. 1, 4 and 5, the resistor RL is used as a load for obtaining the output voltage. However, the present invention is not limited to this. For example, a constant current source may be used as a load. A specific circuit in this case will be described later with reference to FIG. Further, as the switching element SW, a CMOS inverter as shown in FIG. 6 may be used instead of the single channel MOS shown in FIGS. In this case, the threshold voltage VTH (logic threshold voltage) of the switching element SW can be set by changing the sizes of the pMOS and nMOS constituting the CMOS. Of course, the switching element SW is not limited to a single channel MOS or CMOS inverter.
[0021]
In the circuit shown in FIG. 1, the constant current source CC is preferably realized by using a current mirror circuit. This is because, as described above, when ΔV is 1 V and I is 1 μA, the output impedance Zo of the constant current source CC is Zo = ΔV / I = 1 MΩ. If this is realized on an LSI with a resistance element, there may be a case where a required area becomes large or high accuracy is difficult to obtain. However, when the current mirror circuit is used, a highly accurate resistance value can be easily realized with a small area. A specific circuit example using the current mirror circuit will be described later with reference to FIG.
[0022]
Next, a case where the present invention is applied to an edge information generation circuit will be described as a second embodiment of the present invention.
[0023]
FIG. 7 is an example of a circuit diagram of an edge information generation circuit that obtains a desired pulse width in accordance with the rising edge of the input signal. In the figure, a NAND gate NA1 is used as a switching element. An input signal applied to the NAND gate NA1 is applied to the diode D through the inverter IN1. An input signal is input to the other end of the NAND gate NA1. The constant current source CC is connected to the diode D as in FIG.
[0024]
The operation of edge information generation according to this embodiment will be described with reference to the operation waveform diagram of FIG. When there is no input at the input terminal (Vi), the output terminal (Vo) is in the “H” state. The diode D is in a conductive state, and the input capacitance Ci of the NAND gate NA1 is charged with the voltage V1 at the input terminal of the NAND gate NA1.
[0025]
When a pulse voltage having a height Vi is applied to the input terminal, the output terminal (Vo) of the NAND gate NA1 is inverted to the “L” state and the diode D is turned off. Then, the charge accumulated in the input capacitor Ci is discharged through the constant current source CC. For this reason, the terminal voltage of the input capacitance Ci decreases from V1 with a slope of Ci / I.
[0026]
When the terminal voltage of the input capacitance Ci of the NAND gate NA1 becomes smaller than the threshold voltage VTH of the NAND gate NA1, the switching element SW is turned off. For this reason, the state of the voltage Vo at the output terminal is “H”. When the input pulse becomes “L”, the state of the input terminal V1 of the NAND gate NA1 becomes “H”.
[0027]
At this time, an output pulse having a width (tp2) from when the input pulse becomes “H” until the terminal voltage of the input capacitor Ci of the NAND gate NA1 becomes smaller than the threshold voltage VTH of the NAND gate NA1 is output. Obtainable. The pulse width tp2 can be adjusted by the input capacitance Ci, the current I flowing through the constant current source CC, and the threshold voltage VTH of the NAND gate NA1.
[0028]
FIG. 9 is an example of a circuit diagram of an edge information generation circuit that obtains a desired pulse width in accordance with the falling edge of the input signal. The difference from the circuit of FIG. 7 is that a constant current source CC is added from the side of the power supply voltage Vcc, the connection of the diode D is changed so that the side with the constant current source CC becomes the anode side of the diode D, and further NAND gate Inverter gates IN2 and IN3 are added to the respective inputs of NA1. The operation of this circuit will be described with reference to the operation waveform diagram of FIG.
[0029]
Assume that an input signal Vi as shown in FIG. 10 is applied to the input terminal (Vi). When the input signal Vi is “H”, the outputs of the inverters IN1 and IN3 are “L”, so that the terminal V1 is “L” and the output terminal (Vo) is “H”. When the input signal Vi is switched to “L”, the outputs of the inverters IN1 and IN3 become “H”. For this reason, the output terminal Vo becomes “L”, and the current I of the constant current CC that has been flowing to the diode D side so far flows to the inverter IN2 side. At this time, since the input capacitance Ci of the inverter IN2 is charged, the voltage at the terminal V1 rises with a slope of Ci / I. When the voltage V1 exceeds the threshold voltage VTH of the inverter IN2, the output of the inverter IN2 is inverted to “L”. For this reason, the output terminal Vo returns to “H”.
[0030]
Thus, according to this circuit, an output pulse having a width of tp3 determined by Ci / I and the threshold voltage VTH of the inverter IN2 can be obtained from the timing of the falling edge of the input signal Vi.
[0031]
FIG. 11 is a circuit diagram showing an example of a circuit in which the input signal is gated by the output signal of the circuit shown in FIG. In this example, the input signal is connected to the circuit shown in FIG. 7 via the NAND gate NA2, and the output terminal (Vo) is connected to the other input terminal of the NAND gate NA2.
[0032]
In this example, if the slope time (Ci / I) determined by the current I of the constant current source CC and the input capacitance Ci of the switching element NA1 is set shorter than the pulse width time of the input signal Vi, it is shown in FIG. The same pulse width tp4 is obtained. On the other hand, if the inclination time is set longer, a pulse width tp4 longer than the input pulse width as shown in FIG. 12 can be obtained. At this time, during the period in which the pulse width tp4 is generated, even if the input pulse is applied again, the second and subsequent input pulses are not accepted by the NAND gate NA2. That is, the circuit shown in FIG. 11 has a gate function for an input pulse, and an output pulse having an arbitrary width can be obtained from the rising edge of the input pulse regardless of the width of the input pulse.
[0033]
Next, as a third embodiment of the present invention, a case where a pulse width expansion circuit is applied to a one-shot multivibrator will be described with reference to the circuit diagram of FIG. 13 and the operation waveform diagrams of FIGS.
[0034]
In FIG. 13, the one-shot multivibrator of this embodiment includes input terminals A and B, output terminals Q and Q (−), a reset input terminal Reset, a power supply terminal Vcc, and a ground terminal GND. . Here, the input terminal A is a clock input terminal when triggered by a rising edge, and the input terminal B is a clock input terminal when triggered by a falling edge. The output terminal Q (−) is an output terminal complementary to the output terminal Q.
[0035]
The clock terminal A is connected to one input terminal of the NOR gate NR12, and the clock terminal B is connected to the other input terminal of the NOR gate NR12 via the inverter IN20.
[0036]
The output of the NOR gate NR12 branches into two, and one is connected to the set input terminal of the first RS flip-flop FF1 composed of NAND gates NA10 and NA11. The other is connected via an inverter IN10 to a reset input terminal of a second RS flip-flop FF2 composed of NAND gates NA12 and NA13.
[0037]
The output of the second RS flip-flop FF2 branches into two, and one is connected to the input terminal of the NOR gate NR10. The other is connected to the reset input terminal of the NAND gate NA11 constituting the first flip-flop FF1.
[0038]
The output of the first RS flip-flop FF1 branches into two, and one is connected to the input terminal of the NOR gate NR10. The other is connected to the input terminal of the OR gate OR10.
[0039]
The output of the OR gate OR10 is connected to the set input terminal of the second RS flip-flop FF2.
[0040]
The output of the NOR gate NR10 is connected to the input terminal of the pulse width expansion circuit PW of the present invention, which is composed of a diode D, a constant current source CC, and a switching element SW.
[0041]
The output of the pulse width expansion circuit PW is connected to the resistor R2, the capacitor C2, and the source terminal of the MOS transistor M16. The output of the pulse width expansion circuit PW is further connected to the input terminal of the OR gate OR10 and the input terminal of the inverter IN14. Note that the potential of the input terminal of the switching element SW of the pulse width expansion circuit PW is V1, and the potential of the output terminal is V2.
[0042]
The output terminal of the inverter IN14 branches into two, and one is connected to the output terminal Q of the one-shot multivibrator via the inverters IN16 and IN17. The other is connected to the output terminal Q (−) of the one-shot multivibrator via the inverter 15.
[0043]
The reset input terminal Reset is connected to the gate electrode of the MOS transistor M16 and the set input terminal of the second RS flip-flop FF2 via inverters IN18 and IN19.
[0044]
The power supply terminal Vcc is connected to the resistor R2 and the drain electrode of the MOS transistor M16.
[0045]
The operation of the one-shot multivibrator having such a configuration will be described with reference to the operation waveform diagram of FIG.
[0046]
First, it is assumed that the switching element SW is off and V2 is at the power supply voltage Vcc. Therefore, the output terminal Q is “L” and the output terminal Q (−) is “H”. The capacitor C2 is charged with the voltage Vcc.
[0047]
At this time, it is assumed that a pulse clock as shown in FIG. Since the flip-flop FF1 is set at the falling edge of this clock pulse, when the output of the first RS flip-flop FF1 is Q1, the output Q1 (−) is inverted from “H” to “L”. Then, the switching element SW is turned on via the NOR gate NR10, and discharging of the charge charged in the capacitor C2 is started.
[0048]
When the potential of V2 falls below the logic threshold voltage VLT of the inverter IN14 and the OR gate OR10, the outputs of the inverter IN14 and the OR gate OR10 are inverted.
[0049]
Q becomes “H” by the inversion of the output of the inverter 14.
[0050]
By inversion of the output of the OR gate OR10, the second RS flip-flop FF2 is set. When the output of the second RS flip-flop FF2 is Q2, Q2 is inverted from “L” to “H”. As a result, the first RS flip-flop FF1 is reset, and the input pulse to the pulse width expansion circuit PW ends.
[0051]
Thereafter, the switching element SW is turned off after the pulse extension time t1 determined by the input capacitance Ci and the current (I1) of the constant current source CC. For this reason, a short circuit time is ensured and the voltage of V2 can become zero.
[0052]
When the switching element SW is turned off, the capacitor C2 is charged by the power supply voltage Vcc through the resistor R2. For this reason, the potential of V2 increases from 0 with a time constant C2 · R2. When the potential of V2 exceeds the logic threshold voltage VLT of the inverter IN14, the output of the inverter IN14 is inverted from “H” to “L”. Thereby, since the output terminal Q is inverted to “L”, a pulse as shown in FIG. 14 is obtained from the output terminal Q. As apparent from the above description, the width tp can be determined by the resistance R2 and the capacitance of the capacitor C2. The second RS flip-flop FF2 is reset at the rising edge of the clock input pulse B.
[0053]
When a retriggerable clock pulse as shown in FIG. 15 is input to the clock input terminal B, an operation waveform diagram as shown in FIG. That is, it is possible to perform processing for converting the clock pulse signal into direct current. .
[0054]
A typical one-shot multivibrator circuit is a Motorola CMOS logic IC / one-shot multivibrator circuit MC14528. However, in MC14528, the logic threshold voltage of the inverter corresponding to the inverter IN14 of FIG. 13 needs to be larger than the logic threshold voltage of the OR gate corresponding to the OR gate OR10 of FIG. This is for securing the time until the voltage of V2 becomes 0 by discharging the electric charge accumulated in the capacitor corresponding to the capacitor C2. On the other hand, in the one-shot multivibrator to which the present invention is applied, both can set the same logic threshold voltage (for example, 1/2 of the power supply voltage value), and even in this case, the short-circuit time of the capacitor C2 is reduced. Can be secured. Therefore, the one-shot multivibrator to which the present invention is applied can facilitate circuit design and management.
[0055]
Next, FIG. 16 shows an example of a specific circuit in which the pulse width expansion circuit PW shown in FIG. 13 is configured using MOS transistors. In the figure, a MOS transistor M10 is used as the diode D. In the MOS transistor M10, the gate electrode and the drain electrode are connected in common, and the electrode and the source electrode have a two-terminal configuration. In the figure, a current mirror circuit composed of a MOS transistor M11, a MOS transistor M12, and a current setting resistor R3 is used as the constant current source CC.
[0056]
Next, FIG. 17 shows an example of a circuit in which the resistor R2 and the capacitor C2 shown in FIG. 13 are built in an LSI. In FIG. 13, a resistor R2 sets a current flowing through the capacitor C2. As the resistor R2, a current mirror circuit composed of MOS transistors M15 and M14 and a resistor R4 can be used. In this example, the resistor R4 is also used as a current setting resistor of a current mirror circuit composed of MOS transistors M11 and M12.
[0057]
The desired pulse width obtained by this circuit can be realized by substituting the capacitance pF order and current μA order that can be easily realized in the LSI while maintaining the value of C2 / I2 of the discrete component. Since the necessary μA order current can be obtained by changing the sizes of the MOS transistors on the primary side and the secondary side in the current mirror circuit, the resistor R4 does not require a high resistance. Therefore, it does not require a large area and is suitable for LSI.
[0058]
FIG. 18 is a modification of the circuit shown in FIG. Since the basic operation contents are common, the difference between this figure and FIG. 17 will be described here. First, the input terminal is only terminal B when triggering on a falling edge, and the inverter IN20 and the NOR gate NR12 are omitted. Next, the output of the multivibrator is only the inverted output Q (−), and the inverters IN16 and IN17 are omitted. Further, in order to delay the reset timing of the first RS flip-flop FF1, a NOR gate NR11 and an inverter IN13 are used instead of the OR gate OR10. Further, in order to adjust the timing at which the output of the second RS flip-flop FF2 is applied to the NOR gate NR10, it is input to the NOR gate NR10 via the inverters IN11 and IN12.
[0059]
Next, as a fourth embodiment of the present invention, an application circuit in which the one-shot multivibrator shown in FIG. 13 and FIGS.
[0060]
First, an example of a distributed control system to which a field network is applied will be described with reference to the block diagram shown in FIG. The distributed control system shown in the figure includes various field devices such as a sensor 101, a personal computer (PC) 102, an actuator 103, and a programmable logic controller (PLC) 104 connected via a network via interface devices 100, 115, 116, and 117, respectively. 114 is configured. This configuration is an example, and the field device is not limited to these. The interface devices 100, 115, 116, and 117, the sensor 101, the personal computer 102, the actuator 103, and the programmable logic controller 104 are separate devices, and the field device includes the interface device. There is.
[0061]
The network 114 is connected to the upper network 119 via the controller 118. A control personal computer (control PC) 120 or the like is connected to the upper network 119. Of course, the hierarchy and type of the network are not limited to this figure.
[0062]
In this example, the entire distributed control system is controlled by the control personal computer 120. In the lower network, various field devices are controlled.
[0063]
Here, an example of control in the lower network will be described. A signal detected by the sensor 101 is sent over the network 114 via the interface device 100. This signal is input to various field devices via the interface devices 115, 116 and 117. Then, for example, the personal computer 102 performs a calculation based on the output signal of the sensor 101 sent to determine whether or not the state of the controlled object is normal. Further, the actuator 103 and the programmable logic controller 104 adjust the control amount of the controlled object based on the output signal of the sensor 101 that has been sent.
[0064]
In the present embodiment, the interface devices 100, 115, 116, and 117 have the same configuration. Therefore, the interface device 100 will be described. Of course, the interface devices 100, 115, 116, and 117 may have different configurations.
[0065]
The interface device 100 includes a network transceiver 113, a power supply circuit 105, insulation circuits 107, 108 and 109, a microcomputer 111, a power supply monitoring circuit 106, signal conversion circuits 110 and 112, and the like.
[0066]
As described above, the interface device 100 is equipped with the microcomputer 111 so that the lower level network can perform distributed control. The interface device 100 includes capacitive insulating circuits 107, 108, and 109, and is configured to electrically insulate the network 114 from the field device. By electrically insulating in this way, it is possible to prevent an abnormal signal from being propagated from the network 114 to the field device due to, for example, lightning. Further, propagation of abnormal signals from the field device to the network 114 can be prevented.
[0067]
The power supply of the circuit closer to the network than the insulation circuits 107, 108 and 109 of the interface device 100 is supplied from the power supply circuit 105. The power supply circuit 105 is supplied with a voltage of, for example, 24V from the network 114, and converts this to a voltage of 5V. The 5 V voltage (VccB) is supplied to a circuit on the network side from an insulating circuit such as the network transceiver 113 and the signal conversion circuit 112 in the interface device 100.
[0068]
The microcomputer 111 and the signal conversion circuit 110 on the field side of the insulation circuits 107, 108, and 109 of the interface device 100 are supplied with power (VccA) from a separate power source that is insulated from the network 114.
[0069]
The network transceiver 113 converts signals between the network 114 and various field devices. The network transceiver 113 can be switched between a non-operating state (inactive state) and an operating state (active state) in the standby mode by an external signal in order to reduce power consumption. .
[0070]
The power supply monitoring circuit 106 monitors the state of the power supply circuit 105. When the voltage from the power supply circuit 105 is within a predetermined range, it generates a pulse signal and transmits it to the insulation circuit 107. This pulse signal (the AC component thereof) is transmitted to the signal conversion circuit 110 via the insulation circuit 107. The signal conversion circuit 110 converts the pulse signal into a level (state) signal and transmits it to the microcomputer 111.
[0071]
In this way, the microcomputer 111 can detect the state of the insulated power supply circuit 105.
[0072]
The status signal transmission circuit 118 transmits the status signal output from the microcomputer 111 to the network side. Here, the status signal is a standby signal for inactivating the network transceiver 113. The status signal output from the microcomputer 111 is converted into a pulse signal by the status signal transmission circuit 118. This pulse signal is transmitted to the signal conversion circuit 112 via the insulation circuit 108. The signal conversion circuit 112 converts the pulse signal into a status signal and controls switching of the active state and the inactive state of the network transceiver 113.
[0073]
An example in which a multivibrator to which the present invention is applied is used as a specific circuit for realizing the above distributed control system will be described with reference to FIG.
[0074]
First, an example for realizing the power supply monitoring circuit 106, the insulating circuit 107, and the signal conversion circuit 110 will be described.
[0075]
The circuit shown in FIG. 19 receives a voltage VccB from the power supply circuit and a pulse signal from the oscillator OSC, and outputs a pulse signal when the voltage VccB is within a predetermined range, and a capacitor Ca. And Cb, and a signal converter that converts the input pulse into a DC state based on the voltage VccB. A one-shot multivibrator to which the present invention is applied can be used for this signal converter.
[0076]
The power supply monitoring unit modulates the voltage VccB from the power supply circuit by the NAND gate NA14 with a pulse signal from the oscillator OSC. And it outputs to an insulation part as a two-phase output with driver DRV. This corresponds to the power supply monitoring circuit 106 in FIG. The diodes D11 to D14 are used for clamping the signal voltage.
[0077]
The insulating portion configured by including the capacitors Ca and Cb corresponds to the insulating circuit 107 in FIG.
[0078]
The signal conversion unit converts the two-phase signal input through the insulating unit into a one-phase output pulse signal by the comparator COMP. The diodes D21 to D24 are used for clamping the signal voltage. Further, the inverter IN30 and the resistors Ra and Rb are used for applying a DC bias to the pulse signal via the capacitors Ca and Cb. As this DC bias voltage, a voltage that is ½ of the power supply voltage VccA is usually used. This voltage can be obtained by short-circuiting the input and output of the inverter IN30.
[0079]
The pulse signal output from the comparator COMP is demodulated by the retriggerable function of the multivibrator to which the present invention is applied, and a DC voltage based on the power supply voltage VccB can be output. Thereby, it is possible to detect whether the power supply voltage VccB is in a power supply state or a non-power supply state, and it is possible to monitor an isolated network side node power supply.
[0080]
Next, an example for realizing the state signal transmission circuit 118, the insulation circuit 108, and the signal conversion circuit 112 shown in FIG. 26 will be described.
[0081]
Also in this case, the circuit shown in FIG. 19 can be applied. At this time, the power supply monitoring unit corresponds to the state signal transmission circuit 118. However, the input voltage VccB is a status signal from the microcomputer 111 (a standby signal for deactivating the network transceiver 113).
[0082]
The insulating portion illustrated in FIG. 19 corresponds to the insulating circuit 108.
[0083]
The signal conversion unit illustrated in FIG. 19 corresponds to the signal conversion circuit 112. Then, a signal based on the output status signal from the microcomputer 111 is input to the network transceiver 113. As a result, switching between the active state and the inactive state of the network transceiver 113 can be controlled from the insulated field device side.
[0084]
As described above, according to the distributed control system implemented by applying the present invention, not only electrical insulation and bidirectional signal transmission between the network and various field devices but also the state of the power circuit on the network side A signal can be transmitted to an insulated microcomputer, and the reliability of the entire network system can be improved.
[0085]
That is, if the power supply circuit of the interface device does not operate normally for some reason, power is not supplied to the network transceiver mounted in the interface device, and the circuit operation stops. If control by the microcomputer is continued in such a state, for example, the actuator may perform control based on an erroneous signal, and the entire system may malfunction or the entire system may stop.
[0086]
However, according to the distributed control system to which the present invention is applied, the microcomputer can monitor the state of the power supply by the power supply monitoring circuit of the interface device. Signal transmission can be stopped. For this reason, malfunction of the entire system, stop of the entire system, and the like can be prevented, and the reliability of the entire system can be improved.
[0087]
Furthermore, since the interface device can transmit the status signal from the microcomputer to the insulated network side and control the circuit on the network side, the power consumption of the entire system can be reduced. That is, when the microcomputer outputs, for example, 5V as the status signal, the network transceiver can be controlled to be in the standby mode, and for example, when the microcomputer is outputting 0V, the network transceiver can be controlled to be in the normal operation mode. . At this time, since power consumption is reduced in the standby mode, power consumption can be suppressed by setting the network transceiver of the field device in the inactive state to the standby mode.
[0088]
Needless to say, the power supply monitoring circuit shown in FIG. 19 can be applied to other than the distributed control system shown in FIG.
[0089]
Next, another application example of the one-shot multivibrator to which the present invention is applied will be described as a fifth embodiment of the present invention.
[0090]
FIG. 20 is a diagram illustrating an example in which the one-shot multivibrator OSM is used for detecting the clock abnormality of the microprocessor CPU. As shown in this figure, in this embodiment, the clock output signal from the microprocessor CPU is input to the multivibrator OSM, and the output from the multivibrator OSM is output in the same manner as in the fourth embodiment shown in FIG. The state of whether or not the clock signal of the microprocessor CPU is normal is detected. In this example, the power source of the multivibrator OSM is externally provided with the resistor R2 and the capacitor C2. However, by realizing the resistor R2 with a constant current source as described above, the one-shot multivibrator OSM is provided in the microprocessor CPU. Can also be built in.
[0091]
FIG. 21 is a circuit diagram showing an example in which the pulse width expansion circuit of the present invention is applied to a variable delay circuit. This circuit generates a current I3 to be passed through the MOS transistor M12 of the current mirror circuit that constitutes a constant current source that feeds the current I1 by a current mirror circuit constituted by the MOS transistors M13 and M14. It is driven by a D / A converter DA. The output of the D / A converter DA is a current I4 weighted with a digital value inputted to the digital input terminals D0 to D3. Since the current I1 is proportional to the current I4, a pulse signal having a width inversely proportional to the magnitude of the current I4 is generated at the output terminal (Vo) of this circuit. In this way, by changing the input to the digital input terminals D0 to D3 of the D / A converter, a variable delay circuit capable of selectively setting a desired delay time of, for example, several hundred ns to several tens of ps can be realized. .
[0092]
FIG. 22 is a diagram showing an example of a specific configuration of the D / A converter DA shown in FIG. In this figure, the D / A converter DA is composed of switches SW1 to SW4 having two contacts with respect to a 4-bit digital input and constant current sources CC11 to CC13 having weighted current settings. The contacts a of the switches SW1 to SW4 are connected in common and generate the output current I4 of the D / A converter DA. Further, the contacts b side of the switches SW1 to SW4 are respectively grounded in common and have a ground potential. The constant current sources CC11 to CC14 can be realized by, for example, a MOS current mirror circuit that allows a predetermined current to flow.
[0093]
FIG. 23 is a diagram showing an example of a specific configuration of the switches SW1 to SW4 shown in FIG. 22 (only one switch is shown in the figure). The switch shown in the figure is composed of a differential pair composed of MOS transistors M1a and M1b. A digital input signal is input to one input of the differential pair, and a bias voltage Vbias is input to the input of the other differential pair.
[0094]
In this switch, when the digital input terminal D0 is “L”, the current of the constant current source CC11 flows to the MOS transistor M1b. When the digital input terminal D0 is switched to "H", the gate voltage of the MOS transistor M1a on the digital input terminal D0 side becomes higher than the gate voltage of the MOS transistor M1b on the bias voltage Vbias input side. Yes. For this reason, the MOS transistor M1a is turned on, and all the current of the constant current source CC11 flows to the MOS transistor M1a.
[0095]
Next, an example in which the variable delay circuit to which the present invention is applied is applied to a circuit for greatly extending the delay time will be described.
[0096]
FIG. 24 and FIG. 25 are diagrams showing examples of circuits in which variable delay circuits are connected in multiple stages in order to increase the delay time. 24, the capacity of the variable delay circuit is configured such that the discharge type (circuit shown in FIG. 7) and the charge type (circuit shown in FIG. 9) are alternated. In FIG. 25, the capacity of the variable delay circuit is configured using only the discharge type. In addition, although not shown in figure, you may make it comprise only using a charge type. The above-described various configuration examples can be applied to the specific configuration of the constant current source. In this way, when n stages of variable delay circuits are connected, the delay time obtained by one stage of variable delay circuit is n times (sum of delay times of each variable delay circuit). A long delay time can be obtained by using the capacity.
[0097]
The variable delay circuit described above can correct a delay time shift of each of a plurality of wiring lengths in the LSI or a delay time shift due to a difference in the number of logic stages, and is suitably used for an LSI. be able to.
[0098]
FIG. 28 is a circuit diagram showing an example in which a delay time shift due to a difference in wiring length in the circuit as shown in FIG. 27 is matched with the longer delay time. In the circuit shown in FIG. 27, a difference in delay time occurs at the output terminals Voa and Vob due to the difference in wiring length with respect to the input signal Vi. In this case, as shown in FIG. 28, a variable delay circuit DLY (for example, see FIG. 21) to which the present invention is applied is inserted between the inverters INia and INoa. By doing so, the delay time at the output terminal Voa can be matched with the delay time at the output terminal Vob.
[0099]
FIG. 30 is a circuit diagram showing an example in which a delay time shift due to a difference in the number of logic stages in the circuit as shown in FIG. 29 is matched with the delay time with the larger number of logic stages. In the circuit shown in FIG. 29, a difference in delay time occurs between the output terminals Voa and Vob due to the difference in the number of theoretical stages with respect to the input signal Vi. Even in this case, the delay time can be adjusted by inserting the variable delay circuit DLY to which the present invention is applied between the inverters INia and INoa as shown in the circuit of FIG.
[0100]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to realize a circuit capable of adjusting the output pulse width in the pulse width expansion circuit using the parasitic capacitance of the switching element.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram for explaining an operation principle of a pulse width expansion circuit according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an operation waveform diagram for explaining an operation principle of the pulse width expansion circuit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining a VI characteristic of a diode D in the pulse width expansion circuit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a circuit diagram showing an example in which ΔV is changed by using a plurality of diodes D and D2 in the pulse width expansion circuit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram showing an example in which ΔV is changed by using a diode in the pulse width expansion circuit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram showing an example in which a CMOS inverter is used in the pulse width expansion circuit according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram for explaining a circuit in which a pulse width expansion circuit is applied to an edge information generation circuit according to the second embodiment of the present invention;
FIG. 8 is an operation waveform diagram for explaining a circuit in which a pulse width expansion circuit is applied to an edge information generation circuit according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram for explaining another example of a circuit in which the pulse width expansion circuit according to the second embodiment of the present invention is applied to an edge information generation circuit;
FIG. 10 is an operation waveform diagram for explaining another example of the circuit in which the pulse width expansion circuit according to the second embodiment of the present invention is applied to the edge information generation circuit.
FIG. 11 is a circuit diagram for explaining still another example of a circuit in which the pulse width expansion circuit according to the second embodiment of the present invention is applied to an edge information generation circuit;
FIG. 12 is an operation waveform diagram for explaining still another example of a circuit in which the pulse width expansion circuit according to the second embodiment of the present invention is applied to an edge information generation circuit.
FIG. 13 is a circuit diagram for explaining a circuit according to a third embodiment of the present invention in which a pulse width expansion circuit is applied to a one-shot multivibrator.
FIG. 14 is an operation waveform diagram for explaining a circuit according to a third embodiment of the present invention in which a pulse width expansion circuit is applied to a one-shot multivibrator.
FIG. 15 is an operation waveform diagram for explaining an operation when a retriggerable clock is input to the one-shot multivibrator according to the third embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a circuit diagram for explaining a circuit in which a pulse width expansion circuit PW of a one-shot multivibrator according to a third embodiment of the present invention is configured using MOS transistors.
FIG. 17 is a circuit diagram for explaining a circuit in which the resistance of the one-shot multivibrator according to the third embodiment of the present invention is configured by a current mirror circuit;
FIG. 18 is a circuit diagram for explaining another example of a circuit in which the pulse width expansion circuit according to the third embodiment of the present invention is applied to a one-shot multivibrator.
FIG. 19 is a circuit diagram for explaining an example in which a circuit in which a pulse width expansion circuit is applied to a one-shot multivibrator is used in a distributed system;
FIG. 20 is a diagram illustrating an example in which a one-shot multivibrator OSM is used for clock abnormality detection of the microprocessor CPU.
FIG. 21 is a circuit diagram showing an example in which a pulse width expansion circuit is applied to a variable delay circuit.
22 is a diagram showing an example of a specific configuration of the D / A converter DA shown in FIG. 21. FIG.
FIG. 23 is a diagram illustrating an example of a specific configuration of switches SW1 to SW4 illustrated in FIG. 22;
FIG. 24 is a diagram illustrating an example of a circuit in which variable delay circuits are connected in multiple stages in order to increase the delay time.
FIG. 25 is a diagram illustrating an example of a circuit in which variable delay circuits are connected in multiple stages in order to increase the delay time.
FIG. 26 is a block diagram for explaining a distributed control system to which a field network is applied.
FIG. 27 is a diagram for explaining a case where a delay time shift occurs due to a difference in wiring length;
FIG. 28 is a diagram for explaining a case where a shift in delay time due to a difference in wiring length is matched with a delay time with a longer wiring length;
FIG. 29 is a diagram for explaining a case where a delay time shift occurs due to a difference in the number of theoretical plates;
FIG. 30 is a diagram for explaining a case where a delay time shift due to a difference in the number of theoretical stages is matched with a delay time with a longer wiring length;
[Explanation of symbols]
D, D2, D10 to D14, D21 to D24, Da to Dc ... Diode
CC, CC2, CC11 to CC14, CCa to CCc ... constant current source
SW: switching element, Ci: input capacitance, RL: load resistance
R2-R4, Ra, Rb ... resistance
C2, Ca, Cb ... Capacitors
M10 to M16 ... MOS transistors
IN10 to IN20, IN30, INa to INc, INia, INib,
INoa, INob, INib1 to INib4 ... Inverter
NA1, NA2, NA10-NA14 ... NAND gate
NR10 to NR12 ... NOR gate
OR10 ... OR gate
FF1, FF2 ... flip-flop
OSM: One-shot multivibrator
OSC ... Transmitter, DRV ... Driver, COMP ... Comparator
DA ... D / A converter, CPU ... Microprocessor
SW1 to SW4 ... switch
Vbias: bias voltage, Vi: input terminal, Vo: output terminal
VccA, VccB: power supply terminal, GND: ground terminal
IN1-IN3, Reset ... Reset terminal
A, B ... Clock input terminal
Q, Q (-) ... Output terminal of flip-flop
D0 to D3: Digital input terminal, CLK: Clock terminal

Claims (14)

入力端子に接続された整流素子と、
前記整流素子の順方向に所定の電流を流すように接続された定電流源と、
前記定電流源と並列に接続され、寄生入力容量を有するスイッチング素子とを備え、
前記スイッチング素子のオン状態あるいはオフ状態に基づいた出力信号を生成するようにしたパルス幅伸長回路。
A rectifier connected to the input terminal;
A constant current source connected to flow a predetermined current in the forward direction of the rectifying element;
A switching element connected in parallel with the constant current source and having a parasitic input capacitance;
A pulse width expansion circuit configured to generate an output signal based on an on state or an off state of the switching element.
入力信号を通過させ、逆方向の信号を阻止する整流手段と、
前記整流手段の出力側に接続され、前記整流手段の順方向に所定の電流を流す定電流源手段と、
前記整流手段を介した入力信号に基づいて、導通状態となるスイッチング手段であって、前記入力信号に基づく電圧により充電し、前記定電流源手段により放電する寄生容量を有し、前記寄生容量に生じる電圧により導通状態を保つスイッチング手段と、
前記スイッチング手段の状態に基づく出力信号を生成する手段と、
を備えることを特徴とするパルス幅伸長回路。
Rectifying means for passing the input signal and blocking the signal in the reverse direction;
A constant current source means connected to the output side of the rectifying means, and supplying a predetermined current in the forward direction of the rectifying means;
Switching means that enters a conductive state based on an input signal through the rectifying means, has a parasitic capacitance that is charged by a voltage based on the input signal and discharged by the constant current source means, and the parasitic capacitance Switching means for maintaining conduction by the generated voltage;
Means for generating an output signal based on the state of the switching means;
A pulse width expansion circuit comprising:
請求項2に記載のパルス幅伸長回路において、
前記スイッチング手段は、単チャネルMOS、あるいは、CMOSインバータで構成したことを特徴とするパルス幅伸長回路。
The pulse width expansion circuit according to claim 2,
The pulse width expansion circuit characterized in that the switching means comprises a single channel MOS or a CMOS inverter.
請求項2または3に記載のパルス幅伸長回路において、
前記整流手段は、1または複数のダイオードを用いて構成したことを特徴とするパルス幅伸長回路。
The pulse width expansion circuit according to claim 2 or 3,
The pulse width expansion circuit according to claim 1, wherein the rectifying means is configured using one or a plurality of diodes.
請求項2または3に記載のパルス幅伸長回路において、
前記整流手段を、論理ゲートを用いて駆動することを特徴とするパルス幅伸長回路。
The pulse width expansion circuit according to claim 2 or 3,
A pulse width expansion circuit, wherein the rectifier is driven using a logic gate.
請求項2、3、4および5のいずれか一項に記載のパルス幅伸長回路において、
前記定電流源手段は、カレントミラー回路を用いて構成したことを特徴とするパルス幅伸長回路。
In the pulse width expansion circuit according to any one of claims 2, 3, 4 and 5,
The pulse width expansion circuit according to claim 1, wherein the constant current source means is configured using a current mirror circuit.
入力信号を反転するインバータ手段と、
前記インバータ手段の出力側に接続された整流手段と、
前記整流手段の出力側に接続され、前記整流手段の順方向に所定の電流を流す定電流源手段と、
入力信号と、前記整流手段を介した入力信号とに基づいて、入力信号のエッジ情報を生成する論理ゲートであって、前記整流手段を介した入力信号に基づく電圧により充電し、前記定電流源手段により放電する寄生容量を有し、前記寄生容量に生じる電圧により入力信号のエッジ情報の生成状態を保つ論理ゲートと
を備えることを特徴とするエッジ情報生成回路。
Inverter means for inverting the input signal;
Rectifying means connected to the output side of the inverter means;
A constant current source means connected to the output side of the rectifying means, and supplying a predetermined current in the forward direction of the rectifying means;
A logic gate for generating edge information of the input signal based on the input signal and the input signal via the rectifying means, wherein the constant current source is charged by a voltage based on the input signal via the rectifying means; An edge information generation circuit comprising: a logic gate having a parasitic capacitance discharged by the means and maintaining a generation state of edge information of an input signal by a voltage generated in the parasitic capacitance.
入力信号を反転する第1のインバータ手段と、
第1のインバータ手段の出力側に接続された整流手段と、
前記整流手段の順方向に所定の電流を流す定電流源手段と、
前記定電流源手段に接続された第2のインバータ手段であって、前記第1のインバータ手段の出力により、前記定電流源手段により充電する状態と、前記整流手段を介して放電する状態とが切り替わる寄生容量を有し、この寄生容量に生じる電圧により出力信号が制御される第2のインバータ手段と、
前記第2のインバータ手段の出力信号と、入力信号を反転する第3のインバータ手段の出力信号とに基づいて、入力信号のエッジ情報を生成する論理ゲートとを備えることを特徴とするエッジ情報生成回路。
First inverter means for inverting the input signal;
Rectifying means connected to the output side of the first inverter means;
Constant current source means for supplying a predetermined current in the forward direction of the rectifying means;
A second inverter means connected to the constant current source means, the state being charged by the constant current source means and the state being discharged via the rectifier means by the output of the first inverter means; Second inverter means having a parasitic capacitance to be switched, and an output signal controlled by a voltage generated in the parasitic capacitance;
Edge information generation comprising: a logic gate for generating edge information of the input signal based on the output signal of the second inverter means and the output signal of the third inverter means for inverting the input signal circuit.
請求項7に記載のエッジ情報生成回路であって、
入力信号を印加するNANDゲートをさらに備え、
出力信号を前記NANDゲートに入力することを特徴とするエッジ情報生成回路。
The edge information generation circuit according to claim 7,
A NAND gate for applying an input signal;
An edge information generation circuit, wherein an output signal is input to the NAND gate.
請求項2、3、4、5、および6のいずれか一項に記載のパルス幅伸長回路を用いたワンショットマルチバイブレータ。A one-shot multivibrator using the pulse width expansion circuit according to any one of claims 2, 3, 4, 5, and 6. 請求項10に記載のワンショットマルチバイブレータを有し、容量絶縁された電源回路の監視を行なう電源監視回路。A power supply monitoring circuit comprising the one-shot multivibrator according to claim 10 and monitoring a power supply circuit that is capacitively insulated. ネットワークトランシーバと、前記ネットワークトランシーバに電源を供給する電源回路と、前記ネットワークトランシーバと容量絶縁された制御装置により制御されるフィールド機器とを備え、
前記制御装置は、請求項10に記載のワンショットマルチバイブレータを備えた電源監視回路により、前記電源回路の監視を行なうことを特徴とするフィールド機器制御システム。
A network transceiver; a power supply circuit that supplies power to the network transceiver; and a field device controlled by a control device that is capacitively insulated from the network transceiver.
11. The field device control system according to claim 10, wherein the control device monitors the power supply circuit by a power supply monitoring circuit including the one-shot multivibrator according to claim 10.
請求項7および8に記載のエッジ情報生成回路のいずれか、あるいは、両方を、接続部に前記論理ゲートは介さずに複数段接続し、出力段に前記論理ゲートを設けたことを特徴とする可変遅延回路。9. One or both of the edge information generation circuits according to claim 7 and 8 are connected in a plurality of stages without using the logic gate in a connection portion, and the logic gate is provided in an output stage. Variable delay circuit. 請求項6に記載のパルス幅伸長回路において、
前記カレントミラー回路が生成する電流を、D/A変換器により制御信号を重み付けされた電流によって制御することを特徴とするパルス幅伸長回路。
In the pulse width expansion circuit according to claim 6,
A pulse width expansion circuit characterized in that the current generated by the current mirror circuit is controlled by a current weighted with a control signal by a D / A converter.
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