JP5205846B2 - 送信装置 - Google Patents
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Description
送信装置800aは、ドライバ回路810,820を有している。
ドライバ回路810は、pチャネル型MOSFET((Metallic Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)以下pMOSと略す)811,812、nチャネル型MOSFET(以下nMOSと略す)813,814、抵抗Ra1,Ra2,Rb,Rcを有している。
出力信号TXOP,TXONの振幅(出力振幅)は電源電圧VDDaと抵抗Ra1,Ra2,Rb,Rc,Rf1,Rf2の値によって決まる。抵抗はパッシブ素子なので、電源電圧変動がそのまま出力振幅変動となり、出力振幅は、電源電圧VDDa=0Vで0Vを通る直線となる。したがって、期待どおりの振幅やコモン電圧が得やすい。
図30は、他の従来の送信装置及び受信装置の回路構成を示す図である。
送信装置800bは、電流源830,831、pMOS832,833、nMOS834,835、抵抗Rd1,Rd2を有している。
パワーダウン時には、pMOS832,833、nMOS834,835をオフするような入力信号IP,IPX,IN,INX,PD,PDXを入力し、消費電流を最小にする。
電流源830,831を用いることで、ほぼ期待値どおりの電流Iaを生成するので、電源電圧ばらつき、温度ばらつき、プロセスばらつきによる出力信号TXOP,TXONの振幅ばらつきが少ない。pMOS832,833、nMOS834,835のばらつきを抑えることで、同じ条件での出力信号TXOP,TXONの振幅ばらつきが抑えられる。
ここでは、m個のpMOS841−1,841−2,…,841−mと、M個のpMOS842−1,842−2,…,842−Mによりカレントミラー回路を構成している例を示している。
たとえば、図29で示したような送信装置800aのように抵抗分割で必要な電流量を得るタイプでは、以下のような問題があった。
電流源の電流値によって出力信号TXOP,TXONの振幅やコモン電圧が決まるので、図30のような送信装置800bにおいて、電流源830,831の電流値が期待値どおりでないと、出力信号TXOP,TXONの振幅が期待値どおり得られない。また、電流源830,831の電流値がほぼそろっていないと、コモン電圧がVDDa/2からずれてしまう。
また、リターンロスの規格を満たすことが難しいという問題もある。理想的な電流源はインピーダンス無限大であるが、実際には数kohmである。また、電流源のサイズが大きくなると容量が増える。このため、高周波帯域で送信側のインピーダンスが下がり、リターンロスが悪くなる。
図1は、第1の実施の形態の送信装置及び受信装置の回路構成を示す図である。
第1の実施の形態の送信装置100は、ドライバ回路部110と出力振幅補正部120とを有している。ドライバ回路部110が出力信号TXOP,TXONを生成し、出力振幅補正部120が、出力信号TXOP,TXONの振幅(出力振幅)を補正する構成となっている。
pMOS111のゲートには入力信号IPXが入力され、ソースには抵抗R1を介して電源電圧VDDaが印加される。pMOS111のドレインはnMOS114のドレインに接続されている。nMOS114のゲートには入力信号IPが入力され、ソースは抵抗R2を介して接地されている。pMOS112のゲートには入力信号PDが入力され、ソースには抵抗R3を介して電源電圧VDDaが印加されている。pMOS112のドレインはnMOS115のドレインに接続されている。nMOS115のゲートには入力信号PDXが入力され、ソースは抵抗R4を介して接地されている。pMOS113のゲートには入力信号IDLEXが入力され、ソースには抵抗R5を介して電源電圧VDDaが印加されている。pMOS113のドレインはnMOS116のドレインに接続されている。nMOS116のゲートには入力信号IDLEが入力され、ソースは抵抗R6を介して接地されている。pMOS111のドレインとnMOS114のドレインとの間のノードと、pMOS112のドレインとnMOS115のドレインとの間のノードと、pMOS113のドレインとnMOS116のドレインとの間のノードとは接続されており、これらのノードからドライバ回路110aの出力信号TXOPが引き出される。
出力振幅補正部120は、出力信号TXOP,TXONの振幅を補正する機能を有している。出力振幅補正部120は、電流源121,122、電流調整回路123、pMOS124,125、nMOS126,127を有している。これらのMOSFETは、入力信号IP,IPX,IN,INXに応じて、電流源121,122と、出力信号TXOP,TXONの信号線との接続をオンまたはオフするスイッチ回路として機能している。
なお、出力振幅補正部120で生成する電流I1は、ドライバ回路部110で生成する電流より少ないものであり、ドライバ回路部110からの出力信号TXOP,TXONを補正するものである。
以下、第1の実施の形態の送信装置100の動作を説明する。
Serial ATAのOOB(Out of Band)モードのように、終端抵抗を50ohmにする必要がある場合、pMOS111,nMOS114及び、pMOS124,125、nMOS126,127をオフし、pMOS112,113、nMOS115,116をオンするような入力信号IP,IPX,IN,INX,PD,PDX,IDLE,IDLEXを入力する。これにより、コモン電圧と消費電流は、電源電圧VDDa、抵抗R3,R4,R5,R6によって決まり、1/50=1/R7(=1/R8)=1/R3+1/R4+1/R5+1/R6とすることが必要である。なお、このときの抵抗R3,R4,R5,R6の抵抗値は、pMOS112,113、nMOS115,116のオン抵抗を含めて計算する必要がある。
縦軸が電圧、横軸が時間を示している。
図では、通常動作時(ACTIVE)及びIDLE時において、図上の入力信号IP,INが入力された場合の出力信号TXOP,TXONの様子を示している。通常動作時では、入力信号IPと入力信号INは異符号であり、同符号のとき(時刻T1から時刻T2)、アイドル状態となっている。
図3の下段の図は、電源電圧VDDaと、電流源121,122で生成する電流I1の関係を示しており、縦軸が電流値、横軸が電源電圧VDDaを示している。
図3の下段の図のように、電流調整回路123により、電圧Vt以上の電源電圧VDDaに対して、電源電圧VDDaが増加すると電流I1が線形に減少して、電圧Vmで0になるようにしている。これにより、図3の上図のように、電源電圧VDDaが電圧Vtのときに出力信号TXOP,TXONの振幅は補正前よりVupだけ増加され、電圧Vmのときに補正前の特性と一致するようになる。すなわち、図のように電源電圧VDDaがばらついても、振幅のばらつきを抑えることができる。
図4は、電源電圧の増加に伴って電流値を減少させる電流調整回路及び電流源の回路構成例を示す図である。
電流減少回路130は、電流源131,132、nMOS133,134,135,136,137、抵抗R10,R11を有している。
pMOS141−1〜141−mとpMOS142−1〜142−Mとはミラー比m:Mのカレントミラー回路を構成している。pMOS141−1〜141−mのドレインは互いに接続されているとともに、電流減少回路130のnMOS136のドレインに接続されている。pMOS141−1〜141−m,142−1〜142−MのソースはVDDa端子と接続している。また、pMOS142−1〜142−Mのドレインは互いに接続されているとともに、nMOS144のドレインに接続されている。nMOS144のゲートは自身のドレインに接続されるとともに、nMOS145及び、電流源122(nMOSのゲート)に接続される。nMOS144,145のソースはともに接地されている。nMOS145のドレインは、pMOS143のドレインに接続されている。pMOS143のソースはVDDa端子と接続している。pMOS143のゲートは、自身のドレインと接続されるとともに、電流源121(pMOSのゲート)に接続される。
また、図4のような電流減少回路130を用いることにより、以下の理由で、温度ばらつきとプロセスばらつきによる出力振幅ばらつきも抑制できる。
図5は、振幅調整用に電流源が生成する電流及び出力振幅の電源電圧に対する特性の例を示す図である。
また、図5の上段の図は、電源電圧VDDaと出力信号TXOP,TXONの振幅の関係を示しており、縦軸が振幅、横軸が電源電圧VDDaを示している。なお、破線は補正前の出力信号TXOP,TXONの振幅を示している。実線は補正後の出力信号TXOP,TXONの振幅を示している。
図5の下段の図のように、電流調整回路123により、電圧Vtの電源電圧VDDaに対して、電源電圧VDDaによらず一定の電流I1を生成するようにしている。これにより、図5の上段の図のように、電源電圧VDDaがVtを超えると、振幅が電源電圧によらずに一様に増え、微調整が可能となる。
図6は、電源電圧ばらつきによる出力振幅ばらつきの抑制と振幅微調整を行う際に生成する電流と、補正される出力振幅の例を示す図である。
また、図6の上段の図は、電源電圧VDDaと出力信号TXOP,TXONの振幅の関係を示しており、縦軸が振幅、横軸が電源電圧VDDaを示している。なお、破線は補正前の出力信号TXOP,TXONの振幅を示している。実線は補正後の出力信号TXOP,TXONの振幅を示している。
図6の下段の図のように、電流調整回路123により、電圧Vt以上の電源電圧VDDaに対して、図3で示したような電源電圧VDDaが増加すると線形に減少するような電流I1aの関数と、図5で示したような電源電圧VDDaによらず一定の電流値を示すような電流I1bの関数とを合成した電流I1を生成するようにしている。これにより、図6の上段の図のように、電源電圧VDDaが電圧Vtのときに出力信号TXOP,TXONの振幅は補正前よりVup1だけ増加され、電圧Vmでは、一定電流の分だけ電圧が補正前よりもVup2だけ増加する。
図7は、電源電圧ばらつきによる出力振幅ばらつきの抑制と振幅微調整を行うための電流を生成する電流調整回路及び電流源の回路構成を示す図である。
電流減少回路130aにおいて、図4と同じ構成については同一符号としている。電流定数回路130bは、電流減少回路130aに含まれ、nMOS138,139により、電流定数回路130bの出力を電流乗算回路150に伝達している。nMOS138のドレインは、電流乗算回路150のpMOS151のドレインに接続されており、ソースはnMOS139のドレインに接続されており、ゲートは、nMOS133,134,136,138のゲートと、nMOS133のドレインに接続されている。nMOS139のゲートはnMOS135,137のゲートとnMOS134のドレインに接続されており、ソースは接地されている。
電流乗算回路170は、電流加算回路180から出力される電流を調整する機能を有し、nMOS171,172、pMOS173を有している。nMOS171,172、電流源122によりカレントミラー回路を構成している。また、pMOS173と電流源121によりカレントミラー回路を構成している。
このように、第1の実施の形態の送信装置100によれば、高速データ信号における波形品質を保つための様々な規格値を同時に満たすことが可能になる。
第1の実施の形態の送信装置100では、電源電圧VDDaが低いほど補正前よりも出力振幅が増加するような電流I1を生成して、電源電圧ばらつきによる出力振幅ばらつきを抑制した。しかし、以下のような構成にすることによって、電源電圧VDDaが高いほど補正前よりも出力振幅が減少するような電流I1を生成し、電源電圧ばらつきによる出力振幅ばらつきを抑制することができる。
第1の実施の形態の送信装置100と同じ構成要素については同一符号とし、説明を省略する。
図9は、第2の実施の形態の送信装置の電流調整回路によって生成される電流と、補正される出力信号の振幅の例を示す図である。
また、図9の上段の図は、電源電圧VDDaと出力信号TXOP,TXONの振幅の関係を示しており、縦軸が振幅、横軸が電源電圧VDDaを示している。なお、破線は補正前(出力振幅補正部120aに入力する前)の出力信号TXOP,TXONの振幅を示している。実線は補正後の出力信号TXOP,TXONの振幅を示している。
図9の下段の図のように、電流調整回路123bにより、電圧Vt以上の電源電圧VDDaに対して、電源電圧VDDaが増加するにつれて電流I1が線形に増加するようにしている。前述のように、第2の実施の形態の送信装置100aでは、電流I1により、出力振幅が小さくなるので、図9の上段の図のように、電圧Vtでは、振幅は補正前と同じだが、電源電圧VDDaが増加するにしたがって、補正前より振幅が減少し、電圧Vmのときには、補正前より振幅がVdownだけ下がる。すなわち、図のように電源電圧VDDaがばらついても、振幅のばらつきを抑えることができる。
図10の下段の図のように、電流調整回路123bにより、電圧Vt以上の電源電圧VDDaに対して、電源電圧VDDaによらず一定の電流I1を生成するようにしている。これにより、図10の上段の図のように、電源電圧VDDaが電圧Vtを超えると、振幅が電源電圧VDDaによらずに一様に(図では電圧Vdown)減少し、微調整が可能となる。
図11は、電源電圧ばらつきによる出力振幅ばらつきの抑制と振幅微調整を行う際に生成する電流の特性と、補正される出力振幅の例を示す図である。
図12は、電源電圧の増加に伴って電流値を増加させる電流調整回路及び電流源の回路構成例を示す図である。
電流減少回路130は、図4と同じ構成であり同一符号としている。
電流乗算回路240は、電流減算回路250から出力される電流をミラー比に応じて調整する機能を有し、nMOS241,242、pMOS243を有している。nMOS241,242のゲートは、電流源122に接続されており、pMOS243のゲートは電流源121に接続されている。nMOS241,242、電流源122と、pMOS243,電流源121は、それぞれカレントミラー回路を構成している。
電流調整回路123cは、電流増加回路260、電流乗算回路270,280を有している。
電流乗算回路280は、nMOS281,282,電流源122によりカレントミラー回路を構成し、pMOS283、電流源121により別のカレントミラー回路を構成しており、電流乗算回路270から出力される電流をミラー比に応じて調整し、電流I1として出力する。
以上、第1及び第2の実施の形態の送信装置100,100aを説明してきたが、出力振幅をプラス方向に調整して補正する機能と、マイナス方向に調整して補正する機能を1つの装置で実現するようにしてもよい。たとえば、図4の電流調整回路123では図3の電圧Vmで電流0とはならずオフセットがつく。
図14は、電源電圧の増加に伴って電流値を減少させる電流調整回路及び電流源の他の回路構成例を示す図である。
電流調整回路123dは、nMOS190を有している点が図4の電流調整回路123と異なっている。nMOS190のゲートは、nMOS135,137のゲートと接続している。nMOS190のドレインは、電流乗算回路140のpMOS142−1〜142−MのドレインとnMOS144のドレイン間のノードに接続されている。またソースは接地されている。nMOS190と、pMOS142−1〜142−Mと、nMOS144とは電流減算回路を構成している。
図15及び図16は、第1または第2の実施の形態の送信装置のドライバ回路の他の回路構成例を示す図である。
図15のドライバ回路110cは、抵抗R1,R3,R5とpMOS111,112,113の位置を入れ替え、抵抗R2,R4,R6とnMOS114,115,116の位置を入れ替えたものである。
次に、第3の実施の形態の送信装置を説明する。
第1の実施の形態の送信装置100と同じ構成要素については同一符号とし、説明を省略する。
通常動作の場合、ドライバ回路310aに入力されるメインシグナルである入力信号IP,IPXと、ドライバ回路310bに入力される入力信号IN,INXとは差動入力信号となる。同様にドライバ回路310aに入力されるブーストシグナルである入力信号IBP,IBPXと、ドライバ回路310bに入力される入力信号IBN,IBNXとは差動入力信号となる。なお、ドライバ回路310aに入力される入力信号IPと入力信号IPX、入力信号IBPと入力信号IBPXはそれぞれ同じ論理信号である。また、ドライバ回路310bに入力される入力信号INと入力信号INX、入力信号IBNと入力信号IBNXはそれぞれ同じ論理信号である。
縦軸が電圧、横軸が時間を示している。
図では、通常動作時(ACTIVE)及びIDLE時において、図上の入力信号IP,IN,IBP,IBNが入力された場合の出力信号TXOP,TXONの様子を示している。時刻T1から時刻T2がアイドル状態となっている。他の入力信号については図示を省略している。
たとえば、入力信号IP,IPXがHレベルの信号の場合、入力信号IN,INXがLレベルの信号となる。このとき、ドライバ回路310aではpMOS111がオフ、nMOS114がオンする。また、コモン電圧を設定するために入力信号PDをLレベル、入力信号PDXをHレベルとし、pMOS112、nMOS115をともにオンさせる。また、入力信号IDLEをLレベル、入力信号IDLEXをHレベルとして、pMOS113、nMOS116をともにオフさせる。また、ブーストシグナルである入力信号IBP,IBPXが入力信号IP,IPXと同じHレベルの信号の場合、pMOS311はオフし、nMOS312がオンする。これにより、図18のように、出力信号TXOPの電位は下がる(Pre−emphasis)。入力信号IBP,IBPXがLレベルの場合、入力信号IP,IPXと異符号となると、pMOS311がオンし、nMOS312はオフする。これにより、出力信号TXOPの電位は上昇する(De−emphasis)。なお、出力信号TXONは出力信号TXOPとは逆の出力(差動出力)となる。
図19及び図20は、第3の実施の形態の送信装置のドライバ回路の他の回路構成例を示す図である。
図19のドライバ回路310cは、抵抗R1,R3,R5,R20とpMOS111,112,113,311の位置を入れ替え、抵抗R2,R4,R6,R21とnMOS114,115,116,312の位置を入れ替えたものである。
図21は、第4の実施の形態の送信装置及び受信装置の回路構成を示す図である。
第1の実施の形態の送信装置100と同一の構成要素については同一符号としている。
図22の下段の図は、電源電圧VDDaと、電流源421a,422aで生成する電流I20の関係を示しており、縦軸が電流値、横軸が電源電圧VDDaを示している。
電源電圧VDDaが電圧Vt2以上で、電圧Vm以下では、電流調整回路423bにより、線形に増加する電流I21を生成して、出力振幅を補正する。図9で説明したように、線形に増加するような電流I21を生成して出力振幅を補正すると、電圧Vmで補正前よりVdownだけ減少するような補正値が得られる。
また、Vup=Vdownとするには、電流I20と電流I21の傾きの絶対値が等しくなるようにすればよい。
図23の下段の図のように、電流調整回路423aにより、図22の下段の図の電流I20の関数にオフセット電流(一定の電流It1)を加えたものを電流I20としている。電流調整回路423bが生成する電流I21は、図22と同じである。これにより、図23の上段の図のように、電源電圧ばらつきによる出力振幅ばらつきを抑制できるとともに、出力振幅のプラス方向への微調整が可能となる。
図24は、第4の実施の形態の送信装置において、電源電圧の増加に伴って電流値を減少させる電流調整回路及び電流源の回路構成例を示す図である。
電流減少回路430は、電流I22を流す電流源431,432、nMOS433,434,435,436,437、抵抗R30,R31を有している。接続関係は図4の電流減少回路130と同じである。
電流乗算回路460は、nMOS461,462と、同じくnMOSである電流源422aによりカレントミラー回路を構成している。また、pMOS463と、pMOSである電流源421aによりカレントミラー回路を構成している。電流乗算回路450からの出力電流をミラー比に応じて調整し、電流源421a,422aで出力させる。
図25の中段の図のように、電流調整回路423bにより、図22の中段の図の電流I21の関数にオフセット電流(一定の電流It2)を加えたものを電流I21としている。電流調整回路423aが生成する電流I20は、図22と同じである。これにより、図25の上段の図のように、電源電圧ばらつきによる出力振幅ばらつきを抑制できるとともに、出力振幅のマイナス方向への微調整が可能となる。
図26は、第4の実施の形態の送信装置において、電源電圧の増加に伴って電流値を増加させる電流調整回路及び電流源の回路構成例を示す図である。
電流減少回路430は、図24と同じ構成であり同一符号としている。
電流乗算回路530は、電流減少回路430のnMOS435とカレントミラー回路を構成するnMOS533と、そのnMOS533のドレインと接続したpMOS531と、そのpMOS531とカレントミラー回路を構成するpMOS532と、を有している。電流I22をミラー比に応じて調整する。
電流乗算回路550は、nMOS551,552と、同じくnMOSである電流源422bによりカレントミラー回路を構成している。また、pMOS553と、pMOSである電流源421bによりカレントミラー回路を構成している。電流乗算回路540からの出力電流をミラー比に応じて調整し、電流源421b,422bで出力させる。
図27は、第4の実施の形態の送信装置において、電源電圧の増加に伴って電流値を増加させる電流調整回路及び電流源の他の回路構成例を示す図である。
電流調整回路423cは、電流増加回路260、電流乗算回路270,280の他に、電流加算回路610を有している。
次に、第5の実施の形態の送信装置を説明する。
第5の実施の形態の送信装置700は、第3の実施の形態の送信装置300と、第4の実施の形態の送信装置400とを組み合わせたものである。
また、図24の回路とすることでオフセット電流を加算でき、出力振幅を微調整できる。
また、図26,27の回路とすることでオフセット電流を加算でき、出力振幅を微調整できる。
たとえば、電流減少回路として、電流乗算回路(電流増幅回路)と減算回路を使用して傾きを反転させたものにも置き換えられるし、差動アンプを用いて構成するようにしてもよい。
前記電源電圧の変化に応じた電流を生成し、前記ドライバ回路部から出力される前記出力信号の振幅を、前記電流により補正する出力振幅補正部と、
を有することを特徴とする送信装置。
(付記3) 前記電流により、前記電源電圧が低いほど、前記電源電圧の前記振幅を増加させることを特徴とする付記2記載の送信装置。
(付記5) 前記電流により、前記電源電圧が高いほど、前記電源電圧の前記振幅が減少することを特徴とする付記4に記載の送信装置。
(付記16) 前記電流調整回路は、カレントミラー回路を構成する複数のMOSFETを具備した電流乗算回路を更に有し、ミラー比により電流を調整することを特徴とする付記10乃至15の何れか一項に記載の送信装置。
110 ドライバ回路部
110a,110b ドライバ回路
120 出力振幅補正部
121,122 電流源
123 電流調整回路
124,125 pMOS
126,127 nMOS
200 受信装置
Claims (7)
- 電源電圧が供給され、入力信号に基づいて出力信号を生成するドライバ回路部と、
前記電源電圧が第1電圧以上、第2電圧以下の場合に、前記電源電圧の増加に応じて電流値が減少し、前記電源電圧の減少に応じて電流値が増加する第1電流を生成して、前記入力信号に応じて前記第1電流を前記出力信号に加える第1の出力振幅補正部と、
前記電源電圧が前記第2電圧以上の場合に、前記電源電圧の増加に応じて電流値が増加する第2電流を生成し、前記入力信号の反転信号に応じて前記第2電流を前記出力信号に加える第2の出力振幅補正部と、
を有することを特徴とする送信装置。 - 前記第1の出力振幅補正部は、前記出力信号の振幅を、前記第2電圧に対応する値よりも小さい値から前記第2電圧に対応する値へ増加させ、
前記第2の出力振幅補正部は、前記出力信号の振幅を、前記第2電圧に対応する値よりも大きい値から前記第2電圧に対応する値へ減少させることを特徴とする請求項1に記載の送信装置。 - 前記第1電流は、前記電源電圧が前記第1電圧である時に最大の値となることを特徴とする請求項1に記載の送信装置。
- 前記第1の出力振幅補正部は、前記電源電圧に依存しない一定のオフセット電流を前記第1電流に加えることを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の送信装置。
- 前記第2の出力振幅補正部は、前記電源電圧に依存しない一定のオフセット電流を前記第2電流に加えることを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項に記載の送信装置。
- 前記第1の出力振幅補正部は、
前記第1電流を生成する第1の電流源と、
前記第1電流を前記電源電圧の増加に基づいて減少させる第1の電流調整回路と、
前記入力信号に応じて前記第1の電流源と前記出力信号の信号線とを接続する第1のスイッチ回路と、
を有することを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項に記載の送信装置。 - 前記第2の出力振幅補正部は、
前記第2電流を生成する第2の電流源と、
前記第2電流を前記電源電圧の増加に基づいて増加させる第2の電流調整回路と、
前記入力信号の反転信号に応じて、前記第2の電流源と前記出力信号の信号線とを接続する第2のスイッチ回路と、
を有することを特徴とする請求項1乃至6の何れか一項に記載の送信装置。
Priority Applications (2)
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