JP5411001B2 - 送信ドライバ回路 - Google Patents
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Description
このような通信ネットワークでは、バスラインがレセッシブレベルとドミナントレベルとの間に変化する際に、信号波形にリンギング(オーバーシュート,アンダーシュート)が生じることが問題となる。例えば、ドミナントレベルからレセッシブレベルに変化する場合には、バスラインが有するインダクタンス分によって蓄積されている電流エネルギーによりアンダーシュートが発生する。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、フリーホイールダイオードを用いることなく、より低い電圧のアンダーシュートでも低減できる送信ドライバ回路を提供することにある。
[Vα+Vβ−(VH1+VL1)]で設定することができる。
以下、第1実施例について図1ないし図6を参照して説明する。図6は、差動通信ネットワークの構成を示す。差動通信ネットワーク1は、車両に搭載される複数のノード2間の制御通信のために、それらのノード2がツイストペア線で構成される伝送線路3を介して並列にバス接続されたネットワークである。各ノード2は、それぞれ車両の状態を検出するためのセンサ類やセンサからの情報に基づいてアクチュエータをコントロールする制御用のコントローラ(ECU:Electronic Control Unit)である。各ノード2にはそれぞれ通信回路が設けられており、伝送線路3での通信プロトコルに従って送信データや受信データを通信信号に変換し、他のノード2との通信を行う。伝送線路2の途中には、適宜、伝送線路3を分岐するためのハブ4が設けられている。
入力端子19は、バッファ20を介してNチャネルMOSFET17及び18のゲートに接続されている。そして、入力端子19には、図示しない信号出力回路によって、グランド基準の送信信号が与えられる。
VG1=(Vcc/2)+R1・Iref …(1)
となり、PチャネルMOSFET22のゲート22Gの電位VG2は、
VG2=(Vcc/2)−R1・Iref …(2)
となる。したがって、NチャネルMOSFET21,PチャネルMOSFET22の閾値電圧をVgsonとすると、(Vgson<R1・Iref)に設定することで、NチャネルMOSFET21,PチャネルMOSFET22は何れもオンする。この時、ゲート21G,22Gの電位差は、
VG1−VG2=2・R1・Iref …(3)
である。
VH=VG1−Vgson …(4)
となり、信号線3Lの電位VLは、
VL=VG2+Vgson …(5)
となる。したがって、信号線3H,3Lの電位は、NチャネルMOSFET21のゲート21G,PチャネルMOSFET22のゲート22Gを基準としてクランプされる。またこの時、信号線3H,3Lの電位差は、
VH−VL=(VG1−VG2)−2Vgson
=2(R1・Iref−Vgson) …(6)
となるので、電位差(VH−VL)が通信規格を満たすように(例えばCANであればビット“0”:ドミナントレベルに対応するように)抵抗値R1,電流値Irefを調整すれば良い。
すなわち、NチャネルMOSFET21,PチャネルMOSFET22がオンからオフに切り替わる際は直ちにオフには切り替わらず、信号線3H,3Lとの間で過渡的に電流を流す期間を確保しながら徐々にオフ側に移行するので、信号線3H,3Lが有するインピーダンスに蓄えられた電流エネルギーを消費しながらオフに移行する。この作用によりアンダーシュートが低減され、曳いてはオーバーシュートの低減にも繋がる。
すると、PチャネルMOSFET12bのドレイン電流が抵抗素子27に分流するので、ゲート21Gの電位VG1が低下して、NチャネルMOSFET28をオフさせるように作用する。これにより、信号線3H,3Lの中点電位がVcc/2に等しくなるように調整される。
入力端子19は、NOTゲート55を介してPチャネルMOSFET53及びNチャネルMOSFET54のゲートに接続されていると共に、抵抗素子を介してPチャネルMOSFET51のゲートに接続されている。そして、信号線3H,3Lの間には、逆方向のダイオード56が接続されている。
また、図5は、同じく送信ドライバ回路11,50に擬似負荷回路57を接続した場合に観測されるコモンモードノイズ波形,すなわち信号線3H,3L間の中点電位の変動を示している。これについても、図5(a)に示す送信ドライバ回路11の方が、図5(b)に示す送信ドライバ回路50に比較してコモンモードノイズが低減されていることが明らかである。
また、対称性調整部43は、信号出力部がハイレベル信号を出力した場合に、信号線3H,3Lの中点電位が中点電位Vcc/2よりも高ければゲート21Gの電位を低下させ、前者の中点電位が後者の中点電位Vcc/2よりも低い場合は、ゲート22Gの電位を上昇させることで、双方の中点電位が等しくなるように調整するので、双方の中点電位の差に応じて発生するコモンモードノイズを低減できる。
図7は第2実施例であり、第1実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第2実施例の送信ドライバ回路61は、第1データ電圧設定部62,第2データ電圧設定部63の構成が第1実施例と相違している。定電流源13の下流側は、NチャネルMOSFET14aのドレインに替えてグランドに接続されている。そして、もう1つの定電流源64(同じく定電流Irefを流す)がNチャネルMOSFET14aのドレインに接続されており、その上流側は電源Vccに接続されている。
また、PチャネルMOSFET12aには、PチャネルMOSFET65が並列に接続されており、NチャネルMOSFET14aには、NチャネルMOSFET66が並列に接続されている。PチャネルMOSFET65のゲートは入力端子19に接続されており、NチャネルMOSFET66のゲートはNOTゲート67を介して入力端子19に接続されている。
図8は本発明の第3実施例であり、第2実施例と異なる部分について説明する。第3実施例の送信ドライバ回路71は、第1データ電圧設定部72,第2データ電圧設定部73の構成が第2実施例と若干相違している。第1データ電圧設定部72は、第2実施例における定電流源13,64を、定電流回路(定電流源)74,75に置き換えたものに類似するが、PチャネルMOSFET12a,65及び定電流回路74の接続関係、並びにNチャネルMOSFET14a,66及び定電流回路75の接続関係は、第2実施例と若干相違している。
CAN以外の通信プロトコルに適用しても良い。
信号出力部が出力する第1データ,第2データのレベルと、通信データの0,1との関係は、適用する通信プロトコルに応じて対応させれば良い。
第2データの出力対応する「所定電圧未満」の電位差はゼロでなくても良く、例えば予め定めた上限以内の電位差であっても良い。またこの場合、一対の信号線間の電位差についても同様である。
高電位基準点,低電位基準点の各電位は、両者の高低関係を維持する範囲で適宜変更して良い。
MOSFETをバイポーラトランジスタに置き換えて構成しても良い。その場合、必要に応じて適宜バイアス抵抗を追加すれば良い。
Claims (12)
- 高電位側信号線及び低電位側信号線により差動信号を伝送する伝送線路に接続され、前記伝送線路を介して信号を送信するための送信ドライバ回路において、
高電位基準点と前記高電位側信号線との間に接続される高電位側駆動素子と、
前記低電位側信号線と低電位基準点との間に接続される低電位側駆動素子と、
信号出力部によって出力される2値データの変化に応じて、前記高電位側駆動素子及び前記低電位側駆動素子それぞれの制御端子に与える電圧信号を変化させることで、前記一対の信号線間の電圧を変化させる駆動制御部とを備え、
前記高電位側駆動素子は、導通状態になると、前記高電位側信号線の電位を、自身の制御端子の電位から所定電圧だけ減じた電位に設定する素子で構成され、
前記低電位側駆動素子は、導通状態になると、前記低電位側信号線の電位を、自身の制御端子の電位から所定電圧だけ加えた電位に設定する素子で構成され、
前記駆動制御部は、
前記信号出力部が前記2値データの一方(第1データ)を出力すると、前記高電位側駆動素子及び前記低電位側駆動素子それぞれの制御端子に、両者の電位差を所定電圧以上とする電圧信号を設定する第1データ電圧設定部と、
前記信号出力部が前記2値データの他方(第2データ)を出力すると、前記高電位側駆動素子の制御端子及び前記低電位側駆動素子それぞれの制御端子に、両者の電位差を所定電圧未満とする電圧信号を設定する第2データ電圧設定部とを有して構成されることを特徴とする送信ドライバ回路。 - 前記高電位側駆動素子を、制御端子がゲートに対応し、ドレインが前記高電位基準点に接続され、ソースが前記高電位側信号線に接続されるNチャネルMOSFETで構成し、
前記低電位側駆動素子を、制御端子がゲートに対応し、ドレインが前記低電位基準点に接続され、ソースが前記低電位側信号線に接続されるPチャネルMOSFETで構成したことを特徴とする請求項1記載の送信ドライバ回路。 - 前記高電位側駆動素子及び前記低電位側駆動素子が何れも遮断状態となった場合に、前記一対の信号線の電位を、前記高電位基準点と前記低電位基準点との中点電位に設定する中点電位設定部を備え、
前記第2データ電圧設定部は、前記信号出力部が前記第2データを出力すると、前記高電位側駆動素子の制御端子及び前記低電位側駆動素子の制御端子を、何れも前記中点電位に設定することを特徴とする請求項1又は2記載の送信ドライバ回路。 - 前記第1データ電圧設定部は、前記高電位基準点と前記低電位基準点との中点電位を基準として、所定の電圧を加えた電圧信号を前記高電位側駆動素子の制御端子に出力し、所定の電圧を減じた電圧信号を前記低電位側駆動素子の制御端子に出力することを特徴とする請求項1ないし3の何れかに記載の送信ドライバ回路。
- 前記第1データ電圧設定部は、
前記高電位基準点側,前記低電位基準点側にそれぞれ配置されるカレントミラー回路と、
これら2つのカレントミラー回路に流す電流値を設定する定電流源と、
前記2つのカレントミラー回路においてミラー電流が流れる経路で、且つ前記高電位側駆動素子の制御端子と前記高電位側駆動素子の制御端子との間に挿入される、2つの抵抗素子からなる直列回路と、
前記信号出力部が前記第1データを出力すると、前記2つの抵抗素子の共通接続点に、前記中点電位を付与する電位付与部とで構成されることを特徴とする請求項4記載の送信ドライバ回路。 - 前記第2データ電圧設定部は、前記第1データ電圧設定部を構成するカレントミラー回路によって流れるミラー電流を遮断するように制御して、前記高電位側駆動素子の制御端子及び前記低電位側駆動素子それぞれの制御端子に電圧信号を設定するように構成されていることを特徴とする請求項5記載の送信ドライバ回路。
- 前記第1データ電圧設定部を構成する定電流源は、設定電流値を制御可能に構成され、
前記第2データ電圧設定部は、前記定電流源の電流値を変化させることで、前記高電位側駆動素子の制御端子及び前記低電位側駆動素子それぞれの制御端子に電圧信号を設定するように構成されていることを特徴とする請求項5記載の送信ドライバ回路。 - 前記第2データ電圧設定部は、ドレインが前記高電位側駆動素子の制御端子に接続される第1NチャネルMOSFETと、ソースが前記低電位側駆動素子の制御端子に接続される第2NチャネルMOSFETと、前記一対の信号線の中点電位を検出する中点電位検出部とを備え、
前記第1NチャネルMOSFETのソースは前記第2NチャネルMOSFETのドレインに接続されて、前記中点電位検出部により検出された中点電位が付与されており、
前記第1NチャネルMOSFET及び前記第2NチャネルMOSFETのゲートには、前記信号出力部が前記第2データを出力した場合に、前記2つのFETが何れもオンする電圧信号が与えられることを特徴とする請求項1ないし5の何れかに記載の送信ドライバ回路。 - 前記2値データの変化に応じて、前記第1データ電圧設定部と前記第2データ電圧設定部との動作が切り替わる際に、所定の遅延時間を付与する遅延時間付与部を備えることを特徴とする請求項1ないし8の何れかに記載の送信ドライバ回路。
- 前記遅延時間付与部は、前記高電位側駆動素子及び前記低電位側駆動素子それぞれの制御端子間に接続されるコンデンサで構成されることを特徴とする請求項9記載の送信ドライバ回路。
- 前記一対の信号線の中点電位を検出する中点電位検出部と、
前記信号出力部が前記第1データを出力した場合に、前記信号線の中点電位が前記高電位基準点と前記低電位基準点との中点電位よりも高ければ前記高電位側駆動素子の制御端子の電位を低下させ、前者の中点電位が後者の中点電位よりも低い場合は、低圧側駆動素子の制御端子の電位を上昇させることで、双方の中点電位が等しくなるように調整する対称性調整部とを備えたことを特徴とする請求項1ないし10の何れかに記載の送信ドライバ回路。 - 前記対称性調整部は、
前記高電位側駆動素子の制御端子に接続される第1抵抗素子と、
この第1抵抗素子にドレインが接続されるNチャネルMOSFETと、
前記低電位側駆動素子の制御端子に接続される第2抵抗素子と、
この第2抵抗素子にドレインが接続されるPチャネルMOSFETとを備え、
前記NチャネルMOSFET及び前記PチャネルMOSFETのゲートは共通に接続されると共に、前記ゲートには前記中点電位検出部により検出される中点電位が与えられ、
前記NチャネルMOSFET及び前記PチャネルMOSFETのソースは共通に接続されると共に、前記ソースには、前記信号出力部が前記第1データを出力すると前記高電位基準点と前記低電位基準点との中点電位が与えられることを特徴とする請求項11記載の送信ドライバ回路。
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