JP5505948B2 - 信号入出力状態検出回路 - Google Patents

Description

本発明は、双方向信号を入出力する２つのデバイスの信号入出力状態検出回路に関する。

双方向信号を利用した通信制御においてタイミングの相違によるバス衝突等が発生した際、これをオシロスコープ等でモニタするのは難しい。そのために、信号線を切断して両端をモニタする等の手段による解析を実施しており、大変な手間と時間を浪費していた。

通常、双方向信号のモニタをする際、電圧レベルをモニタすることは容易であるが、信号の方向をモニタすることができない。

なお、特許文献１は、信号線の端子に、所定のインピーダンスを介してバイアス電圧を印加した状態での該端子の電圧に基づき、該端子の入出力状態（ハイ、ロー、ハイインピーダンス）を判別することを開示している。しかし、特許文献１には、端子の入出力状態に基づき、測定箇所の信号方向を判別することは記載されていない。
特開２０００−４１５０号公報

本発明の目的は、双方向信号を使用するデバイス間において、信号の方向を検出するとともに、両デバイスの信号同時出力による衝突、および両デバイスとも出力のない状態（フローティング）を検出する信号入出力状態検出回路を提供することにある。

本発明の信号入出力状態検出回路は、第１のデバイスのポートと第２のデバイスのポートをつなぐ信号線の途中に設けられ、アナログスイッチと第１および第２のレベル検出回路と制御回路を有している。

アナログスイッチは、第１のデバイスの信号入出力端子と接続された第１の接続点と、第２のデバイスの信号入出力端子と接続された第２の接続点と、第３の接続点と、第４の接続点とを有し、切換信号が第１の論理レベルのとき、第１の接続点と第２の接続点が接続され、切換信号が第２の倫理レベルのとき、第１の接続端子と第４の接続端子が接続され、第２の接続端子と第３の接続端子が接続される。第３の接続点と前記第４の接続点には所定のインピーダンスを介してバイアス電圧が印加される。

第１のレベル検出回路は、第１の閾値と、これよりも大きい第２の閾値を有し、第３の接続点の電位を第１の入力信号として入力し、該入力信号が第１の閾値よりも小さいとき、および第２の閾値よりも大きいときと、第２の入力信号が第１の閾値と第２の閾値の間にあるときとで相異なる論理レベルの第１の出力信号を出力する。

第２のレベル検出回路は、第３の閾値と、これよりも大きい第４の閾値を有し、第４の接続点の電位を第２の入力信号として入力し、該入力信号が第３の閾値よりも小さいとき、および第４の閾値よりも大きいときと、第２の入力信号が第３の閾値と第４の閾値の間にあるときとで相異なる論理レベルの第２の出力信号を出力する。

制御回路はタイマとタイミング回路とイベント検出回路とデコード回路を含む。タイミング回路は、タイマがオンすると、切換信号を第１の論理レベルから前記第２の論理レベルにし、タイマがオフすると、切換信号を第２の論理レベルから第１の論理レベルにする。イベント検出回路は、切換信号が第２の論理レベルの間、第１および第２の出力信号の立ち上がりまたは立ち下がりの有無を検出する。デコード回路は、第１および第２の出力信号の立ち上がりまたは立ち下がりの有無と、切換信号が第２の論理レベルの間の、第１および第２の入力信号と第１および第２の出力信号の論理レベルの組み合わせにより、第１のデバイスのポートと第２のデバイスのポートの一方がドライブされている場合の両デバイス間を流れる信号の向き、第１のデバイスのポートと第２のデバイスのポートの両方がドライブされていないフロート状態、第１のデバイスのポートと第２のデバイスのポートの両方がドライブされて信号衝突が起きている状態、第１のデバイスと第２のデバイスが正常動作していない状態、のいずれかのデコード結果を出力する。

本発明は以下の効果を奏する。
（１）双方向信号の方向が検出可能となり、例えば、ロジックアナライザ等の機能に加えて信号の方向をモニタすることも可能とする。
（２）双方信号を中継する機器等において、本回路を実装することにより、検出結果を中継した際、それぞれの方向制御信号に置き換え、信号の送受信のタイミングを知ることなく、方向の制御が可能となる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
図1を参照すると、本発明の第１の実施形態による信号入出力状態検出回路２が示されている。本実施形態の信号入出力状態検出回路２は、デバイス１ＡのポートＰＡとデバイス１ＢのポートＰＢをつなぐ信号線の途中に設けられ、アナログスイッチ１１とレベル検出回路１２−１、１２−２と制御回路１３で構成されている。ここで、デバイス１ＡのポートＰＡ、デバイス１ＢのポートＰＢはいずれも双方向のＩ/Ｏポー
トであり、それぞれが送信、受信のタイミングにおいて入出力の制御をして通信しているものとする。

アナログスイッチ１１はＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点の４つの接続点を有するスイッチである。Ａ点はデバイス１ＡのポートＰＡに接続されている。Ｂ点はデバイス１ＢのポートＰＢに接続されている。Ｃ点は抵抗Ｒ１とＲ２の接続点でバイアス電圧を印加されてレベル検出回路１２−１に接続されている。Ｄ点はＲ３とＲ４の接続点でバイアス電圧を印加されてレベル検出回路１２−２に接続されている。ここで、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４の抵抗値は等しい。４点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄの接続状態は、制御回路１３からの切換信号ＳＷにより制御される。すなわち、切換信号ＳＷが"Ｌ"の場合は、Ａ点とＢ点が接続され（通常動作中）、“Ｈ"の場合はＡ点とＤ点、Ｂ点とＣ点がそれぞれ接続される（信号方向検出中）。

レベル検出回路１２−１はアナログスイッチ１１のＣ点の信号レベルを検出する回路で、ここではウィンドウコンパレータで構成されている。ウィンドウコンパレータ１２−１は、抵抗Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７の直列回路で発生させられる閾値ＶｒｅｆＨとＶｒｅｆＬを有している。図２に示すように、閾値ＶｒｅｆＨはレベル“Ｈ"（＝ＶＤＤ）と中間レベル“Ｍ”（＝ＶＤＤ／２）の間にあり、閾値ＶｒｅｆＬは中間レベル“Ｍ”（＝ＶＤＤ／２）とレベル"Ｌ"（ＧＮＤ）の間にある。これら閾値ＮｒｅｆＨ、ＮｒｅｆＬのレベルは通信において支障のないレベルに設定されている。ウィンドウコンパレータ１２−１は、接続点Ｃの入力信号Ｖｉｎ１＜ＶｒｅｆＬおよび入力信号Ｖｉｎ１＞ＶｒｅｆＨのとき、レベル"Ｌ"の出力信号Ｖｏｕｔ１を、ＶｒｅｆＬ≦Ｖｉｎ１≦ＶｒｅｆＨのときレベル"Ｈ"の出力信号Ｖｏｕｔ１を入力信号Ｖｉｎ１とともに制御回路１３に出力する。

レベル検出回路１２−２は、アナログスイッチ１１のＤ点の信号レベルを検出する回路で、レベル検出回路１２−１と同様にウィンドウコンパレータで構成されている。ウィンドウコンパレータ１２−２の閾値ＶｒｅｆＨ、ＶｒｅｆＬはウィンドウコンパレータ１２−１の閾値ＶｒｅｆＨ、ＶｒｅｆＬと同じ値を有している。ウィンドウコンパレータ１２−２は、接続点Ｄにおける入力信号Ｖｉｎ２＜ＶｒｅｆＬおよび入力信号Ｖｉｎ２＞ＶｒｅｆＨのとき、レベル"Ｌ"の出力信号Ｖｏｕｔ２を、ＶｒｅｆＬ≦Ｖｉｎ２≦ＶｒｅｆＨのときレベル"Ｈ"の出力信号Ｖｏｕｔ２を入力信号Ｖｉｎ２とともに制御回路１３に出力する。

制御回路１３はタイミングコントロール・イベント検出回路１３Ａとタイマ１３Ｂとデコード１３Ｃで構成されている。タイミングコントロール・イベント検出回路１３Ａは、タイマ１３Ｂが開始されると、切換信号ＳＷをレベル"Ｌ"から"Ｈ"に切換え、タイマ１３Ｂが終了すると、切換信号ＳＷをレベル"Ｈ"から"Ｌ"に切換える。また、タイミングコントロール・イベント検出回路１３Ａは、イベント、すなわちレベル検出回路１２−１、１２−２の出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２の変化（この場合、立ち下がり）を検出する。デコード回路１３Ｃは、Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２の立ち下がりの有無、入力信号Ｖｉｎ１、Ｖｉｎ２、出力信号Ｖｏｕｔ１、Ｖｏｕｔ２のレベルの組み合わせから、図３の表にしたがい、
・デバイス１Ａ、１ＢのポートＰＡ、ＰＢが共にドライブされている場合の双方向 信号の方向、
・デバイス１Ａ、１ＢのポートＰＡ、ＰＢが共にドライブされていない状態（フロ ート状態）、
・デバイス１Ａ、１ＢのポートＰＡ、ＰＢが共にドライブされているが、信号衝突 が起きている、
・デバイス１Ａ、１Ｂが正常動作していない、
のいずれかのデコード結果を出力する。図３中、「×」は信号レベルが不定である（"L"、"Ｈ“のいずれでもよい）ことを示している。

次に、本実施形態の信号入出力状態検出回路の動作を、図４を参照して説明する。図４において、ＴＡはデバイス１Ａのドライブ期間、ＴＢはデバイス１Ｂのドライブ期間、ＴＦはフロート期間である。

アナログスイッチ１１に入力される切換信号ＳＷのレベルは通常"L"となっており、Ａ点とＢ点が接続されて、デバイス１Ａと１Ｂ間で通信が行われる。

タイマ１３Ｂが起動され、切換信号ＳＷのレベルが"L"から"Ｈ“に切換ると、アナログスイッチ１１のＡ点、Ｂ点、Ｃ点、Ｄ点の接続が変更され（時点ｔ１、ｔ３、ｔ５、ｔ７、ｔ９）、すなわちＡ点とＤ点、Ｂ点とＣ点がそれぞれ接続され、信号方向検出動作が開始される。所定の時間が経過して、タイマ１３Ｂが停止すると、直ちに切換信号ＳＷが"L"に戻される（時点ｔ２、ｔ４、ｔ６、ｔ８、ｔ１０）。図４中、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５が信号方向検出動作区間である。

検出動作区間Ｔ１では、ウィンドウコンパレータ１２−１の出力信号Ｖｏｕｔ１の立下りエッジの検出はなく、ウィンドウコンパレータ１２−２の出力信号Ｖｏｕｔ２の立下りエッジの検出があり、ウィンドウコンパレータ１２−１の出力信号Ｖｏｕｔ１は“Ｈ”レベル、ウィンドウコンパレータ１２−２の入力信号Ｖｉｎ２は“Ｈ”レベル、出力信号Ｖｏｕｔ２は“Ｌ”レベルなので、図３のデコード表から、デバイス１Ａから１Ｂへの“Ｈ”ドライブである、とのデコード結果がデコード回路１３Ｃから出力される。

検出動作区間Ｔ２では、ウィンドウコンパレータ１２−１の出力信号Ｖｏｕｔ１の立下りエッジの検出はなく、ウィンドウコンパレータ１２−２の出力信号Ｖｏｕｔ２の立下りエッジの検出があり、ウィンドウコンパレータ１２−１の出力信号Ｖｏｕｔ１は“Ｈ”レベル、ウィンドウコンパレータ１２−２の入力信号Ｖｉｎ２は“Ｌ”レベル、出力信号Ｖｏｕｔ２は“Ｌ”レベルなので、図３のデコード表から、デバイス１Ａから１Ｂへの“Ｌ”ドライブである、とのデコード結果がデコード回路１３Ｃから出力される。

検出動作区間Ｔ３では、ウィンドウコンパレータ１２−１の出力信号Ｖｏｕｔ１の立下りエッジと、ウィンドウコンパレータ１２−２の出力信号Ｖｏｕｔ２の立下りエッジの検出は共になく、ウィンドウコンパレータ１２−１の出力信号Ｖｏｕｔ１は“Ｈ”レベル、ウィンドウコンパレータ１２−２の出力信号Ｖｏｕｔ２は“Ｈ”レベルなので、図３のデコード表から、デバイス１Ａ、１Ｂ共ドライブされていないフロート状態、とのデコード結果がデコード回路１３Ｃから出力される。

同様にして、検出動作区間Ｔ４では、デバイス１Ｂから１Ａへの“Ｈ”ドライブである、とのデコード結果がデコード回路１３Ｃから出力され、検出動作区間Ｔ５では、デバイス１Ｂから１Ａへの“Ｌ”ドライブである、とのデコード結果がデコード回路１３Ｃから出力される。

［第２の実施形態］
図１の第１の実施形態では、デバイス間の測定対象とする信号が１対１の接続形態であったが、バス接続の場合においても、アナログスイッチのポート数を増加させることで、信号方向検出が可能である。

図５は、デバイス間の方向検出対象とする信号が８ビットのバス接続の場合の、本発明の第２の実施形態による信号入出力状態検出回路のブロック図である。本信号入出力状態検出回路は、アナログスイッチ２１とレベル検出回路２２−１、２２−２と制御回路２３で構成されている。アナログスイッチ２１は接続点Ａ０〜Ａ７、Ｂ０〜Ｂ７、Ｃ０〜Ｃ７、Ｄ０〜Ｄ７を有している。接続点Ａ０〜Ａ７はデータバス２０の信号線ＤＡ［０］〜ＤＡ［７］にそれぞれ接続されている。接続点Ｂ０〜Ｂ７はデータバス２０の信号線ＤＢ［０］〜ＤＢ［７］にそれぞれ接続されている。接続点Ｃ０〜Ｃ７はレベル検出回路２２−１の入力端子ＩＮ［０］〜ＩＮ［７］にそれぞれ接続されている。接続点Ｄ０〜Ｄ７はレベル検出回路２２−２の入力端子ＩＮ［０］〜ＩＮ［７］にそれぞれ接続されている。切換信号ＳＷが"Ｌ"の場合は、接続点Ａ０〜Ａ７が接続点Ｂ０〜Ｂ７とそれぞれ結線され（通常動作中）、“Ｈ"の場合は接続点Ａ０〜Ａ７が接続点Ｄ０〜Ｄ７とそれぞれ結線され、接続点Ｂ０〜Ｂ７が接続点Ｃ０〜Ｃ７とそれぞれ結線される（信号方向検出中）。レベル検出回路２２−１は、入力端子ＩＮ［０］〜ＩＮ［７］の入力信号Ｖｉｎ１［７：０］をそれぞれ被比較信号とする８個のウィンドウコンパレータから構成され、入力信号Ｖｉｎ１［７：０］と比較結果の出力信号Ｖｏｕｔ１［７：０］を制御回路２３に出力する。レベル検出回路２２−２も、レベル検出回路２２−１と同様に、入力端子ＩＮ［０］〜ＩＮ［７］の入力信号Ｖｉｎ２［７：０］をそれぞれ被比較信号とする８個のウィンドウコンパレータから構成され、入力信号Ｖｉｎ２［７：０］と比較結果の出力信号Ｖｏｕｔ２［７：０］を制御回路２３に出力する。レベル検出回路２２−１、２２−２の閾値ＶｒｅｆＨとＶｒｅｆＬは全て同じ値である。なお、入力端子へのバイアス電圧印加用の抵抗は図示が省略されている。制御回路２３は第１の実施形態における制御回路１３と同様の構成であり、データバス２０の各線ごとにデコード結果を出力する。

本発明の第１の実施形態による信号入出力状態検出回路の回路図である。 ウィンドウコンパレータの閾値レベルを示す図である。 デコード回路から出力されるデコード結果を示す表である。 図１の双方向信号方向検出回路の動作例を示すタイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態による信号入出力状態検出回路の回路図である。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ デバイス
２ 信号入出力状態検出回路
１１ アナログスイッチ
１２−１、１２−２ レベル検出回路
１３ 制御回路
１３Ａ タイミングコントロール・イベント検出回路
１３Ｂ タイマ
１３Ｃ デコード回路
２０ データバス
２１ アナログスイッチ
２２−１，２２-２ レベル検出回路
２３ 制御回路

Claims (3)

1. 第１のデバイスの信号入出力端子と接続された第１の接続点と、第２のデバイスの信号入出力端子と接続された第２の接続点と、第３の接続点と、第４の接続点とを有し、切換信号が第１の論理レベルのとき、前記第１の接続点と前記第２の接続点が接続され、前記切換信号が第２の論理レベルのとき、前記第１の接続点と前記第４の接続点が接続され、前記第２の接続点と前記第３の接続点が接続されるアナログスイッチと、
   前記第３の接続点と前記第４の接続点にバイアス電圧を印加する手段と、
   第１の閾値と、これよりも大きい第２の閾値を有し、前記第３の接続点の電位を第１の入力信号として入力し、該入力信号が前記第１の閾値よりも小さいとき、および前記第２の閾値よりも大きいときと、前記第１の入力信号が前記第１の閾値と前記第２の閾値の間にあるときとで相異なる論理レベルの第１の出力信号を出力する第１のレベル検出回路と、
   第３の閾値と、これよりも大きい第４の閾値を有し、前記第４の接続点の電位を第２の入力信号として入力し、該入力信号が前記第３の閾値よりも小さいとき、および前記第４の閾値よりも大きいときと、前記第２の入力信号が前記第３の閾値と前記第４の閾値の間にあるときとで相異なる論理レベルの第２の出力信号を出力する第２のレベル検出回路と、
   タイマと、前記タイマがオンすると、前記切換信号を第１の論理レベルから前記第２の論理レベルにし、前記タイマがオフすると、前記切換信号を第２の論理レベルから前記第１の論理レベルにするタイミング回路と、前記切換信号が第２の論理レベルの間、前記第１および第２の出力信号の立ち上がりまたは立ち下がりの有無を検出するイベント検出回路と、前記第１および第２の出力信号の立ち上がりまたは立ち下がりの有無と、前記切換信号が第２の論理レベルの間の、前記第１および第２の入力信号と前記第１および第２の出力信号の論理レベルの組み合わせにより、前記第１のデバイスのポートと前記第２のデバイスのポートの一方がドライブされている場合の両デバイス間を流れる信号の向き、前記第１のデバイスのポートと前記第２のデバイスのポートの両方がドライブされていない
   フロート状態、前記第１のデバイスのポートと前記第２のデバイスのポートの両方がドライブされて信号衝突が起きている状態、のいずれかのデコード結果を出力するデコード回路を含む制御回路と
   を有する信号入出力状態検出回路。
2. 前記第１の閾値が前記第３の閾値と等しく、前記第２の閾値が前記第４の閾値と等しい、請求項１に記載の信号入出力状態検出回路。
3. 前記第１および第２のレベル検出回路がウィンドウコンパレータである、請求項１または２に記載の信号入出力状態検出回路。

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