JP6361852B2 - Lvdsドライバ - Google Patents

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Description

本発明は、LVDSドライバに関する。詳しくは、小振幅信号の高速伝送用のインタフェースであるLVDSを実現するLVDSドライバに関する。
近年、小振幅信号の高速伝送用のインタフェースであるLVDS(低電圧(小振幅)差動信号インタフェース、Low Voltage Differential Signals)が採用されている。このLVDSの基本的な動作原理を、図8を用いて説明する。
送信すべき複数のパルス波形を含む入力信号aがLVDSドライバ90へ入力される。LVDSドライバ90は、この入力信号aを信号レベルが正(+)方向と負(―)方向に跨り、かつ振幅が例えば100mV以下に低減した差動信号bを一対の出力信号線91a、2bを介してLVDSレシーバである受信部92へ送出する。出力信号線91a、91bは受信部92内において終端抵抗93と容量94の並列回路で終端されている。受信部92は、終端抵抗93に流れる差動信号bの流れる方向を検出して、この流れる方向に基づいて前記入力信号aに対応した信号を再生して、受信信号cとして出力する。
LVDSにおいて、実際に信号の高速伝達を行うためには、誤動作を起こさないように波形品質を良好に保つ必要がある。波形品質を悪化させる要因として、リンキングや伝送反射が知られている。波形品質を悪化させるリンキングや伝送反射は、LVDSドライバのIOセル、パッケージのリードフレーム、ボンディングワイヤ、LVDSドライバとLVDSレシーバを繋ぐケーブルによるインダクタンス(L、C、R成分)の影響や、実装されているボード類の実装状態による半導体チップ間の寄生インダクタンスの影響や、これら複数条件の組み合わせによって発生する。
リンキングや伝送反射は、伝達速度やスルーレートと密接な関係があるため、波形品質のよい高速伝達を行うためには、最適なスルーレートを選択する必要がある。
これに関し、特許文献1には、入力された制御信号に応じて対応する出力端に電流を流す第1及び第2の各出力トランジスタと、入力されたデジタル信号に応じて該第1の出力トランジスタの駆動制御を行う第1の駆動回路と、入力されたデジタル信号に応じて第2の出力トランジスタの駆動制御を行う第2の駆動回路と、を備え、第1及び第2の各駆動回路は、対応する第1及び第2の各出力トランジスタに対する駆動能力を所望の値に調整する機能をそれぞれ有するドライバ回路を備えたLVDS回路が開示されている。
特許文献1では、LVDS出力段の各出力トランジスタを駆動する複数の駆動用トランジスタの負荷駆動能力の比を2のべき乗または同じにし、各駆動用トランジスタの少なくとも1つを、トリミングパッドをトリミングすること、スイッチングトランジスタのスイッチング制御により選択して、各出力トランジスタをそれぞれ駆動して、最適な出力スルーレートを選択できるようにしている。
しかしながら、複数のLVDSドライバにより複数のLVDSレシーバへ伝送線路を介して差動信号を送信する場合、個々の出力状態の違いにより出力間の特性のばらつきが発生してしまう。上記特許文献1では、このような実使用時の複数のLVDS出力状態に応じて個別に出力スルーレートを制御することについては、考慮されていなかった。
そこで本発明は、複数のLVDSの出力状態に応じて個別に出力スルーレートを制御して、出力信号の波形品質および出力間のスキューを改善することができるLVDSドライバを提供することを目的とする。
かかる目的を達成するため、本発明に係るLVDSドライバは、複数のLVDSレシーバへ伝送線路を介して差動信号を送信するLVDSドライバであって、複数の入力信号および複数のスルーレート制御信号が入力され、前記入力信号および前記スルーレート制御信号毎にスルーレートに関する情報を有する複数の調整信号を生成するスルーレート調整手段と、それぞれに前記スルーレート調整手段から前記複数の調整信号が入力され、該複数の調整信号に基づいて、スルーレートが調整された差動信号を生成する差動信号生成部を複数有する差動信号生成手段と、前記スルーレート調整手段に前記複数のスルーレート制御信号を出力するスルーレート制御信号設定手段と、を備え、前記スルーレート制御信号設定手段は、前記差動信号の比較結果に基づいて、前記スルーレート制御信号を生成するものである。
本発明によれば、複数のLVDSの出力状態に応じて個別に出力スルーレートを制御して、出力信号の波形品質および出力間のスキューを改善することができる。
第1の実施形態に係るLVDSドライバの概略構成を示すブロック図である。 スルーレート調整回路の回路構成図である。 LVDS回路の回路構成図である。 入力信号と、調整信号と、スルーレート調整前後のLVDS出力信号と、の関係を示したタイミングチャートである。 第2の実施形態に係るLVDSドライバの概略構成を示すブロック図である。 遅延量検出回路の回路構成図である。 調整前後のLVDS出力信号と、差動コンパレータからの出力信号と、入力信号と、遅延信号と、スルーレート制御信号と、の関係を示したタイミングチャートである。 LVDSの基本的な動作原理の説明図である。
以下、本発明に係る構成を図1から図7に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
[第1の実施形態]
本実施形態に係るLVDSドライバは、複数のLVDSレシーバへ伝送線路を介して差動信号(LVDS出力信号TX1_M〜TXn_M,TX1_P〜TXn_P)を送信するLVDSドライバ(LVDSドライバ1)であって、差動信号を生成する複数の差動信号生成部(LV1〜LVn)を備え、差動信号の出力毎に、該差動信号のスルーレートが個別に制御されているものである。なお、括弧内は実施形態での符号、適用例を示す。
(概要)
図1は、本実施形態に係るLVDSドライバの概略構成を示すブロック図である。LVDSドライバ1は、スルーレート調整手段としてのスルーレート調整回路10、複数の差動信号生成部LV1〜LVn(n=1,2,・・・,n、以下、同じ)を有する差動信号生成手段としてのLVDS回路20、スルーレート制御信号設定手段としてのレジスタ30を備えている。
スルーレート調整回路10には、入力信号D1〜Dnが入力されるとともに、レジスタ30からスルーレート制御信号RE1〜REnが入力され、後述する調整信号を生成して、この調整信号をLVDS回路20に出力する。
LVDS回路20は、各LVDS回路(差動信号生成部)LV1〜LVnにより構成されており、各LVDS回路に対して、スルーレート調整回路10にて生成された調整信号が入力される。LVDS回路20では、入力された調整信号に基づいて、スルーレートが調整された差動信号であるLVDS出力信号TX1_M〜TXn_Mと、TX1_P〜TXn_Pを生成して、この複数のLVDS出力信号を、図示しない複数のLVDSレシーバに対して出力する。
レジスタ30は、スルーレート制御信号RE1〜REnが設定、記憶されており、このスルーレート制御信号RE1〜REnをスルーレート調整回路10に出力する。
第1の実施形態に係るLVDSドライバ1は、レジスタ30を用いてLVDS出力スルーレートを外部から制御する構成となっている。
このLVDSドライバ1は、回路の設計前の評価段階において、レジスタ30の設定を行い、入力信号D1〜Dnが入力されたスルーレート調整回路10へレジスタ30からスルーレート制御信号RE1〜REnを出力して評価を行うようにすれば良い。または、評価結果とLVDS回路20(LVn)のIOセル、パッケージのリードフレーム又はボンディングワイヤ、LVDSドライバとLVDSレシーバをつなぐケーブルによるインダクタンスLCRの影響を踏まえレジスタ30の設定を決定し、設計を行うようにすれば良い。
以下、n=1の場合を例に、本実施形態に係るLVDSドライバ1の動作について説明する。図2は、スルーレート調整回路10の回路構成図を示している。また、図3は、LVDS回路20の回路構成図を示している。なお、図2および図3は、n=1に係る部分の回路構成を示している。
また、図4は、スルーレート調整回路10への入力信号D1と、スルーレート調整回路10にて生成される調整信号I1,I2,I3とI1_B,I2_B,I3_Bと、スルーレート調整前とスルーレートを遅くする調整後のLVDS出力信号TX1_M,TX1_Pと、の関係を示したタイミングチャートを示している。
(スルーレート調整回路)
スルーレート調整回路10は、図2に示すように、PMOSトランジスタQpa1〜Qpanと、NMOSトランジスタQna1〜Qnanと、PMOSトランジスタQpb1〜Qpbnと、NMOSトランジスタQnb1〜Qnbnと、電流発生回路11と、インバータINVaと、インバータINV1〜INVnと、から構成されている。
スルーレート調整回路10には、入力信号D1が入力されるとともに、レジスタ30からスルーレート制御信号RE1が入力される。
PMOSトランジスタQpa1〜Qpanのソースはそれぞれ電源電圧VDDに接続され、PMOSトランジスタQpa1〜QpanのドレインはそれぞれPMOSトランジスタQpb1〜Qpbnのソースと接続されている。また、NMOSトランジスタQna1〜Qnanのソースはそれぞれ接地電圧に接続され、NMOSトランジスタQna1〜QnanのドレインはそれぞれNMOSトランジスタQnbnのソースと接続されている。また、PMOSトランジスタQpa1〜QpanとNMOSトランジスタQna1〜Qnanのゲートはそれぞれ接続されて入力端をなし、電流発生回路11に接続されている。
電流発生回路11は、スルーレート制御信号RE1によって、この電流発生回路11から出力されるゲート信号PC,NCの電圧を制御し、PMOSトランジスタQpa1〜Qpanと、NMOSトランジスタQna1〜Qnanに流れるドレイン−ソース間の電流を調整する回路である。
入力信号D1は、PMOSトランジスタQpb1〜Qpbn(nは奇数)、NMOSトランジスタQnb1〜Qnbn(nは奇数)のゲートに入力される。また、入力信号D1は、インバータINVaを介して、PMOSトランジスタQpb2〜Qpbn(nは偶数)、NMOSトランジスタQnb2〜Qnbn(nは偶数)のゲートに入力される。
PMOSトランジスタQpb1〜QpbnとNMOSトランジスタQnb1〜Qnbnのドレインはそれぞれ接続されて出力端をなしている。PMOSトランジスタQpb1およびNMOSトランジスタQnb1〜PMOSトランジスタQpbnおよびNMOSトランジスタQnbnは、それぞれインバータ(CMOSインバータ)として機能し、以下、CMOSインバータCI1〜CInという。
このCMOSインバータCI1〜CInからの出力は、それぞれインバータINV1〜INVnを介し、スルーレートが調整された情報を有する信号である調整信号I1〜In、I1_B〜In_Bが生成され、出力される。なお、インバータINV1〜INVnそれぞれの負荷駆動能力は等しいものとする。
(LVDS回路)
LVDS回路20(LV1)は、図3に示すように、NMOSトランジスタQnc1〜Qncn、Qnd1〜Qndn、Qne1〜Qnen、Qnf1〜Qnfnと、NMOSトランジスタQngと、オペアンプAMPと、電流DAC(デジタル−アナログ変換回路)D1と、抵抗R1,R2,R3と、から構成されている。
NMOSトランジスタQnc1〜Qncn、Qnf1〜Qnfnのゲートには、それぞれ調整信号I1〜Inが入力される。また、NMOSトランジスタQnd1〜Qndn、Qne1〜Qnenのゲートには、それぞれ調整信号I1_B〜In_Bが入力される。また、オペアンプAMPは、基準電圧21から定電圧であるコモン電圧Vcomを生成している。なお、基準電圧21は、バンドギャップ・リファレンス回路などで生成された基準電圧である。
このLVDS回路20は、調整信号に基づいて、スルーレートが調整されたLVDS出力信号TX1_M,TX1_Pを生成して出力する。
(スルーレート制御)
本実施形態に係るLVDSドライバ1では、図4に示すように調整信号I1〜In間と調整信号I1_B〜In_B間の出力スルーレートが異なるように、CMOSインバータCI1〜CInの負荷駆動能力が決定される。
ここで、出力スルーレートの関係は、下記の条件(1)、(2)を満たすようにCMOSインバータCI1〜CInの負荷駆動能力を決定する。
(1)I1=I1_B,I2=I2_B,・・・,In=In_B
(2)I1>I2>,・・・,>In
また、この出力スルーレートの違いはCMOSインバータCI1〜CInの負荷駆動能力のみで決定するため、CMOSインバータCI1〜CInとそれぞれ対応するインバータINVa〜INVnとの間の配線は、等長配線としている。
このLVDSドライバ1では、設計段階において、CMOSインバータCI1〜CInの負荷駆動能力と寄生容量に基づいて、任意の出力スルーレートをあらかじめ決定して、スルーレート制御信号RE1により電流を制御して、出力スルーレートの変化量を制御することができる。なお、制御された電流が大きいほどスルーレートは早くなり、小さいほどスルーレートは遅くなる。
また、図3に示すように、異なるスルーレートの調整信号I1〜In,I1_B〜In_Bにより、LVDS回路20のNMOSトランジスタQnc1〜Qncn、Qnd1〜Qndn、Qne1〜Qnen、Qnf1〜Qnfnが時間差で駆動される。
このように、LVDS回路20の各NMOSトランジスタの駆動する時間の違いによってLVDS出力スルーレートをある程度遅くして、電流制御によってLVDS出力スルーレートを変化させることができる。
以上説明した本実施形態に係るLVDSドライバ1によれば、レジスタを用いて複数のLVDS出力スルーレートを制御することが可能となるので、出力信号の波形品質および出力間のスキューを改善することができる。
すなわち、個々のLVDS回路の出力状態の違いにより出力間の特性のばらつきが発生するが、出力ごとにスルーレートを個別に制御できるため、ばらつきが抑えられ特性を改善し、全ての出力の波形品質が向上することができる。
[第2の実施形態]
以下、本発明に係るLVDSドライバの他の実施形態について説明する。なお、第1の実施形態と同様の点についての説明は適宜省略する。
図5は、本実施形態に係るLVDSドライバ2の概略構成を示すブロック図である。LVDSドライバ2は、スルーレート調整回路10、LVDS回路20、制御信号生成手段としての遅延量検出回路40、比較手段としての差動コンパレータ50を備えている。なお、スルーレート調整回路10およびLVDS回路20の構成は、図1に示した第1の実施形態と同様である。この第2の実施形態のLVDSドライバ2では、スルーレート制御信号設定手段としてのレジスタ30に替えて、遅延量検出回路40を設けるとともに、差動コンパレータ50を加えた構成となっている。
第2の実施形態に係るLVDSドライバ2は、入力信号と出力信号の遅延を比較して出力の遅延量を制御する構成となっている。
具体的には、入力信号D1〜Dn、LVDS出力信号TX1_M〜TXn_M、TX1_P〜TXn_P、を差動コンパレータ50において比較し、比較結果に応じて、差動コンパレータ50から出力される信号TX1〜TXnの遅延差を、遅延量検出回路40にて検出している。
そして、遅延量検出回路40において検出した遅延差に応じて、遅延量検出回路40においてスルーレート制御信号RE1〜REnを生成し、スルーレート調整回路10に出力する。これにより、LVDS出力信号TX1_M〜TXn_Mと、TX1_P〜TXn_Pの出力スルーレートが調整されるものである。
LVDSドライバ2では、入力信号D1〜Dnを基準とするクロックと同期させ、出力スルーレートを調整することにより出力間のスキューを低減することが可能となる。
以下、n=1の場合を例に、本実施形態に係るLVDSドライバ2の動作について説明する。また、図6は、遅延量検出回路40の回路構成図を示している。なお、図6は、n=1に係る部分の回路構成を示している。
また、図7は、調整前のLVDS出力信号TX1_M,TX1_Pと、差動コンパレータ50からの出力信号TX1と、遅延量検出回路40への入力信号D1と、遅延量検出回路40にて生成される遅延信号A,B,Cと、スルーレート制御信号RE1(a,b,c)と、遅延を早く調整した後のLVDS出力信号TX1_M,TX1_Pと、遅延を遅く調整した後のLVDS出力信号TX1_M,TX1_Pと、の関係を示したタイミングチャートを示している。
(遅延量検出回路)
遅延量検出回路40は、図6に示すように、バッファ(バッファ回路)BUF1〜BUFnと、フリップフロップ(フリップフロップ回路)FF1〜FFnと、から構成され、入力信号D1と差動コンパレータ50から出力される信号TX1が入力される。
バッファBUF1〜BUFnは、入力信号D1を遅延させて、遅延させた遅延信号A,B,C,・・・,nを生成している。フリップフロップFF1〜FFnには、それぞれ差動コンパレータ50から出力される信号TX1と、バッファBUF1〜BUFnにて遅延させた遅延信号A,B,C,・・・,nが入力される。
ここで、バッファの遅延(バッファサイズ)またはバッファとフリップフロップの数、または双方の設定により、検出する遅延量の分解能または範囲、分解能および範囲を設定することが可能となる。すなわち、図7に示されるように、遅延信号A,B,C,・・・,nと出力信号TX1を、フリップフロップFF1〜FFnを用いて遅延量を検出し、検出情報を持つ信号としてスルーレート制御信号RE1=a,b,c,・・・,nを出力するものである。
このように、検出する遅延量の分解能や範囲を設定可能とすることで、出力の遅延検知精度を高くすることが可能となる。
また、出力信号TX1〜TXnのうち最も遅延量の大きい出力信号にその他の出力信号の遅延量を近づける、または出力信号TX1〜TXnのうち最も遅延量の小さい出力信号にその他の出力信号の遅延量を近づけるようにして、出力間のスキューを調整することが好ましい。これにより、複数の出力の遅延をほぼ同じにすることができ、出力間のスキューを改善することができる。
以上説明した本実施形態に係るLVDSドライバ2によれば、入力信号と出力信号の比較を行い出力の遅延量を決定する遅延量検出回路を用いて複数のLVDS出力スルーレートを制御することが可能となるので、実際の使用時の環境により特性が悪化しても、自動的に制御して、出力信号の波形品質および出力間のスキューを改善することができる。
尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施の例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
1,2 LVDSドライバ
10 スルーレート調整回路
11 電流発生回路
20 LVDS回路
21 基準電圧
30 レジスタ
40 遅延量検出回路
50 差動コンパレータ
特開2004−289354号公報

Claims (4)

  1. 複数のLVDSレシーバへ伝送線路を介して差動信号を送信するLVDSドライバであって、
    複数の入力信号および複数のスルーレート制御信号が入力され、前記入力信号および前記スルーレート制御信号毎にスルーレートに関する情報を有する複数の調整信号を生成するスルーレート調整手段と、
    それぞれに前記スルーレート調整手段から前記複数の調整信号が入力され、該複数の調整信号に基づいて、スルーレートが調整された差動信号を生成する差動信号生成部を複数有する差動信号生成手段と、
    前記スルーレート調整手段に前記複数のスルーレート制御信号を出力するスルーレート制御信号設定手段と、を備え、
    前記スルーレート制御信号設定手段は、前記差動信号の電圧値を比較した結果に応じた出力信号と、前記入力信号を遅延させた信号とに基づいて検出された遅延差に基づいて、前記スルーレート制御信号を生成することを特徴とするLVDSドライバ。
  2. 複数のLVDSレシーバへ伝送線路を介して差動信号を送信するLVDSドライバであって、
    前記差動信号を生成する複数の差動信号生成部を備え、
    前記差動信号の出力毎に、該差動信号のスルーレートが個別に制御され、
    複数の入力信号および複数のスルーレート制御信号が入力され、前記入力信号および前記スルーレート制御信号毎にスルーレートに関する情報を有する複数の調整信号を生成するスルーレート調整手段と、
    それぞれに前記スルーレート調整手段から前記複数の調整信号が入力され、該複数の調整信号に基づいて、スルーレートが調整された前記差動信号を生成する前記差動信号生成部を複数有する差動信号生成手段と、
    前記スルーレート調整手段に前記複数のスルーレート制御信号を出力するスルーレート制御信号設定手段と、を備え、
    前記スルーレート制御信号設定手段は、
    前記差動信号の電圧値を比較して、比較した結果に応じた出力信号を出力する比較手段と、
    前記比較手段からの前記出力信号および前記入力信号が入力され、前記出力信号および前記入力信号を遅延させた信号に基づいて遅延差を検出して、該遅延差に基づいて前記スルーレート制御信号を生成する制御信号生成手段と、を備えることを特徴とするLVDSドライバ。
  3. 前記制御信号生成手段は、バッファ回路およびフリップフロップ回路を備え、
    前記バッファ回路のバッファサイズ、および/または前記バッファ回路と前記フリップフロップ回路の数により、検出する遅延量の分解能、および/または範囲を設定可能としたことを特徴とする請求項2に記載のLVDSドライバ。
  4. 前記制御信号生成手段は、前記出力信号のうち最も遅延量の大きい出力信号にその他の出力信号の遅延量を近づける、または前記出力信号のうち最も遅延量の小さい出力信号にその他の出力信号の遅延量を近づけることを特徴とする請求項2に記載のLVDSドライバ。
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