JP2007158513A - 電気信号出力装置および半導体レーザ変調駆動装置および画像形成装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 出力信号の立ち上がり,立ち下がりをより一層速くすることができて、高速に信号伝送を行うことの可能な電気信号出力装置を提供する。
【解決手段】 信号データに応じてハイかロウかのスイッチングを行なって出力信号を生成し出力ノードに出力するスイッチング部1と、電気信号出力装置の出力インピーダンスを伝送路のインピーダンスに整合させるために設けられているインピーダンス整合部2と、出力インピーダンスを伝送路のインピーダンスに合うようにインピーダンス整合部2を設定する制御手段3と、スイッチング部1のスイッチング時に、出力ノードに補助的に電流を流し込んだり吸い出したりするスイッチング補助部4とを有し、スイッチング補助部4は、電流を流し込んだり吸い出したりする期間をシリアル電気伝送システムの基準クロックのパルス幅よりも短い期間にするように構成されている。
【選択図】 図1
【解決手段】 信号データに応じてハイかロウかのスイッチングを行なって出力信号を生成し出力ノードに出力するスイッチング部1と、電気信号出力装置の出力インピーダンスを伝送路のインピーダンスに整合させるために設けられているインピーダンス整合部2と、出力インピーダンスを伝送路のインピーダンスに合うようにインピーダンス整合部2を設定する制御手段3と、スイッチング部1のスイッチング時に、出力ノードに補助的に電流を流し込んだり吸い出したりするスイッチング補助部4とを有し、スイッチング補助部4は、電流を流し込んだり吸い出したりする期間をシリアル電気伝送システムの基準クロックのパルス幅よりも短い期間にするように構成されている。
【選択図】 図1
Description
本発明は、電気信号出力装置および半導体レーザ変調駆動装置および画像形成装置に関する。
集積回路の出力ドライバ等の電気信号出力装置の出力信号帯域は、集積回路の微細化による高速化、及び信号伝送方式のシリアル化などに伴い、劇的に高速になってきている。出力信号帯域の高速化に伴って、出力ドライバ等の電気信号出力装置には多くの要求事項が求められてきている。
すなわち、1つのデータパルス幅(1UI)が短くなる場合、信号波形の立ち上がり、立ち下がりが遅いと、また、基準クロックのジッタが大きくなると、データを正確に転送することが困難になってくる。そのため、出力ドライバ等の電気信号出力装置としては、出力信号の立ち上がり、立ち下がりをなるべく速くし、出力信号の波形を方形波に近づける必要がある。ただし、出力信号の含む周波数成分が速くなる場合、出力側の出力インピーダンスと伝送路のインピーダンス(厳密には、受信側の入力インピーダンス及び伝送路の特性インピーダンス)とが整合していないと、反射が起こり信号波形が歪むことで、データ転送に支障をきたす。よって、出力ドライバ等の電気信号出力装置は、その出力インピーダンスを伝送路のインピーダンスとインピーダンス整合をとった上で、信号出力を高速に変化させる必要がある。
しかし、たとえインピーダンス整合がとれていたとしても、出力信号帯域が高速になると、誘電損失などによりエネルギーロスが起こる。それを前もって考慮して出力がスイッチングした時のデータの出力電圧振幅をあらかじめ強調しておくエンファシスという手法が用いられる。特許文献1には、エンファシス回路の構成が示されている。
特開2002−325019号公報
しかしながら、信号伝送速度のより一層の高速化にともない、静電保護用のトランジスタもしくはダイオードなどの容量や出力ノードの寄生容量などの充放電にかかる時間の影響により、出力信号の立ち上がり,立ち下がりを速めることは困難になってきている。また、特許文献1に記載のエンファシスは、高周波損失を補償するという目的で用いられ、信号の立ち上がり,立ち下がりを速くするという目的で用いられるわけではなく、実際、特許文献1に記載のエンファシスでは、出力信号の立ち上がり,立ち下がりをより一層速めるには限界がある。
本発明は、出力信号の立ち上がり,立ち下がりをより一層速くすることができて、高速に信号伝送を行うことの可能な電気信号出力装置および半導体レーザ変調駆動装置および画像形成装置を提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、シリアル電気伝送システムにおける電気信号出力装置において、信号データに応じてハイかロウかのスイッチングを行なって出力信号を生成し伝送路(出力ノード)に出力するスイッチング部と、出力インピーダンスを伝送路のインピーダンスに整合させるために設けられているインピーダンス整合部と、前記スイッチング部のスイッチング時に、出力ノードに補助的に電流を流し込んだり吸い出したりするスイッチング補助部とを有し、前記スイッチング補助部は、電流を流し込んだり吸い出したりする期間を前記シリアル電気伝送システムの基準クロックのパルス幅よりも短い期間にするように構成されていることを特徴としている。
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載の電気信号出力装置において、前記スイッチング補助部は、出力ノードに電流を流し込んだり吸い出したりする電流スイッチング部と、前記電流スイッチング部に電流を流し込んだり吸い出したりする動作を行わせるためのスイッチング補助データを生成するスイッチング補助データ生成部とを有していることを特徴としている。
また、請求項3記載の発明は、請求項2記載の電気信号出力装置において、前記スイッチング補助データ生成部は、ディレイ制御電圧を生成するディレイ制御電圧生成部と、前記ディレイ制御電圧によりスイッチング補助データを生成するディレイデータ生成部とを有していることを特徴としている。
また、請求項4記載の発明は、請求項3記載の電気信号出力装置において、前記ディレイ制御電圧生成部は、DLL(Delay Locked Loop)で構成されていることを特徴としている。
また、請求項5記載の発明は、請求項2記載の電気信号出力装置において、前記電流スイッチング部は、電源電圧から出力ノードへ電流を流し込むp型電流源と、出力ノードからGNDへ電流を吸い出すn型電流源と、p型電流源と出力ノードとの間の補助スイッチングpchトランジスタと、n型電流源と出力ノードとの間の補助スイッチングnchトランジスタとから構成されていることを特徴としている。
また、請求項6記載の発明は、請求項5記載の電気信号出力装置において、前記スイッチング補助データ生成部は、前記補助スイッチングpchトランジスタと前記補助スイッチングnchトランジスタのいずれか一方を、前記スイッチング部と同時にスイッチングさせ、残りの一方を、基準クロックのパルス幅よりも短い所定の時間遅れてスイッチングさせることを特徴としている。
また、請求項7記載の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の電気信号出力装置において、前記インピーダンス整合部は、複数のトランジスタ部により構成され、オンするトランジスタを選択することにより出力インピーダンスを調整可能に構成されていることを特徴としている。
また、請求項8記載の発明は、請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の電気信号出力装置において、前記スイッチング部は、正転出力と反転出力の2つの出力信号を生成し出力する差動信号伝送方式のものとなっていることを特徴としている。
また、請求項9記載の発明は、半導体レーザ駆動手段と半導体レーザ変調手段からなる半導体レーザ変調駆動装置において、前記半導体レーザ駆動手段と前記半導体レーザ変調手段とが別々のチップで構成される場合、前記半導体レーザ駆動手段と前記半導体レーザ変調手段との間の信号伝送に、請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の電気信号出力装置が用いられることを特徴としている。
また、請求項10記載の発明は、チップ間またはボード間の電気信号伝送を有する画像形成装置において、前記画像形成装置内のチップ間またはボード間の電気信号伝送に、請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の電気信号出力装置、または、請求項9記載の半導体レーザ変調駆動装置が用いられることを特徴としている。
請求項1乃至請求項8記載の発明によれば、シリアル電気伝送システムにおける電気信号出力装置において、信号データに応じてハイかロウかのスイッチングを行なって出力信号を生成し伝送路(出力ノード)に出力するスイッチング部と、出力インピーダンスを伝送路のインピーダンスに整合させるために設けられているインピーダンス整合部と、前記スイッチング部のスイッチング時に、出力ノードに補助的に電流を流し込んだり吸い出したりするスイッチング補助部とを有し、前記スイッチング補助部は、電流を流し込んだり吸い出したりする期間を前記シリアル電気伝送システムの基準クロックのパルス幅よりも短い期間にするように構成されているので、電気信号伝送における出力信号の立ち上がり,立ち下がりを従来に比べてより一層速くすることができ、高速に信号伝送を行うことが可能となる。
特に、請求項6記載の発明によれば、請求項5記載の電気信号出力装置において、スイッチング補助データ生成部は、補助スイッチングpchトランジスタと補助スイッチングnchトランジスタのいずれか一方を、前記スイッチング部と同時にスイッチングさせ、残りの一方を、基準クロックのパルス幅よりも短い所定の時間遅れてスイッチングさせるので、微小な(微細な)パルスを生成することなく、電気信号伝送における出力信号の立ち上がり,立ち下がりを従来に比べてより一層速くすることができ、高速に信号伝送を行うことが可能となる。
また、請求項7記載の発明によれば、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の電気信号出力装置において、前記インピーダンス整合部は、複数のトランジスタ部により構成され、オンするトランジスタを選択することにより出力インピーダンスを調整可能に構成されているので、簡易な構成で電気信号伝送における出力装置の出力インピーダンスを補正してインピーダンス整合を正確にとることができ、また高速信号伝送に対応することも出来る。特に、請求項7記載の発明によれば、インピーダンス整合部は複数のトランジスタ部により構成されているので、インピーダンス整合部のサイズを小さくすることができ、回路の小型化が可能となる。
また、請求項8記載の発明によれば、請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の電気信号出力装置において、前記スイッチング部は、正転出力と反転出力の2つの出力信号を生成し出力する差動信号伝送方式のものとなっているので、コモンモードの雑音に対する耐性が増し、EMI対策に効果がある。
また、請求項9記載の発明によれば、半導体レーザ駆動手段と半導体レーザ変調手段からなる半導体レーザ変調駆動装置において、前記半導体レーザ駆動手段と前記半導体レーザ変調手段とが別々のチップで構成される場合、前記半導体レーザ駆動手段と前記半導体レーザ変調手段との間の信号伝送に、請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の電気信号出力装置が用いられるので、回路の規模等を増大させずに信号伝送高速化が可能な半導体レーザ変調駆動装置を提供することが出来る。
また、請求項10記載の発明によれば、チップ間またはボード間の電気信号伝送を有する画像形成装置において、前記画像形成装置内のチップ間またはボード間の電気信号伝送に、請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の電気信号出力装置、または、請求項9記載の半導体レーザ変調駆動装置が用いられるので、回路の規模等を増大させずに信号伝送高速化が可能な画像形成装置を提供することが出来る。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明に係る電気信号出力装置の構成例を示す図である。図1を参照すると、この電気信号出力装置は、シリアル電気伝送システムにおける電気信号出力装置において、信号データに応じてハイかロウかのスイッチングを行なって出力信号を生成し伝送路(出力ノード)に出力するスイッチング部1と、前記電気信号出力装置の出力インピーダンスを伝送路のインピーダンスに整合させるために設けられているインピーダンス整合部2と、前記電気信号出力装置の出力インピーダンスを伝送路のインピーダンスに合うようにインピーダンス整合部2を設定する制御手段3と、前記スイッチング部1のスイッチング時に、出力ノードに補助的に電流を流し込んだり吸い出したりするスイッチング補助部4とを有し、前記スイッチング補助部4は、電流を流し込んだり吸い出したりする期間を前記シリアル電気伝送システムの基準クロックのパルス幅よりも短い期間にするように構成されていることを特徴としている。
ここで、伝送路のインピーダンスとは、厳密には、送信側から見込んだ伝送路及び受信側の入力インピーダンスを意味し、以下では、これを伝送路のインピーダンスと称す。
図2は図1の電気信号出力装置の具体的な構成例を示す図である。なお、図2では、スイッチング部1と、インピーダンス整合部2と、制御手段3とが示されており、スイッチング補助部4は図示されていない。
すなわち、図2において、スイッチング部1は、pchトランジスタ(MOSトランジスタ)T1,T2と、pchトランジスタ(MOSトランジスタ)T1,T2側の抵抗R1,R2と、nchトランジスタ(MOSトランジスタ)T3,T4と、nchトランジスタ(MOSトランジスタ)T3,T4側の抵抗R3,R4と、出力端子Txp,Txmとにより構成されており、正転出力と反転出力の2つの出力信号を生成し出力する差動信号伝送方式のものとなっている。
ここで、pchトランジスタT1,T2,nchトランジスタT3,T4は、スイッチトランジスタとして機能し、データ1を入力してpchトランジスタT1,nchトランジスタT4だけをオンすることで、図3に示すような回路となり、図5に示すようなデータ1の正転出力及び反転出力を出力信号として生成,出力することができ、また、データ0を入力してpchトランジスタT2,nchトランジスタT3だけをオンすることで、図4に示すような回路となり、図5に示すようなデータ0の正転出力及び反転出力を出力信号として生成,出力することが可能になっている。
本発明では、スイッチング部1は、図3または図4に示すような回路構成となるので、図6に示すような通常のCML(コモンモードロジック)回路のように、pchトランジスタ側、nchトランジスタ側のそれぞれにおいて1つのスイッチトランジスタをオンすることにより1,0の差動データを高速化に向く小振幅の信号として出力することが出来るとともに、さらに、通常のCMLよりも消費電力を小さくすることが出来る。すなわち、図6に示すようなCML回路では、例えば、各抵抗が50Ωであり、500mVの信号電圧を発生させる場合に、20mAの電流を必要とするのに対し、図3または図4に示すような回路では、抵抗R1(R2)が50Ω,抵抗R4(R3)が50Ωであり、受信側の終端抵抗X1が100Ωであって、500mVの信号電圧を発生させる場合に、5mAの電流しか必要とせずに済む(電源電圧1Vの場合)。このように、必要な電流量を少なくできるので、消費電力を小さくでき、また、高速化に向く。
さらに、図2のスイッチング部1は、正転出力と反転出力の2つの出力信号を生成し出力する差動信号伝送方式のものとなっているので、コモンモードの雑音に対する耐性が増し、EMI対策に効果がある。
また、図2において、インピーダンス整合部2は、スイッチング部1が上記のような構成となっていることで、pchトランジスタ側のインピーダンス整合部(複数のpchトランジスタ(MOSトランジスタ)T9,T10,T11,T12)と、nchトランジスタ側のインピーダンス整合部(複数のnchトランジスタ(MOSトランジスタ)T5,T6,T7,T8)とにより構成されている。すなわち、pchトランジスタ側のインピーダンス整合部,nchトランジスタ側のインピーダンス整合部は、それぞれ、複数のトランジスタ(例えば、MOSトランジスタ)により構成されている。
図7は図2におけるnchトランジスタ側のインピーダンス整合部を拡大して示した図である。図7を参照すると、複数のトランジスタT5,T6,T7,T8は並列に接続されており、各トランジスタT5,T6,T7,T8は、それぞれ、制御手段3からの選択信号c0,c1,c2,c3によって選択されてオンになるようになっている。
すなわち、インピーダンス整合部は、複数のトランジスタ部が並列に接続されたものとなっており、制御手段3は、各トランジスタ部を抵抗として用いて、オンさせるトランジスタ部を選択することにより、複数のトランジスタ部の合成インピーダンスを所望のインピーダンスに設定するようになっている。
インピーダンス整合部が図2,図7に示すように構成されている場合、選択信号c0,c1,c2,c3をハイもしくはロウに設定することにより、オンするトランジスタを選択し、選択信号c0,c1,c2,c3を順次にインクリメントすることによってインピーダンス整合部の合成インピーダンスを順次に変化させることができる。それぞれのトランジスタT5,T6,T7,T8のサイズは同一でもよいが、トランジスタT5,T6,T7,T8のサイズをそれぞれ段階的に異ならせ選択信号をインクリメントしていったときに等間隔でインピーダンスが変化するようにした方が、より高精度にインピーダンスを調整することが出来る。
なお、図2,図7の例では、並列に接続された複数の各トランジスタ部は、それぞれ、1つのトランジスタにより構成されているが、図8に示すように、インピーダンス整合部の並列に接続された複数の各トランジスタ部を、トランジスタを直列に複数段接続した構成にすることもできる。
図8は2段接続にした場合の例であり、直列接続されたトランジスタのゲートには、同一の選択信号を入力する。トランジスタの特性としてゲート電圧Vgs、ドレイン電圧Vds、閾値電圧Vthとした場合、Vds<Vgs−Vthの範囲では線形領域となり、トランジスタは抵抗と同等の特性を示す。そのため、トランジスタを直列に接続してドレイン電圧Vdsをなるべく小さくすることにより、ドレイン電圧Vdsが変化した時においても抵抗としての特性を示すようにすることが出来る。
また、上記の説明では、nchトランジスタ側のインピーダンス整合部について述べたが、pchトランジスタ側のインピーダンス整合部もnchトランジスタ側のインピーダンス整合部と同様の構成となっている。
また、図2において、制御手段3は、スイッチング部1,インピーダンス整合部2が上記のような構成となっていることで、pchトランジスタ側の制御手段と、nchトランジスタ側の制御手段とにより構成されている。
ここで、pchトランジスタ側の制御手段は、初期化時などに動作するようになっており、ダミーpchトランジスタ(MOSトランジスタ)T13と、ダミー抵抗R5と、ダミーpchトランジスタT13とダミー抵抗R5とpchトランジスタ側のインピーダンス整合部(T9,T10,T11,T12)との直列接続に電流を流す電流源I1と、ダミーpchトランジスタT13とダミー抵抗R5とpchトランジスタ側のインピーダンス整合部(T9,T10,T11,T12)との直列接続に電流を流したときの出力電圧を基準電圧と比較する比較器CMP1と、比較器CMP1からの比較結果に基づいてpchトランジスタ側のインピーダンス整合部の各トランジスタの選択信号(c0,c1,c2,c3)を生成し、pchトランジスタ側のインピーダンス整合部の設定を行なうコントローラCTL1とにより構成されている。
同様に、nchトランジスタ側の制御手段は、初期化時などに動作するようになっており、ダミーnchトランジスタ(MOSトランジスタ)T14と、ダミー抵抗R6と、ダミーnchトランジスタT14とダミー抵抗R6とnchトランジスタ側のインピーダンス整合部(T5,T6,T7,T8)との直列接続に電流を流す電流源I2と、ダミーnchトランジスタT14とダミー抵抗R6とnchトランジスタ側のインピーダンス整合部(T5,T6,T7,T8)との直列接続に電流を流したときの出力電圧を基準電圧と比較する比較器CMP2と、比較器CMP2からの比較結果に基づいてnchトランジスタ側のインピーダンス整合部の各トランジスタの選択信号(c0,c1,c2,c3)を生成し、nchトランジスタ側のインピーダンス整合部の設定を行なうコントローラCTL2とにより構成されている。
pchトランジスタ側、nchトランジスタ側について、インピーダンス整合部と制御手段の動作を詳細に説明する。制御手段は、初期化時などに動作し、インピーダンス整合部の設定を行なう(例えば、初期化時にキャリブレーション(較正)動作としてインピーダンス整合部の設定がなされる)。具体的に、制御手段では、ダミー抵抗とダミースイッチトランジスタとインピーダンス整合部との直列接続に基準電流を流すことにより、抵抗端にある電圧(出力電圧)が現れる。比較器CMP1,CMP2は、その電圧(出力電圧)と基準電圧との比較結果を出力する。コントローラCTL1,CTL2は、インピーダンス整合部の選択信号c0,c1,c2,c3をインピーダンス整合部の合成抵抗値(合成インピーダンス)が小から大もしくは大から小になるように順次インクリメントし、比較器CMP1,CMP2の比較結果が一致したときの(例えば、比較結果がプラス(マイナス)からマイナス(プラス)に変化した直後もしくは直前の)選択信号を所定のレジスタやメモリ等に設定する。この時、インピーダンス整合部の合成抵抗(合成インピーダンス)は、基準電流と基準電圧で決まる値となっている。例えば基準電流を5mA、基準電圧を250mVと設定すれば、インピーダンス整合部の合成抵抗は、50Ωとなる。この時の選択信号をc0,c1,c2,c3に適用することにより、スイッチトランジスタがONした時の出力装置の出力インピーダンスを所望の値に設定することが出来る。
このように、本発明では、インピーダンス整合部を複数のトランジスタで構成し、その出力電圧を基準電圧と比較し、基準電圧と一致する時の選択信号c0,c1,c2,c3をインピーダンス整合部の選択信号として設定することにより、出力終端部のインピーダンスを素子(トランジスタ,抵抗)のばらつきにかかわらず所望の値に設定することが可能となる。
また、図1において、スイッチング補助部4は、出力ノードに電流を流し込んだり吸い出したりする電流スイッチング部5と、電流スイッチング部5に電流を流し込んだり吸い出したりする動作を行わせるためのスイッチング補助データを生成するスイッチング補助データ生成部6とを有している。
また、スイッチング補助データ生成部6は、ディレイ制御電圧を生成するディレイ制御電圧生成部7と、前記ディレイ制御電圧によりスイッチング補助データを生成するディレイデータ生成部8とを有している。
図9はスイッチング補助データ生成部6の具体的な構成例を示す図である。図9において、スイッチング補助データ生成部6は、PD(Phase Ditecter)と、Delay Bufferと、CP(Charge Pump)と、Delay Buffer2とにより構成されている。
ここで、スイッチング補助データ生成部6のディレイ制御電圧生成部7は、PD(Phase Ditecter)と、Delay Bufferと、CP(Charge Pump)とによって、DLL(Delay Locked Loop)として構成されている。
図10はDLLの動作を説明するための図である。図10を参照すると、DLLでは、基本となるクロックをPD(Phase Ditecter)の片方の入力に入力する。またその基本クロックよりも1/2周期遅れたクロックをDelay Bufferに入力しその出力をPDのもう片方の入力に入力する。ここで、Delay Bufferは、後述のディレイ制御電圧vcontの値により、遅延を制御することができるバッファである。また、PDでは、入力された2入力の位相を比較し、片方が速ければup信号を出力し、もう片方が速ければdown信号を出力する。そして、このup信号およびdown信号をCP(Charge Pump)に入力し、Delay Bufferを制御するためのディレイ制御電圧vcontを出力する。CPは、入力されたup信号およびdowm信号により、ディレイ制御電圧vcontを変化させる機能をもつ。よって、DLLでは、PDへの入力クロックの位相が一致するような制御、つまりDelay Bufferによって入力されたクロックを1/2周期だけ遅らせるような制御がなされる。
図11はDelay Bufferの具体的な構成例を示す図であり、また、図12は図11で用いているディレイコントロールインバータの構成を示す図である。図11の例では、ディレイコントロールインバータを6段構成にした場合が示されている。また、図12を参照すると、ディレイコントロールインバータは、通常のインバータ構成にnchTr,pchTrをそれぞれ2段構成にし外側のトランジスタのゲートをディレイ制御電圧vcontでコントロールすることにより、電流源として用いている。電流源に流れる電流を多くすれば遅延時間は小さくなり、電流を少なくすれば遅延時間は大きくなる。このように、ディレイコントロールインバータでは、ディレイ制御電圧vcontを変化させることにより、ディレイコントロールインバータに流れる電流を変化させ、inからoutまでの遅延を変化させることが出来る。
また、スイッチング補助データ生成部6のディレイデータ生成部8は、図9において、Delay Buffer2で構成されている。
図13には、図11のDelay Bufferに対するDelay Buffer2の具体的な構成例が示されている。図13のDelay Buffer2では、図12のディレイコントロールインバータを3段構成にしている。ここで、Delay Buffer2には、ディレイ制御電圧vcontとして、図9,図10のDLLにおいて生成されたディレイ制御電圧vcont(Delay Bufferで1/2周期クロックを遅らせるvcont)を入力する。すると、Delay Buffer2におけるinからoutへの遅延時間は、Delay Bufferにおけるそれの半分の時間つまりクロックの1/4周期の遅延となる。また、ディレイコントロールインバータの段数を変えることで、遅延時間を変えることができる。Delay Buffer2における遅延時間をΔdとして、後述の図14におけるスイッチ用nchトランジスタT51のゲートに入力するデータ、または、後述の図15におけるスイッチ用pchトランジスタT50のゲートに入力するデータをDelay Buffer2を通すことにより、基準に対してΔd遅延したデータとして生成することが可能となる。
このようにして、最速クロックパルス幅よりも短いΔdだけずれたデータ信号を生成することができる。
また、図14または図15は、電流スイッチング部5の具体的な構成例を示す図である。図14を参照すると、電流スイッチング部5は、出力ノードに補助的に電流を流し込むために、p型電流源I50と、図9のディレイデータ生成部8からのデータD1が入力するスイッチ用pchトランジスタT50とを備え、また、出力ノードから補助的に電流を吸い出すために、n型電流源I51と、図9のディレイデータ生成部8(Delay Buffer2)からのデータD2が入力するスイッチ用nchトランジスタT51とを備えている。
ここで、図14の構成では、スイッチ用nchトランジスタT51のゲートの方に、Delay Buffer2からのデータD1(反転データ)に対してΔdだけ遅延したデータD2を入力させている。すなわち、スイッチ用pchトランジスタT50のゲートに入力するデータD1よりもスイッチ用nchトランジスタT51のゲートに入力するデータD2をΔd遅らせている。この場合、スイッチ用pchトランジスタT50は出力ドライバのスイッチングに同期してスイッチングするようにする。ここで、p型電流源I50とn型電流源I51の流す電流は等しいとする。このようにするとき、図14において、期間aでは、データD1がロウでpchトランジスタT50がオンし、データD2がロウでnchトランジスタT51はオフしているため、p型電流源I50が電流を流し込む(出力信号の立ち上がり期間)。また、期間bでは、データD1がロウでpchトランジスタT50がオンし、データD2がハイでnchトランジスタT51もオンしている。この場合、p型電流源I50とn型電流源I51の電流量は等しいため、電源電圧からGNDへ電流が抜けて出力ノードに対する電荷の充放電はない(出力信号がハイ期間)。また期間cでは、データD1がハイでpchトランジスタT50がオフし、データD2がハイでnchTrはオンしているため、n型電流源I51が電流を吸い出す(出力信号の立ち下がり期間)。また、期間dでは、データD1がハイ,データD2がロウで、pchトランジスタT50,nchトランジスタT51共にオフしているため、出力ノードに対する電荷の充放電はない(出力信号がロウ期間)。このようにすることにより、Δdの短いパルスを作る必要もなく、出力が変化している期間だけ補助的に電流を流し込んだり吸出したりすることが可能となる。
また、図15を参照すると、電流スイッチング部5は、出力ノードに補助的に電流を流し込むために、p型電流源I50と、図9のディレイデータ生成部8(Delay Buffer2)からのデータD2が入力するスイッチ用pchトランジスタT50とを備え、また、出力ノードから補助的に電流を吸い出すために、n型電流源I51と、図9のディレイデータ生成部8からのデータD1が入力するスイッチ用nchトランジスタT51とを備えている。
ここで、図15の構成では、スイッチ用pchトランジスタT50のゲートの方に、Delay Buffer2からのデータD1に対してΔdだけ遅延したデータD2(反転データ)を入力させている。すなわち、スイッチ用pchトランジスタT50のゲートに入力するデータD1よりもスイッチ用nchトランジスタT51のゲートに入力するデータD2をΔd遅らせている。この場合は、スイッチ用pchトランジスタT50は出力ドライバのスイッチングに同期してスイッチングするようにする。ここで、p型電流源I50とn型電流源I51の流す電流は等しいとする。このようにするとき、図15において、期間aでは、データD1がハイでnchトランジスタT51がオンし、データD2がハイでpchトランジスタT50はオフしているため、n型電流源I51が電流を吸い出す(出力信号の立ち下がり期間)。また、期間bでは、データD2がロウでpchトランジスタT50がオンし、データD1がハイでnchトランジスタT51もオンしている。この場合、p型電流源I50とn型電流源I51の電流量は等しいため、電源電圧からGNDへ電流が抜けて出力ノードに対する電荷の充放電はない(出力信号がロウ期間)。また、期間cでは、データD1がロウでnchトランジスタT51がオフし、データD2がロウでpchトランジスタT50はオンしているため、p型電流源I50が電流を流し込む(出力信号の立ち上がり期間)。また、期間dでは、データD2がハイ,データD1がロウで、pchトランジスタT50,nchトランジスタT51共にオフしているため、出力ノードに対する電荷の充放電はない(出力信号がハイ期間)。このようにすることにより、Δdの短いパルスを作る必要もなく、出力が変化している期間だけ補助的に電流を流し込んだり吸出したりすることが可能となる。
なお、図14と図15の違いは、出力信号がハイとロウのどちらの期間で、電源電圧からGNDへの貫通電流を流すかの違いだけである。また、上記の例では、出力データは、1データパルス幅(1UI)ごとにデータ1,0が切り替わる場合について説明したが、図10乃至図13に示す仕方によって、あらゆるデータパターンにおいてそれ相応のスイッチ用トランジスタへの入力パターンを生成することができ、従って、あらゆるデータパターンに適応できる。
図16は、電流スイッチング部5が図14の構成となっている場合の動作(すなわち、出力信号波形がどのように改善するか)を説明するための図である。図16(a)はスイッチング補助部4が設けられていないときの(すなわち、出力ドライバのみを用いた時の)出力信号の波形である。この状態では、1つのデータパルス幅(1UI)で出力信号が完全にハイレベルもしくはロウレベルの電位までいききっておらず、ジッタが大きくなった場合に受信側で正確にデータを検出することが困難になってくる。そこで、図16(b)のようにスイッチングし始めた時から時間Δdの間だけ電流源I50,I51により補助電流を流したとすると、図16(c)のように方形波に近い出力信号波形が得られることとなる。Δd期間の斜線の部分に対応する電荷量を補助電流が流すということである。ここで注意しなければいけないのは、Δdが1つのデータパルス幅(1UI)と同じくらいの時間になった場合には、出力信号の振幅自体が大きくなってしまう可能性があるということである。Δdが1UIとなったときはエンファシス機能をもたせたことと同等ということになる。よって、Δdはスイッチング時に出力信号が所望の電圧(振幅)に行ききるまでの時間よりも短くしておく必要がある。
通常そのシステムで最速のクロックのパルス幅よりもΔdを短くすることはできず、また仮にできたとしてもそれだけΔdが短いとスイッチや電流源が十分に応答できない可能性がある。すなわち、基本的にトランジスタのオンオフにはクロックを基準にしたパルスが用いられ、システム内で最速のクロックよりも細かい分解能でトランジスタを制御することは困難である。また、出力装置が単純なスイッチ回路である場合、出力インピーダンスRと出力の付加容量Cとの積であるCR時定数によってスイッチングスピードが決まってしまい、それ以上の高速化は出来ない。これらの解決方法として、本発明は極めて有用である。
すなわち、本発明によれば、上記の解決方法として、上述したように、DLLによって決まるディレイ制御電圧vcontをDelay Buffer2に入力することによりΔd遅延を生成し、スイッチ用トランジスタへ入力するデータD1,D2に遅延を持たせている。このデータD1,D2でスイッチ用トランジスタをオンオフさせることにより、出力信号の立ち上がり,立ち下がりを高速にすることが可能となる。
換言すれば、本発明では、基本的なデータによるスイッチングは出力ドライバで行い、出力ドライバだけでは負荷容量の影響で1データパルス幅(1UI)に対して十分速い立ち上がり,立ち下がり時間を達成できない場合に、補助的にスイッチング補助部4によりスイッチングの瞬間に電流を流し込んだり吸出したりする。こうすることにより、出力信号の高速化に対応している。
すなわち、本発明では、図17の基本概念図に示すように、基本的には、出力ドライバと、電流源Pと、スイッチpと、電流源Nと、スイッチnとから構成されている。ここで、出力ドライバは、伝送路とのインピーダンス整合がとれたドライバであり、スイッチpがオンすると電流源Pから出力ノードに電流を流し込み、スイッチnがオンすると電流源Nで出力ノードから電流を吸い出す。この場合、データが変化する瞬間に電流を流し込んだり吸い出したりすることにより、高速なスイッチングが可能となり、出力信号の高速化が可能となる。また、電流の流し込み,吸い出しを電流源で行っていることにより、出力インピーダンスを変化させることなく補助電流を流すことが出来る(電流源の出力インピーダンスはハイインピーダンスである)。
また、本発明では、半導体レーザ駆動手段と半導体レーザ変調手段からなる半導体レーザ変調駆動装置において、前記半導体レーザ駆動手段と前記半導体レーザ変調手段とが別々のチップで構成される場合、前記半導体レーザ駆動手段と前記半導体レーザ変調手段との間の信号伝送に、上述した電気信号出力装置を用いることができる。
図18は本発明の電気信号出力装置を半導体レーザ駆動変調装置に適用した場合の構成例を示す図である。半導体レーザ駆動部と半導体レーザ変調部とを別々の集積回路で構成した場合、その集積回路間での信号伝送が必要となる。この時、半導体レーザ制御部の出力部に上述した本発明の電気信号出力装置を適用することにより、反射の少ない信号を正確に高速に伝送することが可能となる。
また、本発明では、チップ間またはボード間の電気信号伝送を有する画像形成装置において、前記画像形成装置内のチップ間またはボード間の電気信号伝送に、上述した電気信号出力装置、または、半導体レーザ変調駆動装置を用いることができる。
図19は、ラスター走査型画像形成装置のシステム構成例を示す図である。図19において、LD変調信号生成部で生成されたLD変調信号は、半導体レーザ駆動回路に入力され,半導体レーザの光を変調する。変調されたレーザ光は、コリメータレンズ,シリンダーレンズを介してポリゴンミラーに入力され、ポリゴンミラーにより偏向され、fθレンズを介して感光体に入射される。書き込み開始位置は、水平同期センサにより検出され、画像処理及びLD変調信号生成部に入力され、水平同期信号と画像信号に従い、LD変調信号が出力される。なお、図19において、書込み制御信号生成部は、単に画像データを生成するだけでなく、書込み制御信号、例えば主走査方向や副走査方向のカウンタ等の機能も有している為、画像データ生成部ではなく、書込み制御信号生成部としている。
図19の画像形成装置において、例えば画像クロック生成部及びパルス生成部からLD駆動部への変調信号の伝送に本発明の電気信号出力装置を適用することが出来る。これにより、変調信号を反射を少なく正確に高速に伝送することが可能となる。
このように、本発明は、集積回路間もしくはPCBボード間の伝送において、信号の立ち上がり立ち下がり時間を速くし高速化に対応した電気信号出力装置および半導体レーザ変調駆動装置および画像形成装置を提供することができる。
また、一例として、図20に示すように、伝送路において、送信側と受信側は、DCカットコンデンサでDCカットされている構成にすることもできる。ただし、DCカットコンデンサは信号成分は通過するのに十分大きな容量とする。また、図20ではGNDに対して終端しているが、電源電圧に対して終端しても同様の効果が得られる。
1 スイッチング部
2 インピーダンス整合部
3 制御手段
4 スイッチング補助部
5 電流スイッチング部
6 スイッチング補助データ生成部
7 ディレイ制御電圧生成部
8 ディレイデータ生成部
2 インピーダンス整合部
3 制御手段
4 スイッチング補助部
5 電流スイッチング部
6 スイッチング補助データ生成部
7 ディレイ制御電圧生成部
8 ディレイデータ生成部
Claims (10)
- シリアル電気伝送システムにおける電気信号出力装置において、信号データに応じてハイかロウかのスイッチングを行なって出力信号を生成し伝送路(出力ノード)に出力するスイッチング部と、出力インピーダンスを伝送路のインピーダンスに整合させるために設けられているインピーダンス整合部と、前記スイッチング部のスイッチング時に、出力ノードに補助的に電流を流し込んだり吸い出したりするスイッチング補助部とを有し、前記スイッチング補助部は、電流を流し込んだり吸い出したりする期間を前記シリアル電気伝送システムの基準クロックのパルス幅よりも短い期間にするように構成されていることを特徴とする電気信号出力装置。
- 請求項1記載の電気信号出力装置において、前記スイッチング補助部は、出力ノードに電流を流し込んだり吸い出したりする電流スイッチング部と、前記電流スイッチング部に電流を流し込んだり吸い出したりする動作を行わせるためのスイッチング補助データを生成するスイッチング補助データ生成部とを有していることを特徴とする電気信号出力装置。
- 請求項2記載の電気信号出力装置において、前記スイッチング補助データ生成部は、ディレイ制御電圧を生成するディレイ制御電圧生成部と、前記ディレイ制御電圧によりスイッチング補助データを生成するディレイデータ生成部とを有していることを特徴とする電気信号出力装置。
- 請求項3記載の電気信号出力装置において、前記ディレイ制御電圧生成部は、DLL(Delay Locked Loop)で構成されていることを特徴とする電気信号出力装置。
- 請求項2記載の電気信号出力装置において、前記電流スイッチング部は、電源電圧から出力ノードへ電流を流し込むp型電流源と、出力ノードからGNDへ電流を吸い出すn型電流源と、p型電流源と出力ノードとの間の補助スイッチングpchトランジスタと、n型電流源と出力ノードとの間の補助スイッチングnchトランジスタとから構成されていることを特徴とする電気信号出力装置。
- 請求項5記載の電気信号出力装置において、前記スイッチング補助データ生成部は、前記補助スイッチングpchトランジスタと前記補助スイッチングnchトランジスタのいずれか一方を、前記スイッチング部と同時にスイッチングさせ、残りの一方を、基準クロックのパルス幅よりも短い所定の時間遅れてスイッチングさせることを特徴とする電気信号出力装置。
- 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の電気信号出力装置において、前記インピーダンス整合部は、複数のトランジスタ部により構成され、オンするトランジスタを選択することにより出力インピーダンスを調整可能に構成されていることを特徴とする電気信号出力装置。
- 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に記載の電気信号出力装置において、前記スイッチング部は、正転出力と反転出力の2つの出力信号を生成し出力する差動信号伝送方式のものとなっていることを特徴とする電気信号出力装置。
- 半導体レーザ駆動手段と半導体レーザ変調手段からなる半導体レーザ変調駆動装置において、前記半導体レーザ駆動手段と前記半導体レーザ変調手段とが別々のチップで構成される場合、前記半導体レーザ駆動手段と前記半導体レーザ変調手段との間の信号伝送に、請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の電気信号出力装置が用いられることを特徴とする半導体レーザ変調駆動装置。
- チップ間またはボード間の電気信号伝送を有する画像形成装置において、前記画像形成装置内のチップ間またはボード間の電気信号伝送に、請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の電気信号出力装置、または、請求項9記載の半導体レーザ変調駆動装置が用いられることを特徴とする画像形成装置。
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