JP2023004182A - 電子機器およびｕｓｂ機器 - Google Patents

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Abstract

【課題】電源電圧が低下しても、発光素子からの電流から制御回路を保護することができる電子機器およびＵＳＢ機器を提供する。【解決手段】本実施形態による電子機器は、第１電圧源に一端が接続された発光素子を備える。制御回路は、発光素子の他端とホストコンピュータとの間に接続され、該ホストコンピュータからの信号に応じて該発光素子を制御する。抵抗素子は、発光素子と制御回路との間の第１接続部と基準電位源との間に接続される。【選択図】図２

Description

本実施形態は、電子機器およびＵＳＢ機器に関する。
ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等の電子機器は、インタフェースを介してＣＰＵ（Central Processor Unit）等の外部のホストコンピュータと通信可能に接続され得る。電子機器は、ホストコンピュータからのアクセスをユーザへ知らせるために、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を有する場合がある。
しかし、電子機器の規格変更に伴い、ＬＥＤの制御回路の電源電圧も次第に低下している。このため、消灯時におけるＬＥＤからの漏れ電流が、制御回路へ逆流し、制御回路を損傷するおそれがあった。
米国特許第１０６８１７８６号公報 米国特許第９５４４９５８号公報 特開２０１１－２２８５８４号公報
電源電圧が低下しても、発光素子からの電流から制御回路を保護することができる電子機器およびＵＳＢ機器を提供する。
本実施形態による電子機器は、第１電圧源に一端が接続された発光素子を備える。制御回路は、発光素子の他端とホストコンピュータとの間に接続され、該ホストコンピュータからの信号に応じて該発光素子を制御する。抵抗素子は、発光素子と制御回路との間の第１接続部と基準電位源との間に接続される。
本実施形態によるＵＳＢメモリの構成例を示す図。 ＧＰＩＯ回路およびその周辺回路を示す回路図。
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本実施形態によるＵＳＢメモリ１の構成例を示す図である。ＵＳＢメモリ１は、ホストコンピュータ９にＵＳＢインタフェース１１を介してＵＳＢメモリ１に通信可能に接続されている。ホストコンピュータ９は、ＵＳＢメモリ１の外部に設けられており、ＵＳＢメモリ１内のメモリ１０にアクセスし、データをメモリ１０から読み出し、あるいは、データをメモリ１０へ書き込むことができる。ホストコンピュータ９は、例えば、コンピュータ内に設けられた演算部（ＣＰＵ）でよい。尚、本明細書では、電子機器としてＵＳＢメモリの実施形態を示すが、他のＵＳＢ機器であってもよい。
ＵＳＢメモリ１は、メモリ１０と、コントローラ２０と、ＬＥＤ３０と、抵抗素子４０と、ＵＳＢインタフェース１１とを備える。メモリ１０およびコントローラ２０は、それぞれ異なる半導体チップ上に形成されている。ＬＥＤ３０および抵抗素子４０は、電子部品としてそれぞれ異なるパッケージで構成されている。メモリ１０、コントローラ２０、ＬＥＤ３０および抵抗素子４０は、筐体内において、１つの配線基板（図示せず）上に実装されている。
メモリ１０は、コントローラ２０に接続され、ホストコンピュータ９との間でデータを送受信する不揮発性メモリである。メモリ１０は、例えば、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリであり、メモリセルがマトリクス状に２次元配置された平面型メモリセルアレイまたはメモリセルが３次元的に配列された立体型メモリセルアレイでよい。メモリ１０は、コントローラ２０を介して外部のホストコンピュータ９と接続されており、ホストコンピュータ９から指令に応じてデータを格納し、あるいは、データを出力することができる。
発光素子としてのＬＥＤ３０は、コントローラ２０と電圧源ＰＳ１との間に接続されている。ＬＥＤ３０のアノードは、電圧源ＰＳ１に接続されており、電圧源ＰＳ１から高レベル電圧ＶＡの供給を受ける。ＬＥＤ３０のカソードは、接続部Ｎ１に接続されている。ＬＥＤ３０は、電圧源ＰＳ１からの電力供給を受けることによって所定波長（所定の色）の光を発光する。
抵抗素子４０は、接続部Ｎ１とグランドＧＮＤとの間に接続されている。抵抗素子４０は、ＬＥＤ３０がオフ状態であるときに、ＬＥＤ３０からの漏れ電流の少なくとも一部をバイパスしてグランドＧＮＤへ逃がすために設けられている。
コントローラ２０は、ＵＳＢ物理層デバイス２１と、メモリコントローラ２２と、ＭＩＳＣ２３と、ＧＰＩＯ（General-purpose input/output）回路２４とを備えている。
ＵＳＢ物理層デバイス２１は、ＯＳＩ（Open Systems Interconnection）階層モデルにおける物理層の機能を実装するための回路である。メモリコントローラ２２は、メモリ１０を制御する制御回路である。ＭＩＳＣ２３は、その他の制御回路である。ＧＰＩＯ回路２４は、ホストコンピュータ９と接続する汎用入出力インタフェース回路であり、ＬＥＤ３０と抵抗素子４０とのノードＮ１に接続されている。
図２は、ＧＰＩＯ回路２４およびその周辺回路を示す回路図である。ＧＰＩＯ回路２４は、ＬＥＤ３０のカソードとホストコンピュータ９との間に接続されており、ホストコンピュータ９からの信号に応じてＬＥＤ３０の発光を制御する。ＧＰＩＯ回路２４は、Ｐ型トランジスタ（Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ）Ｔｐ１と、Ｎ型トランジスタ（Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ）Ｔｎ１とを備える。Ｐ型トランジスタＴｐ１およびＮ型トランジスタＴｎ１は、電圧源ＰＳ２とグランドＧＮＤとの間に直列に接続されている。電圧源ＰＳ２の電圧Ｖｇｐｉｏは、電圧源ＰＳ１よりも低い電源電圧である。例えば、電圧源ＰＳ１の電圧ＶＡが約３．３Ｖであり、電圧源ＰＳ２の電圧Ｖｇｐｉｏは約１．２Ｖである。
ＬＥＤ３０とＧＰＩＯ回路２４との間の接続部をＮ１とすると、トランジスタＴｐ１のソースは、電圧源ＰＳ２に接続されており、そのドレインは、接続部Ｎ１に接続されている。また、トランジスタＴｎ１のドレインは、接続部Ｎ１に接続されており、そのソースは、グランドＧＮＤに接続されている。接続部Ｎ１は、トランジスタＴｐ１とトランジスタＴｎ１との間に電気的に接続されている。
トランジスタＴｐ１、Ｔｎ１のゲートはホストコンピュータ９またはメモリ１０に共通に接続されており、ホストコンピュータ９からの制御信号を同時に受ける。トランジスタＴｐ１、Ｔｎ１は、互いに異なる導電型のトランジスタであるので、同一制御信号を受けると、相補的にオン／オフ動作する。制御信号は、ＬＥＤ消灯時はハイレベルを維持し、ＬＥＤ点灯時はロウレベルを維持するデジタル信号でよい。例えば、ホストコンピュータ９がメモリ１０にアクセスし、ホストコンピュータ９とメモリ１０との間でデータの送受信を行う場合、制御信号がハイレベルになる。これにより、トランジスタＴｐ１がオフ状態（非導通状態）となり、トランジスタＴｎ１がオン状態（導通状態）となる。このとき、接続部Ｎ１は、トランジスタＴｎ１を介してグランドＧＮＤに接続されるので、電流が電圧源ＰＳ１からＬＥＤ３０を流れ、ノードＮ１およびトランジスタＴｎ１を介してグランドＧＮＤへ流れる。これにより、ＬＥＤ３０が点灯する。一方、ホストコンピュータ９がメモリ１０にアクセスせず、ホストコンピュータ９とメモリ１０との間でデータの送受信を行っていない場合、制御信号がロウレベルになる。これにより、トランジスタＴｐ１がオン状態（導通状態）となり、トランジスタＴｎ１がオフ状態（非導通状態）となる。このとき、接続部Ｎ１は、トランジスタＴｐ１を介して電圧源ＰＳ２に接続されるので、ＬＥＤ３０に印加される電圧が比較的小さくなり、ＬＥＤ３０は消灯する。
トランジスタＴｐ１、Ｔｎ１は、それぞれソース－ドレイン間にボディダイオードＢＤｐ１、ＢＤｎ１を有する。ボディダイオードＢＤｐ１、ＢＤｎ１は、ＧＰＩＯ回路２４の半導体基板（図示せず）とソース層またはドレイン層との間のＰＮ接合部に設けられた寄生ダイオードである。ボディダイオードＢＤｐ１のアノードは、Ｐ型トランジスタＴｐ１のドレイン側にあり、カソードはＰ型トランジスタＴｐ１のソース側にある。ボディダイオードＢＤｎ１のアノードは、Ｎ型トランジスタＴｎ１のソース側にあり、カソードはＮ型トランジスタＴｎ１のドレイン側にある。
抵抗素子４０は、接続部Ｎ１とグランドＧＮＤとの間に接続されている。抵抗素子４０は、ＬＥＤ３０がオフ状態であるときに、ＬＥＤ３０からの漏れ電流ＩＬＥＡＫの少なくとも一部ＩＢＹＰＡＳＳをバイパスしてグランドＧＮＤへ逃がすために設けられている。抵抗素子４０は、漏れ電流ＩＬＥＡＫの一部ＩＢＹＰＡＳＳを逃がすことによって接続部Ｎ１の電圧ＶＢが電圧源ＰＳ２の電圧Ｖｇｐｉｏよりも低くなるように調整する。即ち、ＬＥＤ３０が消灯しているときに、接続部Ｎ１の電圧ＶＢは、電圧源ＰＳ２の電圧Ｖｇｐｉｏよりも低い。
もし、ＬＥＤ３０の消灯時に、接続部Ｎ１の電圧ＶＢが電圧源ＰＳ２の電圧Ｖｇｐｉｏよりも高いと、ボディダイオードＢＤｐ１に順バイアス電圧がかかる。ボディダイオードＢＤｐ１に順バイアス電圧が印加されると、ＬＥＤ３０からの漏れ電流ＩＬＥＡＫの多くが接続部Ｎ１およびボディダイオードＢＤｐ１を介して電圧源ＰＳ２側へ電流ＩＢＡＣＫとして逆流する。電圧源ＰＳ２は、ホストコンピュータ９側から供給される電圧源であり、電圧源ＰＳ２側へ漏れ電流ＩＬＥＡＫの多くが逆流すると、ＧＰＩＯ回路２４が破損するおそれがある。
抵抗素子４０の抵抗値が高すぎると、抵抗素子４０からグランドＧＮＤへバイパスされる電流ＩＢＹＰＡＳＳが小さ過ぎて、接続部Ｎ１の電圧Ｖｎ１が電圧源ＰＳ２の電圧Ｖｇｐｉｏよりも高くなってしまう。一方、抵抗素子４０の抵抗値が低すぎると、抵抗素子４０からグランドＧＮＤへバイパスされる電流ＩＢＹＰＡＳＳが大き過ぎて、ＬＥＤ３０が常時点灯してしまう。よって、抵抗素子４０の抵抗値の範囲は、ＬＥＤ３０の特性、電圧源ＰＳ１の電圧ＶＡ、電圧源ＰＳ２の電圧Ｖｇｐｉｏ等によって適切な範囲がある。例えば、ＬＥＤ３０の点灯時にＬＥＤ３０に印加される電圧ＶＦが約１．７５Ｖであり、電圧源ＰＳ１の電圧ＶＡが約３．３Ｖであり、電圧源ＰＳ２の電圧Ｖｇｐｉｏが約１．２Ｖである場合に、抵抗素子４０は、約５００ｏｈｍ～約１．５ｋｏｈｍの範囲に設定される。これにより、ＬＥＤ３０の消灯時（トランジスタＴｐ１、Ｔｎ１のゲート電圧がロウレベルである場合）において、接続部Ｎ１の電圧ＶＢは、Ｖｇｐｉｏ（１．２Ｖ）より低くすることができる。即ち、ホストコンピュータ９からのアクセスがない場合、電圧ＶＢ（ＶＢ＝ＶＡ－ＶＦ）は、電圧Ｖｇｐｉｏよりも低い。これにより、ボディダイオードＢＤｐ１には逆バイアスが印加され、ボディダイオードＢＤｐ１はオープン状態となる。よって、電流ＩＢＡＣＫは、コントローラ２０へ逆流しないので、本実施形態によるＧＰＩＯ回路２４は、ＬＥＤ３０の消灯時にＧＰＩＯ回路２４を保護することができる。
抵抗素子４０の抵抗値は、消灯時におけるＬＥＤ３０の抵抗値と同程度（例えば、約５００ｏｈｍ～約１．５ｋｏｈｍ）でよい。これにより、消灯時のバイパス電流ＩＢＹＰＡＳＳは、漏れ電流ＩＬＥＡＫに近づきあるいはほぼ等しくなり、ＬＥＤ３０の点灯時には、例えば、ほぼ数μＡとして悪影響を与えない。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
１ ＵＳＢメモリ、１０ メモリ、２０ コントローラ、３０ ＬＥＤ、４０ 抵抗素子、１１ ＵＳＢインタフェース、２４ ＧＰＩＯ回路、Ｔｐ１，Ｔｎ１ トランジスタ、ＰＳ２，ＰＳ１ 電圧源、ＧＮＤ グランド、ＢＤｐ１，ＢＤｎ１ ボディダイオード

Claims (8)

  1. 第１電圧源に一端が接続された発光素子と、
    前記発光素子の他端とホストコンピュータとの間に接続され、該ホストコンピュータからの信号に応じて該発光素子を制御する制御回路と、
    前記発光素子と前記制御回路との間の第１接続部と基準電位源との間に接続された抵抗素子と、を備える電子機器。
  2. 前記制御回路は、
    前記第１電圧源よりも低い第２電圧源と前記基準電位源との間に直列に接続された第１導電型の第１トランジスタおよび第２導電型の第２トランジスタをさらに備え、
    前記第１接続部は、前記第１トランジスタと前記第２トランジスタとの間に電気的に接続され、
    電子機器内部の信号が、前記第１および第２トランジスタのゲートに入力される、請求項１に記載の電子機器。
  3. 前記発光素子が消灯しているときに、前記第１接続部の電圧は、前記第２電圧源の電圧よりも低い、請求項２に記載の電子機器。
  4. 前記抵抗素子は、５００ｏｈｍ～１．５ｋｏｈｍである、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電子機器。
  5. 前記発光素子は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）である、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の電子機器。
  6. 前記発光素子のアノードが前記第１電圧源に接続され、
    前記発光素子のカソードが前記第１接続部に接続され、
    前記第１トランジスタは、Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）であり、該第１トランジスタのソースは第２電圧源に接続され、該第１トランジスタのドレインは前記第１接続部に接続され、
    前記第２トランジスタは、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴであり、該第２トランジスタのドレインが前記第１接続部に接続され、該第２トランジスタのソースが前記基準電位源に接続されている、請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の電子機器。
  7. 前記制御回路に接続され、前記ホストコンピュータとの間でデータを送受信する不揮発性メモリをさらに備える、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の電子機器。
  8. 第１電圧源に一端が接続された発光素子と、
    前記発光素子の他端とホストコンピュータとの間に接続され、該ホストコンピュータからの信号に応じて該発光素子を制御する制御回路と、
    前記発光素子と前記制御回路との間の第１接続部と基準電位源との間に接続された抵抗素子と、を備えるＵＳＢ（Universal Serial Bus）機器。
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