JP6110799B2 - 入力回路 - Google Patents

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Description

入力回路に関する。
近年、スマートフォン、タブレット等の携帯機器をはじめとする多くのデジタル機器やメモリのインターフェイス間で大量の信号を少ない配線で伝送する手段として、LVDS(Low voltage differential signaling)やMIPI (Mobile Industry Processor Interface) 等の差動伝送規格が普及している。
差動信号を受信する回路には、入力端子にカップリング容量を設け、入力信号のDC信号をカットし、AC信号だけ受信する回路方式がある。
この回路方式において、カップリング容量を使って差動信号を受信する場合、受信する“1”、“0”の信号の割合を均一にする必要がある。
“1”、“0”の固定信号が一定期間続く場合や、“1”、“0”の信号の割合に偏りがある場合、両方の容量が均一に充放電されないため、信号のDCバランスが崩れる問題が生じる。この問題を回避するため、送信回路はデータを送信する前に、送信データのコーディングを行い、送信する信号の“1”、“0”の割合が一定になるようにしている。
しかし、規格の中では、高速差動信号が開始された後、短い時間の後に有効データを受信しなければいけない場合がある。高速差動信号を受信してから、短い時間しか経っていない場合、EYEの開口は狭くなっているため、差動信号受信回路のタイミングマージンが足りず、データを正常に受信できないといった問題が生じる。
特開2011−130281
タイミングマージンの低下を抑制することが可能な入力回路を提供する。
実施形態に従った入力回路は、第1の入力信号が入力される第1の入力端子を備える。入力回路は、前記第1の入力信号の位相を反転した第2の入力信号が入力される第2の入力端子を備える。入力回路は、一端が前記第1の入力端子に接続され、他端が第1のノードに接続された第1の容量を備える。入力回路は、一端が前記第2の入力端子に接続され、他端が第2のノードに接続された第2の容量を備える。入力回路は、基準電圧を発生して基準ノードに供給する基準電圧発生回路を備える。入力回路は、前記第1のノードと前記基準ノードとの間に接続された第1の抵抗を備える。入力回路は、前記第2のノードと前記基準ノードとの間に接続された第2の抵抗を備える。入力回路は、前記第1のノードと前記基準ノードとの間で、前記第1の抵抗と直列に接続された第1のスイッチを備える。入力回路は、前記第2のノードと前記基準ノードとの間で、前記第2の抵抗と直列に接続された第2のスイッチを備える。入力回路は、第1の入力部が前記第1のノードに接続され、第2の入力部が前記第2のノードに接続され、前記第1の入力部および前記第2の入力部に入力される差動信号を受信し、単相の出力信号を出力する差動受信回路を備える。入力回路は、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチを制御する第1のスイッチ制御回路と、を備える。
前記第1のスイッチ制御回路は、前記第1の入力信号および前記第2の入力信号がDC信号である第1の期間において、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチをオフし、前記第1の入力信号および前記第2の入力信号がAC信号である第2の期間において、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチをオンする。
図1は、第1の実施形態に係る入力回路100の構成の一例を示す回路図である。 図2は、図1に示す入力回路100に入力される信号波形と各ノードの信号波形を示す図である。 図3は、図1に示す入力回路100の第1、第2のノードN1、N2の信号波形(EYE波形)の一例を示す図である。 図4は、第2の実施形態に係る入力回路200の構成の一例を示す回路図である。 図5は、図4に示す入力回路200に入力される信号波形と各ノードの信号波形を示す図である。
以下、実施形態について図面に基づいて説明する。
第1の実施形態
図1は、第1の実施形態に係る入力回路100の構成の一例を示す回路図である。
図1に示すように、入力回路100は、第1の入力端子T1と、第2の入力端子T2と、第1の容量C1と、第2の容量C2と、基準電圧発生回路VGと、第1の抵抗R1と、第2の抵抗R2と、第1のスイッチSW1と、第2のスイッチSW2と、差動受信回路Aと、第1のスイッチ制御回路SC1と、第1の信号検出回路DC1と、第2の信号検出回路DC2と、を備える。
第1の入力端子T1は、第1の入力信号S1が入力される。
第2の入力端子T2は、第1の入力信号S1の位相を反転した第2の入力信号S2が入力される。第1の入力信号S1と第2の入力信号S2とは、差動信号を構成する。
第1の容量C1は、一端が第1の入力端子T1に接続され、他端が第1のノードN1に接続されている。
第2の容量C2は、一端が第2の入力端子T2に接続され、他端が第2のノードN2に接続されている。
基準電圧発生回路VGは、基準電圧Vrefを発生して基準ノードNXに供給する。
第1の抵抗R1は、第1のノードN1と基準ノードNXとの間に接続されている。
第2の抵抗R2は、第2のノードN2と基準ノードNXとの間に接続されている。
第1のスイッチSW1は、第1のノードN1と基準ノードNXとの間で、第1の抵抗R1と直列に接続されている。
第2のスイッチSW2は、第2のノードN2と基準ノードNXとの間で、第2の抵抗R2と直列に接続されている。
差動受信回路Aは、第1の入力部A1が第1のノードN1に接続され、第2の入力部A2が第2のノードN2に接続されている。この差動受信回路Aは、第1の入力部A1および第2の入力部A2に入力される差動信号を受信し、単相(シングルエンデッド)の出力信号SAを出力する。この出力信号SAが入力回路100の出力信号となる。
第1の信号検出回路DC1は、第1の入力端子T1を介して第1の入力信号S1が入力され且つ第2の入力端子T2を介して第2の入力信号S2が入力され、第1の入力信号S1および第2の入力信号S2に基づいて検出信号を出力する。
この第1の信号検出回路DC1は、例えば、第1の入力信号S1および第2の入力信号S2がDC信号(低速信号)であることを検出した場合には、第1の検出信号Sd1を出力する。
なお、DC信号は、予め設定された規定期間(例えば、100ns)において、同じビットが連続する数が予め規定された規定数(例えば、6個)以上の信号である。
また、第2の信号検出回路DC2は、差動受信回路Aの出力信号SAが入力され、出力信号SAに基づいて検出信号を出力する。
この第2の信号検出回路DC2は、出力信号SAがAC信号(高速信号)になったことを検出した場合には、第2の検出信号Sd2を出力する。
なお、AC信号は、該規定期間において、同じビットが連続する数が該規定数未満である信号である。このAC信号は、該規定期間において、論理“1”と論理“0”の割合が1:1である。
また、第1のスイッチ制御回路SC1は、第1の検出信号Sd1および第2の検出信号Sd2に応じて、第1の制御信号SXにより、第1のスイッチSW1および第2のスイッチSW2を制御する。
この第1のスイッチ制御回路SC1は、第1の検出信号Sd1に応じて、第1のスイッチSW1および第2のスイッチSW2をオフする。
すなわち、第1のスイッチ制御回路SC1は、第1の入力信号S1および第2の入力信号S2がDC信号である第1の期間において、第1のスイッチSW1および第2のスイッチSW2をオフする。
また、第1のスイッチ制御回路SC1は、第2の検出信号Sd2に応じて、第1のスイッチSW1および第2のスイッチSW2をオンする。
すなわち、第1のスイッチ制御回路SC1は、第1の入力信号S1および第2の入力信号S2がAC信号である第2の期間において、第1のスイッチSW1および第2のスイッチSW2をオンする。
ここで、以上のような構成を有する本実施形態に係る入力回路の動作特性の一例について説明する。
図2は、図1に示す入力回路100に入力される信号波形と各ノードの信号波形を示す図である。また、図3は、図1に示す入力回路100の第1、第2のノードN1、N2の信号波形(EYE波形)の一例を示す図である。
なお、図2において、(a)は第1、第2の入力端子T1、T2に入力される差動信号を示し、(b)は第1の信号検出回路DC1の検出信号の波形を示し、(c)は第2の信号検出回路DC2の検出信号の波形を示し、(d)は第1の制御信号SXの波形を示す。
図2に示すように、例えば、時刻t1において、第1、第2の入力端子T1、T2にDC信号を構成する固定信号である“1”が入力される。
そして、時刻t2において、第1の信号検出回路DC1は、第1の入力信号S1および第2の入力信号S2がDC信号(低速信号)であることを検出し、第1の検出信号Sd1(“High”レベル)を出力する。そして、第1のスイッチ制御回路SC1は、この第1の検出信号Sd1に応じて、第1の制御信号SXを“Low”レベルにして、第1のスイッチSW1および第2のスイッチSW2をオフする。
このように、第1のスイッチSW1および第2のスイッチSW2がオフされているため、第1、第2の容量C1、C2の充放電パスが無くなる。これにより、第1のノードN1はVref+Vdiff/2の電位を保つととともに、第2のノードN2はVref-Vdiff/2の電位を保つ。なお、電圧Vdiffは、差動信号の“High”レベルと“Low”レベルとの電位差に対応する。
なお、実際には、スイッチや差動信号受信回路のゲート等にnAオーダーのリークパスがあるため、第1、第2のノードN1、N2は充放電されるが、100nsという短い時間であるため、その影響は無視できるレベルである。
次に、時刻t3において、第1、第2の入力端子T1、T2にAC信号(高速信号)が入力される。そして、第2の信号検出回路DC2は、出力信号SAがAC信号になったことを検出し、第2の検出信号Sd2(“High”レベル)を出力する。そして、第1のスイッチ制御回路SC1は、第2の検出信号Sd2に応じて、第1の制御信号SXを“High”レベルにして、第1のスイッチSW1および第2のスイッチSW2をオンする。
これにより、第1のノードN1は、Vcm+Vdiff/2、第2のノードN2はVcm−Vdiff/2の電位が保たれている。なお、Vcmは、差動信号の中心電圧である。
したがって、AC信号(高速信号)が入力された直後も第1のノードN1、第2のノードN2の差動信号はDCバランスが崩れない(図3)。
このように、入力回路100において、高速信号受信直後も差動信号のDCバランスが崩れない。このため、入力回路100は、タイミングマージンを失うことなく信号を受信することができる。
以上のように、本実施形態に係る入力回路によれば、タイミングマージンの低下を抑制することができる。
第2の実施形態
例えば、通信開始時の規格には、1us以上の反転信号が入力された後、100nsの固定信号が入力され、その後データ信号が入力されるものがある。
そこで、本実施形態では、このような規格に対応した入力回路の一例について説明する。
図4は、第2の実施形態に係る入力回路200の構成の一例を示す回路図である。なお、この図4において、図1の符号と同じ符号は、第1の実施形態と同様の構成を示す。
図4に示すように、入力回路200は、第1の入力端子T1と、第2の入力端子T2と、第1の容量C1と、第2の容量C2と、基準電圧発生回路VGと、第1の抵抗R1と、第2の抵抗R2と、第3の抵抗R3と、第4の抵抗R4と、第5の抵抗R5と、第1のスイッチSW1と、第2のスイッチSW2と、第3のスイッチSW3と、第4のスイッチSW4と、第5のスイッチSW5と、第6のスイッチSW6と、差動受信回路Aと、第1のスイッチ制御回路SC1と、第2のスイッチ制御回路SC2と、第1の信号検出回路DC1と、第2の信号検出回路DC2と、を備える。
すなわち、この入力回路200は、第1の実施形態と比較して、第3のスイッチSW3と、第4のスイッチSW4と、第5のスイッチSW5と、第6のスイッチSW6と、第3の抵抗R3と、第4の抵抗R4と、第5の抵抗R5と、第2のスイッチ制御回路SC2と、をさらに備える。
第3のスイッチSW3は、第1の入力端子T1と第1の容量C1の一端(第3のノードN3)との間に接続されている。
第4のスイッチSW4は、第2の入力端子T2と第2の容量C2の一端(第4のノードN4)との間に接続されている。
第3の抵抗R3は、一端が第1の入力端子T1に接続されている。
第4の抵抗R4は、一端が第2の入力端子T2に接続され、他端が第3の抵抗R3の他端に接続されている。
第5の抵抗R5は、一端が第3の抵抗R3の他端に接続されている。
第5のスイッチSW5は、一端が第5の抵抗R5の他端に接続され、他端が第1の容量C1の一端(第3のノードN3)に接続されている。
第6のスイッチSW6は、一端が第5の抵抗R5の他端に接続され、他端が第2の容量C2の一端(第4のノードN4)に接続されている。
第1の信号検出回路DC1は、第1の入力端子T1を介して第1の入力信号S1が入力され且つ第2の入力端子T2を介して第2の入力信号S2が入力される。この第1の信号検出回路DC1は、第1の入力信号S1および第2の入力信号S2に基づいて検出信号を出力する。
この第1の信号検出回路DC1は、第1の期間において第1の入力信号S1および第2の入力信号S2がDC信号を構成する固定信号になったことを検出した場合には、第1の検出信号Sd1を出力する。
また、第1のスイッチ制御回路SC1は、第1の検出信号Sd1に応じて、第1のスイッチSW1および第2のスイッチSW2をオフする。
すなわち、第1のスイッチ制御回路SC1は、第1の期間において第1の入力信号S1および第2の入力信号S2が固定信号である場合には、第1のスイッチSW1および第2のスイッチSW2をオフする。
また、第1のスイッチ制御回路SC1は、第2の検出信号Sd2に応じて、第1のスイッチSW1および第2のスイッチSW2をオンする。
すなわち、第1のスイッチ制御回路SC1は、第1の入力信号S1および第2の入力信号S2がAC信号である第2の期間において、第1のスイッチSW1および第2のスイッチSW2をオンする。
また、第2のスイッチ制御回路SC2は、第2の制御信号SYAにより第3のスイッチSW3および第4のスイッチSW4を制御するとともに、第3の制御信号SYBにより第5のスイッチSW5および第6のスイッチSW6を制御する。
第2のスイッチ制御回路SC2は、第1の検出信号Sd1に応じて、第3のスイッチSW3および第4のスイッチSW4をオンし、且つ、第5のスイッチSW5および第6のスイッチSW6をオフする。
すなわち、第2のスイッチ制御回路SC2は、該第1の期間のうち、該第2の期間の直前の第1の入力信号S1および第2の入力信号S2が固定信号である期間、および、第2の期間において、第3のスイッチSW3および第4のスイッチSW4をオンし、且つ、第5のスイッチSW5および第6のスイッチSW6をオフする。
また、第2のスイッチ制御回路SC2は、第1の信号検出回路DC1から第1の検出信号Sd1が出力される前において、第3のスイッチSW3および第4のスイッチSW4をオフし、且つ、第5のスイッチSW5および第6のスイッチSW6をオンする。
すなわち、第2のスイッチ制御回路SC2は、該第1の期間のうち、第1の入力信号S1および第2の入力信号S2がDC信号を構成する反転信号である期間は、第3のスイッチSW3および第4のスイッチSW4をオフし、且つ、第5のスイッチSW5および第6のスイッチSW6をオンする。
なお、入力回路200のその他の構成は、第1の実施形態と同様である。
図5は、図4に示す入力回路200に入力される信号波形と各ノードの信号波形を示す図である。
なお、図5において、(a)第1、第2の入力端子T1、T2に入力される差動信号を示し、(b)は第1の信号検出回路DC1の検出信号の波形を示し、(c)は第2の制御信号SYAの波形を示し、(d)は第3の制御信号SYBを示し、(e)は第3のノードN3、第4のノードN4のシングルエンデッドの波形を示し、(f)は第1のノードN1、第2のノードN2のシングルエンデッドの波形を示す。
図5に示すように、1us以上の反転信号“0”が入力されている間(〜時刻t1a)は、第2のスイッチ制御回路SC2は、第2の制御信号SYA(“Low”レベル)により、第3のスイッチSW3および第4のスイッチSW4をオフする。さらに、第2のスイッチ制御回路SC2は、第3の制御信号SYB(“High”レベル)により、第5のスイッチSW5および第6のスイッチSW6をオンする。
これにより、第3のノードN3および第4のノードN4の電位は、第3の抵抗R3と第4の抵抗R4の接続点に接続されているため、入力差動信号の中心電圧Vcmの電位になる。
そして、1us以上の反転信号が入力された後、時刻t1aにおいて、100nsの固定信号が入力される。
そして、時刻t2aにおいて、第1の信号検出回路DC1は、第1の期間において第1の入力信号S1および第2の入力信号S2が固定信号“1”になったことを検出して、第1の検出信号Sd1(“High”レベル)を出力する。
そして、第2のスイッチ制御回路SC2は、この第1の検出信号Sd1に応じて、第2の制御信号SYA(“High”レベル)により、第3のスイッチSW3および第4のスイッチSW4をオンする。さらに、第2のスイッチ制御回路SC2は、第1の検出信号Sd1に応じて、第3の制御信号SYB(“Low”レベル)により、第5のスイッチSW5および第6のスイッチSW6をオフする。
このとき、第3のノードN3の電位はVcm+Vdiff_in/2、第4のノードN4はVcm-Vdiff_in/2の電位になる。第1のノードN1、第2のノードN2はACの信号変化を受け、第1のノードN1はVref+Vdiff/2、第2のノードN2はVref-Vdiff/2の電位になる。なお、Vdiff_inは、差動信号の電位差である。
その後、時刻t3aにおいて、AC信号であるデータ信号が入力される。
その後の動作は、第1の実施形態と同様である。
これにより、第3のノードN3および第4のノードN4の充放電を小さくすることになり、差動信号のDCバランスが崩れるのが抑制される。したがって、EYE波形が崩れるのを防ぐことができる。
このように、入力回路100において、通信開始時も差動信号のDCバランスを崩すことなく信号を受信することができる。
このため、入力回路200は、タイミングマージンを失うことなく信号を受信することができる。
以上のように、本実施形態に係る入力回路によれば、タイミングマージンの低下を抑制することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
100、200 入力回路
T1 第1の入力端子
T2 第2の入力端子
C1 第1の容量
C2 第2の容量
VG 基準電圧発生回路
R1 第1の抵抗
R2 第2の抵抗
SW1 第1のスイッチ
SW2 第2のスイッチ
A 差動受信回路
SC1 第1のスイッチ制御回路
SC2 第2のスイッチ制御回路
DC1 第1の信号検出回路
DC2 第2の信号検出回路

Claims (8)

  1. 第1の入力信号が入力される第1の入力端子と、
    前記第1の入力信号の位相を反転した第2の入力信号が入力される第2の入力端子と、 一端が前記第1の入力端子に接続され、他端が第1のノードに接続された第1の容量と、
    一端が前記第2の入力端子に接続され、他端が第2のノードに接続された第2の容量と、
    基準電圧を発生して基準ノードに供給する基準電圧発生回路と、
    前記第1のノードと前記基準ノードとの間に接続された第1の抵抗と、
    前記第2のノードと前記基準ノードとの間に接続された第2の抵抗と、
    前記第1のノードと前記基準ノードとの間で、前記第1の抵抗と直列に接続された第1のスイッチと、
    前記第2のノードと前記基準ノードとの間で、前記第2の抵抗と直列に接続された第2のスイッチと、
    第1の入力部が前記第1のノードに接続され、第2の入力部が前記第2のノードに接続され、前記第1の入力部および前記第2の入力部に入力される差動信号を受信し、単相の出力信号を出力する差動受信回路と、
    前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチを制御する第1のスイッチ制御回路と、を備え、
    前記第1のスイッチ制御回路は、
    前記第1の入力信号および前記第2の入力信号がDC信号である第1の期間において、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチをオフして、前記第1のノードと前記基準ノードとの間を電気的に遮断するとともに、前記第2のノードと前記基準ノードとの間を電気的に遮断し、
    前記第1の入力信号および前記第2の入力信号がAC信号である第2の期間において、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチをオンして、前記第1のノードと前記基準ノードとの間を電気的に導通するとともに、前記第2のノードと前記基準ノードとの間を電気的に導通する
    入力回路。
  2. 前記DC信号は、予め設定された規定期間において、同じビットが連続する数が予め規定された規定数以上の信号であり、
    前記AC信号は、前記規定期間において、同じビットが連続する数が前記規定数未満である信号である
    請求項1に記載の入力回路。
  3. 前記AC信号は、前記規定期間において、“1”と“0”の割合が1:1である請求項2に記載の入力回路。
  4. 前記第1の入力端子を介して前記第1の入力信号が入力され且つ前記第2の入力端子を介して前記第2の入力信号が入力され、前記第1の入力信号および前記第2の入力信号に基づいて検出信号を出力する第1の信号検出回路をさらに備え、
    前記第1の信号検出回路は、前記第1の入力信号および前記第2の入力信号が前記DC信号であることを検出した場合には、第1の検出信号を出力し、
    前記第1のスイッチ制御回路は、前記第1の検出信号に応じて、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチをオフする、
    請求項1から3のいずれか一項に記載の入力回路。
  5. 前記差動受信回路の前記出力信号が入力され、前記出力信号に基づいて検出信号を出力する第2の信号検出回路をさらに備え、
    前記第2の信号検出回路は、前記出力信号が前記AC信号になったことを検出した場合には、第2の検出信号を出力し、
    前記第1のスイッチ制御回路は、前記第2の検出信号に応じて、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチをオンする
    請求項4に記載の入力回路。
  6. 前記第1の入力端子と前記第1の容量の一端との間に接続された第3のスイッチと、
    前記第2の入力端子と前記第2の容量の一端との間に接続された第4のスイッチと、
    一端が前記第1の入力端子に接続された第3の抵抗と、
    一端が前記第2の入力端子に接続され、他端が前記第3の抵抗の他端に接続された第4の抵抗と、
    一端が前記第3の抵抗の他端に接続された第5の抵抗と、
    一端が前記第5の抵抗の他端に接続され、他端が前記第1の容量の一端に接続された第5のスイッチと、
    一端が前記第5の抵抗の他端に接続され、他端が前記第2の容量の一端に接続された第6のスイッチと、
    前記第3のスイッチ、前記第4のスイッチ、前記第5のスイッチ、および、前記第6のスイッチを制御する第2のスイッチ制御回路と、を備え、
    前記第2のスイッチ制御回路は、
    前記第1の期間のうち、前記第2の期間の直前の前記第1の入力信号および前記第2の入力信号が前記DC信号を構成する固定信号である期間、および、前記第2の期間において、前記第3のスイッチおよび前記第4のスイッチをオンし、且つ、前記第5のスイッチおよび前記第6のスイッチをオフし、
    前記第1の期間のうち、前記第1の入力信号および前記第2の入力信号が前記DC信号を構成する反転信号である期間は、前記第3のスイッチおよび前記第4のスイッチをオフし、且つ、前記第5のスイッチおよび前記第6のスイッチをオンする
    請求項1に記載の入力回路。
  7. 前記第1の入力端子を介して前記第1の入力信号が入力され且つ前記第2の入力端子を介して前記第2の入力信号が入力され、前記第1の入力信号および前記第2の入力信号に基づいて検出信号を出力する第1の信号検出回路をさらに備え、
    前記第1の信号検出回路は、前記第1の期間の直前の前記第1の入力信号および前記第2の入力信号が固定信号になったことを検出した場合には、第1の検出信号を出力し、
    前記第1のスイッチ制御回路は、前記第1の検出信号に応じて、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチをオフする
    請求項6に記載の入力回路。
  8. 前記第2のスイッチ制御回路は、
    前記第1の信号検出回路から前記第1の検出信号が出力される前において、前記第3のスイッチおよび前記第4のスイッチをオフし、且つ、前記第5のスイッチおよび前記第6のスイッチをオンし、
    前記第1の検出信号に応じて、前記第3のスイッチおよび前記第4のスイッチをオンし、且つ、前記第5のスイッチおよび前記第6のスイッチをオフする
    請求項7に記載の入力回路。
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