JP5581913B2 - ドライバアンプ回路および通信システム - Google Patents
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Description
スイッチングトランジスタM1,M2、および電流源トランジスタM5はpチャネルMOS(PMOS)トランジスタにより形成される。
スイッチングトランジスタM3,M4、および電流源トランジスタ6はnチャネルMOS(NMOS)トランジスタにより形成される。
電流源トランジスタM5のゲートはバイアス電圧Vbpの供給ラインに接続され、電流源トランジスタM6のゲートはバイアス電圧Vpnの供給ラインに接続されている。
スイッチングトランジスタM1,M2のソースが電流源トランジスタM5のドレインに接続され、スイッチングトランジスタM3,M4のソースが電流源トランジスタM6のドレインに接続されている。
スイッチングトランジスタM1のドレインとスイッチングトランジスタM3のドレイン同士が接続され、その接続点により出力ノードND1が形成され、この出力ノードND1が出力端子TOUT1に接続されている。
スイッチングトランジスタM2のドレインとスイッチングトランジスタM4のドレイン同士が接続され、その接続点により出力ノードND2が形成され、この出力ノードND2が出力端子TOUTB1に接続されている。
入力端子TIN1には信号INが供給され、入力端子TIN1がインバータINV1の入力端子に接続され、インバータINV1の出力端子がスイッチングトランジスタM1,M3のゲートに接続されている。
入力端子TINB1には信号INの反転信号INB1が供給され、入力端子TINB1がインバータINV2の入力端子に接続され、インバータINV2の出力端子がスイッチングトランジスタM2,M4のゲートに接続されている。
入力端子TINB1に供給される信号INの反転信号INBがインバータINV2でレベル反転され、ゲート電圧信号PDBとしてスイッチングトランジスタM2,M4のゲートに供給される。
これにより、スイッチングトランジスタM1〜M4がオンオフされて、電流源トランジスタM5,M6による電流が振り分けられ、所望の振幅の信号OUT、OUTBが出力端子TOUT1,TOUTB1から出力される。
図1のドライバアンプ回路1においては、この出力信号OUT,OUTBの出力電圧は次のインピーダンスのように決まる。電流源トランジスタM5,M6が飽和領域になるバイアスに設定された場合は電流源としての出力電流と負荷回路のインピーダンスで、トランジスタM5,M6が線形領域になるバイアスに設定された場合はトランジスタM1〜M6のオン抵抗と負荷回路のインピーダンスで決定される。
その結果、上記LVDSドライバアンプ回路1では、図2に示すように、出力波形に波形歪が発生してしまうことが分かっている(特許文献2参照)。
そのため、ドライバアンプ回路1においては、電流源トランジスタM5,M6のバイアス調整回路や、スイッチングトランジスタM1〜M4を駆動するゲート電圧PD,PDBを調整するプリドライバ回路が必要である。回路がトランジスタM5,M6を飽和領域とするように設定されて負荷がTOUT1,TOUTB1間に負荷抵抗を接続した差動終端の場合にこの出力の同相電位を制御することは、制御入力であるVbpとVpnに対する制御対象である出力同相電位の利得が非常に大きいために制御の安定を保つことが難しい。回路がトランジスタM5,M6を線形領域とするように設定された場合はトランジスタM1〜M6すべてのオン抵抗が出力に寄与し、回路製造プロセスの揺らぎによる素子特性ばらつきと電源電圧変動と温度変化によって各トランジスタのバイアスが変動することから、すべての条件において安定に出力を制御することは極めて困難であった。
なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施形態(ドライバアンプ回路の第1の構成例)
2.第2の実施形態(ドライバアンプ回路の第2の構成例)
3.第3の実施形態(ドライバアンプ回路の第3の構成例)
送信装置200は、シリアルデータを接地電位近傍において低振幅(たとえば300mV(0.3V)、あるいは400mV(0.4V))で伝送線路400に送出するドライバアンプ回路210を有する。
このように、送信装置200のドライバアンプ回路210から送出されたシリアルデータSDTは伝送線路400を通して受信側に伝達される。
図4は、本発明の第1の実施形態に係る送信装置のドライバアンプ回路の構成例を示す図である。
ドライバアンプ回路210は、第2の導電型(本実施形態ではn型)のFETにより形成される第3のスイッチングトランジスタM13、および第4のスイッチングトランジスタM14を有する。
ドライバアンプ回路210は、ゲートに制御電圧Vcntが供給されるp型(第1導電型)のFETにより形成される第1の電流源トランジスタM15および第2の電流源トランジスタM16を有する。
ドライバアンプ回路210は、p型のFETにより形成される第5のスイッチングトランジスタM17、および第6のスイッチングトランジスタM18を有する。
ドライバアンプ回路210は、第1の抵抗素子R11、第2の抵抗素子R12、第3の抵抗素子R13、第4の抵抗素子R14、第5の抵抗素子R15、および第6の抵抗素子R16を有する。
さらに、ドライバアンプ回路210は、第1の出力ノードND11、第2の出力ノードND12、インバータINV11、INV12、入力端子TIN11,TINB11、および出力端子TOUT11,TOUB11を有する。
また、基準電位としての第2の電源電位は接地電位GNDに相当する。
第6のスイッチングトランジスタM18は、ソースが電源電位VDDに接続され、ドレインが第2の電流源トランジスタM16のソースに接続されている。
入力端子TIN11がインバータINV11の入力端子に接続されている。
インバータINV11の出力端子が第1のスイッチングトランジスタM11、第3のスイッチングトランジスタM13、および第5のスイッチングトランジスタM17のゲートに接続されている。
入力端子TINB11がインバータINV12の入力端子に接続されている。
インバータINV12の出力端子が第2のスイッチングトランジスタM12、第4のスイッチングトランジスタM14、および第6のスイッチングトランジスタM18のゲートに接続されている。
本実施形態において、信号IN11の第1レベルは電源電圧レベルであり、第2レベルは接地電位レベルである。
この場合、第1のスイッチングトランジスタM11、第5のスイッチングトランジスタM17、および第4のスイッチングトランジスタM14が導通状態(オン状態)となる。
一方、第2のスイッチングトランジスタM12、第6のスイッチングトランジスタM18、および第3のスイッチングトランジスタM13が非導通状態(オフ状態)となる。
この場合、第1のスイッチングトランジスタM11、第5のスイッチングトランジスタM17、および第4のスイッチングトランジスタM14が非導通状態(オフ状態)となる。
一方、第2のスイッチングトランジスタM12、第6のスイッチングトランジスタM18、および第3のスイッチングトランジスタM13が導通状態(オン状態)となる。
さらに、本実施形態においては、スイッチングトランジスタM11〜M14の駆動振幅を安定させるために、各スイッチングトランジスタM11のドレインと出力ノードND11、ND12間にそれぞれ第1から第4の抵抗素子R11〜R14を接続している。
すなわち、第1の電流源トランジスタM15による電流は第5の抵抗素子R15を介して第1の出力ノードND11に供給される。
第1の出力ノードND11と、第1のスイッチングトランジスタM11のドレイン間、並びに第3のスイッチングトランジスタM13のドレイン間にそれぞれ第1の抵抗素子R11および第3の抵抗素子R13が接続されている。
この第1の抵抗素子R11および第3の抵抗素子13により第1のスイッチングトランジスタM11および第3のスイッチングトランジスタM13の駆動振幅が安定化される。
同様に、第2の出力ノードND12と、第2のスイッチングトランジスタM12のドレイン間、並びに第4のスイッチングトランジスタM14のドレイン間にそれぞれ第2の抵抗素子R12および第4の抵抗素子R14が接続されている。
この第2の抵抗素子R12および第4の抵抗素子14により第2のスイッチングトランジスタM12および第4のスイッチングトランジスタM14の駆動振幅が安定化される。
入力端子TINB11に供給される信号IN11の反転信号INB11がインバータINV12でレベル反転され、ゲート電圧信号PDB11として第2、第4、および第6のスイッチングトランジスタM12,M14、M18のゲートに供給される。
これにより、スイッチングトランジスタM11〜M14がオンオフされて、電流源トランジスタM15,M16による電流がほぼ均等に振り分けられ、所望の振幅の信号OUT11、OUTB11が出力端子TOUT11,TOUTB11から出力される。
この出力信号電圧OUT11およびOUTB11は、トランジスタのオン抵抗ではなく、抵抗素子R11,R12,R13,R14と、出力端子TOUT11,TOUTB11に接続される出力終端抵抗で決定される。
第1および第2の電流源トランジスタM15,M16で常に電流調整するのに対し、スイッチングトランジスタM11〜M14はオン(ON)/オフ(OFF)を繰り返している。
このため、たとえば、スイッチングトランジスタM12,M13がON状態、かつスイッチングトランジスタM11,M14がOFF状態のときに、電流源トランジスタM15のソースが直接電源に接続されていると、次のリーク経路が形成される。
すなわち、本来導通してはならない第2のスイッチングトランジスタM12〜第2の抵抗素子R12の経路に対し、並列にリーク経路が存在することになり、出力電圧の調整が非常に困難になる。
そこで、電流源トランジスタM15,M16の電源側に、それぞれ並列接続されているスイッチングトランジスタM11,M12に連動したトランジスタM17,M18を付加することにより、リーク経路を遮断させている。
さらに、本実施形態においては、スイッチングトランジスタM11〜M14の駆動振幅を安定させるために、各スイッチングトランジスタM11のドレインと出力ノードND11、ND12間にそれぞれ第1から第4の抵抗素子R11〜R14を接続している。
これに対して、本実施形態に係る回路では、スイッチングトランジスタのゲート電圧を、電源電圧/GNDでフルスイング駆動させる。
そして、出力電圧OUT11,OUTB11を、トランジスタのオン抵抗ではなく、第1から第4の抵抗素子R11,R12,R13,R14と、出力端子TOUT11,TOUTB11に接続される出力終端抵抗で決定させる。
これにより、図1の回路で必要であったバイアス調整回路やプリドライバ回路を省略することができる。
しかし、トランジスタ特性で依存してしまう場合、電源/GND側に配置したそれぞれ種類の異なるトランジスタ(たとえば、PMOS/NMOS)の特性ばらつきを考慮しなければならず、調整が複雑になる。
これに対し、本発明の実施形態に係る回路は、同じ物性の抵抗を使用すれば、その抵抗の特性ばらつきのみを考慮すればよいので、容易に調整が可能である。
図5は、本発明の第2の実施形態に係る送信装置のドライバアンプ回路の構成例を示す図である。
ドライバアンプ回路210Aは、図4の構成に加えて、演算増幅器(オペアンプ)OP11、並びに第1の出力ノードND11と第2の出力ノード間に直列に接続された第7の抵抗素子R17および第8の抵抗素子R18を有する。
オペアンプOP11の非反転入力端子(+)はバイアス電源Vbiasに接続され、反転入力端子(−)が抵抗素子R17と抵抗素子R18の接続点に接続され、出力端子が第1および第2の電流源トランジスタM15,M16のゲートに接続されている。
ドライバアンプ回路210Aでは、第1および第2の電流源トランジスタM15,M16のゲートに供給される制御電圧を、第1の出力ノードND11および第2の出力ノードND12間の中間電圧とあらかじめ設定されたバイアス電圧Vbiasに応じて生成する。
このため、たとえば、スイッチングトランジスタM12,M13がON状態、かつスイッチングトランジスタM11,M14がOFF状態のときに、電流源トランジスタM15のソースが直接電源に接続されていると、次のリーク経路が形成される。
すなわち、本来導通してはならない第2のスイッチングトランジスタM12〜第2の抵抗素子R12の経路に対し、並列にリーク経路が存在することになり、出力電圧の調整が非常に困難になる。
そこで、電流源トランジスタM15,M16の電源側に、それぞれ並列接続されているスイッチングトランジスタM11,M12に連動したトランジスタM17,M18を付加することにより、リーク経路を遮断させる。
そして、出力電圧OUT11,OUTB11を、第1から第4の抵抗素子R11,R12,R13,R14と、出力端子TOUT11,TOUTB11に接続される出力終端抵抗で決定させ、かつコモンモード電圧も維持させることができる。
図6は、本発明の第3の実施形態に係る送信装置のドライバアンプ回路の構成例を示す図である。
具体的には、第1の出力ノードND11と接地電位GND間に第1のキャパシタC11が接続され、第2の出力ノードND12と接地電位GND間に第2のキャパシタC12が接続されている。
図7(A)が出力ノードにキャパシタ(容量)を接続していない場合の波形パターンを示し、図7(B)が出力ノードにキャパシタ(容量)を接続した場合の波形パターンを示している。
この場合は、図4〜図6の回路をOUT,OUTBを共通にして同じ回路を並列接続させれば、それぞれの回路の抵抗素子R11,R12,R13,R14に相当する抵抗値を調整することで、容易に複数出力差動電圧レベルのドライバアンプ回路を実現できる。
Claims (6)
- ゲートに制御電圧が供給される第1導電型の第1の電流源トランジスタおよび第2の電流源トランジスタと、
第1導電型の第1のスイッチングトランジスタおよび第2のスイッチングトランジスタと、
第2導電型の第3のスイッチングトランジスタおよび第4のスイッチングトランジスタと、
第1導電型の第5のスイッチングトランジスタおよび第6のスイッチングトランジスタと、
第1、第2、第3、および第4の抵抗素子と、
第1の出力ノードおよび第2の出力ノードと、を有し、
上記第1のスイッチングトランジスタは、
ソースが第1の電源電位に接続され、
ドレインが上記第1の抵抗素子を介して上記第1の出力ノードに接続され、
上記第2のスイッチングトランジスタは、
ソースが第1の電源電位に接続され、
ドレインが上記第2の抵抗素子を介して上記第2の出力ノードに接続され、
上記第3のスイッチングトランジスタは、
ソースが第2の電源電位に接続され、
ドレインが上記第3の抵抗素子を介して上記第1の出力ノードに接続され、
上記第4のスイッチングトランジスタは、
ソースが第2の電源電位に接続され、
ドレインが上記第4の抵抗素子を介して上記第2の出力ノードに接続され、
上記第5のスイッチングトランジスタは、
ソースが上記第1の電源電位に接続され、
ドレインが上記第1の電流源トランジスタのソースに接続され、
上記第6のスイッチングトランジスタは、
ソースが上記第1の電源電位に接続され、
ドレインが上記第2の電流源トランジスタのソースに接続され、
上記第1の電流源トランジスタは、
ソースが上記第5のスイッチングトランジスタのドレインに接続され、
ドレインが上記第1の出力ノードに接続され、
上記第2の電流源トランジスタは、
ソースが上記第6のスイッチングトランジスタのドレインに接続され、
ドレインが上記第2の出力ノードに接続され、
上記第1、第3、および第5のスイッチングトランジスタのゲートが、
第1の導電型トランジスタを非導通状態、第2の導電型トランジスタを導通状態とする第1レベルと、第1の導電型トランジスタを導通状態、第2の導電型トランジスタを非導通状態とする第2レベルとをとる入力信号の供給ラインに接続され、
上記第2、第4、および第6のスイッチングトランジスタのゲートが、
上記入力信号の反転信号の供給ラインに接続されている
ドライバアンプ回路。 - 上記第1の電流源トランジスタのドレインと上記第1の出力ノードとの間に第5の抵抗素子が接続され、
上記第2の電流源トランジスタのドレインと上記第2の出力ノードとの間に第6の抵抗素子が接続されている
請求項1記載のドライバアンプ回路。 - ゲートに制御電圧が供給される第1導電型の第1の電流源トランジスタおよび第2の電流源トランジスタと、
第1導電型の第1のスイッチングトランジスタおよび第2のスイッチングトランジスタと、
第2導電型の第3のスイッチングトランジスタおよび第4のスイッチングトランジスタと、
第1、第2、第3、第4、第5、および第6の抵抗素子と、
第1の出力ノードおよび第2の出力ノードと、を有し、
上記第1のスイッチングトランジスタは、
ソースが第1の電源電位に接続され、
ドレインが上記第1の抵抗素子を介して上記第1の出力ノードに接続され、
上記第2のスイッチングトランジスタは、
ソースが第1の電源電位に接続され、
ドレインが上記第2の抵抗素子を介して上記第2の出力ノードに接続され、
上記第3のスイッチングトランジスタは、
ソースが第2の電源電位に接続され、
ドレインが上記第3の抵抗素子を介して上記第1の出力ノードに接続され、
上記第4のスイッチングトランジスタは、
ソースが第2の電源電位に接続され、
ドレインが上記第4の抵抗素子を介して上記第2の出力ノードに接続され、
上記第1の電流源トランジスタは、
ソースが第1の電源電位に接続され、
ドレインが上記第5の抵抗素子を介して上記第1の出力ノードに接続され、
上記第2の電流源トランジスタは、
ソースが第1の電源電位に接続され、
ドレインが上記第6の抵抗素子を介して上記第2の出力ノードに接続され、
上記第1および第3のスイッチングトランジスタのゲートが、
第1の導電型トランジスタを非導通状態、第2の導電型トランジスタを導通状態とする第1レベルと、第1の導電型トランジスタを導通状態、第2の導電型トランジスタを非導通状態とする第2レベルとをとる入力信号の供給ラインに接続され、
上記第2および第4のスイッチングトランジスタのゲートが、
上記入力信号の反転信号の供給ラインに接続されている
ドライバアンプ回路。 - 上記第1の出力ノードと上記第2の電源電位との間に接続された第1のキャパシタと、
上記第2の出力ノードと上記第2の電源電位との間に接続された第2のキャパシタと、を含む
請求項2または3記載のドライバアンプ回路。 - データを低振幅で線路に送信するドライバアンプ回路を含む送信装置と、
上記送信装置から送信されたデータを受信する受信装置と、を有し、
上記送信装置のドライバアンプ回路は、
ゲートに制御電圧が供給される第1導電型の第1の電流源トランジスタおよび第2の電流源トランジスタと、
第1導電型の第1のスイッチングトランジスタおよび第2のスイッチングトランジスタと、
第2導電型の第3のスイッチングトランジスタおよび第4のスイッチングトランジスタと、
第1導電型の第5のスイッチングトランジスタおよび第6のスイッチングトランジスタと、
第1、第2、第3、および第4の抵抗素子と、
第1の出力ノードおよび第2の出力ノードと、を有し、
上記第1のスイッチングトランジスタは、
ソースが第1の電源電位に接続され、
ドレインが上記第1の抵抗素子を介して上記第1の出力ノードに接続され、
上記第2のスイッチングトランジスタは、
ソースが第1の電源電位に接続され、
ドレインが上記第2の抵抗素子を介して上記第2の出力ノードに接続され、
上記第3のスイッチングトランジスタは、
ソースが第2の電源電位に接続され、
ドレインが上記第3の抵抗素子を介して上記第1の出力ノードに接続され、
上記第4のスイッチングトランジスタは、
ソースが第2の電源電位に接続され、
ドレインが上記第4の抵抗素子を介して上記第2の出力ノードに接続され、
上記第5のスイッチングトランジスタは、
ソースが上記第1の電源電位に接続され、
ドレインが上記第1の電流源トランジスタのソースに接続され、
上記第6のスイッチングトランジスタは、
ソースが上記第1の電源電位に接続され、
ドレインが上記第2の電流源トランジスタのソースに接続され、
上記第1の電流源トランジスタは、
ソースが上記第5のスイッチングトランジスタのドレインに接続され、
ドレインが上記第1の出力ノードに接続され、
上記第2の電流源トランジスタは、
ソースが上記第6のスイッチングトランジスタのドレインに接続され、
ドレインが上記第2の出力ノードに接続され、
上記第1、第3、および第5のスイッチングトランジスタのゲートが、
第1の導電型トランジスタを非導通状態、第2の導電型トランジスタを導通状態とする第1レベルと、第1の導電型トランジスタを導通状態、第2の導電型トランジスタを非導通状態とする第2レベルとをとる入力信号の供給ラインに接続され、
上記第2、第4、および第6のスイッチングトランジスタのゲートが、
上記入力信号の反転信号の供給ラインに接続されている
通信システム。 - データを低振幅で線路に送信するドライバアンプ回路を含む送信装置と、
上記送信装置から送信されたデータを受信する受信装置と、を有し、
上記送信装置のドライバアンプ回路は、
ゲートに制御電圧が供給される第1導電型の第1の電流源トランジスタおよび第2の電流源トランジスタと、
第1導電型の第1のスイッチングトランジスタおよび第2のスイッチングトランジスタと、
第2導電型の第3のスイッチングトランジスタおよび第4のスイッチングトランジスタと、
第1、第2、第3、第4、第5、および第6の抵抗素子と、
第1の出力ノードおよび第2の出力ノードと、を有し、
上記第1のスイッチングトランジスタは、
ソースが第1の電源電位に接続され、
ドレインが上記第1の抵抗素子を介して上記第1の出力ノードに接続され、
上記第2のスイッチングトランジスタは、
ソースが第1の電源電位に接続され、
ドレインが上記第2の抵抗素子を介して上記第2の出力ノードに接続され、
上記第3のスイッチングトランジスタは、
ソースが第2の電源電位に接続され、
ドレインが上記第3の抵抗素子を介して上記第1の出力ノードに接続され、
上記第4のスイッチングトランジスタは、
ソースが第2の電源電位に接続され、
ドレインが上記第4の抵抗素子を介して上記第2の出力ノードに接続され、
上記第1の電流源トランジスタは、
ソースが第1の電源電位に接続され、
ドレインが上記第5の抵抗素子を介して上記第1の出力ノードに接続され、
上記第2の電流源トランジスタは、
ソースが第1の電源電位に接続され、
ドレインが上記第6の抵抗素子を介して上記第2の出力ノードに接続され、
上記第1および第3のスイッチングトランジスタのゲートが、
第1の導電型トランジスタを非導通状態、第2の導電型トランジスタを導通状態とする第1レベルと、第1の導電型トランジスタを導通状態、第2の導電型トランジスタを非導通状態とする第2レベルとをとる入力信号の供給ラインに接続され、
上記第2および第4のスイッチングトランジスタのゲートが、
上記入力信号の反転信号の供給ラインに接続されている
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