JPH08213892A - スルーレート制御駆動回路および電気信号発生方法 - Google Patents
スルーレート制御駆動回路および電気信号発生方法Info
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- JPH08213892A JPH08213892A JP7281401A JP28140195A JPH08213892A JP H08213892 A JPH08213892 A JP H08213892A JP 7281401 A JP7281401 A JP 7281401A JP 28140195 A JP28140195 A JP 28140195A JP H08213892 A JPH08213892 A JP H08213892A
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Abstract
信号発生器を提供する。 【解決手段】 供給電圧と独立した電流スイッチがドラ
イブされる。トランジスタ・ドライバのゲートで電圧を
クランプすることによって、クランプされたゲート電圧
とドライバのターンオン電圧との間の電圧が供給電圧に
よらず一定となる。これによりドライバの出力電圧の遷
移エッジが供給電圧によらず一定となる。この手法によ
り供給電圧が許容範囲を越えて変化するときでも出力信
号のエッジ遷移の変動を最小にする。この手法は出力信
号の遷移エッジの制御をより可能とし、より遅いエッジ
を発生し、供給電圧や入力符号幅の変化でも一定の遷移
する電圧形を保つことができる。
Description
り特定すると供給電圧の変動に妨げられることがない許
容可能な信号波形を維持する高速度信号発生器に関す
る.
号を表すアナログ波形を発生する場合において、その信
号を一つの波形あるいは振幅から他に変換するとき、通
常ある決められた形を有した特定の波形あるいは振幅を
発生するようにする。データレートが10Mビット/秒
あるいはそれ以上の場合、そのような決められた伝送形
を生成することはより不可能となる。供給電圧の変動
は、普通その信号の伝送形を変動させるという歓迎すべ
きでない状態をもたらす。
ernet)そして高速SCSIのような高速度コミュニケー
ション・プロトコルの新たな出現によってより深刻とな
っている。このようなプロトコルでは、10Mビット/
秒以上の信号スイッチング速度を要求し、確立した許容
値の範囲内で供給電圧が変動する場合でさえ、正確な信
号化した波形を維持することが必要となっている。
さらにコミュニケーション・インターフェース/チャン
ネル上の伝送されるデータ信号のスルーレートを厳しく
制御することを要求される。このようなスルーレート要
求は、高速の立ち上がりと立ち下がり時間を有する信号
によって発生するノイズ量を低減することを意味する。
よって、比較的遅いスルーレートを有し、伝送されるデ
ータ信号の符号幅あるいは供給電圧の両方の変化に妨げ
られることのない対称的な信号波形を維持することが必
要である。
は、改良された信号発生器を提供することである。
改良された信号発生器を提供することである。
ュニケーションで使用される信号発生器を提供すること
である。
い対称的なスルーレートを提供するための信号発生器を
提供することである。
しない対称的なスルーレートを提供するための信号発生
器を提供することである。
ートを維持しながら複数の供給電圧で動作するドライバ
回路を提供することである。
動や供給電圧の違いに耐えうる信号発生器である。電流
スイッチは供給電圧に独立した方法でドライブ(駆動)
される。ほとんどのアプリケーションでは、電流は規定
したロード(負荷(若しくはインピーダンス))を通っ
て流れ、それ故出力電圧が現れる。ここで述べる手法に
より、出力電圧が時間の変化に応じてより正確に変化す
る。特に、カレント・スターブド・インバータはドライ
バ・トランジスタのゲートに導かれ、そして、そのゲー
トに加わる電圧は、クランプされたゲート電圧とドライ
バ・トランジスタの閾値ターンオン電圧間が供給電圧に
対して一定であるようにクランプされる。この手法は、
供給電圧がティピカル(典型的)な5%あるいは10%
許容範囲で変化するとき、出力信号のエッジ遷移の変動
を最小にする。しかしながら、この手法の強いところ
は、供給電圧を3.0から7.0ボルトの範囲で有して
いる回路において動作することが示されることである。
この手法は出力信号において遷移エッジの制御を可能と
するため、より遅いエッジを生成し、かつ供給電圧や符
号幅の変化において一定の電圧変化の形を維持すること
ができる。
データ信号の発生を含み、このことは非常に重要だが、
差動データ信号は遅い遷移エッジを有し、非常に対称的
である。これらの二つの特徴は、データ信号を運ぶケー
ブルから発生する電磁放射やノイズを低減させる点にお
いて非常に重要である。この手法は、個々に近似する遷
移エッジを発生してサイン波形にするために、多くの差
動電流スイッチを共に合わせ、順次にスイッチがターン
オンする場合にも使用できる。この手法により不連続な
個々の近似が改良された線形性を達成する。
10%の許容範囲において変動したときに、出力信号の
遷移エッジの変動を最小にする。しかしながら、供給電
圧が3.0から7.0ボルトの範囲を有する回路で動作
することで、この手法の強さが示される。ここでは、実
質的に異なる電圧という語は、10%あるいは5%等の
ティピカルの許容範囲にない電圧を包含する際に使われ
る。例えば、公称(nominal)電圧5.0ボルトで許容範
囲10%の場合は、4.5ボルトと5.5ボルトの範囲
が許容可能な範囲である。4.5ボルトより低い、ある
いは5.5ボルトより高い電圧は、それ故5.0ボルト
と実質的に異なっているという。公称電圧3.3ボルト
では、2.97より低い電圧と、3.63ボルトより高
い電圧は、3.3ボルトと実質的に異なっているとい
う。
かし、図2−4に示すような他の似通った実施例も可能
である。図1に戻ると、トランジスタM1、M2、M3
そしてM4は、それぞれ電流I1、I2、I3そしてI
4を流すようにイネーブルするスイッチとして働く。こ
れらの電流は、当業分野で良く知られた一般的な定電流
源によって提供され、従ってここで本発明を理解するた
めにさらなる説明をする必要はない。トランジスタM1
−M4の構成は、定電流源I1−I4と組合わさり、カ
レント・スターブド・インバータ(current-starved in
verter)として当業分野で一般に知られている。入力信
号V1とV2は差動データ信号であって、非常に早い立
ち上がりと立ち下がり時間でVDDとVSS/グランド
間でスイングする。トランジスタM5とM6は出力ドラ
イバ・トランジスタであり、それぞれ出力信号VaとV
bを発生する。ドライバ・トランジスタM5とM6は、
定電流源Isから電流を流すように選択してイネーブル
する電流スイッチである。トランジスタM5とM6のゲ
ートは、それぞれトランジスタ対M1/M3とM2/M
4の出力と結合する。クランプCL1とCL2はまた、
M5とM6のそれぞれのゲートと接続する。キャパシタ
C1とC2は、それらのノード(結節点)における全容
量を表し、内部的にあるいは外部的に追加されたディス
クリートの容量と同様に、全ての能動デバイスの容量の
トータルともなる。出力信号VaとVbは差動出力信号
であって、イーサネット(Ethernet)あるいはSCSI
のようなコミュニケーションあるいは(図示していな
い)デバイス・インタフェース/チャンネルをドライブ
(駆動)できる。抵抗RaとRbは信号発生器10の出
力インピーダンスとコミュニケーション・インタフェー
ス/チャンネルのインピーダンスとを合わせるために使
用してもよい。
ち定常状態)特性を述べる。入力V1がハイ(例えば論
理1)で入力V2がロー(例えば論理0)の時、スター
ブド・インバータ・トランジスタM2とM3はオンであ
り、M1とM4はオフである。加えて、トランジスタ・
ドライバM5はオンで、そしてM6はオフである。これ
で全ての電流IsをRaに流し、出力Vaにおいてハイ
電圧レベルをもたらす。M2はオンであるから、電流I
2はクランプCL2内に流れてM6のゲートに電圧が現
れるのを制限する(すなわち、M6ゲート電圧は、ある
閾値電圧あるいはクランプ電圧を越えることができない
ようにクランプされる)。I2がVDDに関して一定で
あると(これは当業者が共通に知っている標準的な手法
を使用して比較的容易に達成できる)、M6のゲートで
の電圧はVDDに対して一定である。クランプ内に一つ
あるいはそれ以上のトランジスタを使用し、そしてそれ
らのサイズや種類を変えることによって、広い範囲でM
6のゲート入力12でのクランプ電圧を設定できる。こ
こで述べたクランプ(図5と関連して後に述べる)にと
って、クランプ電圧は、入力電流や使用されるプロセス
そしてデバイスパラメータに依存する。好ましいクラン
プ電圧はほぼ1.9ボルトである。もしクランプが存在
しなかったならば、そのときはM6のゲート入力におけ
る電圧はVDDまで上昇し、明らかにVDDに関して一
定でない。
る。これらのAC特性は入力電圧V1とV2の変化で変
化する。次の議論では、ローからハイに変化する入力V
2(V1とV2は差動データ信号であるから入力V1は
ハイからローに変化する)に視点をあてる。図1の右側
の回路を詳細に述べるが、同様の効果を有する左側の回
路はかっこ書きで示される。
変化できるスピードは有限のため、M6(M5)のター
ンオン時間は、M6(M5)のゲートのハイ電圧とM6
(M5)の閾値ターンオン電圧間の違いに依存する。M
6(M5)のゲートでのハイ電圧をクランプすることに
よって、クランプされたゲート電圧とM6(M5)の閾
値ターンオン電圧との間の差は、VDDに対して一定と
なるだろう。これは、更に図6−図7に関連して下記に
述べられるが、電圧Vb(Va)の遷移エッジをVDD
に対して一定にする。
き、クランプ回路は二つの追加した機能を達成する。第
1に、ビット幅が変化しても一定のエッジタイミングを
提供する。典型的に、データは変化するビット幅を有す
るものである。これはVaあるいはVbでの電圧変化が
遅い立ち上がりと立ち下がりあるいはスルーレートを有
しているとき問題が発生する。例えば、もしVaで立ち
下がり時間が最小のビット幅の25%を必要とすると、
M5のゲートでVDD(クランプなし)への立ち上がり
時間はこれを実現するために最小ビット幅よりも大きく
しなければならなくなるだろう(遅い立ち上がり時間は
I1とC1の割合の大きさによって達成可能である)。
このことは、最小の幅のビットによってはM5のゲート
の立ち上がり電圧がいかなる過程でもVDDに到達せ
ず、一方幅広のビットによってはM5のゲートの立ち上
がり電圧はそれより高くあるいはいかなる過程でもVD
Dに到達することを意味する。M5(M6)のゲートで
のより高い電圧は、M5(M6)の閾値電圧に至るには
より多くの道をたどらなければならないことを意味する
(これはより長い時間を要することをも意味する)。故
に、Vaでの立ち上がりエッジのタイミングは最小幅ビ
ットと幅広のビットで変わる。この症状は図6で示され
ている。
ない入力V1とトランジスタM5のゲートの電圧波形を
示す。時間t1で、V1はローとなり(すなわちVDD
ボルトからVSSボルトへ)、M5のゲート電圧はVS
SからVDDに向かって立ち上がり始める(積み重ねら
れたトランジスタ対M1/M3はインバータとして働
き、それ故M5のゲート電圧は入力電圧V1のそれから
反転する)。しかしながら、最小の符号幅(symbol widt
h)W1により、M5のゲート電圧はVDDに到達する時
間がないまま入力電圧V1が時間t2でハイとなり始め
る。むしろM5のゲート電圧は時間t2でローに行きは
じめ、決してVDDに到達しない。このゲートはM5の
閾値電圧を結果として通り、その点でトランジスタM5
はターンオンする(M5はpチャンネルFETであり、
ゲート電圧が閾値電圧よりも小さいときターンオンす
る)。最小ビット幅W1に引き続き、V1入力スイッチ
ング(時間t2)と出力ドライバM5がターンオンし始
める時の間の時間は、図6のTNで示されている。時間
t3で入力V1がローレベルに変化すると、時間t1で
起きたのと同様にM5のゲート電圧はVDDの方向に立
ち上がり始める。しかしながら、今度は符号幅W2が大
きく、その結果ゲート電圧は電圧VDDに向かうに十分
な時間を有している。ゲート電圧はいまやより高い電圧
レベルにあるため、入力V1が時間t4でハイとなった
とき、この電圧をM5の閾値電圧以下に減少させるには
より長い時間を要する。広いビット幅W2により、V1
入力が(時間t4で)ハイにスイッチングし出力ドライ
バM5がターンオンする時間との間の時間が、図6のT
Wとして示される。TW>TNが見てとれる。故に、V
aでの立ち上がりエッジのタイミングは最小幅のビット
とより広いビットとの間で変化する。
を使用した効果を示す。図7は入力V1とM5のゲート
の電圧波形を示し、M5のゲートはクランプCL1を有
する。時間t1で、V1がローとなったとき、M5のゲ
ート電圧はVSSからVDDの方に立ち上がり始める。
しかし、入力電圧が時間t2で変化する前にクランプ閾
値Vcに到達し、それ故M5のゲート電圧はt2の前に
最大電圧であるVcに到達する。時間t2では、入力電
圧V1はローからハイにスイッチする。M5のゲート電
圧は時間t2でローに行き始める。このゲート電圧は結
果としてM5の閾値電圧を通過し、その点でトランジス
タM5はターンオンし始める。最小ビット幅により、V
1入力が(時間t2で)スイッチングし出力ドライバM
5がターンオンし始める時間との間の時間は、図7でT
Nとして示される。時間t3で入力V1がローレベルに
変化することにより、時間t1で起こったのと同様にM
5のゲート電圧がVDD方向に立ち上がり始める。しか
しながら、たとえビット幅W2がより大きく、そして、
ゲート電圧が電圧VDDに向かうに十分な時間を有して
いても、ゲート電圧はVcでクランプされる。ゲート電
圧が最小幅ビットによるものと同一の電圧レベルにある
ため、この電圧がM5の閾値電圧以下に減少するために
要する時間は同一となる。広いビット幅W2に従って、
V1入力が(時間t4で)スイッチングし出力ドライバ
M5が実際にターンオンする時間との間の時間は、図7
のTWで示される。TW=TNが見てとれる。故に、V
aでの立ち上がりエッジのタイミングは最小幅ビットと
それより広い幅のビットの間で変化しない。加えて、ゲ
ート電圧がVcにクランプされているため、出力信号V
a(またはVb)の遷移エッジはVDDに対して一定で
ある。
は、伝送の大きさあるいは振幅で様々である容量蓄積の
影響を最小にし、あるいは減少させることである。アイ
ドル状態から実際に伝送する変化の間、図1のような回
路でクランプCL1とCL2が無いものは、定電流源I
sに容量が集中する影響を与える。これらの影響によ
り、平衡状態に達するまで、Isの量、それ故伝送電圧
の大きさを変化させる。図1の回路でクランプCL1と
CL2が含まれている場合は、M5とM6のゲート−ソ
ース容量にとってグランドへのローインピーダンス通路
が提供される。このローインピーダンスは、定電流源に
集中するチャージ(蓄積)を開放する道を与えることに
なり、結果としていかなる時でも一定の大きさで伝送で
きることとなる。このクランプ無しでは、チャージは定
電流源に集中し、電流そして伝送電圧の大きさを変化さ
せる。
す。図2は図1と同様に動作するが、しかし出力段がミ
ラーイメージ・タイプとなっている。特にトランジスタ
M5とM6のゲートをグランドにクランプした代わり
に、トランジスタM5とM6のゲートはVDDにクラン
プされている。また、VDDからトランジスタM5とM
6のソースノード14と16に定電流源を提供する代わ
りに、定電流源IsはグランドからM5とM6のソース
ノードに提供される。この回路は、図1の回路と同様の
方法で、しかし反対に動作する。
つの積み重ねられたトランジスタの対のドライバM5/
M7そしてM6/M8を含む。トランジスタM5とM7
はそれぞれ他に共通に接続されたゲートを有し、それは
クランプCL1の正(+)の端子に接続されている。ト
ランジスタのM5とM7のドレインはまた他に共通に接
続され、その接続部は出力ノードVaである。同様な形
で、トランジスタM6とM8はそれぞれ他に共通に接続
されたゲートを有し、それはクランプCL2の正(+)
の端子に接続されている。トランジスタのM6とM8の
ドレインはまた他に共通に接続され、その接続部は出力
ノードVbである。出力ノードVaとVbは抵抗Rを介
して共に接続されている。図3の構成は、負荷Rを供給
電圧(VDDあるいはVSS)から絶縁可能である。一
方、図1に関して上記で述べた手法(そして関連して図
6−図7で示したタイミング・ダイアグラム)は図3の
回路にも適用できる。
図4の回路は、図2で示された電流源/出力ドライバの
構成の両方をミラーし、図3で示した二つの積み重ねら
れたトランジスタ対のドライバ回路を含んで、図1のそ
れから改良されたものである。図4の動作は図2と図3
のそれと同様であり、繰り返す必要は無い。
1の様々な構成を示す。好ましいクランプは複数のトラ
ンジスタからなり、ダイオードとして構成され、直列に
接続され、該複数のトランジスタは少なくとも一つのp
チャンネル・デバイスからなっている。好ましい構成は
図5で示された最も右側の14であって、二つのpチャ
ンネルFETデバイスがそれぞれダイオード(ゲートが
直接それぞれのドレインに接続されている)として構成
され、該ダイオードは共に直列に接続されている。特定
のデバイス・サイズはプロセスで規定され、好ましい実
施例ではほぼ1.9ボルトのクランプ電圧となるように
選択される。
器が共に合わされた手法を示す。電流スイッチは、サイ
ン波形と同様な遷移エッジを発生するために、入力V1
1/V21、V12、V22、...V1n/V2nを
介して順次ターンオンされる。従って図8の回路はD−
Aコンバータとして機能する。出力Va1、Va
2、...Vanは、抵抗Raを介して出力電圧を発生
するように共に接続されており、出力Vb1、Vb
2、...Vbnは、抵抗Rbを介して出力電圧を発生
するように共に接続されている。この回路によりエッジ
の形のより制御可能となり、矩形波の入力でサイン波形
を発生することが可能である。
するために使用される制御ロジック(論理)である。図
8の合成した信号発生器によって発生したデータ信号
は、20に供給される。クロック信号は22で供給され
る。好ましい実施例では、クロック信号22は、データ
信号20の周波数よりもN倍大きい周波数で動作する。
例えば、データ信号が1MHz信号であった場合は、ク
ロック信号は好ましくは10MHzである。データとク
ロック信号は、クロック型のフリップフロップであるブ
ロック24に提供される。ブロック24のQ出力は、ク
ロック信号22と同様に状態マシーン(state m
achine)26に接続されている。状態マシーン2
6は複数の出力V11、...V1nを有しており、図
8の入力V11、...V1nに接続されている。状態
マシーン26は、データ信号を遅延して順番に図8の様
々な信号発生器10の個々に供給する。遅延順序のため
の状態マシーン26は、この技術の専門分野において良
く知られており、更にここで述べる必要はない。入力信
号を複数の信号発生器に順序だてることにより、矩形波
形データ信号20からサイン波形を発生することができ
る。
トの両方で動作するドライバを開発するのに直面する3
つの問題を解決する。伝送信号のコモンモード・エネル
ギーは電源電圧の変動で減衰されない。伝送信号のコモ
ンモード・エネルギーは符号幅の変動で減衰されない。
最後に伝送レベルは容量蓄積の影響によって変動しな
い。
たが、ここで開示したそのものの構成に限定されるもの
と理解すべきではなく、特許請求の範囲で定義される本
発明の技術思想内に包含されるあらゆる変更や改良に対
しても本権利が及ぶものである。
移エッジが供給電圧によらず一定となる。この手法によ
り供給電圧が許容範囲を越えて変化するときでも出力信
号のエッジ遷移の変動を最小にすることができる。更
に、出力信号の遷移エッジをより制御することにより、
より遅いエッジを発生し、供給電圧や入力符号幅の変化
でも一定の遷移する電圧形を保つことができる。
る。
る。
る。
示すタイミング・ダイアグラムの第1例である。
すタイミング・ダイアグラムの第2例である。
た結合回路である。
タ V1、V2...入力信号 Va、Vb...出力信号 Ra、Rb...抵抗 C1、C2...キャパシタ 14、16...ソースノード 18...クランプ 20...フリップフロップ 26...状態マシーン
Claims (19)
- 【請求項1】 入力信号を受信する受信部と、 複数の公称供給電圧のうちの一つと実質的に異なった電
圧でドライバ回路を操作する間に前記入力信号から出力
信号を発生する手段と、からなるスルーレート制御駆動
回路。 - 【請求項2】 前記複数の公称供給電圧が約3.3ボル
トと5.5ボルトである請求項1記載のスルーレート制
御駆動回路。 - 【請求項3】 前記ドライバ回路がイーサネット・ドラ
イバ回路である請求項1記載のスルーレート制御駆動回
路。 - 【請求項4】 前記ドライバ回路がSCSIドライバ回
路である請求項1記載のスルーレート制御駆動回路。 - 【請求項5】 トランジスタと、 前記トランジスタのクランプされた入力電圧と前記トラ
ンジスタのターンオン電圧との間で一定の電圧差を維持
する手段と、からなる信号発生器。 - 【請求項6】 定電流源に接続され、該定電流源を選択
的にイネーブル(ENABLE)あるいはディスエーブ
ル(DISABLE)する出力ドライバと、 前記出力ドライバの入力に接続されたクランプと、から
なる信号発生器。 - 【請求項7】 夫々が定電流源を選択的にイネーブルあ
るいはディスエーブルする複数の出力ドライバと、 前記複数の各出力ドライバの入力に夫々接続された複数
のクランプと、からなる信号発生器。 - 【請求項8】 少なくとも一つの定電流源を有するカレ
ント・スターブド・インバータと、 伝送すべきデータに基づき、前記カレント・スターブド
・インバータの定電流源からクランプに電流をスイッチ
ングする手段と、からなるデータ伝送回路。 - 【請求項9】 電流スイッチに接続された前記クランプ
によってクランプ電圧を発生する請求項8記載のデータ
伝送回路。 - 【請求項10】 少なくとも一つの入力と一つの出力と
を有する回路であって、 入力信号を受信する入力部と、 出力信号を伝送する出力部と、 入力信号のスルーレートよりも遅いスルーレートを有す
る対称的な出力信号を発生する手段と、からなるデータ
伝送回路。 - 【請求項11】 公称供給電圧と、 複数の公称供給電圧と実質的に異なる供給電圧で実質的
に一定のスルーレートを有する出力信号を発生する手段
からなる信号発生器と、からなるシステム。 - 【請求項12】 入力信号を受信し、 複数の公称供給電圧のうちの一つと実質的に異なった電
圧によりドライバ回路を操作する間前記入力信号から出
力信号を発生する、過程からなるスルーレート制御回路
の操作方法。 - 【請求項13】 トランジスタのクランプされた入力電
圧と前記トランジスタのターンオン電圧との間で一定の
電圧差を維持する、電気信号発生方法。 - 【請求項14】 入力信号を受信し、 受信した入力信号に基づき出力ドライバを選択的にイネ
ーブルあるいはディスエーブルし、 ディスエーブルしたとき前記出力ドライバの入力をクラ
ンプする、過程からなる電気信号発生方法。 - 【請求項15】 少なくとも一つの入力信号を受信し、 前記受信した少なくとも一つの入力信号に基づき、選択
的に複数の出力ドライバをイネーブルあるいはディスエ
ーブルし、 出力ドライバがディスエーブルのとき、前記複数の出力
ドライバの各入力をクランプする、過程からなる電気信
号発生方法。 - 【請求項16】 伝送すべきデータに基づき定電流源か
らクランプに電流をスイッチングするデータ伝送方法。 - 【請求項17】 スイッチ電流から出力トランジスタの
ゲート電圧を発生し、 前記出力トランジスタによって出力信号を発生する、過
程を更に有する請求項16記載のデータ伝送方法。 - 【請求項18】 入力信号を受信し、 入力信号のスルーレートよりも遅いスルーレートを有す
る対称的な出力信号を発生する、過程からなるデータ伝
送方法。 - 【請求項19】 公称供給電圧を発生し、 複数の公称供給電圧と実質的に異なる供給電圧で実質的
に一定のスルーレートを有する出力信号を発生する、過
程からなる方法。
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