JP5433357B2 - ケーブル接続検出回路 - Google Patents

Description

本発明は、オーディオ信号やビデオ信号等を出力する第１の機器とその出力された信号が入力される第２の機器とをケーブルで接続する際の、当該ケーブルの接続／非接続を検出する回路に関する。

従来から、第１の機器と第２の機器の間のケーブルの接続／非接続を検出する手法として、例えば、第１の機器に接続されれたケーブルの先端のプラグ端子を、第２の機器のコネクタに挿入すると、そのプラグ端子がそのコネクタのスイッチを押し上げることで、ケーブルの接続を検出する手法や、特許文献１に記載の手法がある。

図４は、特許文献１に記載の手法を示す図である。ドライバ回路（ＩＣ）２２に直流カット用のキャパシタＣ１およびマッチング抵抗Ｒａを接続した第１の機器２０の出力端子２１と、入力端子３１と接地ＧＮＤ間にマッチング抵抗Ｒｂを接続した第２の機器３０の当該入力端子３１との間を、ケーブル４０で接続した装置である。５０はケーブル接続検出回路であり、マッチング抵抗ＲａとキャパシタＣ１との共通接続点と接地ＧＮＤとの間に、抵抗Ｒ１１と電源Ｖ１１を接続するとともに、マッチング抵抗Ｒａの両端の電圧を比較する比較器５１を設けて構成されている。マッチング抵抗Ｒａ，Ｒｂの抵抗値やケーブル４０の特性インピーダンスは、５０Ωや７５Ωに設定されている。

ケーブル４０が接続されているときは、マッチング抵抗Ｒａの一方の端子の電圧Ｖａと他方の端子の電圧Ｖｂは、抵抗Ｒ１１，Ｒａ，Ｒｂの抵抗値をＲ１１，Ｒａ，Ｒｂとし、電源Ｖ１１の電圧をＶ１１とすると、

となる。すなわち、

となる。一方、ケーブル４０が接続されていないときは、電圧Ｖａ，Ｖｂは、

となる。

以上から、比較器５１でマッチング抵抗Ｒａの両端の電圧Ｖａ，Ｖｂを比較することにより、ケーブル４０の接続／非接続を検出することができ、その比較器５１から検出信号を出力することができる。

特開平０６−０３８１５０号公報

ところが、図４に示す回路では、ケーブル接続検出回路５０としては、マッチング抵抗Ｒａから比較器５１への２本の回路配線が必要となって配線数が増大し、また部品点数も多くなり、ケーブル接続検出回路を構成する基板面積が大きくなり、トータルコストの増大を招く。

本発明の目的は、検出用の配線数が１本で済み、基板面積が小さくでき、コスト安なケーブル接続検出回路を提供することである。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、ドライバ回路、該ドライバ回路の出力側に接続された直流カット用のキャパシタ、および該キャパシタと出力端子との間に接続された第１のマッチング抵抗を備えた第１の機器の前記出力端子と、入力端子と接地間に接続された第２のマッチング抵抗を備えた第２の機器の前記入力端子との間に接続されるケーブルの接続／非接続を検出するケーブル接続検出回路であって、前記第１の機器の前記キャパシタと前記第１のマッチング抵抗との第１の共通接続点の電圧を検出する電圧検出回路と、該電圧検出回路で検出される電圧が予め設定した閾値電圧を超えるとき前記ケーブルが非接続であり、前記閾値電圧未満のとき前記ケーブルが接続されていることを示す信号を出力する比較器とを有し、前記電圧検出回路は、電源端子に一端が接続される第１の抵抗の他端と前記第１の共通接続点に一端が接続される第２の抵抗の他端を第２の共通接続点に接続してなり、且つ該第１および第２の抵抗の抵抗値は前記第１および第２のマッチング抵抗の値が無視できる程度に大きく、且つ前記第１の抵抗に対して第２の抵抗の値が大きく、前記比較器の前記閾値電圧は、前記ケーブルの接続時の前記ドライバ回路の最大出力時の前記第２の共通接続点の電圧値よりも高く、且つ前記ケーブルの非接続時の前記第２の共通接続点の直流電圧よりも低い値に設定されていることを特徴とする。

請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のケーブル接続検出回路において、前記比較器で検出された信号を積分する積分回路と、該積分回路の積分電圧が所定値になったとき、ケーブルが非接続を示す別の信号を出力する別の比較器と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、検出用の配線が１本で済み、基板面積が小さくでき、コスト安なケーブル接続検出回路を実現できる。

本発明の１つの実施例のケーブル接続検出回路を備えた装置の回路図である。 ケーブル非接続時の各部の波形図である。 ケーブル接続時の各部の波形図である。 ケーブル接続検出回路の具体的回路図である。 従来のケーブル接続検出回路を備えた装置の回路図である。

図１に、本発明の１つの実施例のケーブル接続検出回路を備えた装置を示す。２０は第１の機器（例えばオーディオ再生装置の音声出力部）であり、ドライバ回路（ＩＣ）２２に直流カット用のキャパシタＣ１、マッチング抵抗Ｒａが接続されている。３０は第２の機器（例えば、映像モニタ装置の音声入力部）であり、入力端子３１と接地ＧＮＤ間にマッチング抵抗Ｒｂが接続されている。４０は第１の機器２０の出力端子２１と第２の機器３０の入力端子３１との間を接続するケーブルである。マッチング抵抗Ｒａ，Ｒｂの抵抗値やケーブル４０の特性インピーダンスは、５０Ωや７５Ωに設定される。

１０は本実施例のケーブル接続検出回路であり、第１の機器２０のキャパシタＣ１とマッチング抵抗Ｒａとの共通接続点Ａに接続された１本の配線１１、その配線１１と電源端子Ｖｃｃとの間に直列接続された抵抗Ｒ１，Ｒ２からなる電圧検出回路１２、その電圧検出回路１２で検出した電圧を閾値電圧Ｖｔｈと比較する第１の比較器１３、その第１の比較器１３で得られた信号を積分する積分回路１４、および積分回路１４の出力信号を基準値と比較して、ケーブルの接続／非接続の検出信号を出力する第２の比較器１５を備える。抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値はマッチング抵抗Ｒａ，Ｒｂが無視できる程度に十分大きな値で、且つＲ１＜Ｒ２の関係で設定されている。

さて、ケーブル４０の非接続時は、キャパシタＣ１とマッチング抵抗Ｒａとの共通接続点Ａの電圧Ｖ_Ａと、抵抗Ｒ１，Ｒ２の共通接続点Ｂの電圧Ｖ_Ｂは、電圧検出回路１２に電源端子Ｖccの電圧Ｖccがバイアスされているので、ドライバ回路２２からの入力電圧Ｖinに応じて、その電圧Ｖccを振幅中心電圧として変化する。すなわち、共通接続点Ｂの振幅中心電圧Ｖ_Ｂ0は、

となる。また、共通接続点Ｂの電圧振幅Ｖ_Ｂは、共通接続点Ａの電圧振幅をＶ_Ａとすると、

となる。

一方、ケーブル４０の接続時は、共通接続点Ａの電圧Ｖ_ＡはＧＮＤを振幅中心電圧として変化する。よって、共通接続点Ｂの振幅中心電圧Ｖ_Ｂ0は、

となり、共通接続Ｂの電圧振幅Ｖ_Ｂは、

となる。

ここで、式（８）で示される電圧振幅Ｖ_ＢがＧＮＤよりも下がらないように、つまり、ケーブル接続検出回路１０がＧＮＤよりも高い電圧で動作するように、そのケーブル接続検出回路１０を構成すれば、そのケーブル接続検出回路１０を単一電源で構成できる。

例えば、いま、電源端子Ｖccの電圧ＶccがＶcc＝＋５Ｖ、電圧検出回路１２の抵抗Ｒ１，Ｒ２の値が、Ｒ１＝１０ｋΩ、Ｒ２＝５０ｋΩ、マッチング抵抗Ｒａ，Ｒｂが、Ｒａ＝Ｒｂ＝７５Ωであり、ドライバ回路２２からの入力電圧Ｖinが、２.５Ｖを振幅中心電圧として５Ｖppの振幅をもつ１ＭＨｚのサイン波であるとする。この場合の入力電圧Ｖinは最大値である。

このとき、ケーブル４０の非接続時は、図２Ａに示すように、共通接続点Ａの電圧Ｖ_Ａは電圧Ｖinに同期して、電圧Ｖcc＝＋５Ｖを中心に、振幅が５Ｖppで変化する。また、共通接続点Ｂの電圧Ｖ_Ｂも電圧Ｖinに同期して、電圧Ｖcc＝＋５Ｖを中心に変化するが、その振幅は、式(６)により、

となる。

一方、ケーブル４０の接続時は、図２Ｂに示すように、共通接続点Ａの電圧Ｖ_Ａは電圧Ｖinに同期して、０Ｖを中心に、振幅が５Ｖppで変化する。また、共通接続点Ｂの電圧Ｖ_Ｂも電圧Ｖinに同期して、式(７)で得られる電圧Ｖ_B0

を振幅中心電圧として、式(8)で得られる

の振幅で変化し、そのピーク値は、４．１７+０．８３／２＝４．５８Ｖとなる。

以上で説明した入力電圧Vｉｎの振幅は電源電圧Ｖccまで振れており、最大振幅である。従って、第１比較器１３に設定する閾値電圧Ｖｔｈは、ケーブル４０の非接続時の電圧Ｖ_Ｂの振幅中心電圧よりも低く、且つケーブル接続時の電圧Ｖ_Ｂのピーク値よりも高い値に設定すれば、第１比較器１３から、ケーブル非接続には検出信号（信号Ｖinが交流の場合は間欠信号）が得られ、ケーブル接続時には検出信号が得られなくなるので、ケーブル４０の接続／非接続を検出することができる。上記の例では、閾値電圧Ｖｔｈは、例えば、４．５８Ｖ＜Ｖｔｈ＜５．０Ｖにすればよい。

図３にケーブル接続検出回路１０の１つの具体回路を示す。第１比較器１３は、ＰＮＰトランジスタＱ１、ＮＰＮトランジスタＱ２、差動回路を構成するＰＮＰトランジスタＱ３，Ｑ４、抵抗Ｒ３、電圧源Ｖ１，Ｖ２、および電流源Ｉ１からなる。トランジスタＱ１は、電圧源Ｖ１の電圧Ｖ１にトランジスタＱ１のベース・エミッタ間電圧Ｖbe1を加算した電圧（＝Ｖ１＋Vbe1）よりも電圧検出回路１２の電圧Ｖ_Ｂが高くなったとき、オンする。つまり、ここでは、前記した閾値電圧Ｖｔｈは「Ｖｔｈ＝Ｖ１＋Ｖbe1」で与えられる。トランジスタＱ２は、トランジスタＱ１がオンするとオンして、トランジスタＱ３のベース電圧を低下させ、差動回路を反転させる。このトランジスタＱ２は飽和領域で動作させるので、製造ばらつきの影響を受けやすいところから、このトランジスタＱ２がオンしたとき、トランジスタＱ３，Ｑ４の差動回路を反転させて、電流源Ｉ１の安定した定電流Ｉ１をトランジスタＱ３から取り出している。

積分回路１４は、カレントミラー接続のＮＰＮトランジスタＱ５，Ｑ６、カレントミラー接続のＰＮＰトランジスタＱ７，Ｑ８、抵抗Ｒ４、キャパシタＣ２からなる。第１比較器１３のトランジスタＱ３がオンしたとき流れる定電流Ｉ１は、トランジスタＱ５のコレクタ電流からトランジスタＱ６のコレクタ電流にミラーされ、さらにトランジスタＱ７のコレクタ電流からＱ８のコレクタ電流にミラーされて、抵抗Ｒ４とキャパシタＣ２に流れ、キャパシタＣ２に充電される。ケーブル非接続時に検出される電圧は、信号Ｖinが交流の場合は前記したように間欠的であり、トランジスタＱ８に流れる電流は矩形のパルス電流となり、このパルス電流がキャパシタＣ２に充電され、接続点Ｓに積分電圧Ｖ_Ｓが生成される。

第２比較器１５は、差動回路を構成するＮＰＮトランジスタＱ９，Ｑ１０、能動負荷を構成するカレントミラー接続のＰＮＰトランジスタＱ１１，Ｑ１２、電圧源Ｖ５、電流源Ｉ２からなる。接続点Ｓの積分電圧Ｖ_Ｓが電圧源Ｖ５の電圧Ｖ５よりも高くなると、トランジスタＱ９がオンして電流源Ｉ２の定電流Ｉ２をトランジスタＱ１１のコレクタ電流からトランジスタＱ１２のコレクタ電流にミラーさせ、出力端子１６に出力する。

以上により、ケーブル接続時は、トランジスタＱ１がオンしないので、第１比較器１３、積分回路１４、第２比較器１５は動作せず、出力端子１６はハイインピーダンスとなる。一方、ケーブル非接続時には、トランジスタＱ１が少なくとも間欠的にオンし、第１比較器１３、積分回路１４、第２比較器１５が動作し、出力端子１６に定電流Ｉ２が流れ出し、ケーブルが接続されていない状態を示すことができる。なお、キャパシタＣ２の電荷は、トランジスタＱ８がオフしている期間はトランジスタＱ９のベース電流として消費されるので、トランジスタＱ８を流れる電流のデューティが最低の場合であっても、積分電圧ＶｓがトランジスタＱ９をオンさせ続けるように、トランジスタＱ８を流れる電流の値、抵抗Ｒ４とキャパシタＣ２の値を設定する。

なお、図３に示したケーブル接続検出回路１０において、ケーブルの接続／非接続を示す信号は、少なくとも電圧検出回路１２の共通接続点Ｂの電圧Ｖ_Ｂのレベルよって示される（非接続時は少なくとも間欠的に検出電圧が得られる。）ので、それ以降の比較器等の回路構成は、その検出した電圧Ｖ_Ｂに基づき、ケーブルの接続／非接続を示す信号を生成するものであればよい。また、図３のケーブル接続検出回路１０では、すべてバイポーラトランジスタを用いたが、ＦＥＴトランジスタを用いることも、当然ながら可能である。

１０：本発明のケーブル接続検出回路
２０：第１の機器
３０：第２の機器
４０：ケーブル
５０：従来のケーブル接続検出回路

Claims (2)

1. ドライバ回路、該ドライバ回路の出力側に接続された直流カット用のキャパシタ、および該キャパシタと出力端子との間に接続された第１のマッチング抵抗を備えた第１の機器の前記出力端子と、入力端子と接地間に接続された第２のマッチング抵抗を備えた第２の機器の前記入力端子との間に接続されるケーブルの接続／非接続を検出するケーブル接続検出回路であって、
   前記第１の機器の前記キャパシタと前記第１のマッチング抵抗との第１の共通接続点の電圧を検出する電圧検出回路と、該電圧検出回路で検出される電圧が予め設定した閾値電圧を超えるとき前記ケーブルが非接続であり、前記閾値電圧未満のとき前記ケーブルが接続されていることを示す信号を出力する比較器とを有し、
   前記電圧検出回路は、電源端子に一端が接続される第１の抵抗の他端と前記第１の共通接続点に一端が接続される第２の抵抗の他端を第２の共通接続点に接続してなり、且つ該第１および第２の抵抗の抵抗値は前記第１および第２のマッチング抵抗の値が無視できる程度に大きく、且つ前記第１の抵抗に対して第２の抵抗の値が大きく、
   前記比較器の前記閾値電圧は、前記ケーブルの接続時の前記ドライバ回路の最大出力時の前記第２の共通接続点の電圧値よりも高く、且つ前記ケーブルの非接続時の前記第２の共通接続点の直流電圧よりも低い値に設定されていることを特徴とするケーブル接続検出回路。
2. 請求項１に記載のケーブル接続検出回路において、
   前記比較器で検出された信号を積分する積分回路と、該積分回路の積分電圧が所定値になったとき、ケーブルが非接続を示す別の信号を出力する別の比較器と、を有することを特徴とするケーブル接続検出回路。
   

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