JP3791498B2 - プリエンファシス機能を有する出力バッファ回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、情報処理装置等におけるデータ伝送で伝送線路の減衰量に応じて信号波形を強調するいわゆるプリエンファシス機能を有する出力バッファ回路に関し、特に、低電力、低電圧、低ノイズを実現した高速出力のプリエンファシス機能を有する出力バッファ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種のプリエンファシス機能を有する出力バッファ回路は、特にデータ伝送において長距離伝送、低電圧、高速(高周波)動作を必要とする出力回路として用いられている。
【0003】
この種の出力バッファ回路は、一般的にカレントモード型回路(電流量で表された信号を取り扱う回路)により実現されるが、このカレントモード型回路は、その構成上の理由から低い電源電圧での動作には不利であるといった欠点がある。しかしながら、近年における半導体集積回路の微細加工技術の進展に伴い、動作電圧低下による低消費電力化が進み、より低い電源電圧でより高速に動作することが要求されている。
【0004】
このような要請に応えるための従来技術としては、例えば、特開2002−94365号公報(特許文献1)に開示されるように、低電源電圧で動作する共に、入力部から出力部までの伝播遅延時間を短くすることで高速動作を実現する回路が提案されている。また、特開2000−68816号公報(特許文献2)においても、低電力で動作する出力バッファ回路の改良技術が開示されている。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−94365号公報
【特許文献2】
特開2000−68816号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の技術、例えば特開2002−94365号公報に開示される出力バッファ回路等においては、プリエンファシス機能が働いていない(ディプリエンファシス時)場合に、電流を遮断する機構を有していないので、電流変動が大きくなり、その結果、低消費電力には向かないという欠点があった。
【0007】
さらには、電流変動が大きいためにノイズが発生し易く、高速伝送に不利になるという問題点も有している。
【0008】
なお、本発明では、制御回路(B1〜B4)において送出すべきデータ自体を用いて論理積(AND)や論理和(OR)等の複雑な論理演算を行う必要が無く、出力バッファ回路の入力部(TA、TB)から出力部(SOUT)までをインバータ2段で構成しているので、特開2002−96345号に開示されている出力バッファ回路と同等の遅延時間であり、また特開2000−68816号に開示されている出力バッファ回路より高速動作が可能である。
【0009】
本発明の目的は、プリエンファシス機能の働いていないディプリエンファシス時における不要な電流を遮断することで電流変動を無くし、低電力、低電圧、低ノイズを実現した高速出力のプリエンファシス機能を有する出力バッファ回路を提供することにある。
【0010】
本発明の他の目的は、さらに、適用する伝送路の条件に応じた最適な駆動能力を持つ出力バッファ回路を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、情報処理装置等におけるデータ伝送で伝送線路の減衰量に応じて信号波形を強調するいわゆるプリエンファシス機能を有する出力バッファ回路において、信号の論理値を与える入力信号である第1の入力信号を入力して前記伝送線路を駆動する第1のバッファと、前記第1の入力信号に対して所定の論理関係を有する第2の入力信号を入力し、前記第1のバッファと協調して前記伝送線路を駆動する第2のバッファを備え、前記第1のバッファと前記第2のバッファに、高電位又は低電位の制御信号によって前記第1のバッファと前記第2のバッファをオン又はオフする制御回路を備え、前記制御回路は、前記第1のバッファと前記第2のバッファに与えられる前記制御信号が共に高電位の場合、前記第1の入力信号と前記第2の入力信号の関係が一致した時に前記第2のバッファによるプリエンファシス機能をイネーブルとし、不一致の時に前記第2のバッファをオフとしてプリエンファシス機能をディセーブルとすることを特徴とする。
【0012】
請求項2の本発明の出力バッファ回路は、前記第1のバッファと前記第2のバッファの前記制御回路に与えられる制御信号が共に高電位の場合、前記第1のバッファと前記第2のバッファが共にオンとなり、前記第1のバッファの制御信号が高電位で、前記第2のバッファの前記制御信号が低電位の場合、前記第2のバッファがオフとなり、前記制御信号が共に低電位の場合、前記第1のバッファと前記第2のバッファ共にオフとなることを特徴とする。
【0013】
請求項3の本発明の出力バッファ回路は、前記第2の入力信号が、前記第1の入力信号を1ビット遅らせかつ反転させた信号であることを特徴とする。
【0014】
請求項4の本発明の出力バッファ回路は、前記第1のバッファと前記制御回路及び前記第2のバッファと前記制御回路をそれぞれ、2つずつ組み合わせて構成し、前記第1のバッファの双方をオンとするか、又は一方のみをオンとするかによって駆動能力を可変可能とし、前記第1のバッファの双方をオンとするか、又は一方のみをオンとするかによってプリエンファシス機能の効果を可変可能としたことを特徴とする。
【0015】
請求項5の本発明の出力バッファ回路は、前記第1のバッファの一方の出力インピーダンスを前記伝送路の特性インピーダンスとほぼ同じに設定し、他方の出力インピーダンスを前記伝送路の特性インピーダンスより小さく設定することを特徴とする。
【0018】
本発明によれば、第1の入力信号と第2の入力信号号が一致した時のみ第2のバッファがオンとなって、第1のバッファと第2のバッファが協調して働き、プリエンファシス機能がイネーブルとなる。第1の入力信号と第2の入力信号が不一致の場合は、第2のバッファの最終段出力がオフしてプリエンファシス機能がディセーブルとなる。従って、プリエンファシス機能がディセーブルの場合(ディプリエンファシス時)、第2のバッファがオフするようにしたので、ディプリエンファシス時に第2のバッファに流れる不要な電流が遮断されることになる。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の第1の実施の形態による出力バッファ回路の構成を示すブロック図であり、図2はその具体的な構成例を示す回路図である。
【0020】
第1の実施の形態による出力バッファ回路は、受信端子TRVを抵抗RTにて電圧VTTに終端した伝送路Lを駆動するものである。
【0021】
本実施の形態による出力バッファ回路は、第1のバッファ10と、第2のバッファ20を備える構成となっており、第1のバッファ10はバッファ回路10Aと制御回路B1とで構成され、第2のバッファ20はバッファ回路20Aと制御回路B2とで構成される。
【0022】
この制御回路B1、B2は、トライステート型の回路であり、図3に示すように、インバータINV1、INV2、PチャネルトランジスタP7、P8、P9、NチャネルトランジスタN7、N8、N9から構成されており、入力端子TA(TB)、制御端子DA(DB)、出力端子O1(O3)、O2(O4)の各入出力端子を有する。この制御回路B1、B2では、制御端子DA(DB)に入力される制御信号によって出力の状態を可変する機能を有している。
【0023】
この制御回路B1、B2の動作内容を図4に示す。図示のように、制御端子DAの制御信号が高電位(ハイレベル:「1」)の場合、入力端子TAが「0」の時、出力端子O1=O2=「1」、入力端子TAが「1」の時、出力端子O1=O2=「1」となる。また、制御端子DAの制御信号が低電位(ローレベル:「0」)の場合、入力端子TAの状態に関係なく、出力端子O1=「1」、O2=「0」となる。
【0024】
第1のバッファ10の制御回路B1の出力端子O1、O2がそれぞれバッファ回路10Aとバッファ回路20Aの入力に接続され、第2のバッファ20の制御回路B2の出力端子O3、O4がそれぞれバッファ回路20Aの制御に接続されている。
【0025】
図2の回路例に示すように、第1のバッファ10のバッファ回路10Aは、PチャネルトランジスタP1とNチャネルトランジスタN1、抵抗R1、R2により構成されている。
【0026】
また、第2のバッファ20のバッファ回路20Aは、PチャネルトランジスタP3、P4とNチャネルトランジスタN3、N4、抵抗R5、R6により構成されている。
【0027】
ここで、第2のバッファ20の最終段の出力インピーダンスは、第1のバッファ10の最終段のインピーダンスより高く構成されている。よって、本出力バッファ回路は、第1のバッファ10の入力端子TA、制御端子DA、第2のバッファ20の入力端子TB、制御端子DB及び出力端子SOUTからなる各入出力端子を有した回路として構成される。
【0028】
次いで、上記のように構成される本実施の形態による出力バッファ回路の動作につき図5及び図6に示すタイミングチャートを用いて説明する。
【0029】
制御端子DA、DBに与えられる制御信号が高電位(「1」)の場合、制御回路B1、B2は、活性状態にあり、その出力端子O1、O2及びO3、O4は、入力端子TA、TBの入力データを反転して出力する。
【0030】
ここで、入力端子TAには、図5に示す第1の入力信号であるカレントビット信号SO1が入力され、入力端子TBには、カレントビット信号SO1を1ビット遅らせかつ反転した第2の入力信号である反転プレビット信号SO2が入力される。
【0031】
第1のバッファ10のバッファ回路10Aは、PチャネルトランジスタP1、NチャネルトランジスタN1と抵抗R1,R2で構成されるインバータ回路なので、制御回路B1の出力端子O1、O2のデータをさらに反転して出力する(図5の第1のバッファ最終段出力)。
【0032】
第2のバッファ20のバッファ回路20Aは、トライステート回路を構成しており、カレントビット信号SO1と反転プレビット信号SO2の関係が一致した(SO1=SO2)時のみ活性状態となる。
【0033】
よって、カレントビット信号SO1のデータが「0」から「1」、または「1」から「0」へ変化する時(カレントビット信号SO1と反転プレビット信号SO2が一致した時)のみ第2のバッファ20がオンとなって、第1のバッファ10と第2のバッファ20が協調し(駆動能力を強調する)される(プリエンファシス機能がイネーブルとなる)。
【0034】
カレントビット信号SO1と反転プレビット信号SO2が不一致の場合は、第2のバッファ20の最終段出力(バッファ回路20Aの出力)がオフしてプリエンファシス機能がディセーブルとなる(図5の第2のバッファ最終段出力)。
【0035】
従って、出力信号SOUTの信号波形は、図5に示す通りとなり、プリエンファシス機能が働いている出力バッファ回路として動作する。図5に示すように、プリエンファシス機能がディセーブルの場合(ディプリエンファシス時)に、第2のバッファ20がオフするようにしたので、ディプリエンファシス時に第2のバッファ20に流れる不要な電流が遮断される。
【0036】
一方、図6のタイミングチャートに示すように、制御信号DAが高電位で、制御信号DBが低電位の場合は、第2のバッファ20がオフ状態となるため、プリエンファシス機能を持たない出力バッファ回路として動作する。
【0037】
また、制御信号DA、DBが共に低電位の場合、第1のバッファ10、第2のバッファ20共にオフ状態となり、出力バッファ回路そのものがオフ(ディセーブル)状態となる。
【0038】
次に、本発明の第2の実施の形態として、その基本的構成は第1の実施の形態と同じであるが、駆動能力についてさらに工夫を加えた形態を示す。図7は本発明の第2の実施の形態による出力バッファ回路の構成を示すブロック図であり、図8はその具体的な構成例を示す回路図である。
【0039】
図7、図8において、第2の実施の形態による出力バッファ回路においては、第1の実施の形態の第1のバッファと第2のバッファを、それぞれバッファ10−1とバッファ10−2、バッファ20−1とバッファ20−2を組み合わせることにより構成し、これにより、第2のバッファでは、プリエンファシス機能の効果量を可変することを可能とし、第1のバッファでは駆動能力を可変することを可能にしている。
【0040】
第1のバッファを構成するバッファ10−1はバッファ回路10A−1と制御回路B1で、バッファ10−2はバッファ回路10A−2と制御回路B3で構成される。また、第2のバッファを構成するバッファ20−1はバッファ回路20A−1と制御回路B2で、バッファ20−2はバッファ回路20A−2と制御回路B4で構成される。
【0041】
制御回路B1〜B4の構成及び動作については、第1の実施の形態において図3に示した回路と同じである。
【0042】
制御回路B3には、カレントビット信号SO1と同じ信号SO3が入力され、制御回路B4には、反転プレビット信号SO2と同じ信号SO4が入力される。
【0043】
さらに、第1のバッファでは、一方のバッファ10−1の出力インピーダンスを伝送路Lの特性インピーダンスとほぼ同じに設定し、もう一方のバッファ10−2の出力インピーダンスを伝送路Lの特性インピーダンスより小さく設定している。例えば、伝送路Lの特性インピーダンスが50オームの場合は、第1のバッファのバッファ10−1のの出力インピーダンスを50オームとし、もう一方のバッファ10−2の出力インピーダンスを50オームより小さく設定する。
【0044】
上記のように構成される第2の実施の形態による出力バッファ回路において、制御回路B1、B3をイネーブルにする場合、制御端子DA1と制御端子DA2を高電位に設定する。この設定は、長距離伝送を必要とする場合や、整合のとれた伝送路で最大の転送速度を必要とする場合に適用する。
【0045】
このように制御回路B1、B3をイネーブルにした場合は、図8において、第1のバッファを構成するPチャネルトランジスタP1とNチャネルトランジスタN1からなるバッファ10−1(インバータ回路)とPチャネルトランジスタP2とNチャネルトランジスタN2からなバッファ10−2(インバータ回路)が並列接続となることで、第1のバッファの最終段が低インピーダンスとなり、第1の実施の形態による構成の出力バッファ回路より高駆動能力が得られるようになる。
【0046】
一方、制御回路B1のみをイネーブルとし、制御回路B3をディセーブルにした場合は、最終段のバッファであるPチャネルトランジスタP2とNチャネルトランジスタN2からなるバッファ10−2がオフとなって、高インピーダンスになるので、不整合が発生しやすい伝送距離が短い条件等に適用することで、反射ノイズの影響を極力抑えた回路が形成でき高速伝送が可能になる。
【0047】
なお、第2のバッファのプリエンファシス機能の効果量を可変に設定する内容については、特開2002−94365号公報(特許文献2)に開示されている方法と同じ方法を利用しているので、ここでは詳細を省略する。
【0048】
また、その他の実施の形態として、本発明による出力バッファ回路を差動出力回路に適用することも可能であり、その実施の形態を図9に示す。
【0049】
図9に示す差動出力回路は、第1の実施の形態で示した本発明の出力バッファ回路を2個(50−1、50−2)を使用し、一方を正(+)の出力、もう一方を負(−)の出力回路とした差動のペア出力とし、受端TRV_T、TRV_Cにて終端RTにて線間終端した構成となっている。なお、終端に関しては、受信端をテブナン終端した場合や無終端での実現も可能である。
【0050】
以上好ましい実施の形態及び実施例をあげて本発明を説明したが、本発明は必ずしも上記実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内において様々に変形して実施することができる。
【0051】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、以下に述べるような優れた効果が実現される。
【0052】
第2のバッファをトライステート型回路とすることで、ディプリエンファシス時に流れる電流が抑えられ低電力化を実現することができる。また、プリエンファシス機能のオン、オフ変化時の電流変動が低減されるのでノイズ低減となり、より低電圧で高速な動作が実現できる。
【0053】
さらには、第2のバッファのプリエンファシス機能を可変可能とし、第1のバッファの駆動能力を可変可能にすることで、不整合反射ノイズの影響が大きい(伝送路が短い場合等)構成の場合は、出力インピーダンスを伝送路と同じに設定し、逆に、不整合反射ノイズの影響が小さい(ケーブル伝送等の長距離な伝送路)場合は、出力インピーダンスを小さく設定すること(駆動能力を大きい設定にする)で、長距離でも高速伝送が可能となり、伝送路の条件に応じた最適な駆動能力を提供できる出力バッファが得られる。
【0054】
また、従来の出力バッファ回路では、第2のバッファの出力インピーダンスを、伝送線路での信号の減衰量が改善される限度において第1のバッファの出力インピーダンスより高く設定する必要があったが、本発明では、ディプリエンファシス時に第2のバッファをオフするようにしたので、第2のバッファの出力インピーダンスを考慮する必要がなくなるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態による出力バッファ回路の構成を示すブロック図である。
【図2】 本発明の第1の実施の形態による出力バッファ回路の具他的な回路構成を示す回路図である。
【図3】 第1の実施の形態による出力バッファ回路における制御回路の構成を示す回路図である。
【図4】 第1の実施の形態おける制御回路の動作内容を説明するための図である。
【図5】 第1の実施の形態による出力バッファ回路におけるプリエンファシス機能をオンした場合の動作を説明するタイミングチャートである。
【図6】 第1の実施の形態による出力バッファ回路におけるプリエンファシス機能をオフした場合の動作を説明するタイミングチャートである。
【図7】 本発明の第2の実施の形態による出力バッファ回路の構成を示すブロック図である。
【図8】 第2の実施形態による出力バッファ回路の具体的な回路構成を示す回路図である。
【図9】 本発明の出力バッファ回路を適用した差動出力回路の構成を説明する回路図である。
【符号の説明】
10:第1のバッファ
20:第2のバッファ
10A、10A−1、10A−2、20A、20A−1、20A−2:バッファ回路
10−1、10−2、20−1、20−2:バッファ
TA:カレントビット入力端子
TB:反転プレビット入力端子
SO1、SO3:カレントビット信号
SO2、SO4:反転プレビット信号
DA、DB、DA1、DA2、DB1、DB2:制御信号
SOUT、SOUT_T、SOUT_C:出力端子
TRV、TRV_T、TRV_C:受信端子
IN1:入力端子
O1〜O8:制御回路の出力
B1、B2、B3、B4:制御回路
P1〜P9:Pチャネルトランジスタ
N1〜N9:Nチャネルトランジスタ
R1〜R8:抵抗
INV1、INV2:インバータ
L:伝送線路
RT:終端抵抗
VDD:電源
GND:GND
VTT:終端電圧
50−1、50−2:出力バッファ回路
Claims (6)
- 情報処理装置等におけるデータ伝送で伝送線路の減衰量に応じて信号波形を強調するいわゆるプリエンファシス機能を有する出力バッファ回路において、
信号の論理値を与える入力信号である第1の入力信号を入力して前記伝送線路を駆動する第1のバッファと、前記第1の入力信号に対して所定の論理関係を有する第2の入力信号を入力し、前記第1のバッファと協調して前記伝送線路を駆動する第2のバッファを備え、
前記第1のバッファと前記第2のバッファに、高電位又は低電位の制御信号によって前記第1のバッファと前記第2のバッファをオン又はオフする制御回路を備え、
前記制御回路は、前記第1のバッファと前記第2のバッファに与えられる前記制御信号が共に高電位の場合、前記第1の入力信号と前記第2の入力信号の関係が一致した時に前記第2のバッファによるプリエンファシス機能をイネーブルとし、不一致の時に前記第2のバッファをオフとしてプリエンファシス機能をディセーブルとすることを特徴とする出力バッファ回路。 - 前記第1のバッファと前記第2のバッファの前記制御回路に与えられる制御信号が共に高電位の場合、前記第1のバッファと前記第2のバッファが共にオンとなり、
前記第1のバッファの制御信号が高電位で、前記第2のバッファの前記制御信号が低電位の場合、前記第2のバッファがオフとなり、
前記制御信号が共に低電位の場合、前記第1のバッファと前記第2のバッファ共にオフとなることを特徴とする請求項1に記載の出力バッファ回路。 - 前記第2の入力信号が、前記第1の入力信号を1ビット遅らせかつ反転させた信号であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の出力バッファ回路。
- 前記第1のバッファと前記制御回路及び前記第2のバッファと前記制御回路をそれぞれ、2つずつ組み合わせて構成し、
前記第1のバッファの双方をオンとするか、又は一方のみをオンとするかによって駆動能力を可変可能とし、
前記第1のバッファの双方をオンとするか、又は一方のみをオンとするかによってプリエンファシス機能の効果を可変可能としたことを特徴とする請求項1から請求項3の何れか1項に記載の出力バッファ回路。 - 前記第1のバッファの一方の出力インピーダンスを前記伝送路の特性インピーダンスとほぼ同じに設定し、他方の出力インピーダンスを前記伝送路の特性インピーダンスより小さく設定することを特徴とする請求項4に記載の出力バッファ回路。
- 請求項1から請求項5の何れか1項に記載の出力バッファ回路を複数使用し、一方を正の出力、他方を負の出力回路として適用したことを特徴とする差動出力回路。
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