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。
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。
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)
- 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。 - 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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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