JP5296620B2

JP5296620B2 - 信号中継回路

Info

Publication number: JP5296620B2
Application number: JP2009159620A
Authority: JP
Inventors: 昭宏平松; 穣佐伯
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2009-07-06
Filing date: 2009-07-06
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2029-07-06
Also published as: US20110001516A1; JP2011015328A; US8212589B2; CN101944900A

Description

本発明は信号中継回路、信号中継装置及び信号中継方法に関し、特に差動信号を中継する信号中継回路、その信号中継回路を含む信号中継装置及びその信号中継回路を用いた信号中継方法に関する。

携帯端末等の分野では、装置の小型化等を実現するために、なるべく必要な配線の数を減らしたいという要望がある。そこで、パラレルデータをシリアル化することで配線本数を減らすことが行われる。データをシリアル化した場合は、データを転送する速度を早くする必要があり、高速で通信が行える差動信号によるインターフェースが使用されている。差動信号とは、１対の相補的な信号で構成され、基準電位を中心として、一方がＨｉｇｈレベル、他方がＬｏｗレベルに設定される信号である。１つの信号を転送する場合に比べて、信号振幅を２倍にすることができ、高速デジタル通信の伝送信号として利用される。一方、高速な通信は消費電流が多くなる傾向にあり、特に携帯端末の分野では消費電力を抑えることが課題となっている。

そこで、転送データ量が多いモードでは、差動信号伝送を行い、転送データ量が少ないモードでは、同じ伝送線に、消費電力が小さく１本の伝送線で通信を行うシングルエンド信号伝送でデータ伝送をする方法が考えられている。

入力される信号にシングルエンド信号、差動信号の２種類の信号が入力される場合において、それぞれの伝送方式を切り替えて使用する場合の動作概要について、図９を用いて説明する。

図９は、２つの外部端子に接続するＣＭＯＳ信号を受けてシングルエンド信号を出力する期間Ｔ１と、２つの入力信号を受けて差動信号を生成する期間Ｔ３を示している。さらに、受信電圧レベル切り替え信号により、期間Ｔ２においてシングルエンド信号伝送から差動信号伝送に切り替えを行う。この時に、電圧レベルの設定値としてＨｉｇｈもしくはＬｏｗのどちらかが設定され、入力される２つの信号はともにＬｏｗが設定され、差動信号を受信するためのブランキング期間を設ける。ブランキング期間とは、入力される２つの信号の電圧差が無い状態を示す。期間Ｔ２とブランキング期間は同期間を示している。

また、特許文献１には、微小振幅の差動信号を検知する信号検知回路について開示されている。具体的には、データ伝送路の異常により発生する無信号状態と差動信号伝送を行う際に発生する微小振幅を有する信号とを異なる状態にあることを判定することができる。この時、無信号状態と判定された場合には、異常検出処理を実行する。

特開２００８−１１３１９６号公報

入力されるシングルエンド信号と差動信号の２種類の信号が、受信電圧レベル切り替え信号に応じてダイナミックに切り替わる場合、以下の問題が生じる。

受信電圧レベル切り替え信号が差動モード（Ｈｉｇｈ）を示し、差動信号を受信するまでの期間であるブランキング期間においては、入力信号に電圧差が生じない。これは、電圧レベルの高いシングルエンド信号から、電圧レベルの低い差動信号に切り替える際には、電圧差による信号受信回路の故障を回避するため、ブランキング期間には、入力信号にＬｏｗレベルの信号を入力することになるからである。

これより、入力信号に電圧差が発生することを前提として動作する差動信号受信ブロックは、電圧差を検知できないことから、差動信号受信ブロックからはモジュールに依存した不定値が出力され、回路の誤作動につながるという問題がある。

本発明の第１の態様にかかる信号中継回路は、２つの入力信号の電圧差に基づいて差動信号を生成する差動信号生成部と、前記差動信号生成部に入力される２つの入力信号の電圧差の有無を検出する電圧差検出部と、前記電圧差検出部により電圧差が検出されない場合には、所定の値を有する信号を出力し、前記電圧検出部により電圧差が検出される場合には、前記差動信号生成部により生成された差動信号を出力する信号出力部と、を備えるものである。

また、本発明の第２の態様にかかる信号中継装置は、２つの入力信号の電圧差に基づいて差動信号を生成する差動信号生成部と、前記差動信号生成部に入力される２つの入力信号の電圧差の有無を検出する電圧差検出部と、前記電圧差検出部により電圧差が検出されない場合には、所定の値を有する信号を出力し、前記電圧検出部により電圧差が検出される場合には、前記差動信号生成部により生成された差動信号を出力する信号出力部と、を備える信号中継回路と、少なくとも１つの信号に基づいてシングルエンド信号を生成するシングルエンド信号生成部と、前記信号中継回路により生成される差動信号と前記シングルエンド信号生成部により生成されるシングルエンド信号のどちらか一方に切り替えて信号を出力する信号切り替え部と、を備えるものである。

また、本発明の第３の態様にかかる信号中継方法は、２つの入力信号を取得し、前記２つの入力信号の電圧差に基づいて差動信号を生成し、前記２つの入力信号の電圧差の有無を検出し、前記電圧差が検出されない場合には、所定の値を有する信号を出力し、前記電圧差が検出される場合には、前記差動信号を出力することである

電圧差の有無に基づいて出力信号を制御することにより、回路の誤作動により発生する信号を、周辺回路に伝搬しないようにすることを可能としている。

本発明により回路の誤作動を防止することができる信号中継回路、信号中継装置及び信号中継方法を提供することができる。

実施の形態１にかかる信号中継装置の構成図である。実施の形態１にかかるシングルエンド信号と差動信号の振幅を示す図である。実施の形態１にかかる差動信号出力部の構成図である。実施の形態１にかかる差動信号受信回路の構成図である。実施の形態１にかかる電圧差検出回路の構成図である。実施の形態１にかかる信号中継装置にて入出力する信号の波形図である。実施の形態２にかかる差動信号受信回路の構成図である。実施の形態２にかかる電圧差検出回路の構成図である。従来の信号中継装置にて入出力する信号の波形図である。

（実施の形態１）
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１を用いて、本発明の実施の形態１にかかる信号中継装置の構成例について説明する。

信号中継装置は、シングルエンド信号出力部１と、受信信号切り替え部２と、切り替えスイッチ３と、差動信号出力部４とを備えている。シングルエンド信号出力部１は、２つの入力端子から入力されるＤａｔａ＿ＰとＤａｔａ＿Ｎとの少なくとも一方の信号を受信する。入力される信号は、０Ｖを基準に、特定の値以上の電圧値をＨｉｇｈレベル、特定の値以下の電圧値をＬｏｗレベルに定める。シングルエンド信号出力部１は、特定した２値信号を、他の装置に出力する。ここで、図２を用いてシングルエンド信号及び差動信号の振幅について説明する。シングルエンド信号は、０Ｖを基準に１．２Ｖの振幅値を有している。差動信号は、差動信号に用いられる１対の相補信号のうち一方の信号は、２００ｍＶの振幅値を有している。このように、シングルエンド信号の振幅値は、差動信号に用いられる信号よりも大きい振幅値を有する。

受信信号切り替え部２は、シングルエンド信号伝送と差動信号伝送とを切り替えて信号を受信する。例えば、転送データ量、つまりＤａｔａ＿ＰとＤａｔａ＿Ｎの量が少ない場合には消費電力が小さいシングルエンド信号伝送に切り替える制御を行ってもよい。転送データ量が多い場合には、高速伝送が可能な差動信号伝送に切り替える制御を行ってもよい。受信信号切り替え部２は、信号受信方法を決定した場合に、スイッチ３の切り替えを行う。受信信号切り替え部２は、差動信号伝送により信号を受信する場合スイッチ３を閉じることにより、Ｄａｔａ＿Ｐ及びＤａｔａ＿Ｎを差動信号出力部４に出力する。

差動信号出力部４は、取得した２つの信号に基づいて特定した２値信号を出力する。差動信号出力部４の構成例について後に詳述する。

次に、図３を用いて実施の形態１にかかる差動信号出力部４を構成する回路構成例について説明する。差動信号出力部４は、差動信号受信回路４１と、電圧差検出回路４２と、差動信号出力回路４３とを備えている。差動信号受信回路４１の構成について、図４を用いて詳細に説明する。

差動信号受信回路４１は、トランジスタ４１１及び４１２と、定電流源４１３と、バッファ４１４及び４１５と、比較器４１６とを備えている。トランジスタ４１１には、Ｄａｔａ＿Ｐにより、高い電圧と低い電圧が交互に設定される。高い電圧及び低い電圧は、特定の閾値を基準に判断される。閾値よりも高い電圧を、高い電圧とし、閾値よりも低い電圧を、低い電圧とする。トランジスタ４１２にも同様にＤａｔａ＿Ｎにより、高い電圧と低い電圧が交互に設定される。ここで、トランジスタ４１１に入力されるＤａｔａ＿Ｐに高い電圧が設定されている場合は、トランジスタ４１２に入力されるＤａｔａ＿Ｎに低い電圧が設定され、トランジスタ４１１に入力されるＤａｔａ＿Ｐに低い電圧が設定されている場合は、トランジスタ４１２に入力されるＤａｔａ＿Ｎに高い電圧が設定される。Ｄａｔａ＿Ｐに高い電圧が設定されている場合には、定電流源４１３から流れる電流は、トランジスタ４１１と、バッファ４１４と、比較器４１６の内部抵抗とを経由し、バッファ４１５に流れる。これにより、バッファ４１４側の入力端子の電位がバッファ４１５側の入力端子よりも高くなるため、比較器４１６は高い電圧を示すＨｉｇｈレベルの値を設定した信号を出力する。Ｄａｔａ＿Ｎに高い電圧が設定されている場合には、定電流源４１３から流れる電流は、トランジスタ４１２と、バッファ４１５と、比較器４１６の内部抵抗とを経由し、バッファ４１４に流れる。これにより、バッファ４１５側の入力端子の電位がバッファ４１４側の入力端子よりも高くなるため、比較器４１６は低い電圧を示すＬｏｗレベルの値を設定した信号を出力する。トランジスタへの入力信号に設定される電圧が切り替わることにより、比較器４１６は、高い電圧を示すＨｉｇｈレベルの値と低い電圧を示すＬｏｗレベルの値とを設定した信号を交互に差動信号出力回路４３に対して出力し、差動動作が発生する。

ここで、シングルエンド信号伝送から差動信号伝送に切り替わった直後は、Ｄａｔａ＿Ｐ及びＤａｔａ＿Ｎともに低い電圧値を示すＬｏｗレベルの値が設定される。これより、異なる電圧値が設定された信号を受信することを前提として動作している差動信号受信回路４１は、同一レベルの電圧値が設定された信号を受信することにより、モジュールに依存した不定値を出力する。不定値とは、ＨｉｇｈレベルもしくはＬｏｗレベルの電圧値に設定された信号が不定期に切り替わり出力されることを示している。

電圧差検出回路４２は、差動信号受信回路４１に入力された２つの信号の電圧差を検出し、差動信号出力回路４３に出力する。電圧差検出回路４２は、トランジスタ４１１及び４１２に入力された後の信号の電圧差を検出するよう接続される。ここで、電圧差検出回路４２の構成について図５を用いて詳細に説明する。

電圧差検出回路４２は、否定演算を行うＮＯＴ回路４２１及び４２２と、排他的論理和演算を行うＥＸ−ＯＲ（Exclusive OR）回路４２３とを備えている。ここで、信号の流れについて具体的に説明を行う。ＮＯＴ回路４２１及び４２２にそれぞれＬｏｗレベルの値が設定された信号が入力された場合、ＥＸ−ＯＲ演算回路４２３には、それぞれＨｉｇｈレベルの値が設定された信号が入力される。ＮＯＴ回路４２１及び４２２からＨｉｇｈレベルの値が設定された信号を取得したＥＸ−ＯＲ演算回路４２３は、Ｌｏｗレベルの値が設定された信号を出力する。ＮＯＴ回路４２１及び４２２にＨｉｇｈレベルの値が設定された信号が入力された場合、ＥＸ−ＯＲ演算回路４２３はそれぞれＬｏｗレベルの値が設定された信号を取得し、Ｌｏｗレベルの値を設定した信号を出力する。また、ＮＯＴ回路４２１、４２２のどちらか一方にＨｉｇｈレベルの値が設定された信号が入力され、他方にＬｏｗレベルの値が設定された信号が入力された場合、ＥＸ−ＯＲ演算回路４２３は、Ｈｉｇｈレベルの値を設定した信号を出力する。

差動信号出力回路４３は、差動信号受信回路４１及び電圧差検出回路４２からＨｉｇｈレベルもしくはＬｏｗレベルの値が設定された信号を取得する。ここで、シングルエンド信号伝送から差動信号伝送に切り替わった直後の状態について説明を行う。

シングルエンド信号伝送から差動信号伝送に切り替わった直後は、Ｄａｔａ＿ＰとＤａｔａ＿ＮとはともにＬｏｗレベルの値が設定された信号が差動信号受信回路４１及び電圧差検出回路４２に入力される。これより、差動信号受信回路４１は、不定値を出力する。電圧差検出回路４２は、電圧差が無いことを示すＬｏｗレベルの値を設定した信号を差動信号出力回路４３に出力する。差動信号出力回路４３は、論理積演算を行うＡＮＤ回路により構成されており、Ｌｏｗレベルが設定された信号を取得した場合、他方の信号の値にかかわらず、Ｌｏｗレベルの値を設定した信号を出力する。

これより、差動信号受信回路４１から出力される信号に不定値が設定された場合においても、差動信号出力回路４３からは、Ｌｏｗレベルの値に設定された信号が出力されることになる。

次に、Ｄａｔａ＿ＰとＤａｔａ＿Ｎのどちらか一方にＨｉｇｈレベルの値が設定され、他方にＬｏｗレベルの値が設定された信号が差動信号受信回路４１及び電圧差検出回路４２に入力される場合について説明する。Ｄａｔａ＿ＰにＨｉｇｈレベルの値が設定され、Ｄａｔａ＿ＮにＬｏｗレベルの値が設定された場合、差動信号受信回路４１は、Ｈｉｇｈレベルの値を設定した信号を差動信号出力回路４３へ出力する。また、Ｈｉｇｈレベル及びＬｏｗレベルの値が設定された２つの信号を取得した電圧差検出回路４２は、電圧差を有することを示すＨｉｇｈレベルの値を設定した信号を出力する。ともにＨｉｇｈレベルの値が設定された信号を取得した差動信号出力回路４３も、Ｈｉｇｈレベルの値を設定した信号を出力する。

Ｄａｔａ＿ＰにＬｏｗレベルの値が設定され、Ｄａｔａ＿ＮにＨｉｇｈレベルの値が設定された場合、差動信号受信回路４１は、差動信号出力回路４３へＬｏｗレベルの値を設定した信号を出力する。電圧差検出回路４２は、電圧差を有することを示すＨｉｇｈレベルの値を設定した信号を出力する。ここで、差動信号出力回路４３は、ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルの値が設定された信号をそれぞれ取得するため、Ｌｏｗレベルの値を設定した信号を出力する。

これより、差動信号受信回路４１が電圧差を有する２つの入力信号を取得した場合、差動信号出力回路４３は、差動信号受信回路４１から出力される信号に設定される値を出力信号に設定することができる。

次に、図６を用いて本発明の実施の形態１にかかる信号中継回路の波形図について説明する。期間Ｔ１は、シングルエンド信号受信期間を示しており、期間Ｔ２は、ブランク期間を示しており、期間Ｔ３は、差動信号受信期間を示している。

受信電圧レベル切り替え信号は、期間Ｔ１の間はシングルエンド信号伝送を選択しているため、Ｌｏｗレベルの値を設定している。受信電圧レベル切り替え信号は、期間Ｔ２及びＴ３の間は差動信号伝送に切り替えるため、Ｈｉｇｈレベルの値を設定している。

電圧差検出回路出力信号は、期間Ｔ１の間はシングルエンド信号伝送であり、差動信号の電圧差は検出されないため、Ｌｏｗレベルの値を設定している。期間Ｔ２においても、ブランキング期間であり、２つの入力信号にＬｏｗレベルの値が設定されているため、電圧差は検出されない。これより、電圧差検出回路出力信号は、Ｌｏｗレベルの値が設定される。期間Ｔ３においては、２つの入力信号の一方にＨｉｇｈレベルの値が設定され、他方にＬｏｗレベルの値が設定されることから、電圧差が検出されるため、Ｈｉｇｈレベルの値が設定される。

差動信号出力回路出力信号は、期間Ｔ１の間はシングルエンド信号伝送であるため、設定されない。期間Ｔ２のブランキング期間は、入力信号に電圧差が生じないため、所定の値であるＬｏｗレベルの値が設定される。期間Ｔ３の間は、差動信号受信回路４１の出力する値が設定される。

以上説明したように、本発明の実施の形態１にかかる信号中継回路を用いることにより、シングルエンド信号方式から差動信号方式に移行後に、入力信号における電圧差の有無を検出し、規定以上の電圧差が得られない場合には固定値を出力することによって、差動信号受信回路が出力する不定値を周辺回路に伝搬しないようにすることができる。これにより、周辺回路の誤作動を防ぐことができる。

（その他の実施の形態）
図７は本発明の実施の形態２にかかる差動信号出力部４の回路構成例について示している。図７の回路構成例において、電圧差検出回路５０は、差動信号受信回路４１に入力される前の入力信号Ｄａｔａ＿ＰとＤａｔａ＿Ｎとから電圧差の検出を行うよう、差動信号受信回路４１の前段に接続されている。その他の構成については、図４と同様である。

続いて、図８を用いて電圧差検出回路５０の回路構成例について説明する。電圧差検出回路５０は、図７の差動信号受信回路４１と同様に、トランジスタ５０１及び５０２と、定電流源５０３と、バッファ５０４及び５０５と、ＥＸ−ＯＲ演算回路５０６とを備えている。

電圧差検出回路５０内に備えられたトランジスタ５０１、５０２からバッファ５０４及び５０５に信号を入力する。ＥＸ−ＯＲ演算回路５０６は、図５と同様に、Ｄａｔａ＿Ｐ及びＤａｔａ＿Ｎに電圧差がある場合には、Ｈｉｇｈレベルの値を設定した信号を差動信号出力回路４３へ出力し、Ｄａｔａ＿Ｐ及びＤａｔａ＿Ｎに電圧差が無い場合には、Ｌｏｗレベルの値を設定した信号を差動信号出力回路４３へ出力する。

この構成により、電圧差検出回路５０において、差動信号受信回路４１から独立した回路により差動信号の電圧差を検出することが可能となる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１シングルエンド信号出力部
２受信信号切り替え部
３差動信号出力部
４差動信号出力部
４１差動信号受信回路
４２、５０電圧差検出回路
４３差動信号出力回路
４１１、４１２、５０１、５０２トランジスタ
４１３、５０３定電流源
４１４、４１５バッファ
４１６比較器
４２１、４２２、５０４、５０５ＮＯＴ回路
４２３、５０６ＥＸ−ＯＲ演算回路

Claims

２つの入力信号の電圧差に基づいて差動信号を生成する差動信号生成部と、
前記差動信号生成部に入力される２つの入力信号の電圧差の有無を検出する電圧差検出部と、
前記電圧差検出部により電圧差が検出されない場合には、所定の値を有する信号を出力し、前記電圧検出部により電圧差が検出される場合には、前記差動信号生成部により生成された差動信号を出力する信号出力部と、を備え、
前記信号出力部は、
シングルエンド信号方式から差動信号方式に切り替えて前記２つの入力信号を受信する際に発生する前記電圧差検出部により電圧差が検出されないブランク期間において、前記差動信号生成部より取得する不特定の値を有する差動信号を前記所定の値を有する信号に変換して出力する、信号中継回路。
請求項１に記載の信号中継回路と、
少なくとも１つの信号に基づいてシングルエンド信号を生成するシングルエンド信号生成部と、
前記信号中継回路により生成される差動信号と前記シングルエンド信号生成部により生成されるシングルエンド信号のどちらか一方に切り替えて信号を出力する受信信号切り替え部と、を備える信号中継装置。
２つの入力信号を取得し、
前記２つの入力信号の電圧差に基づいて差動信号を生成し、
前記２つの入力信号の電圧差の有無を検出し、
シングルエンド信号方式から差動信号方式に切り替えて前記２つの入力信号を取得する際に発生する前記電圧差が検出されないブランク期間において、前記差動信号として生成される不特定の値を所定の値を有する信号に変換して出力し、前記電圧差が検出される場合には、前記差動信号を出力する信号中継方法。