JPH11112323A - 振幅信号処理回路および振幅信号処理方法 - Google Patents
振幅信号処理回路および振幅信号処理方法Info
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- JPH11112323A JPH11112323A JP9264341A JP26434197A JPH11112323A JP H11112323 A JPH11112323 A JP H11112323A JP 9264341 A JP9264341 A JP 9264341A JP 26434197 A JP26434197 A JP 26434197A JP H11112323 A JPH11112323 A JP H11112323A
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Abstract
も判定できない中間レベル出力を防止することで、受信
回路を構成しているトランジスタの不用意な導通状態を
なくし、大電流による消費電力や発熱量の増加を回避す
ることのできる振幅信号処理回路および振幅信号処理方
法を実現すること。 【解決手段】 入力信号と第1及び第2の基準電圧との
それぞれの差分を検出して差分信号として出力する差分
信号検出手段と、前記差分信号を受信して前記入力信号
のレベルがハイ・レベルまたはロー・レベルのいずれで
あるか、また、前記入力信号の振幅が予め定められた最
小定格範囲を逸脱しているか、を判別して出力する定格
信号認識手段とを備えることを特徴とする。
Description
受信回路に関し、ある特定の振幅を有するハイ・レベル
信号またはロー・レベル信号を受信し、これを論理信号
処理回路で使用するために波形整形し、必要な振幅を持
ったハイ・レベル信号またはロー・レベル信号に変換す
るための振幅信号処理回路に関するものである。
高速化と低電力化及び低ノイズ化を達成することを目的
とする場合、電源電圧以下の小さな信号振幅を使用する
低振幅インターフェースが使用される場合が殆どであ
る。低振幅インターフェースとしては、GTL:Gunnin
g Transceiver Logic、CTT:Center Tapped Termina
tion、LVDS:Low Voltage Differential Signalin
g、PECL:Pseudo Emitter Coupled Logic等が知ら
れている。例えばPECLを例に挙げると、電源電圧は
約3Vまたは約5Vを有するが、取り扱う信号の振幅は
約0.6Vである。このような小振幅信号を転送するた
めの手段は、終端電圧源と終端抵抗を利用することが一
般的である。例えば、先に示したPECLの場合には、
ハイ・レベルの信号を出力するときには、出力回路にて
ある特定の電流を流出し、終端抵抗を介して終端電圧源
に向けて流すことよって、特定の終端抵抗に生成される
起電力を生成することで実現され、また、ロー・レベル
信号を出力する場合には、出力回路にてある特定の電流
を、終端電圧源から抵抗を介して流入することによっ
て、特定の終端抵抗に生成される起電力を生成すること
で実現される。従って生成される小振幅信号は、ハイ・
レベルであれば終端電圧を中心に約0.3Vだけ高いレ
ベルを有し、また、ロー・レベルであれば約0.3Vだ
け低いレベルを有し、約0.6Vの信号振幅を生成させ
ている。
相転送方式と差動転送方式が一般的に行われている。単
相転送方式は信号転送に利用する信号は小振幅信号一つ
であるが、差動転送方式は単相転送方式の転送信号と同
等の小振幅信号の他に、小振幅信号の位相のみが反転し
た信号の二つを同時に転送する。
合に、受信回路が保有する2つの入力端子の一方には、
信号振幅の中心値に近いリファレンス電圧を供給し、他
方の入力端子には転送信号を入力し、リファレンス電圧
より高い転送信号が供給された場合をハイ・レベル信号
と判定し、また基準電圧より低い転送信号が供給された
場合をロー・レベル信号と判定することで、転送信号の
レベルが見極められる。
には、先に説明したように位相のみが反転した2つの信
号が同時送信され、受信回路が保有する2つの入力端子
には2つの信号がそのまま供給される。その場合、一方
の端子である反転相入力端子に対し、他方の端子である
正相入力端子に供給された信号レベルが高ければ、ハイ
・レベル信号と判定し、また反転相入力端子に対し正相
入力端子に供給された信号が低ければ、ロー・レベル信
号と判定することで、転送信号のレベルが見極められ
る。
転送方式回路の構成を示すブロック図であり、図7
(b)はその入出力信号のタイミングチャートを示す図
である。その回路構成は、図7(a)に示されるよう
に、入力端子(IN)に単相レベル判別回路26の一方
の入力端が接続され、リファレンス入力端子(VR1)
に単相レベル判別回路26の他方の入力端が接続され、
単相レベル判別回路26の出力端に単相レベル認識回路
27の入力端が接続され、出力端子(OUT)に単相レ
ベル認識回路27の出力端が接続される。
図7(b)に示されるタイミングチャートを参照して説
明する。図7(b)によれば、単相レベル判別回路26
の2つの入力端子には、入力信号(IN)とリファレン
ス信号(VR1)が供給される。単相レベル判別回路2
6は、(VR1)に対して(IN)が大きな場合あるい
は小さな場合を、それぞれハイ・レベル、ロー・レベル
と判断し、26OUT信号を出力する。また単相レベル
認識回路27は、26OUT信号を受信し、26OUT
信号の論理の非反転レベルであるOUT信号を出力す
る。OUT信号の信号レベルの反転などの論理演算は、
単相レベル認識回路27にて処理されることが一般的で
ある。
る差動転送方式回路の構成を示すブロック図であり、図
8(b)はその入出力信号のタイミングチャートを示す
図である。その回路構成は、図8(a)に示されるよう
に、正相入力端子(IN)に差動レベル判別回路28の
一方の入力端が接続され、反転相入力端子(INX)に
差動レベル判別回路28の他方の入力端が接続され、差
動レベル判別回路28の出力端に単相レベル認識回路2
7の入力端が接続され、出力端子(OUT)に単相レベ
ル認識回路27の出力端が接続される。
(b)に示すタイミングチャートを参照して説明する。
図8(b)によれば、差動レベル判別回路28の2つの
入力端子には、正相入力信号(IN)と反転相入力信号
(INX)が供給される。差動レベル判別回路28は、
(INX)に対し、(IN)が大きな場合、あるいは、
小さな場合を、それぞれハイ・レベル、ロー・レベルと
判断し、28OUT信号を出力する。また単相レベル認
識回路27は、28OUT信号を受信し、28OUT信
号の論理の非反転レベルであるOUT信号を出力する。
OUT信号のレベルの反転などの論理演算は、単相レベ
ル認識回路27にて処理される。
行われている信号振幅処理において単相転送信号または
差動転送信号は出力回路から送信されるが、出力回路は
ハイ・レベルまたはロー・レベルのいずれも送信しない
ハイ・インピーダンス状態となる場合がある。これは出
力回路において、同じ信号転送路に接続されている他の
出力回路との信号競合を避ける手段として一般的によく
利用されている。
としては、出力回路が信号転送路との接続が開放された
場合にもハイ・インピーダンス状態となる。ハイ・イン
ピーダンス状態になると、信号転送路のハイ・レベル、
ロー・レベルは、ともに終端電源と同等のレベルとな
り、その振幅は零になる。
受信信号をハイ・レベルまたはロー・レベルとして判別
できなくなる最小振幅の限界値が必ず存在する。その限
界値は、回路として受信可能な振幅の最小定格値とさ
れ、信号送信の際には、定格値を逸脱しないような振幅
で転送しなければならない。この定格値以下の振幅を受
信回路に供給した場合、信号のハイ・レベルまたはロー
・レベルを正確に認識することができず、誤信号を出力
してしまうという問題が発生する。これを図7(a)に
示した従来例で説明すると、入力端子(IN)への供給
信号振幅が、最小定格値を逸脱した場合、単相レベル判
別回路26は入力信号のハイ・レベルまたはロー・レベ
ルを認識できず、ハイ・レベルまたはロー・レベルのど
ちらとも判定できない中間レベルを出力する。この出力
信号を単相レベル認識回路27が受信すると、信号のハ
イ・レベルまたはロー・レベルを正確に認識できず、誤
信号を出力する。このときに出力される誤信号とは、ハ
イ・レベルまたはロー・レベルが、受信回路の供給電源
や周囲温度、及び製造ばらつき等の条件に依存して無秩
序に変動する場合や、ハイ・レベルまたはロー・レベル
のどちらとも判定できない中間レベルを出力する場合な
ど様々である。前者に関しては、誤信号によって集積回
路が搭載された装置が誤動作を引き起こし、また、後者
に関しては、受信回路を構成しているトランジスタが不
用意な導通状態を保ち、大きな定常電流が流れるという
問題を引き起こす。更にこの大電流は、消費電力や発熱
量の増加を起こし、集積回路、またはそれが搭載された
装置において、正常動作を維持することができないとい
う問題を引き起こす。
送方式の場合でも同様に発生する。先に説明したハイ・
インピーダンス状態は、信号振幅が零のため、受信回路
の最小振幅規格を完全に逸脱してしまい、上記と同様な
現象を引き起こす問題点があった。
る問題点に鑑みてなされたものであって、ハイ・レベル
またはロー・レベルのどちらとも判定できない中間レベ
ル出力を防止することで、受信回路を構成しているトラ
ンジスタの不用意な導通状態をなくし、大電流による消
費電力や発熱量の増加を回避することのできる振幅信号
処理回路および振幅信号処理方法を実現することを目的
とする
路は、入力信号と第1及び第2の基準電圧とのそれぞれ
の差分を検出して差分信号として出力する差分信号検出
手段と、前記差分信号を受信して前記入力信号のレベル
がハイ・レベルまたはロー・レベルのいずれであるか、
また、前記入力信号の振幅が予め定められた最小定格範
囲を逸脱しているか、を判別して出力する定格信号認識
手段とを備えることを特徴とする。
は、入力信号と入力信号の位相のみが反転した反転入力
信号との電位差、いわゆる信号振幅の差分を比較してそ
の結果を差動信号として出力する差動信号振幅検出手段
と、前記差動信号と第1及び第2の基準電圧とのそれぞ
れの差分を検出して差分信号として出力する差分信号検
出手段と、前記差分信号を受信して前記入力信号のレベ
ルがハイ・レベルまたはロー・レベルのいずれである
か、また、前記入力信号の振幅が予め定められた最小定
格範囲を逸脱しているか、を判別して出力する定格信号
認識手段とを備えることを特徴とする。
幅の大きさや定格逸脱信号の大きさを任意の値に増幅可
能な信号増幅手段を備えることとしてもよい。
第1及び第2の基準電圧とのそれぞれの差分を検出し、
前記検出した入力信号と第1及び第2の基準電圧とのそ
れぞれの差分から前記入力信号のレベルがハイ・レベル
またはロー・レベルのいずれであるか、また、前記入力
信号の振幅が予め定められた最小定格範囲を逸脱してい
るか、を判別することを特徴とする。
は、入力信号と入力信号の位相のみが反転した反転入力
信号との電位差、いわゆる信号振幅の差分を比較し、前
記信号振幅の比較結果と第1及び第2の基準電圧とのそ
れぞれの差分を検出し、前記検出した入力信号と入力信
号の位相のみが反転した反転入力信号との比較結果と第
1及び第2の基準電圧とのそれぞれの差分から前記入力
信号のレベルがハイ・レベルまたはロー・レベルのいず
れであるか、また、前記入力信号の振幅が予め定められ
た最小定格範囲を逸脱しているか、を判別することを特
徴とする。
号の振幅の大きさや定格逸脱信号の大きさを任意の値に
増幅して判別を行うこととしてもよい。
おいては、入力信号の判定を従来行われているハイ・レ
ベルまたはロー・レベルであるかを判定することに加え
て、ハイ・インピーダンス状態の信号の特徴振幅が予め
定められた最小定格範囲を逸脱しているかが判定可能と
されているので、信号振幅が零であるハイ・インピーダ
ンスをも検出可能となる。これにより、不用意に生じた
ハイ・インピーダンス状態に発生する誤動作の防止や、
その状態に対処する処理信号を発生することが可能にな
る。
面を参照して説明する。
回路図である。本実施例は、直列に設けられた差分信号
検出回路1と定格信号認識回路2から構成されている。
差分信号検出回路1は入力端子INと2つのリファレン
ス電圧入力端子VR2,VR3と2つの出力端子OUT
A1,OUTA2を具備し、定格信号認識回路2は2つ
の入出力端子INA1,INA2,OUT1,OUT2
を具備している。
路図である。差分信号検出回路1は同図に示すように、
能動負荷用トランジスタ6と7及び11と12のそれぞ
れに、一定の電流を流すための電流源8及び13と、電
流の開閉を行う切換用トランジスタ4と5及び9と10
から形成される。
ランジスタ6と7は、ソースが電源電位VDDに接続さ
れ、ゲートは共通に能動負荷用トランジスタ6のドレイ
ンに接続されている。NMOSトランジスタである切換
用トランジスタ4と5それぞれのドレインは能動負荷用
トランジスタ6と7それぞれのドレインに接続され、各
ソースは共通に電流源8に接続されている。NMOSト
ランジスタである能動負荷用トランジスタ11と12
は、ソースが電源電位VSSに接続され、ゲートは共通
に能動負荷用トランジスタ12のドレインに接続されて
いる。PMOSトランジスタである切換用トランジスタ
9と10それぞれのドレインは能動負荷用トランジスタ
11と12それぞれのドレインに接続され、各ソースは
共通に電流源13に接続されている。切換用トランジス
タ5と9のゲートは共通に接続されて入力端子INとさ
れ、切換用トランジスタ4と10の各ゲートはそれぞれ
リファレンス電圧入力端子VR2、VR3とされ、各ド
レインは出力端子OUTA1、OUTA2とされてい
る。
の構成を示す回路図である。定格信号認識回路2は同図
に示すように、ハイ・レベルとロー・レベル及びハイ・
インピーダンスレベルを論理信号として出力ための論理
回路21ないし25から形成される。NAND回路21
は、入力端子INA1、INA2が入力に接続され、そ
の出力はAND回路23、24の一方の入力に出力さ
れ、また、インバータ24を介して出力端子OUT1に
出力される。AND回路23の他方の入力には入力端子
INA2への入力がインバータ22を介して出力されて
いる。AND回路24の他方の入力にはAND回路23
の出力が入力され、その出力が出力端子OUT2に出力
される。
格信号認識回路2の動作を示す真理値表を示す図であ
り、同図に示されるように、ハイ・レベルまたはロー・
レベルの期待値は、2つの出力端子OUT1,OUT2
が互いに相反する相補論理になった場合とし、またハイ
・インピーダンス(HZ)状態、すなわち入力信号振幅
が受信回路の最小振幅定格値以下になった場合の期待値
は、2つの出力端子がともにロー・レベルを出力した場
合としている。
あるいは間接的に接続される他の信号処理回路に対し、
転送線路の状態を知らせる手段として一般的に利用され
ている方法である。これによって他の信号処理装置は、
不用意に生じたハイ・インピーダンス状態に発生する誤
動作の防止や、その状態に対処する処理信号を発生する
ことが可能になる。
ングチャートである図6を参照して説明する。
とVR3の値は、受信回路の最小振幅定格値となるよう
に設定する。入力端子INの信号が変化し、2つのリフ
ァレンス電圧VR2とVR3を通過すると、図3に示す
差分信号検出回路1の2つの出力OUTA1、OUTA
2からは、ぞれぞれ入力端子INの信号とは反対の論理
が出力する。この動作は、タイミングチャートの区間
とに相当し、入力信号INが振幅受信回路の定格以上
の振幅を有することで達成される動作である。これに対
し、入力端子INの信号振幅が、受信回路の定格以下の
振幅を有する区間では、微少な論理変化あっても、そ
の振幅は2つのリファレンス電圧VR2とVR3値を通
過しないため、図3に示す差分信号検出回路1の2つの
出力OUTA1、OUTA2は変化することなく、ハイ
・レベルまたはロー・レベルの一定の信号を出力する。
出力OUTA1、OUTA2のそれぞれは、図5(a)
に示した定格信号認識回路2の2つの入力端子(INA
1、INA2)に供給される。図5(b)に示す真理値
表をもとにすると、区間ないしにおける出力OUT
1、OUT2は、図6に示す通りのタイミングチャート
に至ることは容易に理解できる。すなわち定格振幅以上
の区間及びは、入力端子(IN)にハイ・レベルま
たはロー・レベルが供給された場合の図5(b)に示し
た期待値と合致し、また、定格振幅以下の区間では、
ハイ・インピーダンスが供給された場合の期待値と合致
していることが理解できる。
構成を示す図2を参照して説明する。
り、図2に示される回路は差動転送の受信方式に加え、
信号振幅増幅作用を兼ね備えた受信回路である。信号振
幅増幅作用は、転送信号振幅と受信回路の最小振幅定格
値との差が小さく、差分信号検出回路の分解能などで定
格値以下の信号振幅を見極められない場合に、非常に有
効になるものである。
例で示した差分信号検出回路1と定格信号認識回路2に
加えて、正相入力端子INと反転相入力端子INXと一
つの出力端OUTBを具備した差動信号振幅検出手段お
よび信号増幅手段としての差動信号増幅段3を設けたも
のである。差分信号検出回路1は入力端子INへの入力
信号として差動信号増幅段3の出力端からのOUTB信
号を入力する。
路図である。差動信号増幅回路3は同図に示すように、
抵抗負荷用抵抗素子16及び17のそれぞれに対して、
一定の電流を流すための電流源19及び20と、電流の
開閉を行う切換用トランジスタ14及び15を設けたも
のである。ベースが正相入力端子INとされる切換用ト
ランジスタ14は、コレクタが抵抗負荷用抵抗素子16
を介して電源電位VDDと接続され、エミッタが電流源
19を介して電源電位VSSと接続されている。ベース
が反転相入力端子INXとされ、コレクタが出力端OU
TBとされる切換用トランジスタ14は、コレクタが抵
抗負荷用抵抗素子17を介して電源電位VDDと接続さ
れ、エミッタが電流源20を介して電源電位VSSと接
続されている。また、各トランジスタのエミッタは抵抗
素子18を介して接続されている。なお、差分信号検出
回路1と定格信号認識回路2は第1の実施例と同等の構
成のために説明は省略する。
信号増幅回路3によって正相入力端子INと反転相入力
端子INXに入力された各信号が増幅された後の動作
は、第1の実施例と全く同様である。信号増幅率は、図
4に示す差動信号増幅回路3における抵抗素子16及び
17のそれぞれに流す一定の電流を、電流源19及び2
0にて調節するか、あるいは電流源19及び20の定電
流に対し、抵抗素子16及び17の電気抵抗値を調節す
るかのいずれかで容易に達成される。
と最小振幅定格との差分を広げることができ、差分の中
間に、差分信号検出回路1の2つのリファレンス電圧V
R2とVR3を設定する。この場合、差分のハイ・レベ
ル側には、VR2を設定し、ロー・レベル側にはVR3
を設定することは、第1の実施例のタイミシグチャート
の図6と同様である。
幅回路3の増幅率を1倍にすれば、信号増幅作用を持た
ないものとすることができ、また、第2の実施例を増幅
作用を兼ね備えた単相転送方式として利用したい場合
は、差動信号増幅回路3の反転相入力端子(INX)を
リファレンス入力端子(VR1)とし、正相入力端子
(IN)に単相転送信号を供給することで達成される。
信号検出回路1と差動信号増幅段3と定格信号認識回路
の回路構成は、それぞれ図3と図4と図5に示したが、
これらは回路の動作説明の便宜上、最もシンプルな構成
を利用したに過ぎず、従って図6に示したタイミングチ
ャートを達成する機能を有するものであれば、どのよう
な構成でも差し支えない。例えば、MOSトランジスタ
とバイポーラトランジスタとの差し替えや、抵抗素子と
MOSトランジスタとの差し替えなどは一般的によく利
用される実施例である。
イ・インピーダンスの期待値においても、上記の説明で
は図5(b)に示す論理を仮定したが、それぞれの状態
を表現できる諭理であれば第9図のタイミングチャート
と異なっていても差し支えなく、その期待値に応じて、
差分検出手段と信号増幅段と定格信号認識手段の論理を
変更する場合もあり得る。
いるので、以下に記載するような効果を奏する。
ルとロー・レベル及びハイ・インピーダンス状態を見極
め、それぞれが保有する期待値通りの論理を出力するた
め誤信号は出力されず、集積回路や装置の誤動作を回避
できる効果を持つ。特に、ハイ・レベルまたはロー・レ
ベルのどちらとも判定でさない中間レベル出力を防止す
ることで、受信回路を構成しているトランジスタの不用
意な導通状態をなくし、大電流による消費電力や発熱量
の増加を回避できる効果を持つ。
値を逸脱した場合でも同様に作用するため、上記と同様
の効果が発揮できる。
ている、単相転送方式及び差動転送方式のいずれも適用
できるため、上記の効果は両者同様に発揮できる。
小定格値との差が小さい場合でも、その差は信号増幅機
能によって任意の値に増幅できるため、上記の作用と効
果は同様に発揮できる。
る。
る。
図、(b)は定格信号認識回路の動作を示す真理値表で
ある。
チャートである。
その動作を示すタイミングチャートである。
その動作を示すタイミングチャートである。
Claims (6)
- 【請求項1】 入力信号と第1及び第2の基準電圧との
それぞれの差分を検出して差分信号として出力する差分
信号検出手段と、 前記差分信号を受信して前記入力信号のレベルがハイ・
レベルまたはロー・レベルのいずれであるか、また、前
記入力信号の振幅が予め定められた最小定格範囲を逸脱
しているか、を判別して出力する定格信号認識手段とを
備えることを特徴とする振幅信号処理回路。 - 【請求項2】 入力信号と入力信号の位相のみが反転し
た反転入力信号との電位差、いわゆる信号振幅の差分を
比較してその結果を差動信号として出力する差動信号振
幅検出手段と、 前記差動信号と第1及び第2の基準電圧とのそれぞれの
差分を検出して差分信号として出力する差分信号検出手
段と、 前記差分信号を受信して前記入力信号のレベルがハイ・
レベルまたはロー・レベルのいずれであるか、また、前
記入力信号の振幅が予め定められた最小定格範囲を逸脱
しているか、を判別して出力する定格信号認識手段とを
備えることを特徴とする振幅信号処理回路。 - 【請求項3】 入力信号の振幅の大きさや定格逸脱信号
の大きさを任意の値に増幅可能な信号増幅手段を備える
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の振幅信
号処理回路。 - 【請求項4】 入力信号と第1及び第2の基準電圧との
それぞれの差分を検出し、 前記検出した入力信号と第1及び第2の基準電圧とのそ
れぞれの差分から前記入力信号のレベルがハイ・レベル
またはロー・レベルのいずれであるか、また、前記入力
信号の振幅が予め定められた最小定格範囲を逸脱してい
るか、を判別することを特徴とする振幅信号処理方法。 - 【請求項5】 入力信号と入力信号の位相のみが反転し
た反転入力信号との電位差、いわゆる信号振幅の差分を
比較し、 前記信号振幅の比較結果と第1及び第2の基準電圧との
それぞれの差分を検出し、 前記検出した入力信号と入力信号の位相のみが反転した
反転入力信号との比較結果と第1及び第2の基準電圧と
のそれぞれの差分から前記入力信号のレベルがハイ・レ
ベルまたはロー・レベルのいずれであるか、また、前記
入力信号の振幅が予め定められた最小定格範囲を逸脱し
ているか、を判別することを特徴とする振幅信号処理方
法。 - 【請求項6】 入力信号の振幅の大きさや定格逸脱信号
の大きさを任意の値に増幅して判別を行うことを特徴と
する請求項4または請求項5記載の振幅信号処理方法。
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