JPWO2010140190A1 - 比較判定回路およびそれを用いた試験装置 - Google Patents
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Abstract
比較判定回路10は、通信相手の第2デバイス102から伝送線路104を介して受けた信号のレベルを判定する。入出力端子P1は、伝送線路104に接続される。アテネータ回路12は、入出力端子P1の電圧を減衰させ、減衰電圧を発生する。レベルコンパレータCMP1は、減衰電圧Vcを所定のしきい値電圧VOH’と比較し、比較結果に応じたレベル判定信号SHを生成する。保護回路20は、入出力端子P1の電圧または減衰電圧を監視し、監視対象の電圧が所定の電圧範囲から逸脱するとき、レベルコンパレータCMP1に入力される電圧を強制的に遮断もしくは変化せしめる。
Description
本発明は、伝送線路を介して伝送される信号のレベルを判定する比較判定回路に関する。
2つの半導体デバイス間でデータを送受信する場合、単一の伝送線路を介して双方向伝送を行う場合がある。こうした双方向インタフェースを備えるデバイスを試験する場合、被試験デバイス(DUT)から出力される信号の振幅がしきい値電圧と比較され、その良否が判定される。
双方向インタフェースを有するDUTを検査する試験装置について検討する。試験装置には、共通の伝送線路に接続されたトランスミッタ(ドライバ)とレシーバ(比較判定回路)が設けられる。ドライバは、DUTにテストパターンを送信し、比較判定回路は、DUTから出力された信号の論理値を判定し、あるいは信号の振幅を検査する。
図1は、一般的なドライバ・コンパレータ回路400を用いた試験システム500を示すブロック図である。ドライバ・コンパレータ回路400は、ドライバアンプDRV1およびレベルコンパレータCMP1を備える。
ドライバ・コンパレータ回路400は試験装置に搭載され、通信相手のデバイス、つまりDUT102と伝送線路104を介して接続される。ドライバアンプDRV1は、DUT102に対して信号Vdを出力し、レベルコンパレータCMP1は、伝送線路104を介して受信した信号Vaの振幅レベルをしきい値電圧VOHと比較し、比較結果を示す信号SHを発生する。
ドライバ・コンパレータ回路400は試験装置に搭載され、通信相手のデバイス、つまりDUT102と伝送線路104を介して接続される。ドライバアンプDRV1は、DUT102に対して信号Vdを出力し、レベルコンパレータCMP1は、伝送線路104を介して受信した信号Vaの振幅レベルをしきい値電圧VOHと比較し、比較結果を示す信号SHを発生する。
DUT102が、比較的大振幅の信号Vuを出力する場合がある。この場合、レベルコンパレータCMP1は、その振幅に耐えうる十分高い耐圧のトランジスタ素子を用いて構成する必要があるところ、一般には高耐圧トランジスタは動作が遅いという問題がある。つまり従来のシステムでは、DUT102からの大振幅の出力信号Vuを想定して設計すると、テストレートが制限されるという問題があった。
かかる問題は、試験装置に限らず、半導体デバイス間の伝送においても同様に発生しうる。
本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、高速信号を評価可能な比較判定回路の提供にある。
本発明のある態様は、通信相手のデバイスから伝送線路を介して受けた信号のレベルを判定する比較判定回路に関する。比較判定回路は、伝送線路に接続される入出力端子と、その第1端子が入出力端子と接続された第1抵抗と、その第1端子が第1抵抗の第2端子に接続され、その第2端子に第1電圧が印加された第2抵抗と、を含み、第1、第2抵抗の接続点に生ずる減衰電圧を出力するアテネータ回路と、減衰電圧を所定のしきい値電圧と比較し、比較結果に応じたレベル判定信号を生成するレベルコンパレータと、を備える。
この態様によれば、レベルコンパレータに入力される電圧レベルを小さくできるため、低耐圧素子で構成される高速なコンパレータを利用できる。
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
本発明のある態様によれば、高速信号を評価できる。
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
以下で説明する実施の形態は、双方向インタフェースを有するドライバ・コンパレータ回路に関する。図2は、実施の形態に係るドライバ・コンパレータ回路100の構成を示すブロック図である。
ドライバ・コンパレータ回路100は第1のデバイスのインタフェース回路であり、通信相手のデバイス(以下、第2デバイスと称する)102と伝送線路104を介して接続され、第2デバイス102に対して信号Vd’を出力し、あるいは第2デバイス102から出力される信号Vuを受信する。
もしくは、ドライバ・コンパレータ回路100は、自動試験装置ATE(Automatic Test Equipment)のインタフェース回路(ピンエレクトロニクスとも称される)としての利用にも好適である。すなわち、ドライバ・コンパレータ回路100は、第2デバイス(DUT)に対してパターンデータを出力するとともに、DUTからの信号を受け、その振幅(レベル)を判定する。この場合、図2は試験システムを示す。
第2デバイス102は、ドライバアンプDRV2、出力抵抗Ruを備える。ドライバアンプDRV2から出力される信号Vuは、伝送線路104を介してドライバ・コンパレータ回路100の入出力端子P1に入力される。ドライバアンプDRV2には出力抵抗Ruが設けられる。伝送線路104の特性インピーダンスZ0は、第2デバイス102の出力抵抗Ruとマッチングがとれているとの前提のもと、以下の説明を進める。
ドライバ・コンパレータ回路100は、伝送線路104が接続される入出力端子P1を備える。ドライバ・コンパレータ回路100は、比較判定回路10、ドライバアンプDRV1、第3抵抗R3を備える。
ドライバアンプDRV1は、第2デバイス102に対して伝送すべき信号Vd’を発生する。信号Vd’は、ハイ・ローの2値であってもよいし、4値、8値等の多値信号であってもよい。第3抵抗R3は、ドライバアンプDRV1の出力端子と入出力端子P1の間に設けられる。第1デバイスが第2デバイス102に対して信号を送出しない場合、つまり単方向伝送を行う場合には、ドライバアンプDRV1は、一定電圧を発生してもよい。
比較判定回路10は、入出力端子P1に発生する電圧Va’の振幅レベルを判定する。比較判定回路10は、アテネータ回路12、保護回路20、レベルコンパレータCMP1を備える。
アテネータ回路12は、入出力端子P1の電圧Va’を減衰させ、減衰電圧Vcを生成する。レベルコンパレータCMP1は、減衰電圧Vcを所定の上側しきい値電圧VOH’と比較し、比較結果に応じたレベル判定信号SHを生成する。レベルコンパレータCMP1と並列に、減衰電圧Vcを所定の下側しきい値電圧VOL’と比較するコンパレータ(不図示)をさらに備えてもよい。
減衰電圧Vcは、保護回路20を経由してレベルコンパレータCMP1へと供給される。保護回路20は、減衰電圧Vc(もしくは入出力端子P1の電圧Va’)が所定の上限電圧より高い過電圧状態(もしくは所定の下限電圧より低い減電圧状態)となると、レベルコンパレータCMP1に対する減衰電圧Vcを強制的に遮断し、もしくはその電圧値を変化させる。
以上がドライバ・コンパレータ回路100の構成である。続いてその動作を説明する。図2のドライバ・コンパレータ回路100では、入出力端子P1の電圧Va’がアテネータ回路12よって減衰される。したがって、第2デバイス102が振幅の大きな電圧Vuを発生する場合であっても、レベルコンパレータCMP1には振幅の小さな電圧Vcが入力されることとなる。
図2のドライバ・コンパレータ回路100によれば、レベルコンパレータCMP1を低耐圧素子を用いて構成できるため、高速な比較処理が実現できる。つまり、高速信号の電圧レベルを適切に評価することが可能となる。
また予期せぬエラーやノイズによって、減衰電圧VcがレベルコンパレータCMP1の耐圧を超えることも想定される。かかる異常状態においては、保護回路20によって、レベルコンパレータCMP1を過電圧から保護することができる。
従来では、正常状態における第2デバイス102の出力電圧のみでなく、天絡、地絡、サージノイズ等の異常状態を想定してレベルコンパレータCMP1の耐圧を設計する必要があった。これに対して実施の形態に係るドライバ・コンパレータ回路100では、保護回路20を設けたことにより、異常状態においてレベルコンパレータCMP1が過電圧に晒されないため、レベルコンパレータCMP1の耐圧を低く設計することができる。このことはアテネータ回路12を設けたことと相まって、ドライバ・コンパレータ回路100の高速動作に資することになる。
従来では、正常状態における第2デバイス102の出力電圧のみでなく、天絡、地絡、サージノイズ等の異常状態を想定してレベルコンパレータCMP1の耐圧を設計する必要があった。これに対して実施の形態に係るドライバ・コンパレータ回路100では、保護回路20を設けたことにより、異常状態においてレベルコンパレータCMP1が過電圧に晒されないため、レベルコンパレータCMP1の耐圧を低く設計することができる。このことはアテネータ回路12を設けたことと相まって、ドライバ・コンパレータ回路100の高速動作に資することになる。
図3は、図2の比較判定回路10の具体的な第1の構成例を示す回路図である。
アテネータ回路12は、第1抵抗R1、第2抵抗R2、第1電圧源VS1を含む。第1抵抗R1の第1端子は、入出力端子P1と接続される。第2抵抗R2の第1端子は、第1抵抗R1の第2端子と接続され、第2抵抗R2の第2端子には、第1電圧Vsが印加される。第1電圧Vsは、第1電圧源VS1により生成される。アテネータ回路12は、第1抵抗R1と第2抵抗R2の接続点の電位を、減衰電圧Vcとして出力する。第1抵抗R1の抵抗値をRb、第2抵抗R2の抵抗値をRcと記す。第1抵抗R1、第2抵抗R2の抵抗値は任意に決めればよい。
入出力端子P1の電圧Va’と減衰電圧Vcには以下の関係式が成り立つ。
Vc=(Rc・Va’+Rb・Vs)/(Rb+Rc)
Vc=(Rc・Va’+Rb・Vs)/(Rb+Rc)
つまりアテネータ回路12によって、入出力端子P1の電圧Va’の振幅、つまり変動量は、Rc/(Rb+Rc)倍に減衰される。また、アテネータ回路12は、第1電圧Vsに応じたレベルシフトを与える。第1電圧Vsが接地電圧(0V)の場合、シフト量はゼロである。レベルシフトの効果は後述する。
図3の保護回路20は、電圧監視回路22と保護スイッチSW1を含む。電圧監視回路22は、減衰電圧Vcが所定の電圧範囲[VCmin〜VCmax]から逸脱するときアサートされる(ローレベル)保護信号NOVを生成する。
電圧監視回路22は、上限コンパレータ24、下限コンパレータ26、第1フリップフロップ28、第2フリップフロップ30、NORゲート32を含む。
上限コンパレータ24は、減衰電圧Vcを最大電圧VCmaxと比較し、比較結果を示す第1検出信号PCHを生成する。下限コンパレータ26は、減衰電圧Vcを最小電圧VCminと比較し、比較結果を示す第2検出信号PCLを生成する。最大電圧VCmaxは、レベルコンパレータCMP1に入力しても支障が無い(ストレスを与えない)電圧の最大値に設定され、最小電圧VCminは、レベルコンパレータCMP1に入力しても支障が無い電圧の最小値に設定される。
第1検出信号PCHは、Vc>VCmaxのときハイレベルとなる。第2検出信号PCLは、Vc<VCminのときハイレベルとなる。つまり、減衰電圧Vcが、電圧範囲VCmin〜VCmaxから外れたときに、信号PCH、PCLの一方がハイレベルとなる。
第1フリップフロップ28、第2フリップフロップ30それぞれのセット端子(S)には、信号PCH、PCLが入力され、それぞれのリセット端子(R)には、外部からの解除信号RSTが入力される。NORゲート32は、第1フリップフロップ28および第2フリップフロップ30の否定論理和を生成する。つまり、NORゲート32により生成される保護信号NOVは、減衰電圧VcがレベルコンパレータCMP1の入力電圧範囲に含まれるときハイレベルをとり(ネゲート)、入力電圧範囲から外れるとローレベルをとる(アサート)。
保護スイッチSW1は、アテネータ回路12からレベルコンパレータCMP1の経路上に設けられる。保護スイッチSW1は、ハイレベルが入力されると、言い換えれば保護信号NOVがネゲートされるとき導通状態となり、ローレベルが入力されると、言い換えれば保護信号NOVがアサートされるとき遮断状態となる。
続いて、ドライバ・コンパレータ回路100の各電圧や抵抗値の設計手法について説明する。設計の指針は、図3のドライバ・コンパレータ回路100の特性を、図1の一般的なドライバ・コンパレータ回路400の特性と一致させることである。言い換えれば、アテネータ回路12が設けられた状態において、それが無い状態と等価な機能を実現することが設計指針である。
ドライバアンプDRV1の出力信号Vd’(Vd)は、第2デバイス102に伝送すべきデータに応じてハイレベル(VIH)、ローレベル(VIL)、あるいは終端電位(VT)などさまざまな電位をとり得るが、以下では議論の簡潔化のために、固定電位であるものとして説明を進める。
図4(a)、(b)はそれぞれ、図1のドライバ・コンパレータ回路400および図3のドライバ・コンパレータ回路100のインピーダンスに関係する回路素子のみを抜き出した回路図である。テブナンの定理から、2つの回路が等価であるためには、以下の第1条件、第2条件を満たせばよい。
(第1条件)
第1条件は、図3のドライバ・コンパレータ回路100の入出力端子P1から、その内部を望んだインピーダンスZ1が、図1のドライバ・コンパレータ回路400の入出力端子P1からその内部を望んだインピーダンスZ2と等しいことである。
第1条件は、図3のドライバ・コンパレータ回路100の入出力端子P1から、その内部を望んだインピーダンスZ1が、図1のドライバ・コンパレータ回路400の入出力端子P1からその内部を望んだインピーダンスZ2と等しいことである。
(第2条件)
第2条件は、図3のドライバ・コンパレータ回路100の入出力端子P1から出力される信号Va’の電圧レベルが、図1のドライバ・コンパレータ回路400の入出力端子P1から出力される信号Vaの電圧レベルと等しいことである。
第2条件は、図3のドライバ・コンパレータ回路100の入出力端子P1から出力される信号Va’の電圧レベルが、図1のドライバ・コンパレータ回路400の入出力端子P1から出力される信号Vaの電圧レベルと等しいことである。
第1条件から式(1)を、第2条件から式(2)が導かれる。
Ra=Ra’//(Rb+Rc) …(1)
Va’=Va=Vd …(2)
Ra=Ra’//(Rb+Rc) …(1)
Va’=Va=Vd …(2)
ここで「//」は、並列抵抗の合成抵抗値を意味する。つまり、「//」は、
A//B=A×B/(A+B)
なる演算子と捉えることができる。
A//B=A×B/(A+B)
なる演算子と捉えることができる。
式(5)を変形すると、式(6)を得る。式(6)を満たすようにドライバアンプDRV1の出力電圧Vd’を決めれば、図3のドライバ・コンパレータ回路100と図1のドライバ・コンパレータ回路400は等価となる。
続いて、レベルコンパレータCMP1のしきい値電圧VOH’について検討する。図5(a)、(b)はそれぞれ、図1のドライバ・コンパレータ回路400および図3のドライバ・コンパレータ回路100の電圧比較に関連する回路素子を抜き出した回路図である。
また図5(a)においては、式(8)が成り立つ。
Va>VOHのとき、SH=Lo
Va<VOHのとき、SH=Hi …(8)
Va>VOHのとき、SH=Lo
Va<VOHのとき、SH=Hi …(8)
また図5(b)においては、VcとVOH’を比較しているので、式(9)が成り立つ。
Vc>VOH’のとき、SH’=Lo
Vc<VOH’のとき、SH’=Hi …(9)
Vc>VOH’のとき、SH’=Lo
Vc<VOH’のとき、SH’=Hi …(9)
以上の説明から、図5(a)、(b)を等価とするためには、式(6)と式(10)が成り立つようにVd’、Ra’、VOH’を決めればよいことがわかる。
続いて図3のドライバ・コンパレータ回路100の保護動作を説明する。初期状態において、リセット信号RSTがアサートされ、第1フリップフロップ28、第2フリップフロップ30の出力信号OVH、OVLはいずれもローレベルとなる。このとき保護信号NOVはハイレベル(ネゲート)され、保護スイッチSW1はオン(導通)状態となる。
レベルコンパレータCMP1の入力電圧Vcが、
VCmin<Vc<VCmax
を満たすとき、つまり通常の動作範囲においては、PCH、PCL、OVH、OVLはいずれもローレベルであるから、保護信号NOVはハイレベルを維持し続ける。
VCmin<Vc<VCmax
を満たすとき、つまり通常の動作範囲においては、PCH、PCL、OVH、OVLはいずれもローレベルであるから、保護信号NOVはハイレベルを維持し続ける。
もし入力電圧Vcが、
Vc>VCmax
を満たすとき、PCHがハイレベルとなり第1フリップフロップ28がセットされ、OVHがハイレベルとなる。これを受けて保護信号NOVはローレベル(アサート)となり、保護スイッチSW1がオフ状態となる。一旦保護信号NOVがアサートされると、次に解除信号RSTがアサートされるまで、保護スイッチSW1は復帰しない。
Vc>VCmax
を満たすとき、PCHがハイレベルとなり第1フリップフロップ28がセットされ、OVHがハイレベルとなる。これを受けて保護信号NOVはローレベル(アサート)となり、保護スイッチSW1がオフ状態となる。一旦保護信号NOVがアサートされると、次に解除信号RSTがアサートされるまで、保護スイッチSW1は復帰しない。
もし入力電圧Vcが
Vc<VCmin
を満たすと、PCLがハイレベルとなり第2フリップフロップ30がセットされ、OVLがハイレベルとなる。これを受けて保護信号NOVはローレベル(アサート)となり、保護スイッチSW1がオフ状態となる。この場合も、次に解除信号RSTがアサートされるまで、保護スイッチSW1は復帰しない。
Vc<VCmin
を満たすと、PCLがハイレベルとなり第2フリップフロップ30がセットされ、OVLがハイレベルとなる。これを受けて保護信号NOVはローレベル(アサート)となり、保護スイッチSW1がオフ状態となる。この場合も、次に解除信号RSTがアサートされるまで、保護スイッチSW1は復帰しない。
このようにして、図3のドライバ・コンパレータ回路100によれば、レベルコンパレータCMP1の入力電圧Vcを好適に制限することができる。
また、式(7)からわかるように、アテネータ回路12は、第1電圧Vsに応じてレベルコンパレータCMP1の入力電圧(減衰電圧)Vcをシフトさせることができる。したがって第1電圧Vsに応じてシフト量を最適化することにより、レベルコンパレータCMP1を最も感度が高い電圧範囲で動作させることができ、高速判定が可能となる。
本実施の形態に係るドライバ・コンパレータ回路100の構成および動作を説明した。上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。
(第1の変形例)
図6は、第1の変形例に係るドライバ・コンパレータ回路100aの構成を示す回路図である。この変形例では、比較判定回路10aの電圧監視回路22は、レベルコンパレータCMP1の入力電圧(減衰電圧)Vcではなく、入出力端子P1の電位Va’を監視する。その他は図3と同様である。
図6は、第1の変形例に係るドライバ・コンパレータ回路100aの構成を示す回路図である。この変形例では、比較判定回路10aの電圧監視回路22は、レベルコンパレータCMP1の入力電圧(減衰電圧)Vcではなく、入出力端子P1の電位Va’を監視する。その他は図3と同様である。
式(7)を変形すると、式(6−1)を得る。レベルコンパレータCMP1の許容入力電圧範囲はVCmin〜VCmaxであるから、式(6−1)のVcを、VCmax、VCminに置き換えれば式(6−2)を得る。
式(6−2)で得られた上限電圧VAmax、下限電圧VAminを、図6の電圧監視回路22に設定すれば、図3と同様の機能を実現できる。
図6のドライバ・コンパレータ回路100aによれば、電圧監視回路22がインピーダンスの低いノード(たとえば50Ω)に接続されるため、上限コンパレータ24や下限コンパレータ26の入力容量が、レベルコンパレータCMP1の応答性能に及ぼす影響を図3に比べて低減できる。
(第2の変形例)
図7は、第2の変形例に係るドライバ・コンパレータ回路の比較判定回路10bを示す回路図である。この変形例では、レベルコンパレータCMP1としてダイナミックコンパレータが利用される。
図7は、第2の変形例に係るドライバ・コンパレータ回路の比較判定回路10bを示す回路図である。この変形例では、レベルコンパレータCMP1としてダイナミックコンパレータが利用される。
レベルコンパレータCMP1は、制御信号(φ3)によって設定されるタイミングで、入力電圧Vcの振幅レベルを判定し、ラッチする。
レベルコンパレータCMP1は、入力ホールド部110、比較増幅部120、リセット部130、第1キャパシタC1〜第4キャパシタC4を備える。
正側入力端子TPには入力電圧Vcが入力され、負側入力端子TNには、しきい値電圧VOH’が入力される。
電源端子50(第1固定電圧端子)には、第1固定電圧として電源電圧Vddが与えられており、接地端子52(第2固定電圧端子)には、第2固定電圧として接地電圧VGNDが与えられる。
電源端子50(第1固定電圧端子)には、第1固定電圧として電源電圧Vddが与えられており、接地端子52(第2固定電圧端子)には、第2固定電圧として接地電圧VGNDが与えられる。
正側ラインLPには正側差動信号IP(入力ホールド部110によってホールドされた信号HP)が伝搬する。負側ラインLNには、負側差動信号IN(入力ホールド部110によってホールドされた信号HN)が伝搬する。
比較増幅部120は、第1インバータ122、第2インバータ124、活性化スイッチ126を含む。比較増幅部120はダイナミックコンパレータ、あるいはセンスラッチなどと称される形式で構成される。
第1インバータ122の入力端子は正側出力ラインOPと接続され、その出力端子は負側出力ラインONと接続される。第1インバータ122は、トランジスタPMOS、NMOS1、NMOS2を備える。第1インバータ122は、トランジスタNMOS1のゲートに入力された信号を反転増幅し、トランジスタNMOS1のドレイン(PMOSのドレイン)から出力する。トランジスタPMOSとNMOS2のゲートは共通に接続され、第2インバータ124の出力端子と接続されている。
第2インバータ124は第1インバータ122と同様に構成され、第1インバータ122および第2インバータ124はクロスカップリングされている。
具体的には、第2インバータ124の入力端子は負側出力ラインONと接続され、その出力端子は正側出力ラインOPと接続される。第2インバータ124の一方の電源端子(PMOSのソース)は、電源端子(第1固定電圧端子)50と接続され、その他方の電源端子(NMOS2のソース)は第1インバータ122の他方の電源端子(NMOS2のソース)と共通に接続される。
具体的には、第2インバータ124の入力端子は負側出力ラインONと接続され、その出力端子は正側出力ラインOPと接続される。第2インバータ124の一方の電源端子(PMOSのソース)は、電源端子(第1固定電圧端子)50と接続され、その他方の電源端子(NMOS2のソース)は第1インバータ122の他方の電源端子(NMOS2のソース)と共通に接続される。
なお、インバータ122、124は、直列に接続されたNMOSとPMOSからなるCMOS型インバータであってもよい。
活性化スイッチ126は、共通接続された第1インバータ122、第2インバータ124の他方の電源端子(NMOS2のソース)に、電源電圧(第1固定電圧)Vddまたは接地電圧(第2固定電圧)VGNDを印加する。活性化スイッチ126の入力端子には第3制御信号φ3が入力される。
第3制御信号φ3がネゲートされる間(ローレベル)、活性化スイッチ126の出力電圧は第1固定電圧(電源電圧Vdd)となり、第1インバータ122および第2インバータ124は不活性化されている。
第3制御信号φ3がアサートされると(ハイレベル)、活性化スイッチ126の出力電圧は第2固定電圧(接地電圧VGND)となり、第1インバータ122および第2インバータ124が活性化される。
第3制御信号φ3がアサートされると(ハイレベル)、活性化スイッチ126の出力電圧は第2固定電圧(接地電圧VGND)となり、第1インバータ122および第2インバータ124が活性化される。
第1キャパシタC1、第2キャパシタC2はそれぞれ、正側出力ラインOP、負側出力ラインONに接続される。第1キャパシタC1、第2キャパシタC2は、MIM(Metal Insulator Metal)容量を用いて明示的に形成してもよいが、その容量値が適切である場合には寄生容量(トランジスタのゲート容量や配線の容量)を利用してもよい。また、図7において、第1キャパシタC1、第2キャパシタC2は正側出力ラインOP、負側出力ラインONと対接地間に設けられるが、それに代えて、正側出力ラインOPと負側出力ラインONの間を単一のキャパシタでカップリングしてもよい。
入力ホールド部110は、比較増幅部120の前段に設けられる。入力ホールド部110は、比較増幅部120の入力端子と、正側入力端子TP、負側入力端子TNを電気的に切り離す機能を有する。入力ホールド部110は、第1制御信号φ1が指示するタイミングで差動信号IP/INをホールドする。そして、第2制御信号φ2が指定するタイミングで、ホールドした差動信号HN/HPを後段の比較増幅部120へと出力する。
入力ホールド部110は、第1正側スイッチSW1p、第2正側スイッチSW2p、第1負側スイッチSW1n、第2負側スイッチSW2n、第3キャパシタC3、第4キャパシタC4を含む。
第1正側スイッチSW1p、第2正側スイッチSW2pは、正側入力端子TPと正側ラインLPの間に直列に設けられる。第3キャパシタC3は、第1正側スイッチSW1pと第2正側スイッチSW2p間の経路と、接地間をカップリングする。第1正側スイッチSW1pは第1制御信号φ1がアサートされる(ハイレベル)ときオン、第2正側スイッチSW2pは第2制御信号φ2がアサートされる(ハイレベル)ときオンする。第1正側スイッチSW1pをオン、第2正側スイッチSW2pをオフした状態では、第3キャパシタC3の電位(正側ホールド信号HP)は正側差動信号IPに追従する。あるタイミングで制御信号φ1をネゲート(ローレベル)とすると、第1正側スイッチSW1pがオフし、第3キャパシタC3にそのタイミングでの正側差動信号IPがホールドされる。第2制御信号φ2をアサートし、第2正側スイッチSW2pをオンすると、ホールドした正側ホールド信号HPが正側ラインLPへと供給される。
第1負側スイッチSW1n、第2負側スイッチSW2n、第4キャパシタC4も同様に接続され、負側差動信号INをホールドする。
第1キャパシタC1、第2キャパシタC2と同様、第3キャパシタC3、第4キャパシタC4はMIM容量であってもよいし、寄生容量であってもよい。また第3キャパシタC3、第4キャパシタC4を設ける代わりに、正側ホールド信号HPが生ずるラインと負側ホールド信号HNが生ずるラインの間を、単一のキャパシタでカップリングしてもよい。
リセット部130は、正側出力信号OPと負側出力信号ONを第1固定電圧(電源電圧Vdd)に初期化するために設けられている。具体的には、リセット部130は、第1リセットスイッチSWr1、第2リセットスイッチSWr2を含む。第1リセットスイッチSWr1は、正側出力ラインOPと電源端子50(第1固定電圧端子)の間に設けられる。第2リセットスイッチSWr2は、負側出力ラインONと電源端子50の間に設けられる。第1リセットスイッチSWr1、第2リセットスイッチSWr2は、第4制御信号φ4がアサート(ハイレベル)されるとオン、ネゲート(ローレベル)されるとオフとなる。第1リセットスイッチSWr1、第2リセットスイッチSWr2をオンすると、正側出力信号OP、負側出力信号ONの電位が速やかに第1固定電圧(電源電圧Vdd)にリセットされる。
なお、第1リセットスイッチSWr1、第2リセットスイッチSWr2をオンせずとも、正側出力信号OPおよび負側出力信号ONは、比較増幅部120を構成するトランジスタによって、弱くではあるが電源電圧Vddに引っ張られている。したがって、レベルコンパレータCMP1を低速で動作させる場合には、リセット部130を省略することができる。
ANDゲート34は、第1制御信号φ1と保護信号NOVの論理積を生成する。第1スイッチSW1p、SW1nは、ANDゲート34の出力信号に応じて制御される。第1スイッチSW1p、SW1nは、図3の保護スイッチSW1に対応する。
図7の比較判定回路10bのように、入力にスイッチSW1p、SW1nを有するダイナミックコンパレータを用いる場合、保護信号NOVに応じてこれらを制御することにより、レベルコンパレータCMP1を保護できる。
図7のレベルコンパレータCMP1は、電源電圧と接地電圧を天地反転した構成も有効である。
図7のレベルコンパレータCMP1は、電源電圧と接地電圧を天地反転した構成も有効である。
(第3の変形例)
図8は、第3の変形例に係るドライバ・コンパレータ回路100cの構成を示す回路図である。
図3の比較判定回路10は、過電圧状態において、レベルコンパレータCMP1の入力電圧Vcを遮断することによりレベルコンパレータCMP1を保護する。これに対して第3の変形例の比較判定回路10cは、過電圧状態において入力電圧VcをレベルシフトすることによりレベルコンパレータCMP1を保護する。
図8は、第3の変形例に係るドライバ・コンパレータ回路100cの構成を示す回路図である。
図3の比較判定回路10は、過電圧状態において、レベルコンパレータCMP1の入力電圧Vcを遮断することによりレベルコンパレータCMP1を保護する。これに対して第3の変形例の比較判定回路10cは、過電圧状態において入力電圧VcをレベルシフトすることによりレベルコンパレータCMP1を保護する。
図8のアテネータ回路12cは、図3のアテネータ回路12に加えて、第2電圧源VS2、第3電圧源VS3、第1スイッチSW11〜第3スイッチSW13を備える。第1電圧源VS1〜第3電圧源VS3はそれぞれ、電圧VCT、VPH、VPLを発生する。これらの電圧は、以下の関係式を満たす。
VPH<VCT<VPL
電圧監視回路22cによる監視結果に応じて、第1スイッチSW11〜第3スイッチSW13のひとつが、選択的にオンとなる。
VPH<VCT<VPL
電圧監視回路22cによる監視結果に応じて、第1スイッチSW11〜第3スイッチSW13のひとつが、選択的にオンとなる。
電圧源VS1〜VS3およびスイッチSW11〜SW13を含むブロックは、可変電圧源40とみなすことができる。第2抵抗R2の第2端子に印加する電圧を切りかえ可能であれば別の構成でもよい。
電圧監視回路22cは、図3の電圧監視回路22に加えて、ORゲート36、38を備える。第1フリップフロップ28は、PCLがアサートされるとリセットされ、第2フリップフロップ30はPCHがアサートされるとリセットされる。
通常状態において第1スイッチSW11がオンである。
Vc>VCmaxとなると、PCHがアサートされ、第2スイッチSW12がオンするとともにに第1スイッチSW11がオフする。その結果、Vs=VPHとなり、式(7)に従って、レベルコンパレータCMP1の入力電圧Vcは低電圧側にシフトされる。シフト後の入力電圧Vc’が、Vc’<VCmaxを満たすように、VPHの値が設定される。
Vc<VCminとなると、PCLがアサートされ、第3スイッチSW13がオンするとともにに第1スイッチSW11がオフする。その結果、Vs=VPLとなり、式(7)に従って、レベルコンパレータCMP1の入力電圧Vcは高電圧側にシフトされる。シフト後の入力電圧Vc’が、Vc’>VCminを満たすように、VPLの値が設定される。
図9は、図8の可変電圧源40の別の構成例を示す回路図である。レジスタ(ラッチ)42、44、46にはそれぞれ、電圧VCT、VPH、VPLに応じたL(Lは自然数)ビットのデジタルデータDCT、DPH、DPLが保持される。
信号NOV、OVH、OVLは相補的にアサートされる。したがって、R−2R終端回路60には、制御データDCT、DPH、DPLのいずれかが入力される。
信号NOV、OVH、OVLは相補的にアサートされる。したがって、R−2R終端回路60には、制御データDCT、DPH、DPLのいずれかが入力される。
R−2R終端回路60は、たとえば(L+1)段のR−2R型ネットワークおよび、各段の抵抗2Rの一端に電圧を与える(L+1)個のバッファと、を含む。各バッファには、出力端子に近いものから順に、デジタルデータの上位Lビットが割り当てられており、出力端子から最も遠いバッファには、固定電位(たとえば接地電位)が入力されている。
2R=Rcとすれば、可変電圧源40は、出力インピーダンスがRcの電圧源とみなすことができ、図8の可変電圧源40と等価になる。
図9の可変電圧源40によれば、デジタルデータDCT、DPH、DPLの各ビットの値に応じて、各電圧VCT、VPH、VPLを好適に制御できる。
(第4の変形例)
図10は、第4の変形例に係るドライバ・コンパレータ回路100dの構成を示すブロック図である。図10においては、入出力端子P1に対してN個(Nは2以上の整数)の比較判定回路10_1〜10_Nが並列に接続されている。各比較判定回路10において、第1抵抗R1の抵抗値は、N・Rbであり、第2抵抗R2の抵抗値はN・Rcであることが望ましい。この場合、上述の式(3)をそのまま適用できる。
図10は、第4の変形例に係るドライバ・コンパレータ回路100dの構成を示すブロック図である。図10においては、入出力端子P1に対してN個(Nは2以上の整数)の比較判定回路10_1〜10_Nが並列に接続されている。各比較判定回路10において、第1抵抗R1の抵抗値は、N・Rbであり、第2抵抗R2の抵抗値はN・Rcであることが望ましい。この場合、上述の式(3)をそのまま適用できる。
図10のドライバ・コンパレータ回路100dにおいては、i番目(1≦i≦N)の比較判定回路10_iにおいて、上述の式(6)、(10)、(6−2)をそれぞれ、以下の式(6’)、(10’)、(6−2’)に置き換えればよい。
図10のドライバ・コンパレータ回路100dによれば、第2デバイス102から出力された信号の振幅を、複数の異なるしきい値電圧と比較することができる。
実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。
100…ドライバ・コンパレータ回路、102…第2デバイス、104…伝送線路、P1…入出力端子、10…比較判定回路、12…アテネータ回路、20…保護回路、22…電圧監視回路、24…上限コンパレータ、26…下限コンパレータ、28…第1フリップフロップ、30…第2フリップフロップ、32…NORゲート、SW1…保護スイッチ、CMP1…レベルコンパレータ、DRV1…ドライバアンプ、R1…第1抵抗、R2…第2抵抗、R3…第3抵抗。
本発明は試験装置に利用できる。
Claims (10)
- 通信相手のデバイスから伝送線路を介して受けた信号のレベルを判定する比較判定回路であって、
前記伝送線路に接続される入出力端子と、
前記入出力端子の電圧を減衰させ、減衰電圧を発生するアテネータ回路と、
前記減衰電圧を所定のしきい値電圧と比較し、比較結果に応じたレベル判定信号を生成するレベルコンパレータと、
を備えることを特徴とする比較判定回路。 - 前記アテネータ回路は、
その第1端子が前記入出力端子と接続された第1抵抗と、
その第1端子が前記第1抵抗の第2端子に接続され、その第2端子に第1電圧が印加された第2抵抗と、
を含み、前記第1、第2抵抗の接続点に生ずる電圧を前記減衰電圧として出力することを特徴とする請求項1に記載の比較判定回路。 - 前記入出力端子の電圧または前記減衰電圧を監視し、監視対象の電圧が所定の電圧範囲から逸脱するとき、前記レベルコンパレータに入力される前記減衰電圧を強制的に遮断もしくは変化せしめる保護回路をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の比較判定回路。
- 前記保護回路は、
前記減衰電圧が所定の電圧範囲から逸脱するときアサートされる保護信号を生成する電圧監視回路と、
前記アテネータ回路から前記レベルコンパレータの経路上に設けられ、前記保護信号がネゲートされると導通状態、アサートされると遮断状態となる保護スイッチと、
を含むことを特徴とする請求項3に記載の比較判定回路。 - 前記保護回路は、
前記入出力端子の電圧が所定の電圧範囲から逸脱するときアサートされる保護信号を生成する電圧監視回路と、
前記アテネータ回路から前記レベルコンパレータの経路上に設けられ、前記保護信号がネゲートされると導通状態、アサートされると遮断状態となる保護スイッチと、
を含むことを特徴とする請求項3に記載の比較判定回路。 - 前記入出力端子の電圧または前記減衰電圧を監視し、監視対象の電圧が所定の電圧範囲から逸脱するときアサートされる保護信号を生成する電圧監視回路をさらに備え、
前記レベルコンパレータは、その入力部に、前記減衰電圧および前記しきい値電圧をホールドするための入力スイッチを備えたダイナミックコンパレータであり、
前記入力スイッチは、前記保護信号がネゲートされると導通状態、アサートされると遮断状態となることを特徴とする請求項1または2に記載の比較判定回路。 - 前記入出力端子の電圧または前記減衰電圧を監視し、監視対象の電圧が属する電圧範囲を示す保護信号を生成する電圧監視回路と、
前記第2抵抗の前記第2端子に第1電圧を印加する電圧源と、
をさらに備え、前記電圧源は、前記保護信号に応じて前記第1電圧の値を変化させることを特徴とする請求項1または2に記載の比較判定回路。 - 前記電圧監視回路は解除信号を受け、当該解除信号がアサートされると、前記保護信号をネゲートするよう構成されることを特徴とする請求項4から6のいずれかに記載の比較判定回路。
- 前記通信相手のデバイスに対し前記伝送線路を介して送信すべき信号を生成するドライバと、
前記ドライバの出力端子と前記入出力端子の間に設けられた第3抵抗と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載の比較判定回路。 - 被試験デバイスとの間で伝送線路を介して信号を双方向伝送し、前記被試験デバイスを検査する試験装置であって、
前記被試験デバイスを通信相手とする請求項9に記載の比較判定回路を備えることを特徴とする試験装置。
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