JP4084266B2 - インピーダンス調整回路 - Google Patents
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Description
非特許文献1では、図26及び図27に示すように、オペアンプは、外部抵抗Rextの電圧降下を内部基準電圧Vrefに調整する。オペアンプの出力信号は、2つのPチャネルMOSトランジスタのゲートに供給される。出力バッファの出力信号は、プラスとマイナスの差動出力として、Data+端子とData−端子に、内蔵抵抗の電圧降下により得られる。この回路は、データ転送のための回路とは別に、調整のための補助回路を有している。補助回路は、VA端子の電位がVrefに最も近くなるようなコードを見付け出す制御を行う。
非特許文献2では、図28に示すように、外部から与えられる基準電圧Vrefと、外部抵抗と内蔵トリミング抵抗による分圧電圧とが最も等しくなるように、内蔵トリミング抵抗の値を切り替え、その切り替えコードを、入力終端抵抗の切り替えに反映させる。
特許文献1では、図31に示すように、外部抵抗RQの電圧降下VZQが電源VDDQの1/2になるように、オペアンプによりPチャネルMOSトランジスタからなる電流源の電流を調整している。また、カレントミラーにより、出力ドライバに電流を流し、その電圧降下がVZQに等しくなるように、出力ドライバのサイズを調整する。
まず、本発明の例に関わるインピーダンス調整回路は、基準電圧回路、内蔵抵抗R1、高精度外部抵抗Rext及びオペアンプOP1から構成される共通バイアス回路と、別の内蔵抵抗Rto、ドライバ模擬抵抗Rdrv、出力インピーダンス模擬抵抗Rto_trim、オペアンプOP1、コンパレータCMP及びコード制御回路から構成される出力インピーダンス調整回路とを有する。
Rext:R1=(Rdrv+Rto_trim):Rto
の関係、又は、これに最も近い関係となるように、Rto_trimの値を切り替え、この切り替え情報をドライバ回路へ反映させる。
Rext:R1=Rti_trim:Rti
の関係、又は、これに最も近い関係となるように、Rti_trimの値を切り替え、この切り替え情報を入力インピーダンス回路へ反映させる。
図1は、本発明の第1実施の形態に関わるインピーダンス調整回路を示している。
オペアンプOP1は、電圧Vr1が内部基準電圧Vrefに等しくなるように、NチャネルMOSトランジスタ(電流制御素子)N1のゲート電圧を制御する。電圧Vr2は、電圧Vr1に対し、電流I1による抵抗R1の電圧降下分を加えた値、即ち、Vr2=Vr1+(R1/Rext)×Vr1となる。
内部基準電圧Vrefは、例えば、1.2V±5%とする。外部抵抗Rextは、高精度抵抗、例えば、12KΩ±0.1%とする。電源電圧VDDは、例えば、3.3V±10%、オペアンプOP1のオフセット電圧は、例えば、±10mVとする。
Vr2 = Vr1+I1×R1
= (1.2V±0.07V)+
(100μA±7μA)×(2.4KΩ±0.48KΩ)
=1.44V±0.13V
となる。
出力インピーダンストリミング部は、電圧Vr1と電圧Vto1が入力されるコンパレータCMP、電圧Vr2と電圧Vto2が入力されるオペアンプOP2、コンパレータCMPの出力信号を受けるコード制御回路13、NチャネルMOSトランジスタ(電流制御素子)N2、内蔵抵抗Rto、出力インピーダンス模擬抵抗Rto_trim、及び、出力ドライバ模擬抵抗Rdrvから構成される。
Rext:R1 = (Rto_trim+Rdrv):Rto
外部抵抗Rextは、高精度である。このため、内蔵抵抗R1,Rto,Rto_trim,Rdrvの値がそれぞればらついても、一般的には、R1とRtoとの相対精度が良くなるように製造すれば、Rto_trim+Rdrvの値は、正確に、規格値の範囲内に収めることが可能である。
オペアンプのオフセット電圧を、例えば、±10mVとすると、
Vto2 = Vr2±10mV = 1.44V±0.13V±10mV
=1.44V±0.14V
となる。
Vto2/(Rto+Rto_trim+Rdrv)
となる。
Vto1 = Ito1×(Rto_trim+Rdrv)
となる。
Vto1 = Vto2/(Rto+Rto_trim+Rdrv)×(Rto_trim+Rdrv)
= Vto2/(1+Rto/(Rto_trim+Rdrv))
となり、Vto2は、Vto2の抵抗比で決定されることになる。
Vto1 = Vr1±Voffcmp
となる。
右辺 = 1.2V±0.07V±0.02V=1.2V±0.09V
である。
1.2V±0.09V = (1.44V±0.14V)/(1+Rto/(Rto_trim+Rdrv))
となる。
Rto_trim+Rdrvは、270Ωとなり、
Rtoは、Rext:R1=(Rto_trim+Rdrv):Rto
の関係、即ち、12KΩ:2.4KΩ=270Ω:54Ωより、
54Ωとなる。
1.2V±0.09V = (1.44V±0.14V)/(1+(Rto/(Rto_trim+Rdrv))
となり、依って、
Rto/(Rto_trim+Rdrv) = ((1.44V±0.14V)/(1.2V±0.09V))−1
となる。
Rto_trim = (Rto/((1.44V±0.14V)/(1.2V±0.09V))−1)−Rdrv
となる。
Rdrv = 30Ω±20Ω、
Rto = 54Ω±10.8Ω
とすると、
Rto_trim = ((54Ω±10.8Ω)/((1.44V±0.14V)/(1.2V±0.09V)−1))−(30Ω±20Ω)
となる。
Rto_trim(センター) = (54Ω/((1.44V/1.2V)−1))−30Ω = 240Ω
として計算することができる。
インピーダンス調整回路と実際のドライバ回路との抵抗比を同じにすると、インピーダンス調整回路には多くの電流が流れてしまい、好ましくない。そこで、インピーダンス調整回路内における電流値を絞るために、出力インピーダンス模擬抵抗Rto_trimの値は、実際にインピーダンス調整の対象となるターゲットインピーダンス調整抵抗Rto_useの抵抗値の正数倍、例えば、6倍程度に大きく設計する。以下の表1では、出力ドライバのインピーダンスに換算して記載している。
このようにして、コード値を最適値に確定させることになるが、シフトレジスタが、全て、“1”、つまり、全ての抵抗Rが抵抗R1に電気的に並列に接続される状態では、Vto1≧Vr1であれば、その状態で直ちにコードが確定する(最大値7)。シフトレジスタが、全て、“0”、つまり、最も高い抵抗値(抵抗R1の抵抗値)のみの状態では、Vto1≦Vr1であれば、その状態で直ちにコードを確定する(最小値0)。
同図では、状態が行き来している様子を示している。
図6は、本発明の第2実施の形態に関わるインピーダンス調整回路を示している。
図7は、本発明の第3実施の形態に関わるインピーダンス調整回路を示している。
図8は、本発明の第4実施の形態に関わるインピーダンス調整回路を示している。
この実施の形態は、抵抗調整回路に関する。
図9は、本発明の第5実施の形態に関わるインピーダンス調整回路を示している。
この実施の形態は、抵抗調整回路に関し、第1実施の形態で示した抵抗調整の応用例である。
次に、本発明の第6実施の形態に関わるインピーダンス調整回路について説明する。
次に、本発明の第7実施の形態に関わるインピーダンス調整回路について説明する。
次に、本発明の第8実施の形態に関わるインピーダンス調整回路について説明する。
次に、本発明の第9実施の形態に関わるインピーダンス調整回路について説明する。
上述のインピーダンス調整回路によれば、出力インピーダンス、入力インピーダンス、終端抵抗などのインピーダンスマッチングを行い、信号の反射を抑え、高速シリアル信号の高品質な転送を可能にすると共に、このようなトリミングを高精度かつ自動的に行うことができる。
図16は、本発明の第9実施の形態に関わるインピーダンス調整回路の回路例1を示している。
Rext:R1 = (Rto_trim+Rdrv):Rto
外部抵抗Rextは、高精度である。このため、内蔵抵抗R1,Rto,Rto_trim,Rdrvの値がそれぞればらついても、一般的には、R1とRtoとの相対精度が良くなるように製造すれば、Rto_trim+Rdrvの値は、正確に、規格値の範囲内に収めることが可能である。
図22は、本発明の第9実施の形態に関わるインピーダンス調整回路の回路例2を示している。
図23は、本発明の第9実施の形態に関わるインピーダンス調整回路の回路例3を示している。
第1乃至第9実施の形態で説明したように、本発明の例に関わるインピーダンス調整回路によれば、以下の効果を奏する。
・ 外部抵抗が1つで済み、コスト的に有利である。
・ 外部高精度抵抗の値を変えても、インピーダンスを一定にすることができる。
・ パッケージが変わったり、LSIレイアウトが変わったり、寄生抵抗が変わっても、インピーダンスを一定にすることができる。
・ 出力インピーダンスの調整は、ドライバを含めて行っているので、高精度に行うことができる。
・ より広範囲のバラツキに対しても、製造歩留りを簡単に上げることができる。
・ 回路要素を分解できるため、共通化したりすることが容易で、面積的に縮小が可能である。
・ パワーアンプの出力電流を強化するため、PチャネルMOSトランジスタ(電流ドライバ)を電源端子VDDに接続すること。
・ 同様に、NチャネルMOSトランジスタのソースフォロワを電源端子VDDに接続すること。
・ 外部抵抗Rextの抵抗値に応じて抵抗R1の抵抗値を可変できるような形で、抵抗R1をLSI内に形成すること。
・ コード信号の取り得る状態を、調整可能バラツキ範囲/調整精度の関係で加減すること。
・ 抵抗R1と抵抗Rtとの相対精度を良くするため、同一形状のユニット抵抗をLSI内で近接して配置すること。
・ 外部抵抗Rextの値及び寄生抵抗に応じた抵抗R1の値の調整の代わりに、抵抗Rtの調整を行うこと。
・ 帰還系の抵抗Rtrimと実際の被インピーダンス調整回路(出力ドライバ部や入力抵抗部など)との間に一定の比率を持たせること。
Claims (18)
- 第1内蔵抵抗と外部抵抗とが第1ノードを介して直列接続される第1直列回路と、内蔵基準電圧が第1入力端子に入力され、第2入力端子が前記第1ノードに接続され、出力端子が前記第1直列回路に接続される第1オペアンプとから構成される共通バイアス部と、
第2内蔵抵抗とインピーダンス模擬抵抗とが第2ノードを介して直列接続される第2直列回路と、第1入力端子が前記第1直列回路に接続され、第2入力端子及び出力端子が前記第2直列回路に接続される第2オペアンプと、第1入力端子が前記第1ノードに接続され、第2入力端子が前記第2ノードに接続されるコンパレータと、前記コンパレータの出力信号をクロック信号でラッチし、複数の切り替えコードのうちの1つを出力するコード制御回路とから構成されるインピーダンストリミング部とを具備し、
前記第1オペアンプの出力端子は、前記第2直列回路にも接続され、
前記複数の切り替えコードのうちの1つを用いて、前記インピーダンス模擬抵抗の抵抗値及び実際にインピーダンス調整の対象となるターゲットインピーダンス調整抵抗の抵抗値を切り替えることを特徴とするインピーダンス調整回路。 - 請求項1に記載のインピーダンス調整回路において、さらに、
前記コード制御回路から出力される前記複数の切り替えコードのうちの1つをラッチするコード平坦化回路から構成されるコード平坦化部を具備し、
前記コード平坦化回路は、ラッチされた前記複数の切り替えコードのうちの1つに基づいて、前記ターゲットインピーダンス調整抵抗の抵抗値を固定することを特徴とするインピーダンス調整回路。 - 前記コード制御回路から出力される前記複数の切り替えコードのうちの1つが周期的遷移を繰り返すようになったとき、前記コード平坦化回路により、前記複数の切り替えコードのうちの1つがラッチされることを特徴とする請求項2に記載のインピーダンス調整回路。
- 前記コード制御回路から出力される切り替えコードの値は、前記コンパレータの出力信号に応じて次第にアップし、その値が最初にダウンしたときに、前記コード平坦化回路は、前記複数の切り替えコードのうちの1つをラッチすることを特徴とする請求項3に記載のインピーダンス調整回路。
- 前記複数の切り替えコードは、n(nは、複数)ビットから構成され、前記周期的遷移が特定の2ビットの間で繰り返されている場合には、前記コード平坦化回路は、前記2ビットのうちのいずれか1つをラッチすることを特徴とする請求項3に記載のインピーダンス調整回路。
- 前記複数の切り替えコードは、n(nは、複数)ビットから構成され、前記周期的遷移が特定の3ビットの間で繰り返されている場合には、前記コード平坦化回路は、前記3ビットの中間にある1ビットをラッチすることを特徴とする請求項3に記載のインピーダンス調整回路。
- 前記共通バイアス部と前記インピーダンストリミング部とからなる対は、1つ又は複数存在することを特徴とする請求項1又は2に記載のインピーダンス調整回路。
- 前記インピーダンス模擬抵抗は、出力バッファを含んでいることを特徴とする請求項1又は2に記載のインピーダンス調整回路。
- 前記インピーダンス模擬抵抗は、入力インピーダンス、終端抵抗、プルアップ抵抗又はプルダウン抵抗を含んでいることを特徴とする請求項1又は2に記載のインピーダンス調整回路。
- 前記複数の切り替えコードと前記インピーダンス模擬抵抗の抵抗値との関係は、逆数、折れ線、又は、S字の関係を有していることを特徴とする請求項1又は2に記載のインピーダンス調整回路。
- 前記第1及び第2内蔵抵抗の抵抗値は、パッケージ、リード又はフレームに寄生する寄生抵抗を含み、前記インピーダンス模擬抵抗の抵抗値の調整範囲をシフトするために調整されることを特徴とする請求項1又は2に記載のインピーダンス調整回路。
- 前記外部抵抗は、LSIの外部に設けられる高精度抵抗であり、前記第1及び第2内蔵抵抗の抵抗値は、前記外部抵抗の値に基づいて切り替えられることを特徴とする請求項1又は2に記載のインピーダンス調整回路。
- 前記第1及び第2内蔵抵抗の抵抗値は、パッケージ及びリードフレームに寄生する寄生抵抗、並びに、前記外部抵抗の値に基づいて切り替えられることを特徴とする請求項1又は2に記載のインピーダンス調整回路。
- 前記第1内蔵抵抗は、第1及び第2抵抗素子から構成され、前記第1抵抗は、設計時点での前記内蔵基準電圧の値と使用時点での前記内蔵基準電圧の値との差の電圧を発生させ、前記第1及び第2抵抗素子の抵抗値は、
Rext:R1under+R1upper=Rtrim:Rt
(但し、Rextは、前記外部抵抗の抵抗値、R1underは、前記第1抵抗素子の抵抗値、R1upperは、前記第2抵抗素子の抵抗値、Rtrimは、前記インピーダンス模擬抵抗の抵抗値、Rtは、前記第2内蔵抵抗の抵抗値)
の関係を満足するように、前記内蔵基準電圧の値に応じて調整されることを特徴とする請求項1又は2に記載のインピーダンス調整回路。 - 前記外部抵抗に代わり、前記第1及び第2内蔵抵抗及び前記インピーダンス模擬抵抗よりも高精度な内蔵抵抗を用いることを特徴とする請求項1又は2に記載のインピーダンス調整回路。
- 前記インピーダンス模擬抵抗の抵抗値は、前記ターゲットインピーダンス調整抵抗の抵抗値に対して正数倍となる関係を維持していることを特徴とする請求項1又は2に記載のインピーダンス調整回路。
- 前記インピーダンストリミング部は、出力インピーダンスをトリミングする出力インピーダンストリミング部、又は、入力インピーダンスをトリミングする入力インピーダンストリミング部であることを特徴とする請求項1又は2に記載のインピーダンス調整回路。
- 第1内蔵抵抗と外部抵抗とが第1ノードを介して直列接続される第1直列回路と、内蔵基準電圧が第1入力端子に入力され、第2入力端子が前記第1ノードに接続され、出力端子が前記第1直列回路に接続される第1オペアンプとから構成される共通バイアス部と、
第2内蔵抵抗と出力インピーダンス模擬抵抗とが第2ノードを介して直列接続される第2直列回路と、第1入力端子が前記第1ノードに接続され、第2入力端子が前記第2ノードに接続される第1コンパレータと、前記第1コンパレータの出力信号をクロック信号でラッチし、複数の第1切り替えコードのうちの1つを出力する第1コード制御回路とから構成される出力インピーダンストリミング部と、
第3内蔵抵抗と入力インピーダンス模擬抵抗とが第3ノードを介して直列接続される第3直列回路と、第1入力端子が前記第1ノードに接続され、第2入力端子が前記第3ノードに接続される第2コンパレータと、前記第2コンパレータの出力信号を前記クロック信号でラッチし、複数の第2切り替えコードのうちの1つを出力する第2コード制御回路とから構成される入力インピーダンストリミング部とを具備し、
前記第1オペアンプの出力端子は、前記第2及び第3直列回路にも接続され、
前記複数の第1切り替えコードのうちの1つを用いて、前記出力インピーダンス模擬抵抗の抵抗値及び実際に出力インピーダンス調整の対象となる第1ターゲットインピーダンス調整抵抗の抵抗値を切り替え、
前記複数の第2切り替えコードのうちの1つを用いて、前記入力インピーダンス模擬抵抗の抵抗値及び実際に入力インピーダンス調整の対象となる第2ターゲットインピーダンス調整抵抗の抵抗値を切り替えることを特徴とするインピーダンス調整回路。
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