JP4014865B2 - 駆動回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動回路、例えば、バブルジェットプリンタに用いられ、プリンタヘッド部のヒーターに加熱するための駆動電流を供給する電流出力型駆動回路に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
バブルジェットプリンタのヘッド部において、ヒーターに電流を供給することで熱を発生させ、この熱によってヘッダ部のノズル内にバブルを発生させ、紙面にインクを吹き付ける。通常、ヒーターに電流を供給するための駆動回路がヘッド部に設けられている。従来では、この駆動回路は、バイポーラトランジスタで構成されていたが、低消費電力化のためにCMOSトランジスタで構成される駆動回路が望まれる。
【0003】
図6は、駆動回路の一構成例を示す概略図である。図示のように、駆動回路は、入力バッファ10、レベル変換回路20、駆動部30及び電流出力部40によって構成されている。通常動作速度の面でバイポーラトランジスタに劣るCMOSトランジスタによって図6に示す駆動回路を構成する場合、動作速度、特に電流出力部40における出力電流の切り替え特性が重要なスペックとなる。
【0004】
理想的には、駆動回路によってヒーターに供給される駆動電流は、入力される制御信号Sinによって歪みなく制御できることが望ましい。即ち、駆動回路によってヒーターに供給される駆動電流の波形は、制御信号Sinの波形とほぼ一致することが要求される。しかし、実際にCMOSトランジスタによって駆動回路が構成された場合、回路の周波数特性及び遅延特性などによって、出力される駆動電流の波形が入力信号Sinの波形と異なることがある。
【0005】
図7は、入力信号Sin及び駆動回路によって出力される駆動電流IH の波形の一例を示す波形図である。図示のように、駆動電流IH の波形において、立ち上がり時間tR 、立ち下がり時間tF 、立ち上がり遅延時間tPLH 及び立ち下がり遅延時間tPHL が重要なスペックとなる。
なお、立ち上がり時間tR は駆動電流IH が最大電流値IHmaxの10%から90%に達するまでの所要時間であり、立ち下がり時間tF は、駆動電流IH が最大電流値IHmaxの90%から10%に下がるための時間である。また、立ち上がり遅延時間tPLH は、入力信号Sinの立ち上がりエッジに対する、駆動電流の立ち上がりエッジの遅延時間であり、また、立ち下がり遅延時間tPHL は、入力信号Sinの立ち下がりエッジに対する、駆動電流の立ち下がりエッジの遅延時間である。
【0006】
図8は、出力部40に用いられている電流出力MOSトランジスタQH のドレイン−ソース間電圧Vds及びドレイン電流Idsの特性を示している。MOSトランジスタの導通時の抵抗、いわゆるオン抵抗は、そのゲート−ソース間電圧Vgによって決まり、飽和領域を除けば、通常MOSトランジスタのオン抵抗はそのドレイン−ソース間電圧Vdsによらず、ゲート−ソース間電圧Vg にのみ依存する。また、MOSトランジスタのドレイン電流Ids、即ち、負荷抵抗R1に供給される駆動電流IH は、電源電圧VH 、負荷抵抗値r1及びMOSトランジスタのオン抵抗rONによって決まり、次式で与えられる。
【0007】
【数1】
IH =VH /(r1+rON) …(1)
【0008】
図8における点線は、MOSトランジスタのドレインに接続されているヒーターの負荷特性を示している。ここで、電源電圧VH を25Vとし、ヒーターの抵抗値を約250Ωとする。
図8に示すように、ヒーターに供給される駆動電流IH は、トランジスタのゲート電圧Vg に応じて、0mAから、約100mAまで変化する。
【0009】
電流出力用MOSトランジスタの出力特性及びヒーターの負荷特性をもとに、入力信号Sinに対して、電流出力トランジスタQH のゲート電圧Vg 及びその出力電流IH の特性が求められる。
図9は、入力信号Sin、電流出力トランジスタQH のゲート電圧Vg 及び駆動電流IH のそれぞれの波形を示している。また、図9において、立ち上がり遅延時間tPLH と立ち下がり遅延時間tPHL の関係も示されている。
【0010】
図9に示すように、立ち上がり遅延時間tPLH は、入力信号Sinの立ち上がりエッジにおいて、その電圧が最大値の半分、例えば、最大値が入力バッファ10の電源電圧Vdd=5Vのとき、その半分の2.5Vに達してから、電流出力トランジスタQH のゲート電圧Vg が、例えば、6Vに達するまでの遅延時間をいう。なお、ここで、トランジスタQH のゲート電圧Vg の最大値を、電源電圧VHとほぼ等しく、例えば、25Vとする。
また、立ち下がり遅延時間tPHL は、入力信号Sinの立ち下がりエッジにおいて、その電圧が最大値Vddの半分、即ち、2.5Vに達してから、トランジスタQH のゲート電圧Vg が6Vに低下するまでの時間をいう。
【0011】
また、立ち上がり遅延時間tPLH は、入力信号Sinが最大値の半分に達してから駆動電流IH が最大値の半分に達するまでの遅延時間にほぼ等しく、一方、立ち下がり遅延時間tPHL は、入力信号Sinが最大値の半分に達してから、駆動電流IH が最大値の半分に達するまでの遅延時間にほぼ等しくなる。
【0012】
図示のように、電流出力トランジスタQH のゲート電圧Vg が0Vから6Vに上昇するに要する時間は、ゲート電圧Vg が最大値の25Vから6Vまでに降下するために要する時間より短い。即ち、立ち下がり遅延時間tPHL >立ち上がり遅延時間tPLH 。
【0013】
このため、出力される駆動電流IH の立ち上がり時間tR と立ち下がり時間tF を同じにした場合、入力信号Sinに対して、駆動電流IH の立ち下がり遅延時間tPHL は、立ち上がり遅延時間tPLH より長くなる。即ち、駆動電流IH の立ち上がりと立ち下がりのバランスが悪くなり、入力信号Sinのパルス幅Tw-INより駆動電流IH のパルス幅TW-IHが大きくなってしまい、駆動電流IH を高精度で制御することができなくなる。
【0014】
【発明が解決しようとする課題】
駆動電流の制御性をよくするために、従来の駆動回路において、立ち下がり時間を短く設定する方法が取られていた。
例えば、図10に示すように、入力信号Sinの立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジにおいて、入力信号Sinが最大値の半分になってから、電流出力用トランジスタQH のゲート電圧Vg が変化しはじめるまでの時間をそれぞれT11及びT21とし、また、T11=T21=10nsとする。さらに、トランジスタQH の出力電流IH の立ち上がり時間TR 及び立ち下がり時間TF をそれぞれTR =TF =20nsとする。
【0015】
図10に示すように、ゲート電圧Vg が6Vに上昇するまでの所要時間T12は、ほぼ立ち上がり時間TR の1/4であり、また、ゲート電圧Vg が最大値25Vから6Vに降下するまでの所要時間T22は、ほぼ立ち下がり時間TF の3/4となる。即ち、T12=5nsであり、T22=15nsである。このため、立ち上がり遅延時間TPLH 及び立ち下がり遅延時間TPHL はそれぞれ次のように求められる。即ち、TPLH =T11+T12=15ns、TPHL =T21+T22=25nsである。これによって、立ち上がり遅延時間TPLH と立ち下がり遅延時間TPHL との差は、TPLH −TPHL =10nsとなる。例えば、入力信号Sinのパルス幅Tw-inが100nsの場合、駆動電流IH のパルス幅Tw-IHはほぼ110nsとなり、入力と出力のパルス幅に差が生じてしまい、駆動電流のタイミングを精確に制御することができなくなる。
【0016】
従来では、立ち下がり遅延時間TPHL を短縮するために、駆動電流IH の立ち下がり時間TF を短くする方法が取られている。しかし、この方法では、立ち上がり時間TR と立ち下がり時間TF の対称性がくずれるほか、立ち下がり時間TF が速くなりすぎたとき、駆動電流IH の立ち下がりエッジにおいてアンダー・シュートが大きくなり、リンギングが大きくなるという不利益がある。
【0017】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、出力電流の過渡時におけるリンギングを小さくしながら、立ち下がり遅延時間を短縮でき、駆動電流の出力タイミングを高精度で制御できる駆動回路を提供することにある。
【0018】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の駆動回路は、第1の電圧の供給ラインに電気的に接続され、制御信号を供給するためのバッファ回路と、第1の電圧よりも高い第2の電圧の供給ラインに電気的に接続され、第1の電圧に対応する第1の論理レベルの上記制御信号を第2の電圧に対応する第2の論理レベルの信号に変換して出力するレベル変換回路と、第2の電圧の供給ラインに電気的に接続された負荷抵抗の電流路に接続され、上記負荷抵抗に対する駆動電流を制御するためのスイッチング素子と、上記レベル変換回路の出力信号に応じた駆動信号を上記スイッチング素子に対して出力する駆動部とを有し、
上記駆動部が、第2の電圧の供給ラインと出力端子との間に電気的に接続された第1のMOSトランジスタと、上記出力端子と基準電位との間に電気的に接続され、上記第1のMOSトランジスタと相補的に導通する第2のMOSトランジスタと、上記出力端子と上記第2のMOSトランジスタとの間に電気的に接続された第1のダイオード回路と、上記第1のダイオード回路に対して並列に接続された第1の抵抗とを有し、
上記制御信号と上記駆動電流との間の立ち上がり遅延時間と立ち下がり遅延時間とが等しくなるように上記駆動信号の立ち下がりが上記第1のダイオード回路と上記第1の抵抗とにより制御される。
【0019】
また本発明においては、上記駆動部が、上記第1のMOSトランジスタと上記出力端子との間に電気的に接続された第2のダイオード回路と、上記第2のダイオード回路に対して並列に接続された第2の抵抗とを有することが好ましい。
【0020】
また、上記第1のダイオード回路がダイオード接続された第3のMOSトランジスタを有することが好ましく、上記第2のダイオード回路がダイオード接続された第4のMOSトランジスタを有することが好ましい。
更には、上記第1のMOSトランジスタがpMOSトランジスタであり、上記第2および第3のMOSトランジスタがnMOSトランジスタであることが好ましい。
【0021】
【発明の実施の形態】
第1実施形態
図1は本発明に係る駆動回路の第1の実施形態を示す回路図である。
図示のように、本実施形態の駆動回路は、入力バッファ10、レベル変換回路20、駆動部30及び電流出力部40によって構成されている。電流出力部40は、電流出力用MOSトランジスタQN0が設けられ、そのドレインに負荷抵抗R0が接続されている。
本実施形態の駆動回路は、例えば、バブルジェットプリンタのヘッド部に設けられ、ヒーターに駆動電流を供給して発熱させることで、プリンタのノズルにバブルを発生し、インクを紙面に吹き付ける。図1に示すように、入力バッファ10に入力される制御信号Sinに応じて、例えば、制御信号Sinがハイレベルのとき、電流出力トランジスタQN0によって、負荷であるヒーターに駆動電流IHを供給する。
【0022】
以下、図1を参照しつつ、本実施形態の駆動回路の各部分の構成について説明する。
入力バッファ10は、例えば、インバータによって構成されている。なお、本実施形態の駆動回路において、入力バッファ10は、例えば、通常のロジック回路部分と同じく低電源電圧Vdd、例えば、5Vの電源電圧で動作する。一方、駆動部30及び負荷抵抗R0には、高い電源電圧VH 、例えば、20〜30Vの電源電圧が供給されるので、入力バッファ10と駆動部30との間に、信号レベルを変換するレベル変換回路20が設けられている。
【0023】
図示のように、レベル変換回路20は、pMOSトランジスタQP1,QP2及びnMOSトランジスタQN1,QN2によって構成されている。トランジスタQP1とQP2のソースがともに電源電圧VH に接続され、トランジスタQP1のゲートがトランジスタQP2のドレインに接続され、トランジスタQP2のゲートがトランジスタQP1のドレインに接続されている。
トランジスタQN1のドレインがトランジスタQP1のドレインに接続され、トランジスタQN2のドレインがトランジスタQP2のドレインに接続されている。トランジスタQN1とQN2のソースがともに接地されている。また、トランジスタQN1のゲートに入力信号Sinの論理反転信号が印加され、トランジスタQN2のゲートに入力信号Sinが印加される。
【0024】
このように構成されているレベル変換回路20において、Vddの振幅を持つ入力信号Sinに応じて、VH 振幅の信号を出力する。
例えば、入力信号Sinがローレベルのとき、トランジスタQN1が導通し、トランジスタQN2が遮断する。このとき、トランジスタQN1とQP1のドレイン同士の接続点、即ちノードND1がほぼ接地電位GNDに保持されるので、トランジスタQP2が導通する。この結果、トランジスタQN2とQP2のドレイン同士の接続点、即ち、ノードND2がほぼ電源電圧VH のハイレベルに保持される。
入力信号Sinがローレベルからハイレベルに切り替わったとき、トランジスタQN1が遮断し、トランジスタQN2が導通する。これに応じて、ノードND2がローレベルに保持され、トランジスタQP1が導通するので、ノードND1がハイレベルに保持される。
【0025】
上述したように、入力信号Sinがローレベルのとき、レベル変換回路20のノードND2がほぼ電源電圧VH に等しいハイレベルに保持され、逆に入力信号Sinがハイレベルのとき、レベル変換回路20のノードND2がほぼ接地電位GNDに等しいローレベルに保持される。ノードND2の電圧をVa とすると、レベル変換回路20によって、入力されるVdd振幅の信号Sinに応じて、VH 振幅の信号Va が得られる。
【0026】
次に、駆動部30の構成について説明する。
図1に示すように、駆動部30は、pMOSトランジスタQP3、ダイオードD1、抵抗素子R1及びnMOSトランジスタQN3によって構成されている。トランジスタQP3のソースが電源電圧VH に接続され、ドレインが駆動部30の出力端子であるノードND3に接続されている。
ダイオードD1と抵抗素子R1がノードND3とトランジスタQN3のドレインとの間に並列に接続されている。
トランジスタQN3のソースが接地されている。
トランジスタQN3とQP3のゲートにレベル変換回路20のノードND2からの出力信号Va が印加される。
【0027】
即ち、駆動部30は、通常のCMOSインバータに対して、pMOSトランジスタとnMOSトランジスタのドレイン間に、ダイオードD1と抵抗素子R1を並列に接続した構成である。
【0028】
駆動部30において、入力信号Va に応じて出力端子であるノードND3の出力信号Vg が制御される。例えば、入力信号Va がハイレベルのとき、トランジスタQN3が導通し、トランジスタQP3が遮断するので、出力信号Vg がローレベルに保持される。一方、入力信号Va がローレベルのとき、トランジスタQN3が遮断し、トランジスタQP3が導通するので、出力信号Vg がハイレベルに保持される。ただし、本実施形態の駆動部30において、トランジスタQP3とQN3のドレインの間にダイオードD1と抵抗素子R1が並列に接続されているので、出力信号Vg の立ち上がり及び立ち下がり特性が通常のCMOSインバータに較べて改善される。
【0029】
以下、図2を参照しながら、本実施形態の駆動部の動作についてさらに詳しく説明する。
図2は、駆動部30においてnMOSトランジスタQN4によってダイオードが構成されている場合の回路構成を示している。図示のように、トランジスタQN4は、ゲートとドレインがともにノードND3に接続され、ソースがトランジスタQN3のドレインに接続されている。即ち、トランジスタQN4はダイオード接続されている。
【0030】
駆動部30において、ダイオード接続のトランジスタQN4及びこれと並列に接続されている抵抗素子R1を設けることによって、駆動部30の出力信号Vgが立ち下がるとき、その過渡特性が変わる。以下、図2を参照してこれについて説明する。
【0031】
まず、入力信号Sinがローレベルにあるとする。このとき、上述したようにレベル変換回路20の出力信号Va がハイレベルに保持される。このため、駆動部30において、トランジスタQP3が遮断し、トランジスタQN3が導通するので、駆動部30の出力信号Vg がローレベルに保持される。このとき、電流出力部40において、トランジスタQN0が遮断し、駆動電流が出力されない。
【0032】
次に、入力信号Sinがローレベルからハイレベルに切り替わると、レベル変換部20の出力信号Va がハイレベルからローレベルに切り替わる。これに応じて、駆動部30において、トランジスタQP3が導通し、トランジスタQN3が遮断する。このとき、ノードND3の寄生容量(トランジスタQN0のゲート容量などを含む)及びトランジスタQP3のオン抵抗によって定められた時定数により、ノードND3の電圧Vg が接地電位GNDから上昇する。
【0033】
電圧Vg が電流出力トランジスタQN0のしきい値電圧VthN に達したとき、トランジスタQN0が導通し、負荷抵抗R0に駆動電流IH が流れはじめる。ここで、電源電圧VH を25Vとすると、駆動部30の出力電圧Va が2Vから10Vに達するまでの時間が立ち上がり時間TR となり、また、入力信号Sinが電源電圧Vddの半分、例えば、2.5Vになってから、駆動部30の出力電圧Vaが6Vに達するまでの時間が立ち上がり遅延時間TPLH となる。
なお、駆動部30の出力電圧Va が10Vを越えると、電流出力トランジスタQN0がほぼ飽和領域に達し、電圧Va がさらに上昇しても駆動電流IH の値はほとんど変わらず、ほぼ一定に保持される。例えば、負荷抵抗R0の抵抗値を250Ωとすると、このときの駆動電流IH はほぼ100mAになる。
【0034】
次に、入力信号Sinがハイレベルからローレベルに切り替わるとき、これに応じてレベル変換回路20の出力信号Va がローレベルからハイレベルに切り替わる。駆動部30において、トランジスタQP3が遮断し、トランジスタQN3が導通状態になる。
このとき、トランジスタQN4のゲート−ソース間電圧が駆動部30の出力電圧Vg によって決まる。トランジスタQN3が導通状態に切り替わった直後、トランジスタQN4のゲート−ソース間電圧がほぼ電源電圧VH に等しく、トランジスタQN4が導通し、そのオン抵抗が小さくなる。このとき、ノードND3の寄生容量とトランジスタQN4のオン抵抗と抵抗素子R1との合成抵抗によって定められた時定数でノードND3の電圧Vg が低下する。また、電圧Vg の低下に伴い、電流出力トランジスタQN0の出力電流IH が急激に減少する。
【0035】
ノードND3の電位Vg が低くなると、トランジスタQN4のゲート−ソース間電圧も低くなり、そのオン抵抗が大きくなる。そして、電圧Vg がトランジスタQN4のしきい値電圧以下になると、トランジスタQN4が遮断する。このとき、トランジスタQN4に並列に接続されている抵抗素子R1の抵抗値とノードND3の寄生容量によって定められた時定数でノードND3の電位Vg が低下する。通常、抵抗素子R1の抵抗値がトランジスタQN4のオン抵抗より大きく設定されているので、時定数も大きくなる。このため、トランジスタQN4が遮断してから、ノードND3の電位Vg が緩やかに低下していく。これに従って、電流出力トランジスタQN0の出力電流IH も緩やかに減少し、電流IH の立ち下がり時間TF が遅くなる。
【0036】
上述したように、本実施形態において、駆動部30にダイオード接続されたトランジスタQN4とそれに並列に接続されている抵抗素子R1を設けることによって、入力信号Sinに応じて駆動部の出力電圧Vg がハイレベルからローレベルへ切り替わるとき、最初にトランジスタQN4が導通し、その低いオン抵抗と抵抗素子R1の抵抗値との合成抵抗によって決められた時定数で電圧Vg が急速に低下し、そして、電圧Vg がトランジスタQN4のしきい値電圧以下になると、トランジスタQN4が遮断し、その抵抗が大きくなるので、ほぼ抵抗素子R1の抵抗値によって決められた時定数で電圧Vg が緩やかに低下していく。これに従って、出力トランジスタQN0の出力電流IH も最初に急速に低下し、トランジスタQN4が遮断してから、電流IH が緩やかに低下する。
このため、負荷抵抗R0に供給される駆動電流の立ち下がり遅延時間TPHL が従来に較べて小さくなり、入力信号Sinとほぼ同じパルス幅で負荷抵抗に駆動電流IH を供給することができる。さらに、立ち下がりの後半において駆動電流IH が0になるまで緩やかに低下するので、リンギングの発生を防止でき、負荷抵抗に安定した駆動電流を供給できる。
【0037】
図3は、本実施形態の駆動回路の動作を示す波形図である。図3(a)は入力信号Sin、図3(b)は駆動部30の出力信号Vg 、そして図3(c)は駆動電流IH の波形をそれぞれ示している。なお、図3(b)及び(c)において、比較のため、従来の駆動回路における駆動部の出力信号Vg 及び駆動電流IH の波形もあわせて示している(図3(b)における波形B及び図3(c)における波形D)。図3(b)と(c)において、実線で示す曲線AとCは、それぞれ本実施形態の駆動回路における駆動部30の出力電圧Vg 及び電流出力部40の出力電流IH の波形を示している。
【0038】
図3に示すように、入力信号Sinの立ち上がりに応じて、駆動部30の出力電圧Vg も立ち上がり、また、電流出力トランジスタQN0により、駆動電流IHの供給が始まる。入力信号Sinが立ち下がると、これに応じて駆動部30の出力Vg も低下していく。このとき、図3(b)に示すように、駆動部30においてトランジスタQN4が導通するので、そのオン抵抗と抵抗素子R1の抵抗値との合成抵抗による時定数で電圧Vg が急速に低下する。そして、電圧Vg がトランジスタQN4のしきい値電圧以下になると、トランジスタQN4が遮断し、その抵抗が大きくなるので、トランジスタQN4と並列に接続されている抵抗素子R1の抵抗値による時定数で電圧Vg が緩やかに低下する。図3(c)に示すように、駆動部30の出力電圧Vg の変化具合に従って、電流出力トランジスタQN0の出力電流IH が最初に急速に低下し、トランジスタQN4が遮断すると、電流IH が緩やかに低下する。
このため、従来の駆動回路に較べて、負荷抵抗に供給される駆動電流IH の立ち下がり遅延時間TPHL が短縮され、入力信号Sinとほぼ等しいパルス幅を持つ駆動電流IH を得ることができ、駆動電流のタイミング制御を容易に実現できる。
【0039】
以上説明したように、本実施形態の駆動回路によれば、駆動部30において出力ノードND3にダイオード接続されたトランジスタQN4と抵抗素子R1を並列に接続し、入力信号Sinに応じて出力ノードND3の電位Vg が低下するとき、まずトランジスタQN4が導通し、その低いオン抵抗による時定数でノードND3の電位Vg が急速に低下し、そして電位Vg がトランジスタQN4のしきい値電圧以下になると、トランジスタQN4が遮断し、抵抗素子R1の抵抗値による時定数で電位Vg が緩やかに低下する。これに応じて、負荷抵抗に供給される駆動電流IH も急速な低下からトランジスタQN4の遮断とともに緩やかな低下に切り替わるので、従来の駆動回路に較べて立ち下がり遅延時間を短縮でき、立ち上がりと立ち下がりの遅延時間の差を小さくでき、かつリンギングの発生を防止できるので、負荷抵抗に安定した駆動電流を供給でき、駆動電流のタイミング制御を容易に実現可能である。
【0040】
第2実施形態
図4は本発明に係る駆動回路の第2の実施形態を示す部分回路図であり、駆動部30aと電流出力部40の構成を示す回路図である。
なお、本実施形態において、駆動部30aは、上述した第1の実施形態に較べて、pMOSトランジスタQP4及び抵抗素子R2が追加されている。
【0041】
図4に示すように、トランジスタQP4は、ダイオード接続されている。即ち、トランジスタQP4のソースがトランジスタQP3のドレインに接続され、そのゲートとドレインがともに駆動部30aの出力端子であるノードND3に接続されている。また、抵抗素子R2はトランジスタQP4と並列に接続されている。
【0042】
トランジスタQP3とQN3のゲートに、図示していないレベル変換回路20からの出力信号Va が印加される。上述した第1の実施形態で説明したように、入力信号Sinがハイレベルのとき、レベル変換回路20からローレベルの信号Va が出力され、逆に入力信号Sinがローレベルのとき、レベル変換回路20からハイレベルの信号Va が出力される。
【0043】
本実施形態の駆動回路において、駆動部30aにおいてダイオード接続されているトランジスタQN4及び抵抗素子R1に、さらに、トランジスタQP4とR2を追加することによって、ノードND3の出力電圧Vg の立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジの両方において、出力特性を制御する。
【0044】
以下、図4を参照しつつ、本実施形態における駆動部30a及び電流出力部40の動作について説明する。
レベル変換回路20からの出力信号Va がハイレベルにあるとき、駆動部30aにおいて、トランジスタQP3が遮断し、トランジスタQN3が導通するので、ノードND3がローレベルに保持される。なお、このとき、電流出力部40においてトランジスタQN0が遮断するので、駆動電流IH は出力されない。
【0045】
次に、入力信号Sinに応じて、レベル変換回路20の出力信号Va がハイレベルからローレベルに切り替わるとき、これに応じて駆動部30aにおいて、トランジスタQP3が導通し、トランジスタQN3が遮断する。最初にトランジスタQP4のゲート−ソース間にほぼ−VH 分の電圧が印加されるので、トランジスタQP4が導通し、そのオン抵抗が小さくなる。このとき、トランジスタQP4のオン抵抗と抵抗素子R2の抵抗値との合成抵抗とノードND3の寄生容量によって決められた時定数で、ノードND3の電圧Vg が急激に上昇する。
【0046】
そして、ノードND3の電圧Vg がさらに上昇して、電源電圧VH との差電圧VH −Vg がトランジスタQP4のしきい値電圧の絶対値より低くなると、トランジスタQP4が遮断する。このため、トランジスタQP4の抵抗が大きくなる。このとき、抵抗素子R2の抵抗値とノードND3の寄生容量によって決められた時定数でノードND3の電圧Vg が緩やかに上昇し、最後に電源電圧VH レベルに達する。
【0047】
このように、本実施形態において、駆動部30aの出力ノードND3とトランジスタQP3のドレイン間にダイオード接続されているトランジスタQP4及びそれに並列に接続されている抵抗素子R2を設けることによって、入力信号Sinに応じて、ノードND3の電圧Vg が上昇する立ち上がるとき、最初にトランジスタQP4が導通するので、そのオン抵抗と抵抗素子R2の抵抗値との合成抵抗による時定数で電圧Vg が急速に上昇し、電源電圧VH とノードND3の電圧Vg との差VH −Vg がトランジスタQP4のしきい値電圧の絶対値以下になると、トランジスタQP4が遮断し、抵抗素子R2の抵抗値による時定数で電圧Vgが緩やかに上昇する。これに従って、電流出力トランジスタQN0において、出力電流IH が急速に上昇してから、トランジスタQP4の遮断に伴い緩やかに上昇するので、電流IH の立ち上がり遅延時間を短縮できる。また、電流IH が最後に緩やかに上昇するので、リンギングの発生を防止でき、駆動電流IH の安定性を改善できる。
【0048】
次に、入力信号Sinに応じて、レベル変換回路20の出力信号Va がローレベルからハイレベルに切り替わるとき、これに応じて駆動部30aにおいて、トランジスタQP3が遮断し、トランジスタQN3が導通する。最初にトランジスタQN4のゲート−ソース間にほぼ電源電圧VH 分の電圧Vが印加されるので、トランジスタQN4が導通し、そのオン抵抗が小さくなる。このとき、トランジスタQN4のオン抵抗と抵抗素子R1の抵抗値との合成抵抗とノードND3の寄生容量によって決められた時定数でノードND3の電圧Vg が急激に低下する。
【0049】
そして、ノードND3の電圧Vg がトランジスタQN4のしきい値電圧までに下がると、トランジスタQN4が遮断する。このため、トランジスタQP4の抵抗が大きくなる。このとき、抵抗素子R1の抵抗値とノードND3の寄生容量によって決められた時定数でノードND3の電圧Vg が緩やかに低下し、最後に接地電位GNDに達する。
【0050】
このように、本実施形態において、駆動部30aに上述した本発明の第1の実施形態と同様に、ノードND3とトランジスタQN3のドレイン間に、ダイオード接続されているトランジスタQN4及びそれに並列に接続されている抵抗素子R1を設けることによって、入力信号Sinに応じてノードND3の電圧Vg が立ち下がるとき、最初にトランジスタQN4が導通し、そのオン抵抗と抵抗素子R1の抵抗値との合成抵抗による時定数で電圧Vg が急速に低下する。そして、電圧Vg がトランジスタQN4のしきい値電圧以下に低下すると、トランジスタQN4が遮断し、抵抗素子R1の抵抗値による時定数で電圧Vg が緩やかに低下する。これに従って、電流出力トランジスタQN0の出力電流IH も最初に急速に低下し、トランジスタQN4の遮断に伴って出力電流IH が緩やかに低下するので、リンギングの発生を防止でき、立ち下がり遅延時間を短縮できる。
【0051】
以上説明したように、本実施形態の駆動回路によれば、駆動部30aにトランジスタQN4,QP4及び抵抗素子R1,R2を設けることによって、電流出力部40によって出力される駆動電流IH の立ち上がり遅延時間及び立ち下がり遅延時間の両方を調整できる。例えば、トランジスタQP4のオン抵抗を適宜設定することにより、駆動電流IH の立ち上がり遅延時間を制御でき、同様に、トランジスタQN4のオン抵抗を適宜設定することにより、駆動電流IH の立ち下がり遅延時間を制御できる。これによって、制御信号Sinに対して、出力される駆動電流IH のタイミングを高精度で制御することができる。また、立ち上がり及び立ち下がりの両方においてリンギングの発生を防止できるので、駆動電流IHの安定性を改善できる。
【0052】
第3実施形態
図5は本発明に係る駆動回路の第3の実施形態を示す部分回路図であり、駆動部30bと電流出力部40の構成を示す回路図である。
図示のように、本実施形態では、駆動部30bにおいて、ノードND3とトランジスタQN3のドレイン間にトランジスタQN4、QN5が直列接続されている。また、この直列回路に対して抵抗素子R1が並列に接続されている。
【0053】
図5に示すように、トランジスタQN4のゲートとドレインがノードND3に接続され、また、トランジスタQN5のゲートとドレインがトランジスタQN4のソースに接続されている。抵抗素子R1は、ノードND3とトランジスタQN5のソースの間に接続されている。
【0054】
このように、本実施形態における駆動部30bにおいて、ダイオード接続のトランジスタQN4とQN5を直列接続することによって、ノードND3の電圧Vg が立ち下がるとき、電圧Vg の下がり具合を調整でき、制御する電圧範囲が広がる。以下、電圧Vg が立ち下がるときの動作について説明する。
【0055】
入力信号Sinに応じて、図示しないレベル変換回路20の出力信号Va がローレベルからハイレベルに切り替わると、これに応じて、駆動部30bの出力電圧Vg がハイレベルかローレベルに切り替わる。このとき、まず最初に、トランジスタQN4とQN5がともに導通するので、トランジスタQN4とQN5のオン抵抗の和と抵抗素子R1の抵抗値との合成抵抗及びノードND3の寄生容量によって決められた時定数で、ノードND3の電圧Vg が急速に低下する。
【0056】
そして、電圧Vg がトランジスタQN4とQN5のしきい値電圧の合計値に達したとき、トランジスタQN4とQN5が遮断する。このとき、トランジスタQN4とQN5の抵抗が大きくなるので、抵抗素子R1の抵抗値とノードND3の寄生容量によって決められた時定数で、ノードND3の電圧Vg が緩やかに低下していく。
【0057】
上述したように、本実施形態の駆動部30bにおいて、ダイオード接続されているトランジスタQN4とQN5を直列接続することによって、駆動部30bの出力電圧Vg の立ち下がりにおいて、電圧Vg が急速な低下から緩やかな低下に転じるタイミングを調整することができる。これに応じて、電流出力部40において、出力電流IH の立ち下がりにも同様なタイミング調整が行われるので、上述した第1及び第2の実施形態に較べて、駆動電流IH の立ち下がり遅延時間をさらに細かく制御することができる。
【0058】
なお、上述した第3の実施形態の駆動部30bにおいて、ノードND3とトランジスタQN3のドレイン間にダイオード接続のトランジスタを2段接続する回路構成を示していたが、本発明はこの構成に限定されるものではなく、立ち下がり特性を制御するために2段以上のダイオード接続のトランジスタを接続することも可能である。さらに、立ち上がり特性をより細かく制御するために、ノードND3とトランジスタQP3のドレイン間にダイオード接続のトランジスタを2段または2段以上接続することもできる。
【0059】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の駆動回路によれば、電流出力用トランジスタのゲート電圧を発生する駆動部にダイオード接続のトランジスタと抵抗素子を並列に接続することにより、駆動電流の立ち上がり及び立ち下がりの過渡時の特性を改善でき、制御信号に対して、立ち上がり遅延時間及び立ち下がり遅延時間のバランスを維持でき、駆動電流の出力タイミングを容易に制御できる。
また、本発明によれば、駆動電流の過渡時にリンギングの発生を抑制でき、駆動電流の安定性を改善できる。
さらに、本発明によれば、通常CMOSインバータに較べて、駆動部のpMOSトランジスタとnMOSトランジスタの間にダイオード接続されたトランジスタと抵抗素子が並列に接続されているので、出力電圧が切り替わるときの貫通電流を小さく抑制でき、消費電力の低減を実現できる。また、本発明の駆動部において、通常のCMOSインバータに対して、ダイオード接続のMOSトランジスタ及びそれに並列に接続されている抵抗素子のみを追加するので、回路構成を複雑化することなく、レイアウトへの影響が少ない利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る駆動回路の第1の実施形態を示す回路図である。
【図2】本発明に係る駆動回路の第1の実施形態の具体的な回路構成を示す回路図である。
【図3】本発明の第1の実施形態の動作を示す波形図である。
【図4】本発明に係る駆動回路の第2の実施形態を示す回路図である。
【図5】本発明に係る駆動回路の第3の実施形態を示す回路図である。
【図6】一般的なバブルジェットプリンタにおけるノズルヒーターの電流駆動回路の構成を示す構成図である。
【図7】駆動回路における制御信号と駆動電流のスペックを示す概念図である。
【図8】電流出力MOSトランジスタの出力特性を示す図である。
【図9】制御信号に対して、電流出力トランジスタのゲートに印加される電圧及びその出力電流の波形を示す波形図である。
【図10】制御信号に対して、駆動電流の立ち上がり遅延時間及び立ち下がり遅延時間の一例を示す図である。
【符号の説明】
10…入力バッファ、20…レベル変換回路、30…駆動部、40…電流出力部、Vdd,VH …電源電圧、GND…接地電位。
Claims (6)
- 第1の電圧の供給ラインに電気的に接続され、制御信号を供給するためのバッファ回路と、
第1の電圧よりも高い第2の電圧の供給ラインに電気的に接続され、第1の電圧に対応する第1の論理レベルの上記制御信号を第2の電圧に対応する第2の論理レベルの信号に変換して出力するレベル変換回路と、
第2の電圧の供給ラインに電気的に接続された負荷抵抗の電流路に接続され、上記負荷抵抗に対する駆動電流を制御するためのスイッチング素子と、
上記レベル変換回路の出力信号に応じた駆動信号を上記スイッチング素子に対して出力する駆動部と
を有し、
上記駆動部が、
第2の電圧の供給ラインと出力端子との間に電気的に接続された第1のMOSトランジスタと、
上記出力端子と基準電位との間に電気的に接続され、上記第1のMOSトランジスタと相補的に導通する第2のMOSトランジスタと、
上記出力端子と上記第2のMOSトランジスタとの間に電気的に接続された第1のダイオード回路と、
上記第1のダイオード回路に対して並列に接続された第1の抵抗と
を有し、
上記制御信号と上記駆動電流との間の立ち上がり遅延時間と立ち下がり遅延時間とが等しくなるように上記駆動信号の立ち下がりが上記第1のダイオード回路と上記第1の抵抗とにより制御される、
駆動回路。 - 上記駆動部が、上記第1のMOSトランジスタと上記出力端子との間に電気的に接続された第2のダイオード回路と、上記第2のダイオード回路に対して並列に接続された第2の抵抗とを有する、
請求項1に記載の駆動回路。 - 上記第1のダイオード回路がダイオード接続された第3のMOSトランジスタを有する、請求項1又は2に記載の駆動回路。
- 上記第2のダイオード回路がダイオード接続された第4のMOSトランジスタを有する、請求項3に記載の駆動回路。
- 上記第1のMOSトランジスタがpMOSトランジスタであり、
上記第2及び第3のMOSトランジスタがnMOSトランジスタである、
請求項1、2、3又は4に記載の駆動回路。 - 上記第1のダイオード回路がダイオード接続された複数個のMOSトランジスタを有する、
請求項1又は2に記載の駆動回路。
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