JP4048404B2 - レベルモジュレータ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、MAUの送信ブロックに用いて好適なレベルモジュレータの改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図8に従来のレベルモジュレータの回路を示す。この図において信号txeは通信を制御する信号であり、通信時にハイレベル、非通信時にローレベルに設定する。アンプ91の非反転入力にはVSLの電圧が入力されるので、抵抗92にはVSL/Raの電流が流れる。なお、Raは抵抗92の抵抗値である。
【0003】
回路構成上、トランジスタ93のコレクタ電流Iaは、信号txe=Lのときスイッチングされ、抵抗92に流れる電流値と同じになる。従って、信号txeはハイレベルのときはIa=0、信号txeがローレベルのときはIa=VSL/Raになる。
【0004】
また、アンプ94の非反転入力にはVTXの電圧が印加されるので、抵抗95に流れる電流値はVTX/(2*Ra)になる。2*Raは抵抗95の抵抗値である。回路構成上電流Ibはこの抵抗95に流れる電流値と同じ値になる。
【0005】
通信時には、電流Itは通信されるデータに従って+Ioと−Ioの2値を取り、非通信時には0になる。これらの関係により、アンプ96の出力、すなわちレベルモジュレータの出力VDRVは、
VDRV=VA+(−Ia+Ib−It)*Rf
に制御される。なお、VAはアンプ96の非反転入力端子に印加される電圧、Rfはアンプ96の帰還抵抗の抵抗値である。
【0006】
図9に、出力VDRVと信号txe、電流Ia、Itの関係をまとめた表を示す。すなわち出力VDRVは、VSL=VTX=0のときはVAを中心にして2*Io*Rfの振幅で変化し、VSL=0のときはVA+VTX*Rf/(2*Ra)の振幅で変化する。また、VSL=Io*Raのときは、出力VDRVはVA−Io*Rfから2*Io*Rfまで片振れで変化する。これにより、VTXはレベルシフト信号として、VSLはローパワーシグナリングに用いることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなレベルモジュレータには、次のような課題があった。
【0008】
図8に示したレベルモジュレータの回路は複雑であり、回路規模が大きくなる。そのため、IC化したときにチップの面積が大きくなり、開発費用および製品であるICの単価が高くなってしまうという課題があった。
【0009】
また、ローパワーシグナリングの機能は使用する予定がなく、余計な機能となっている。そのため、更に回路が複雑になってしまっていたという課題もあった。
【0010】
従って本発明が解決しようとする課題は、回路構成が簡単でIC化する際のコストダウンが可能なレベルモジュレータを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、電子部品を介してあるいは直接第1の信号が印可される第1の端子と、この第1の端子に印可された前記第1の信号が入力される第1の増幅器と、その入力と出力の間に帰還抵抗が接続され、抵抗を介して前記第1の増幅器の出力が入力される第2の増幅器と、前記第1の増幅器の出力が印加され、前記第2の増幅器の出力値を変更する電流を出し入れする第2の端子と、前記第2の増幅器の入力と前記抵抗の接続点に接続され、前記第1の増幅器の出力とは独立に設定でき、通信データによって2値を取る電流を注入する第3の端子と、を具備し、前記第2の増幅器の出力を出力とするようにしたものである。構成が簡単になる。
【0012】
請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、第1の端子と第2の端子との間に時定数回路を接続するようにしたものである。電源投入時の突入電流をコントロールすることができる。
【0013】
請求項3記載の発明は、請求項1または請求項2記載の発明において、2本の抵抗とコンデンサをこの順に接続した直列回路を用い、この直列回路の抵抗側の開放端を第2の端子に接続し、2本の抵抗の接続点を第1に端子に接続して、コンデンサ側の開放端を共通電位点に接続するようにしたものである。簡単な構成で時定数回路が実現できる。
【0014】
請求項4記載の発明は、請求項1記載の発明において、第1及び第2の端子間に第1の抵抗を、第1端子と定電位に間にスイッチと第2の抵抗を直列に接続し、スイッチと第2の抵抗を介して増幅器に信号入力するようにしたものである。スイッチを切替えることによって出力信号のレベルを変えることができる。
【0015】
請求項5記載の発明は、請求項1または請求項4記載の発明において、第1の抵抗とスイッチ素子と第2の抵抗をこの順で接続した直列回路を用い、この直列回路の第1の抵抗側の開放端を第2の端子に接続し、第1の抵抗とスイッチ素子の接続点を第1の端子に接続して、第2の抵抗側の開放端を定電位点に接続するようにしたものである。簡単な構成でレベルシフト回路を構成することができる。
【0016】
請求項6記載の発明は、請求項4または請求項5記載の発明において、第1の抵抗とスイッチ素子と第2の抵抗をこの順に接続した直列回路を複数個用い、これらの直列回路の第1の抵抗側の開放端を第2の端子に接続し、第1の抵抗とスイッチ素子の接続点を第1の端子に接続して、第2の抵抗側の開放端を定電位点に接続するようにして、これらのスイッチ素子の内少なくとも1つをオンにするようにしたものである。簡単な構成で複数のレベルを設定することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下に、図に基づいて本発明を詳細に説明する。
図1は本発明に係るレベルモジュレータの一実施例を示す構成図である。図1において、11はアンプであり、その反転入力は端子ST0PNに接続される。端子ST0PNには電圧信号が印加され、この電圧信号によってアンプ11の出力電圧V1が決定される。ST0P0は電流を出し入れする端子であり、アンプ11の出力に流入する電流がI1である。
【0018】
13はアンプであり、その反転入力と出力の間には抵抗値Rfの帰還抵抗14が接続され、反転入力とアンプ11の出力との間は抵抗値R0の抵抗12を介して接続される。また、反転入力には電流Itが注入される。電流Itは通信データによって+Ioと−Ioの2値を取る。アンプ13の出力がこのレベルモジュレータの出力VDRVになる。なお、アンプ11とアンプ13の非反転入力は一定電圧VAに接続される。
【0019】
このような構成において、出力VDRVの値は端子ST0P0に流入する電流値I1によって変更することができる。この関係を図2に示す。すなわち、出力VDRVは、
VDRV=VA+(I1−It)*Rf
になり、電流I1の値を変えることにより、出力VDRVのレベルを自由に変更することができる。なお、信号txeは通信時に1、非通信時に0になる信号であり、0のときはItは0、1のときはItは+I0と−I0の2値を取る。
【0020】
図1に示したレベルモジュレータは、ST0P0端子、ST0PN端子に種々の回路を接続することにより、いろいろな機能を持たせることができる。図3に、このレベルモジュレータをMAUの送信ブロックに応用した例を示す。なお、図1と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【0021】
図3において、2はMAUの送信ブロックであり、その内部はMDSインターフェイス21およびレベルモジュレータ1で構成される。レベルモジュレータ1は、例えば図1でその構成を示したものを使用する。MDSインターフェイス21には通信するデータおよび制御信号であるTXE、TXSが入力され、レベルモジュレータ1に信号(例えば図1のIt)を出力する。
【0022】
3は出力回路であり、レベルモジュレータ2の出力VDRVが入力され、その出力は外部接続端子に出力される。このような構成において、レベルモジュレータ1の端子ST0P0およびST0PNに印加する信号を変化させることにより、出力VDRVのレベルを変更することができる。
【0023】
図4に、本発明に係るレベルレギュレータの他の実施例を示す。この実施例は、バスパワード機器でレベルモジュレータの出力がバスパワード回路の電流出力制御信号として用いられた場合の、電源が入ったときの機器への突入電流をコントロールするための実施例である。なお、図1および図3と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【0024】
図4において、4は時定数回路であり、抵抗R2、R1およびコンデンサC1の直列回路で構成されている。抵抗R2の一端はレベルモジュレータ1のSP0P0端子に接続され、抵抗R2と抵抗R1の接続点は同レベルモジュレータ1のST0PN端子に接続される。また、コンデンサC1の他端は共通電位点に接続される。5は既知のバスパワード回路であり、レベルモジュレータ1の出力VDRVが入力され、その出力はバス接続端子に出力される。
【0025】
このような構成において、txeを0にしてItを0に設定してから電源を投入する。説明を簡単にするために抵抗R1と抵抗R2の抵抗値が等しいとしてその値をR1とし、コンデンサC1の容量をC1とすると、下記(1)、(2)式が成立する。なお、sはラプラス演算子である。
V0=(1+R1*C1*s/(1+R1*C1*s))*VA ・・・・・・・・・・・・・(1)
VDRV=VA/(1+R1*C1*s) ・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2)
【0026】
電源が投入されると、VAはゼロから正の一定値まで変化する。上記(2)式からわかるように、レベルモジュレータ1の出力VDRVはVAに対して時定数R1*C1を持つので、この値を調整することによりVDRVが急激に変化することを防止することができる。そのため、バスパワード回路5の内部のCRTOP出力が定常値よりも低く遷移して、その出力Ioutの急激な変化を抑えることができる。つまり、電源投入時の突入電流に時定数を持たせることができる。なお、通信データであるItの変化に対してはこの時定数は働かないので、通信を阻害することはない。
【0027】
図5に本発明に係るレベルモジュレータの他の実施例を示す。この実施例は、バスパワード回路の出力Ioutを制御信号によって制御する場合の例である。なお、図4と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図5において、6はレベル制御回路であり抵抗R2、スイッチ素子SW1および抵抗R1が直列に接続されている。スイッチ素子SW1はFET等が用いられる。
【0028】
抵抗R2の一端はレベルモジュレータ1のSP0P0端子に接続され、抵抗R2とスイッチ素子の接続点はレベルモジュレータ1のST0PN端子に接続される。抵抗R1の一端は一定電圧Vbに接続される。また、スイッチ素子SW1は信号S1によってオンオフされる。
【0029】
バスパワード回路5において、電圧VAは抵抗R11、R12で分圧され、アンプ51の反転入力に入力される。R10はバスパワード回路5の出力であるIoutの電流値を検出する抵抗であり、その検出電圧は抵抗R14を介してアンプ51の非反転入力に入力される。また、レベルモジュレータ1の出力VDRVは抵抗R13を介して同じくアンプ51の非反転入力に入力される。
【0030】
このような構成において、バスパワード回路5の出力Ioutは、下式(3)で求めることができる。なお、各抵抗は同名の抵抗値を有するものとする。
スイッチ素子SW1がオフのときのVDRVは、
VDRV=VA−It*Rf ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4)
同様オンのときは、
VDRV=VA−It*Rf+R2*Rf*(Vb―VA)/(R0*R1) ・・・・・・・(5)
になる。
【0031】
これら(4)、(5)式から、スイッチ素子SW1のオン・オフの切り替えによるVDRV、Ioutの変化分ΔVDRV、ΔIoutは、
ΔVDRV=R2*Rf*(Vb―VA)/(R0*R1) ・・・・・・・・・・・(6)
ΔIout=(R10+R14)*R2*Rf*(Vb―VA)/(R10*R13*R0*R1) ・・(7)
になる。従って、抵抗R1、R2の値を適当に選ぶことによって、出力電流Ioutを任意の値だけシフトすることができる。
【0032】
図6に本発明に係るレベルモジュレータの他の実施例を示す。この実施例は図5の実施例例の発展形であり、複数のレベルシフトができるようにしたものである。なお、図5と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【0033】
図6において、7はレベル制御回路であり、抵抗R3〜R6およびスイッチ素子SW2〜SW4から構成されている。抵抗R3の一端はレベルモジュレータのSP0P0端子に接続され、他端は同ST0PN端子に接続される。スイッチ子素子SW2〜SW4の一端は同じくレベルレギュレータ1のST0PN端子に接続され、他端はそれぞれ抵抗R4〜R6の一端に接続されている。抵抗R4〜R6の他端には一定電圧Vbに接続される。
【0034】
このような構成において、R4〜R6の抵抗値を異ならせ、スイッチ素子SW2〜SW4のいずれかをオンして他をオフすると、VDRVひいてはIoutの値を変化させることができる。すなわち、前記(6)、(7)式において、R2を抵抗R3の抵抗値であるR3とすると、オンしているスイッチ素子SW2〜SW4のオンオフを変えることは、抵抗値R1を変化させることに相当する。従って、VDRV、Ioutのシフト量ΔVDRV,ΔIoutを変化させることができる。
【0035】
なお、スイッチ素子と抵抗は任意の数だけ増やしてもよい。また、複数のスイッチ素子を同時にオンさせるようにすると、少ない素子でより多くの異なったレベルシフト量を作ることができる。更に、ポテンショメータなどを使用して、連続的に変化できるようにしてもよい。
【0036】
図7に、図1に示したレベルモジュレータをIC化したときの等価回路の例を示す。この図において、81はSTOPN端子、82はST0P0端子、83は出力端子VDRVである。また、84は電流Itの供給端子、85は電圧VAの供給端子である。更に、86は抵抗Rfに相当する抵抗、87は抵抗R0に相当する抵抗である。このように、簡単な構成でIC化することができる。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば、次の効果が期待できる。請求項1記載の発明によれば、電子部品を介してあるいは直接第1の信号が印可される第1の端子と、この第1の端子に印可された前記第1の信号が入力される第1の増幅器と、その入力と出力の間に帰還抵抗が接続され、抵抗を介して前記第1の増幅器の出力が入力される第2の増幅器と、前記第1の増幅器の出力が印加され、前記第2の増幅器の出力値を変更する電流を出し入れする第2の端子と、前記第2の増幅器の入力と前記抵抗の接続点に接続され、前記第1の増幅器の出力とは独立に設定でき、通信データによって2値を取る電流を注入する第3の端子と、を具備し、前記第2の増幅器の出力を出力とするようにした。従来回路に比べて構成が簡単になるのでIC化したときにチップ面積を縮小でき、コストダウンが可能になるという効果がある。
【0038】
図8に示した従来回路をIC化すると、増幅器μPC5024をベースにして10mm×14mmのチップ面積が必要になり、開発費用が約530万円、量産時のICの単価は約500円になる。それに対して、本発明の回路構成を用いると、増幅器μPC5022をベースにして7mm×7mmのチップ面積で作ることができるので、開発費用が約420万円、量産時の単価が340円になり、大幅なコストダウンが見込まれる。
【0039】
また、第1、第2の端子に外付け回路を付加することにより、種々の機能を有する回路が組めるという汎用性があるという効果もある。
【0040】
請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明において、第1の端子と第2の端子との間に時定数回路を接続するようにした。電源投入時の突入電流をコントロールすることができるので、特に本レベルモジュレータの出力を増強したバスパワード回路において大きな効果がある。
【0041】
請求項3記載の発明によれば、請求項1または請求項2記載の発明において、2本の抵抗とコンデンサをこの順に接続した直列回路を用い、この直列回路の抵抗側の開放端を第2の端子に接続し、2本の抵抗の接続点を第1に端子に接続して、コンデンサ側の開放端を共通電位点に接続するようにした。簡単な構成で時定数回路が実現できるという効果がある。
【0042】
請求項4記載の発明によれば、請求項1記載の発明において、第1および第2の端子間に第1の抵抗を、第1端子と定電位間にスイッチと第2の抵抗を直列接続し、スイッチと第2の抵抗を介して増幅器に信号入力するようにした。スイッチを切替えることによって出力信号のレベルを変えることができるので、このレベルモジュレータの出力、あるいはその出力を電流に変換した出力を制御信号などに用いることができるという効果がある。
【0043】
請求項5記載の発明によれば、請求項1または請求項4記載の発明において、第1の抵抗とスイッチ素子と第2の抵抗をこの順で接続した直列回路を用い、この直列回路の第1の抵抗側の開放端を第2の端子に接続し、第1の抵抗とスイッチ素子の接続点を第1の端子に接続して、第2の抵抗側の開放端を定電位点に接続するようにした。簡単な構成でレベルシフト回路を構成することができるという効果がある。
【0044】
請求項6記載の発明によれば、請求項4または請求項5記載の発明において、第1の抵抗とスイッチ素子と第2の抵抗をこの順に接続した直列回路を複数個用い、これらの直列回路の第1の抵抗側の開放端を第2の端子に接続し、第1の抵抗とスイッチ素子の接続点を第1の端子に接続して、第2の抵抗側の開放端を定電位点に接続するようにして、これらのスイッチ素子の内少なくとも1つをオンにするようにした。簡単な構成で複数のレベルを設定することができるので、多様な信号として用いることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図2】本発明に係るレベルモジュレータの出力信号のレベルを説明するための図である。
【図3】本発明のレベルモジュレータをMAU送信ブロックに用いた構成図である。
【図4】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図5】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図6】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図7】本発明のレベルモジュレータをIC化したときの等価回路である。
【図8】従来のレベルモジュレータの構成図である。
【図9】従来のレベルモジュレータの出力信号を説明するための図である。
【符号の説明】
1 レベルモジュレータ
11,13 増幅器
12,14 抵抗
2 MAUの送信ブロック
21 MDSインターフェイス
4 時定数回路
5 バスパワード回路
6,7 レベル制御回路
ST0PN、ST0P0 端子
VDRV 出力
Claims (6)
- 電子部品を介してあるいは直接第1の信号が印可される第1の端子と、
この第1の端子に印可された前記第1の信号が入力される第1の増幅器と、
その入力と出力の間に帰還抵抗が接続され、抵抗を介して前記第1の増幅器の出力が入力される第2の増幅器と、
前記第1の増幅器の出力が印加され、前記第2の増幅器の出力値を変更する電流を出し入れする第2の端子と、
前記第2の増幅器の入力と前記抵抗の接続点に接続され、前記第1の増幅器の出力とは独立に設定でき、通信データによって2値を取る電流を注入する第3の端子と、
を具備し、前記第2の増幅器の出力を出力とするようにしたことを特徴とするレベルモジュレータ。 - 前記第1の端子と第2の端子との間に時定数回路を接続したことを特徴とする請求項1記載のレベルモジュレータ。
- 第1の抵抗と第2の抵抗とコンデンサをこの順に直列接続し、前記第1の抵抗の前記第2の抵抗が接続されていない一端を前記第2の端子に接続し、前記第1の抵抗と前記第2の抵抗の接続点を前記第1の端子に接続し、前記コンデンサの前記第2の抵抗が接続されていない一端を共通電位点に接続したことを特徴とする請求項1または請求項2記載のレベルモジュレータ。
- レベルシフト回路としてのスイッチング抵抗回路を前記第1および第2の端子に接続し、このレベルシフト回路によって出力された信号を前記第1の端子に入力するようにしたことを特徴とする請求項1記載のレベルモジュレータ。
- 第1の抵抗とスイッチ素子と第2の抵抗をこの順に直列接続し、この第1の抵抗の前記スイッチ素子が接続されていない一端を前記第2の端子に接続し、前記第1の抵抗と前記スイッチ素子の接続点を前記第1の端子に接続し、前記第2の抵抗の前記スイッチ素子が接続されていない一端を定電位点に接続して、前記スイッチ素子をオンオフすることによりそのレベルシフトを可能にしたことを特徴とする請求項1または請求項4記載のレベルモジュレータ。
- 第1の抵抗とスイッチ素子と第2の抵抗からなる直列回路を複数個有し、これら各直列回路の各々の前記第1の抵抗の前記スイッチ素子が接続されていない一端を前記第2の端子に接続し、前記直列回路の各々の前記第1の抵抗と前記スイッチ素子との接続点を前記第1の端子に接続し、前記直列回路の各々の前記第2の抵抗の前記スイッチが接続されていない一端を定電位点に接続すると共に、前記直列回路内の前記スイッチ素子の少なくとも1つをオンにすることにより数段階にレベルシフトするようにしたことを特徴とする請求項4または請求項5記載のレベルモジュレータ。
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