JP5466789B2 - シリアル通信装置 - Google Patents

Description

本発明はシリアル通信装置に関し、特にノイズ耐性を有するシリアル通信装置に関する。

近年の自動車では、車内通信ネットワークとして、ＩＳＯ−９１４１（Ｋライン）やＬＩＮ（Local Interconnect Network）などのオープンドレイン（ワイヤードＯＲ）形式のネットワークが利用されている。このようなネットワークは、差動通信でないため、少ない配線本数で容易にネットワークを構成でき、比較的通信速度の低いシステムに多用されている。ＬＩＮの通信速度は、２０Ｋｂｐｓ程度、Ｋラインの通信速度は１００Ｋｂｐｓ程度である。

一般に、安全性確保のため、自動車などに適用される通信網は高い信頼性が求められる。自動車など、閉じた環境に多数の通信網や電源配線が密集するシステムにおいては、通信ライン（ワイヤーハーネス）が放射する電磁波（ＥＭＩ：Electro-Magnetic Interference）がノイズ源となる。従って、このノイズに起因して他のシステムが誤動作するのを防止しなければならない。すなわち、ノイズ放射源以外のシステムがノイズにより誤動作することを防止するため、通信ラインでは、例えばスルーレート制御により通信波形を鈍らせる手法が用いられる。これにより、電磁波（ＥＭＩ）ノイズとなる通信波形中の高調波成分を抑えることができる。

また、上記通信ラインは、他のシステムが放射する電磁波を受けるアンテナにもなる。そのため、電磁波を受けた場合に本出力回路自身が通信データを損失するなど、誤動作をしない耐性（ＥＭＳ：Electro-Magnetic Susceptibility）の両立も必須要件となっている。

ノイズ抑制のために用いられる通信波形のスルーレート制御を行う回路の例について説明する（特許文献１）。図９は、スルーレート出力回路５００の構成を示すブロック図である。図９に示すように、スルーレート出力回路５００は、スルーレート制御回路５１、出力回路５２及び出力端子Ｔｏｕｔを有する。出力端子Ｔｏｕｔと電源線Ｖｄｄとの間には、負荷ＲＬが接続される。スルーレート出力回路５００は、電源線Ｖｃｃから電源が供給される。

図１０は、スルーレート出力回路５００の構成を示す回路図である。以下では、図１０を参照して、スルーレート出力回路５００の構成及び動作について説明する。スルーレート出力回路５００は、電源線Ｖｄｄとドレイン電極との間に負荷ＲＬを接続し、ソース電極が接地されたＮチャネルの出力トランジスタＱ０を備える。スルーレート出力回路５００は、出力トランジスタＱ０のゲート電極容量Ｃｄｇ及びＣｇｓを２つの定電流ＣＳ５１からのＩｒＨ及びＣＳ５２からのＩｒＬにより充放電制御するオープンドレイン型のスルーレート出力回路である。

入力パルス信号Ｖｉｎがロウレベルからハイレベルに変化すると、インバータＩＮＶ５１及びＩＮＶ５２で反転され、ＰチャネルトランジスタＱ１とＮチャネルトランジスタＱ２のゲートはともにロウレベルになる。このため、ＰチャネルトランジスタＱ１はオン状態、ＮチャネルトランジスタＱ２はオフ状態となり、出力トランジスタＱ０のゲート電極容量Ｃｄｇ及びＣｇｓは定電流源ＣＳ５１からの定電流ＩｒＨにより充電される。その結果、ゲート電圧Ｖｇａｔｅが徐々にハイレベルになり、出力トランジスタＱ０は緩やかにオン状態となる。入力パルス信号Ｖｉｎがハイレベルからロウレベルに移行すると、ＰチャネルトランジスタＱ１はオフ状態、ＮチャネルトランジスタＱ２はオン状態となり、出力トランジスタＱ０のゲート電極容量Ｃｄｇ及びＣｇｓは定電流源ＣＳ５２からの定電流ＩｒＬにより放電される。その結果、ゲート電圧Ｖｇａｔｅが徐々にロウレベルになり、出力トランジスタＱ０は緩やかにオフ状態になる。

図１１は、スルーレート出力回路５００の動作を示すタイミングチャートである。図１１に示すように、出力トランジスタＱ０のゲート電極容量Ｃｄｇ及びＣｇｓと定電流ＩｒＨの値によって、ゲート電圧Ｖｇａｔｅの立ち上り時間、ひいては出力電圧Ｖｏｕｔの立下り時間が変化する。また、定電流ＩｒＬの値によって、ゲート電圧Ｖｇａｔｅの立下り時間、ひいては出力電圧Ｖｏｕｔの立ち上り時間が変化する。これは、定電流ＩｒＨ及びＩｒＬによって出力トランジスタＱ０のゲート電極容量Ｃｄｇ及びＣｇｓへの充放電時間が変化するためである。すなわち、スルーレート出力回路５００は、定電流ＩｒＨ及びＩｒＬの値を制御することにより、前述のスルーレート制御を実現している。

その他、回路サイズを抑制しつつ、スルーレートを容易に制御することができるドライブ回路が提案されている（特許文献２）。

特開平１１−３４６１４７号公報 特開２００９−１１１４７０号公報

ところが、発明者は、スルーレート出力回路５００には、以下のような課題が有ることを見出した。発明者の検討によれば、出力端子Ｔｏｕｔに通信ラインノイズＶｎが導入されると、スルーレート出力回路５００は誤動作を起こす恐れがある。以下、誤動作のメカニズムについて説明する。

出力端子Ｔｏｕｔに通信ラインノイズＶｎが導入されると、通信ラインノイズＶｎの高周波成分が、出力トランジスタＱ０のドレイン−ゲート間容量Ｃｄｇを介して、ゲート電圧Ｖｇａｔｅに加算される（図１１のタイミングＴ５１）。そのため、ゲート電圧Ｖｇａｔｅは、上下に振動する波形となり、出力トランジスタＱ０のしきい値Ｖｔを頻繁に跨いでしまう。その結果、出力トランジスタＱ０は安定したＯＦＦ状態を保つ事ができなくなる。そのため、出力電圧Ｖｏｕｔは、ハイレベル（ＶＢ電圧）を出せなくなり、所望の波形（タイミングＴ５１以降の波形）が欠落してしまう。

換言すれば、通信ラインノイズを受けたことにより、スルーレート出力回路５００は誤動作を起こしてしまう。従って、大きなノイズが通信ラインに存在する環境下では、通信を成立する事ができなくなる。

本発明の一態様であるシリアル通信装置は、所定のインピーダンスを有し、入力信号に応じて出力から一定の電流を供給するスルーレート制御回路と、前記スルーレート制御回路からの前記一定の電流により充放電される第１の容量を有し、前記第１の容量が出力する駆動電圧に応じたデジタル信号を出力端子から出力する出力回路と、前記出力端子から伝搬するノイズを検出し、検出結果に応じた切替信号を出力する検出回路と、前記切替信号に応じて、前記スルーレート制御回路のインピーダンスを前記所定のインピーダンスよりも小さい値に切り替える切替回路と、を備えるものである。本発明の一態様であるシリアル通信装置は、出力端子がノイズを受けた場合、スルーレート制御回路のインピーダンスを小さくすることができる。これにより、駆動電圧に加算されるノイズの振幅を抑制し、通信波形の欠落による通信エラー誤動作を防止する。

本発明の一態様であるシリアル通信装置は、出力端子に接続された負荷を駆動する出力回路と、入力信号に応じて前記出力回路を駆動するための駆動信号を生成し、前記駆動信号のスルーレートを制御するスルーレート制御回路と、前記出力端子から出力される出信号に伝播するノイズを検出するノイズ検出回路と、前記ノイズ検出回路が前記ノイズを検出した場合には、前記スルーレート制御回路のインピーダンスを、前記ノイズを検出していない場合に比べて小さくなるように切り替える切替回路と、を備えるものである。本発明の一態様であるシリアル通信装置は、出力端子がノイズを受けた場合、スルーレート制御回路のインピーダンスを小さくすることができる。これにより、駆動電圧に加算されるノイズの振幅を抑制し、通信波形の欠落による通信エラー誤動作を防止する。

本発明によれば、通常動作時には、通信ラインが放射するＥＭＩを抑制しつつ、通信ラインにノイズを受けた場合でも通信波形の欠落を防いで通信が成立しなくなる誤動作を好適に防止することができるシリアル通信装置を提供することができる。

実施の形態１にかかるシリアル通信装置１００の構成を示すブロック図である。 実施の形態１にかかるシリアル通信装置１００の構成を示す回路図である。 実施の形態１にかかるシリアル通信装置１００の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態２にかかるシリアル通信装置２００の構成を示す回路図である。 実施の形態２にかかるシリアル通信装置２００の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態３にかかるシリアル通信装置３００の構成を示す回路図である。 実施の形態３にかかるシリアル通信装置３００の動作を示すタイミングチャートである。 実施の形態４にかかるシリアル通信装置４００の構成を示す回路図である。 スルーレート出力回路５００の構成を示すブロック図である。 スルーレート出力回路５００の構成を示す回路図である。 スルーレート出力回路５００の動作を示すタイミングチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。各図面においては、同一要素には同一の符号が付されており、必要に応じて重複説明は省略される。

実施の形態１
本発明の実施の形態１にかかるシリアル通信装置１００について説明する。図１は、実施の形態１にかかるシリアル通信装置１００の構成を示すブロック図である。シリアル通信装置１００は、スルーレート制御回路１、出力回路２１、ノイズ検出回路３１、モード切替回路４、入力端子Ｔｉｎ、出力端子Ｔｏｕｔ及び電源端子Ｔｓを有する。入力端子Ｔｉｎには、入力信号Ｖｉが供給される。また、電源端子Ｔｓには、電源電圧ＶＤＤが供給される。出力端子Ｔｏｕｔは、通信ライン５及び負荷ＲＬを介して、外部電源端子Ｔｏｓと接続される。通信ライン５の電圧を、通信ライン電圧Ｖｓとする。外部電源端子Ｔｏｓには、外部電源電圧ＶＢが供給される。

ここで、ノイズ検出回路３１は検出回路に相当し、モード切替回路４は切替回路に相当する。電源端子Ｔｓは第１の電源端子に相当する。外部電源端子Ｔｏｓは、第３の電源端子に相当する。

シリアル通信装置１００について、図２を参照して更に説明する。図２は、実施の形態１にかかるシリアル通信装置１００の構成を示す回路図である。スルーレート制御回路１は、第１の定電流源ＣＳ１、第２の定電流源ＣＳ２、ＰｃｈトランジスタＰ１及びＮｃｈトランジスタＮ１を有する。図２中のグランドは、第２の電源端子に相当する。第１の定電流源ＣＳ１、第２の定電流源ＣＳ２、ＰｃｈトランジスタＰ１及びＮｃｈトランジスタＮ１は、電源電圧ＶＤＤが供給される電源端子Ｔｓとグランドとの間で従属接続される。

具体的には、ＰｃｈトランジスタＰ１のソースは、第１の定電流源ＣＳ１を介して、電源端子Ｔｓと接続される。ＰｃｈトランジスタＰ１のドレインは、ＮｃｈトランジスタＮ１のドレインと接続される。ＮｃｈトランジスタＮ１のソースは、第２の電流源ＣＳ２を介して、グランドと接続される。ＰｃｈトランジスタＰ１及びＮｃｈトランジスタＮ１のゲートには、入力端子Ｔｉｎから入力信号Ｖｉが入力される。すなわち、ＰｃｈトランジスタＰ１及びＮｃｈトランジスタＮ１は、インバータを構成している。このインバータの出力であるＰｃｈトランジスタＰ１及びＮｃｈトランジスタＮ１のドレイン間のノード（接続点）の電圧を駆動電圧Ｖｇとする。なお、駆動電圧Ｖｇは、図１１に示すゲート電圧Ｖｇａｔｅに相当する。

出力回路２１は、ＮｃｈトランジスタＮ２により構成される。ＮｃｈトランジスタＮ２は、第４のトランジスタに相当し、ゲートは制御端子に相当する。ＮｃｈトランジスタＮ２のドレインは、出力端子Ｔｏｕｔと接続される。ＮｃｈトランジスタＮ２のソースは、グランドと接続される。ＮｃｈトランジスタＮ２のゲートは、ＰｃｈトランジスタＰ１及びＮｃｈトランジスタＮ１のドレイン（接続点）と接続され、駆動電圧Ｖｇが印加される。なお、ＮｃｈトランジスタＮ２のドレイン−ゲート間には、ドレイン−ゲート間容量Ｃｄｇが存在する。また、ＮｃｈトランジスタＮ２のゲート−ソース間には、ゲート−ソース間容量Ｃｇｓが存在する。図２では、ドレイン−ゲート間容量Ｃｄｇ及びゲート−ソース間容量Ｃｇｓを点線にて表示している。なお、ＮｃｈトランジスタＮ２のゲート−ソース間容量Ｃｇｓは、第１の容量に相当する。

ノイズ検出回路３１は、容量Ｃ３１及びＣ３２、ダイオードＤ１、抵抗Ｒ１及びＲ２、ＮｃｈトランジスタＮ３を有する。ここで、容量Ｃ３１及びＣ３２は、それぞれ第２及び第３の容量に相当する。ダイオードＤ１は、整流器に相当する。抵抗Ｒ１及びＲ２は、それぞれ、第１及び第２の抵抗に相当する。ＮｃｈトランジスタＮ３は、第３のトランジスタに相当し、ゲートは制御端子に相当する。

ダイオードＤ１のアノードは、容量Ｃ３１を介して、出力端子Ｔｏｕｔと接続される。抵抗Ｒ１及び容量Ｃ３２は、ダイオードＤ１のカソードとグランドとの間に接続される。ＮｃｈトランジスタＮ３のドレインは、抵抗Ｒ２を介して電源端子Ｔｓと接続され、切替信号Ｖｃを出力する。ＮｃｈトランジスタＮ３のソースは、グランドと接続される。ＮｃｈトランジスタＮ３のゲートは、ダイオードＤ１のカソードと接続され、ノイズ検出信号Ｖｄを受ける。

モード切替回路４は、インバータＩＮＶ１及びＩＮＶ２、ＰｃｈトランジスタＰ４及びＮｃｈトランジスタＮ４を有する。ここで、インバータＩＮＶ１及びＩＮＶ２は、それぞれ第１及び第２のインバータに相当する。ＰｃｈトランジスタＰ４及びＮｃｈトランジスタＮ４は、それぞれ第１及び第２のトランジスタに相当し、ゲートは制御端子に相当する。

ＰｃｈトランジスタＰ４のソースは、電源端子Ｔｓと接続される。ＰｃｈトランジスタＰ４のドレインは、第１の定電流源ＣＳ１及びＰｃｈトランジスタＰ１の接続点と接続される。すなわち、ＰｃｈトランジスタＰ４は、第１の定電流源ＣＳ１と並列接続される。ＮｃｈトランジスタＮ４のドレインは、第２の定電流源ＣＳ２及びＮｃｈトランジスタＮ１の接続点と接続される。ＮｃｈトランジスタＮ４のソースは、グランドと接続される。すなわち、ＮｃｈトランジスタＮ４は、第２の定電流源ＣＳ２と並列接続される。

インバータＩＮＶ１の入力は、切替信号Ｖｃを受ける。インバータＩＮＶ１の出力は、インバータＩＮＶ２の入力及びＮｃｈトランジスタＮ４のゲートと接続される。インバータＩＮＶ２の出力は、ＰｃｈトランジスタＰ４のゲートと接続される。すなわち、ＰｃｈトランジスタＰ４のゲートには切替信号Ｖｃが入力され、ＮｃｈトランジスタＮ４のゲートには切替信号Ｖｃの反転信号が入力される。従って、ＰｃｈトランジスタＰ４及びＮｃｈトランジスタＮ４は、一律にオン／オフする。

続いて、シリアル通信装置１００の動作について説明する。まず、シリアル通信装置１００がスルーレート制御を行う通常動作モードについて説明する。図３は、実施の形態１にかかるシリアル通信装置１００の動作を示すタイミングチャートである。図３のタイミングＴ１１〜Ｔ１４が通常動作モードに対応する。

シリアル通信装置１００には、入力端子Ｔｉｎを介して、入力信号Ｖｉが入力される。初め、入力信号Ｖｉの電圧レベルはＬｏｗレベルであるとする。このとき、ＰｃｈトランジスタＰ１はオンであり、ＮｃｈトランジスタＮ１はオフである。よって、第１の定電流源ＣＳ１及びＰｃｈトランジスタＰ１を介して、ＮｃｈトランジスタＮ２のゲートには電源電圧ＶＤＤが印加されている。従って、駆動電圧Ｖｇは、電源電圧ＶＤＤと等しい。これにより、ＮｃｈトランジスタＮ２はオンとなり、通信ライン電圧Ｖｓは概ねグランド電圧となる。このとき、Ｎｃｈトランジスタのゲート−ソース間容量Ｃｇｓは、駆動電圧Ｖｇ（電源電圧ＶＤＤ）が印加されることにより充電された状態である。

入力端子Ｔｉｎの電圧レベルがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに遷移すると、ＰｃｈトランジスタＰ１がオフとなり、ＮｃｈトランジスタＮ１がオンとなる（タイミングＴ１１）。これにより、ゲート−ソース間容量Ｃｇｓに充電された電荷は、ＮｃｈトランジスタＮ１及び第２の定電流源ＣＳ２を介して、グランドに放電される。第２の定電流源ＣＳ２の電流Ｉ２は一定であるので、グランド電圧に降下するまでの駆動電圧Ｖｇは、以下の式（１）で表される。

Ｖｇ＝ＶＤＤ−（Ｉ２／Ｃｇｓ）×ｔ ・・・（１）

すなわち、スルーレート制御回路１の第２の定電流源ＣＳ２により、駆動電圧Ｖｇは一定の傾きで降下する。その結果、駆動電圧Ｖｇは、入力信号Ｖｉと比べて緩やかに降下する。そして、駆動電圧ＶｇがＮｃｈトランジスタＮ２のしきい値電圧Ｖｔｎまで降下すると、ＮｃｈトランジスタＮ２はオフとなる（タイミングＴ１２）。その結果、通信ライン電圧Ｖｓは、外部電源電圧ＶＢまで緩やかに上昇する。

続いて、入力端子Ｔｉｎの電圧レベルがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに遷移すると、ＰｃｈトランジスタＰ１がオンとなり、ＮｃｈトランジスタＮ１がオフとなる（タイミングＴ１３）。これにより、ＰｃｈトランジスタＰ１及び第１の定電流源ＣＳ１に電流が流れ、ゲート−ソース間容量Ｃｇｓは充電される。第１の定電流源ＣＳ１の電流Ｉ１は一定であるので、電源電圧に上昇するまでの駆動電圧Ｖｇは、以下の式（２）で表される。

Ｖｇ＝（Ｉ１／Ｃｇｓ）×ｔ ・・・（２）

すなわち、スルーレート制御回路１の第１の定電流源ＣＳ１により、駆動電圧Ｖｇは一定の傾きで上昇する。その結果、駆動電圧Ｖｇは、入力信号Ｖｉと比べて緩やかに上昇する。そして、駆動電圧ＶｇがＮｃｈトランジスタＮ２のしきい値電圧Ｖｔｎまで上昇すると、ＮｃｈトランジスタＮ２はオンとなる（タイミングＴ１４）。その結果、通信ライン電圧Ｖｓは、概ねグランド電圧まで緩やかに降下する。

次いで、通信ライン５に高周波ノイズである通信ラインノイズＶｎが導入された場合の誤動作防止モードについて説明する。図３では、タイミングＴ１５以降が誤動作防止モードに対応する。

通信ライン５に高周波ノイズである通信ラインノイズＶｎが導入されると、通信ラインノイズＶｎの高周波成分が、ＮｃｈトランジスタＮ２のドレイン−ゲート間容量Ｃｄｇを介して、駆動電圧Ｖｇに加算される（タイミングＴ１５）。このとき、駆動電圧Ｖｇの変動量ΔＶｇは、以下の式（３）で表される。

ΔＶｇ＝Ｖｎ×Ｃｄｇ／（Ｃｇｓ＋Ｃｄｇ） ・・・（３）

また、通信ラインノイズＶｎは、ノイズ検出回路３１の容量Ｃ３１及びダイオードＤ１を介して、ノイズ検出信号Ｖｄとして現れる。なお、容量Ｃ３１は、通信ラインノイズＶｎの直流成分をカットし、通信ラインノイズＶｎの高周波成分のみを通過させる。ダイオードＤ１は、容量Ｃ３１を通過した通信ラインノイズＶｎの高周波成分を整流する。容量Ｃ３２は、整流された通信ラインノイズＶｎの高周波成分を平滑化する。これにより、ノイズ検出信号Ｖｄは、図３に示すように、通信ラインノイズＶｎの導入とともに立ち上がる信号となる。このとき、ノイズ検出信号Ｖｄは、以下の式（４）で表される。なお、式（４）のＶＤ１は、ダイオードＤ１での降下電圧を示す。

Ｖｄ＝（（Ｖｎ／２）−ＶＤ１）×（Ｃ３１／（Ｃ３１＋Ｃ３２））
・・・（４）

ここで、通信ラインノイズＶｎが通信ライン５に導入される前後のモード切替回路４の動作について説明する。通常動作モード時のモード切替回路４では、ノイズ検出信号Ｖｄはグランド電位であるので、ＮｃｈトランジスタＮ３はオフである。よって、切替信号ＶｃはＨｉｇｈ信号であるので、ＰｃｈトランジスタＰ４はオフであり、ＮｃｈトランジスタＮ４はオフである。つまり、シリアル通信装置１００は、通常動作モード時には、定電流源を利用した、いわゆるスルーレート制御を行うことが理解できる。

一方、通信ラインノイズＶｎが通信ライン５に導入されると、シリアル通信装置１００は誤動作防止モードに移行する。具体的には、ノイズ検出信号ＶｄがＮｃｈトランジスタＮ３のしきい値を超えると、ＮｃｈトランジスタＮ３はオンとなる。よって、切替信号ＶｃはＬｏｗ信号であるので、ＰｃｈトランジスタＰ４はオンとなり、ＮｃｈトランジスタＮはオンとなる。つまり、誤動作防止モードでは、出力回路２１には、高インピーダンスの第１の定電流源ＣＳ１だけでなく、低インピーダンスのＰｃｈトランジスタＰ４からも電流が流れ込む。同様に、出力回路２１からは、高インピーダンスの第２の定電流源ＣＳ２だけでなく、低インピーダンスのＮｃｈトランジスタＮ４からも電流が流れ出す。この際、ＰｃｈトランジスタＰ４及びＮｃｈトランジスタＮ４は、電圧源として機能する。

すなわち、モード切替回路４は、誤動作防止モード時には、スルーレート制御回路１のインピーダンスを降下させることができる。よって、駆動電圧Ｖｇに通信ラインノイズＶｎの高周波成分が加算されても、スルーレート制御回路１のインピーダンスが低くなっているので、駆動電圧Ｖｇの変動幅を抑制することができる。これにより、通信ラインに通信ラインノイズＶｎが乗っても駆動電圧ＶｇがＮｃｈトランジスタＮ２のしきい値を跨いで変動することを防げるので、意図しないタイミングでのＮｃｈトランジスタＮ２が、本来ＯＦＦすべきタイミングでＯＮしてしまう事によって、通信エラーを起こす事を防止できる。

なお、この際、スルーレート制御回路１のインピーダンスが降下するので、駆動電圧Ｖｇは急峻に変化する。そのため、通常動作モード時に比べ、通信ライン電圧Ｖｓは急峻に変化する。すなわち、シリアル通信装置１００は、通信ラインノイズＶｎを受けた場合には、スルーレート制御の機能を低下させることにより、ノイズの影響低減を図る誤動作防止モードに移行する。なお、通信ラインノイズＶｎを受けた後、通信ラインノイズＶｎが消失した場合には、誤動作防止モードから通常動作モードに復帰することは言うまでもない。

従って、本構成によれば、通信ラインにノイズを受けた場合でも通信波形の欠落によって生じる通信エラーを好適に防止することができるシリアル通信装置を提供することができる。

実施の形態２
本発明の実施の形態２にかかるシリアル通信装置２００について説明する。図４は、実施の形態２にかかるシリアル通信装置２００の構成を示す回路図である。シリアル通信装置２００は、シリアル通信装置１００の出力回路２１を出力回路２２に置換した構成を有する。出力回路２２は、出力回路２１と比べ、ＮｃｈトランジスタＮ２のゲートとグランドとの間に容量Ｃ２１を追加した構成を有する。容量Ｃ２１は、第４の容量に相当する。シリアル通信装置２００のその他の構成は、シリアル通信装置１００と同様であるので、説明を省略する。

シリアル通信装置２００では、容量Ｃ２１が追加されたことにより、シリアル通信装置１００とは動作が異なる。シリアル通信装置２００において、グランド電圧に降下するまでの駆動電圧Ｖｇは、以下の式（５）で表される。

Ｖｇ＝ＶＤＤ−（Ｉ２／（Ｃｄｇ＋Ｃｇｓ＋Ｃ２１））×ｔ
・・・（５）

また、電源電圧に上昇するまでの駆動電圧Ｖｇは、以下の式（６）で表される。

Ｖｇ＝（Ｉ１／（Ｃｄｇ＋Ｃｇｓ＋Ｃ２１））×ｔ ・・・（６）

式（５）及び（６）より、容量Ｃ２１の容量値を設定することで、それまで、プロセス構造と素子サイズ、及び第１の電流源ＣＳ１と第２の電流源ＣＳ２によって決まっていた、駆動電圧Ｖｇの変化率を制御することが可能である。すなわち、シリアル通信装置２００は、容量値の調整により、出力のスルーレートを適切に調整することが可能である。

図５は、実施の形態２にかかるシリアル通信装置２００の動作を示すタイミングチャートである。図５のタイミングＴ２１〜Ｔ２５は、それぞれ図３のタイミングＴ１１〜Ｔ１５に対応する。図５に示すように、容量Ｃ２１を設けることにより、シリアル通信装置１００（図３を参照）に比べて駆動電圧Ｖｇの変化を緩やかにすることができる。

また、通信ライン５に高周波ノイズである通信ラインノイズＶｎが導入された場合の駆動電圧Ｖｇの変動量ΔＶｇは、以下の式（７）で表される。

ΔＶｇ＝Ｖｎ×Ｃｄｇ／（Ｃｇｓ＋Ｃｄｇ＋Ｃ２１） ・・・（７）

式（７）より、容量Ｃ２１の容量値を増加することで、駆動電圧Ｖｇの変動量を緩和することが可能である。シリアル通信装置２００の駆動電圧Ｖｇの変動以外の動作については、シリアル通信装置１００と同様であるので、説明を省略する。

以上より、本構成によれば、シリアル通信装置１００と同様の作用効果を奏するのみならず、スルーレート調整が可能で、かつ通信ラインノイズを受けた場合の駆動電圧Ｖｇの変動を抑制することができるシリアル通信装置を提供することができる。さらに、本構成によれば、誤動作防止モード時でも、スルーレート制御機能の低下を抑制することも可能である。

実施の形態３
本発明の実施の形態３にかかるシリアル通信装置３００について説明する。図６は、実施の形態３にかかるシリアル通信装置３００の構成を示す回路図である。シリアル通信装置３００は、シリアル通信装置１００の出力回路２１を出力回路２３に置換した構成を有する。出力回路２３は、出力回路２１のＮｃｈトランジスタＮ２を、ＰｃｈトランジスタＰ２に置換した構成を有する。シリアル通信装置３００の出力端子Ｔｏｕｔは、通信ライン５及び負荷ＲＬを介して、グランドと接続される。

ＰｃｈトランジスタＰ２のソースは、電源端子Ｔｓと接続される。ＰｃｈトランジスタＰ２のドレインは、出力端子Ｔｏｕｔと接続される。ＰｃｈトランジスタＰ２のゲートは、駆動電圧Ｖｇが印加される。なお、ＰｃｈトランジスタＰ２のドレイン−ゲート間には、ドレイン−ゲート間容量Ｃｄｇが存在する。また、ＰｃｈトランジスタＰ２のゲート−ソース間には、ゲート−ソース間容量Ｃｇｓが存在する。図６では、ドレイン−ゲート間容量Ｃｄｇ及びゲート−ソース間容量Ｃｇｓを点線にて表示している。シリアル通信装置３００のその他の構成は、シリアル通信装置１００と同様であるので、説明を省略する。

続いて、シリアル通信装置３００の動作について説明する。シリアル通信装置３００は、シリアル通信装置１００と比べて、通常動作モードの動作が異なる。以下では、シリアル通信装置３００の通常動作モードでの動作について説明する。なお、誤動作防止モードでのシリアル通信装置３００の動作は、シリアル通信装置１００と同様であるので、説明を省略する。図７は、実施の形態３にかかるシリアル通信装置３００の動作を示すタイミングチャートである。図７のタイミングＴ３１〜Ｔ３４が通常動作モードに対応する。

シリアル通信装置３００には、入力端子Ｔｉｎを介して、入力信号Ｖｉが入力される。初め、入力信号Ｖｉの電圧レベルはＬｏｗである。このとき、ＰｃｈトランジスタＰ１がオンとなり、ＮｃｈトランジスタＮ１がオフである。よって、第１の定電流源ＣＳ１及びＰｃｈトランジスタＰ１を介して、ＰｃｈトランジスタＰ２のゲートには電源電圧ＶＤＤが印加される。従って、駆動電圧Ｖｇは、電源電圧ＶＤＤと等しい。これにより、ＰｃｈトランジスタＰ２はオフとなり、通信ライン電圧Ｖｓはグランド電圧となる。このとき、ＰｃｈトランジスタＰ２のゲート−ソース間容量Ｃｇｓの両端の電圧は電源電圧ＶＤＤであるので、ゲート−ソース間容量Ｃｇｓは充電されていない状態である。

入力端子Ｔｉｎの電圧レベルがＬｏｗからＨｉｇｈに遷移すると、ＰｃｈトランジスタＰ１がオフとなり、ＮｃｈトランジスタＮ１がオンとなる（タイミングＴ３１）。これにより、ＮｃｈトランジスタＮ１及び第２の定電流源ＣＳ２に電流が流れ、ゲート−ソース間容量Ｃｇｓが充電される。第２の定電流源ＣＳ２の電流Ｉ２は一定であるので、グランド電圧に降下するまでの駆動電圧Ｖｇは、上述の式（１）で表される。

すなわち、駆動電圧Ｖｇは、シリアル通信装置１００と同様に、入力信号Ｖｉと比べて緩やかに降下する。そして、駆動電圧ＶｇがＰｃｈトランジスタＰ２のしきい値電圧Ｖｔｐまで降下すると、ＰｃｈトランジスタＰ２はオンとなる（タイミングＴ３２）。その結果、通信ライン電圧Ｖｓは、外部電源電圧ＶＢまで緩やかに上昇する。

続いて、入力端子Ｔｉｎの電圧レベルがＨｉｇｈからＬｏｗに遷移すると、ＰｃｈトランジスタＰ１がオンとなり、ＮｃｈトランジスタＮ１がオフとなる（タイミングＴ３３）。これにより、ＰｃｈトランジスタＰ１及び第１の定電流源ＣＳ１に電流が流れ、ゲート−ソース間容量Ｃｇｓは放電される。第１の定電流源ＣＳ１の電流Ｉ１は一定であるので、電源電圧に上昇するまでの駆動電圧Ｖｇは、上述の式（２）で表される。

すなわち、駆動電圧Ｖｇは、シリアル通信装置１００と同様に、入力信号Ｖｉと比べて緩やかに上昇する。そして、駆動電圧ＶｇがＰｃｈトランジスタＰ２のしきい値電圧Ｖｔｐまで上昇すると、ＰｃｈトランジスタＰ２はオフとなる（タイミングＴ１４）。その結果、通信ライン５の電圧は、グランド電圧まで緩やかに降下する。

以上より、シリアル通信装置３００は出力回路の構成がシリアル通信装置１００とは異なるものの、シリアル通信装置１００と同様の動作を行うことができる。従って、本構成によれば、シリアル通信装置１００と同様の作用効果を奏することができるシリアル通信装置を提供することができる。

実施の形態４
本発明の実施の形態４にかかるシリアル通信装置４００について説明する。図８は、実施の形態４にかかるシリアル通信装置４００の構成を示す回路図である。シリアル通信装置４００は、シリアル通信装置１００のノイズ検出回路３１を、ノイズ検出回路３４に置換した構成を有する。ノイズ検出回路３４は、ノイズ検出回路３１の容量Ｃ３２とダイオードＤ１との間に、フィルタ３０を追加した構成を有する。

一般に、シリアル通信装置におけるノイズの影響は、入力信号の立ち上がり及び立ち下り遷移中に最も顕著となる。特に、上述の実施の形態にかかるシリアル通信装置では、一定の傾きで変化する駆動電圧Ｖｇがしきい値に到達したか否かで通信ライン５の電圧を変化させる。駆動電圧Ｖｇがしきい値近傍の値である場合にノイズの影響を受けると、しきい値を跨いだ電圧変動が起きる恐れが大きい。その結果、出力回路のトランジスタが意図しないオン／オフ動作を起こす恐れがある。このように、出力信号の立ち上がり及び立ち下りに影響を及ぼす恐れが強いノイズは、システムによって周波数が特定される場合があり、その入力信号の整数倍の周波数を有する、いわゆる高調波ノイズである。

そのため、シリアル通信装置４００では、フィルタ３０を設けることにより、高調波ノイズを選択的に通過させる。これにより、特定の高調波ノイズを受けた場合の誤動作を防止することができる。また、フィルタ３０は、高調波ノイズ以外の周波数を有するノイズの通過を阻止する。これにより、高調波ノイズに比べて影響が少ないノイズを受けた場合には、通常動作モードを維持し、スルーレート制御を優先的に行うことができる。換言すれば、シリアル通信装置４００は、誤動作の発生確率が高い周波数のノイズを受けた場合にのみは誤動作防止モードに移行する。上述のようなフィルタ３０は、デジタルフィルタなどで容易に実現することが可能である。

よって、本構成によれば、シリアル通信装置１００と同様の作用効果を奏するだけでなく、誤動作の発生確率が高い周波数のノイズを受けた場合にのみ誤動作防止モードに移行するシリアル通信装置を提供することができる。これにより、誤動作防止モードへの移行によるスルーレート制御機能の低下を回避し、シリアル通信装置自らがノイズ発生源となる機会を低減することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、実施の形態２と同様に、実施の形態３にかかる出力回路２３のＰｃｈトランジスタＰ２と電源端子Ｔｓとの間に容量を追加することが可能である。また、実施の形態２と同様に、実施の形態４にかかる出力回路２１のＮｃｈトランジスタＮ２とグランドとの間に容量を追加することが可能である。

電源端子Ｔｓ、グランド及び外部電源端子Ｔｏｓはそれぞれ第１〜第３の電源端子に相当するが、第１〜第３の電源端子に供給される電圧は上述の例に限られない、実施の形態１〜４にかかるシリアル通信装置と同様の機能を発揮できるならば、任意の電圧とすることができる。例えば、電源電圧ＶＤＤと外部電源電圧ＶＢは、異なる電圧でもよいし、同じ電圧でもよい。また、適宜、ＰｃｈトランジスタとＮｃｈトランジスタを入れ換える構成とできることは言うまでもない。

実施の形態４にかかるノイズ検出回路３４のフィルタ３０の挿入位置はあくまで例示であり、通信ラインノイズの高周波成分を周波数選別できるならば、別の位置に挿入してもよい。また、実施の形態２及び３にかかる検出回路にも、実施の形態４と同様に、フィルタを追加することが可能である。さらに、実施の形態３にかかる出力回路２３と同様に、実施の形態４にかかる出力回路にＰｃｈトランジスタを適用することも可能である。

この出願は、２０１１年３月３１日に出願された日本出願特願２０１１−７８２６３を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１、５１ スルーレート制御回路
４ モード切替回路
５ 通信ライン
２１〜２３、５２ 出力回路
３０ フィルタ
３１、３４ ノイズ検出回路
１００、２００、３００、４００ シリアル通信装置
５００ スルーレート出力回路
Ｃ２１、Ｃ３１、Ｃ３２ 容量
Ｃ３１ 容量
Ｃｄｇ ドレイン−ゲート間容量
Ｃｇｓ ゲート−ソース間容量
ＣＳ１ 第１の定電流源
ＣＳ２ 第２の定電流源
ＣＳ５１、ＣＳ５２ 定電流源
Ｄ１ ダイオード
ＩＮＶ１、ＩＮＶ２、ＩＮＶ５１、ＩＮＶ５２ インバータ
Ｎ１〜Ｎ４ Ｎｃｈトランジスタ
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ４ Ｐｃｈトランジスタ
Ｑ０ 出力トランジスタ
Ｑ１ Ｐチャネルトランジスタ
Ｑ２ Ｎチャネルトランジスタ
Ｒ１、Ｒ２ 抵抗
ＲＬ 負荷
Ｔｉｎ 入力端子
Ｔｏｓ 外部電源端子
Ｔｏｕｔ 出力端子
Ｔｓ 電源端子
ＶＢ 外部電源電圧
Ｖｃｃ、Ｖｄｄ 電源線
Ｖｄ ノイズ検出信号
ＶＤＤ 電源電圧
Ｖｇ 駆動電圧
Ｖｇａｔｅ ゲート電圧
Ｖｉ 入力信号
Ｖｉｎ 入力パルス信号
Ｖｎ 通信ラインノイズ
Ｖｏｕｔ 出力電圧

Claims (16)

1. 所定のインピーダンスを有し、入力信号に応じて出力から一定の電流を供給するスルーレート制御回路と、
   前記スルーレート制御回路からの前記一定の電流により充放電される第１の容量を有し、前記第１の容量が出力する駆動電圧に応じたデジタル信号を出力端子から出力する出力回路と、
   前記出力端子から伝搬するノイズを検出し、検出結果に応じた切替信号を出力する検出回路と、
   前記切替信号に応じて、前記スルーレート制御回路のインピーダンスを前記所定のインピーダンスよりも小さい値に切り替える切替回路と、を備える、
   シリアル通信装置。
2. 前記スルーレート制御回路は、
   前記入力信号に応じてオン／オフする第１の定電流源と、
   前記入力信号に応じて前記第１の定電流源に対して相補的にオン／オフする第２の定電流源と、を備え、
   前記第１の容量は、前記第１の定電流源を介して第１の電源端子と接続され、又は、前記第２の定電流源を介して前記第１の電源端子と異なる電圧が供給される第２の電源端子と接続されることにより充放電されることを特徴とする、
   請求項１に記載のシリアル通信装置。
3. 前記切替回路は、
   前記第１の定電流源に並列接続される第１のトランジスタと、
   前記第２の定電流源に並列接続される第２のトランジスタと、を備え、
   前記第１及び第２のトランジスタは、前記検出回路が前記ノイズを検出した場合にオンになることを特徴とする、
   請求項２に記載のシリアル通信装置。
4. 前記第１のトランジスタは、前記第２のトランジスタと異なるチャネル型を有し、
   前記第１のトランジスタの制御端子には、前記切替信号が供給され、
   前記第２のトランジスタの制御端子には、前記切替信号の反転信号が供給されることを特徴とする、
   請求項３に記載のシリアル通信装置。
5. 前記切替回路は、
   前記切替信号が入力され、出力が前記第２のトランジスタの前記制御端子と接続される第１のインバータと、
   入力が前記第１のインバータの前記出力と接続され、出力が前記第１のトランジスタの前記制御端子と接続される第２のインバータと、を更に備えることを特徴とする、
   請求項４に記載のシリアル通信装置。
6. 前記検出回路は、
   一端が前記出力端子と接続される第２の容量と、
   第１の端子が前記第２の容量の他端と接続される整流器と、
   一端が前記整流器の第２の端子と接続され、他端が前記第２の電源端子と接続される、第３の容量及び第１の抵抗と、
   前記第１の電源端子と前記第２の電源端子との間に縦続接続される第２の抵抗及び第３のトランジスタと、を備え、
   前記第３のトランジスタの制御端子は、前記整流器の前記第２の端子と接続され、
   前記第２の抵抗と前記第３のトランジスタとの接続点から、前記切替信号を出力する、
   請求項３乃至５のいずれか一項に記載のシリアル通信装置。
7. 前記整流器は、アノードが前記第２の容量と接続され、カソードから前記第３のトランジスタの前記制御端子へ検出信号を出力するダイオードであることを特徴とする、
   請求項６に記載のシリアル通信装置。
8. 前記検出回路は、
   前記出力端子を介して伝搬する前記ノイズの交流成分のうち、所定の周波数の交流成分のみを通過させるフィルタをさらに備えることを特徴とする、
   請求項６又は７に記載のシリアル通信装置。
9. 前記フィルタは、前記第２の容量と前記整流器との間に挿入されることを特徴とする、
   請求項８に記載のシリアル通信装置。
10. 前記出力回路は、
    前記出力端子と前記第２の電源端子との間に接続され、制御端子が前記スルーレート制御回路の前記出力と接続される第４のトランジスタを備え、
    前記第１の容量は、前記第４のトランジスタの前記制御端子と前記出力端子側の端子との間の容量であり、
    前記出力端子は、負荷を介して第３の電源端子と接続されることを特徴とする、
    請求項３乃至９のいずれか一項に記載のシリアル通信装置。
11. 前記出力回路は、
    前記第２の電源端子と前記第４のトランジスタの前記制御端子との間に接続される第４の容量を更に備えることを特徴とする、
    請求項１０に記載のシリアル通信装置。
12. 前記第３の電源端子は、前記第１の電源端子と同じ電圧が供給されることを特徴とする、
    請求項１０又は１１に記載のシリアル通信装置。
13. 前記第３の電源端子は、前記第２の電源端子と同じ電圧が供給されることを特徴とする、
    請求項１０又は１１に記載のシリアル通信装置。
14. 出力端子に接続された負荷を駆動する出力回路と、
    入力信号に応じて前記出力回路を駆動するための駆動信号を生成し、前記駆動信号のスルーレートを制御するスルーレート制御回路と、
    前記出力端子から出力される出力信号に伝播するノイズを検出するノイズ検出回路と、
    前記ノイズ検出回路が前記ノイズを検出した場合には、前記スルーレート制御回路のインピーダンスを、前記ノイズを検出していない場合に比べて小さくなるように切り替える切替回路と、を備える、
    シリアル通信装置。
15. 前記スルーレート制御回路は、前記切替回路によってスルーレートが切り替えられることを特徴とする、
    請求項１４に記載のシリアル通信装置。
16. 前記スルーレート制御回路は、前記ノイズを検出していない期間は、電流源を用いて前記出力回路を駆動し、前記ノイズを検出する期間は、前記切替回路によって前記電流源に加えて電圧源を用いて前記出力回路を駆動することを特徴とする、
    請求項１４に記載のシリアル通信装置。

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