JP6900780B2 - Circuit equipment, electronic devices and cable harnesses - Google Patents
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Description
本発明は、回路装置、電子機器及びケーブルハーネス等に関する。 The present invention relates to circuit devices, electronic devices, cable harnesses, and the like.
従来より、USB(Universal-Serial-Bus)のデータ転送制御を実現する回路装置が知られている。このような回路装置の従来技術としては例えば特許文献1、2に開示される技術がある。
Conventionally, a circuit device that realizes USB (Universal-Serial-Bus) data transfer control has been known. As a conventional technique of such a circuit device, for example, there is a technique disclosed in
例えば特許文献1には、HS(High Speed)モード用の送信回路の電流源のイネーブル制御信号を、パケットの送信開始タイミングの前のタイミングでアクティブにする技術が開示されている。特許文献2には、HSモードからFS(Full Speed)モードに切り替わった場合に、HSモード用の高速クロックを生成するPLLの自走動作をディスエーブルにする技術が開示されている。
For example,
USBでは、認証テストにおいてアイパターンの測定が行われる。このためUSBのHSモード用の送信回路は、アイパターンについてのUSB規格の認証テストをパスできるような送信信号を出力する必要がある。しかしながら、HSモード用の送信回路の送信信号の信号経路には、寄生容量や寄生抵抗が存在するため、この寄生容量や寄生抵抗が原因で、アイパターンの認証テストをパスすることが困難になる事態が生じてしまう。一例としては、メインコントローラーの送信回路からの送信信号がケーブルハーネス等を介してペリフェラルデバイスに出力される場合に、ケーブルが長かったり、保護回路等が信号経路に存在したりすると、適正な信号転送を実現できず、認証テストにパスすることができない。 In USB, the eye pattern is measured in the authentication test. Therefore, the transmission circuit for the USB HS mode needs to output a transmission signal that can pass the USB standard certification test for the eye pattern. However, since the signal path of the transmission signal of the transmission circuit for HS mode has a parasitic capacitance and a parasitic resistance, it becomes difficult to pass the eye pattern authentication test due to the parasitic capacitance and the parasitic resistance. Things will happen. As an example, when the transmission signal from the transmission circuit of the main controller is output to the peripheral device via the cable harness or the like, if the cable is long or the protection circuit or the like is present in the signal path, proper signal transfer is performed. Cannot be realized and the certification test cannot be passed.
またUSBのHSモードの通信時において、バスに対して大きな寄生容量が付加されたり、スイッチノイズが伝播されてしまうと、HSモードの通信品質が劣化してしまう問題が生じる。 Further, during USB HS mode communication, if a large parasitic capacitance is added to the bus or switch noise is propagated, there arises a problem that the communication quality of the HS mode deteriorates.
本発明の幾つかの態様によれば、USBの信号の信号特性の劣化を改善できる回路装置、電子機器及びケーブルハーネス等を提供できる。 According to some aspects of the present invention, it is possible to provide a circuit device, an electronic device, a cable harness, and the like that can improve the deterioration of the signal characteristics of the USB signal.
本発明の一態様は、USB規格の第1のバスが接続される第1の物理層回路と、前記USB規格の第2のバスが接続される第2の物理層回路と、前記第1のバスから前記第1の物理層回路を介して受信したパケットを前記第2の物理層回路を介して前記第2のバスに送信し、前記第2のバスから前記第2の物理層回路を介して受信したパケットを前記第1の物理層回路を介して前記第1のバスに送信する転送処理を行う処理回路と、前記第1のバスと前記第2のバスの接続を、第1の期間においてオンにし、第2の期間においてオフにするバススイッチ回路と、前記第1のバスと前記第2のバスの接続のオン及びオフを制御するスイッチ信号を生成して、前記スイッチ信号を前記バススイッチ回路に供給するスイッチ信号生成回路と、を含み、前記スイッチ信号生成回路は、チャージポンプ用のクロック信号に基づきチャージポンプ動作を行うチャージポンプ回路を有し、前記チャージポンプ回路により昇圧された昇圧電源電圧に基づいて前記スイッチ信号を生成する回路装置に関係する。 One aspect of the present invention includes a first physical layer circuit to which the first bus of the USB standard is connected, a second physical layer circuit to which the second bus of the USB standard is connected, and the first physical layer circuit. Packets received from the bus via the first physical layer circuit are transmitted to the second bus via the second physical layer circuit, and from the second bus via the second physical layer circuit. A processing circuit that performs a transfer process for transmitting the received packet to the first bus via the first physical layer circuit, and a connection between the first bus and the second bus are connected for a first period. A bus switch circuit that is turned on in the second period and turned off in the second period, and a switch signal that controls turning on and off of the connection between the first bus and the second bus are generated, and the switch signal is used as the bus. The switch signal generation circuit includes a switch signal generation circuit supplied to the switch circuit, and the switch signal generation circuit has a charge pump circuit that operates the charge pump based on a clock signal for the charge pump, and boosts the pressure boosted by the charge pump circuit. It relates to a circuit device that generates the switch signal based on a power supply voltage.
本発明の一態様によれば、USB規格の第1、第2のバスが接続される第1、第2の物理層回路と、パケットの転送処理を行う処理回路と、第1のバスと第2のバスの接続を第1の期間においてオンにし第2の期間においてオフにするバススイッチ回路と、スイッチ信号生成回路が設けられる。このようにすれば、第1のバスと第2のバスの接続をオンにすることで、第1のバスに接続される第1の装置と第2のバスに接続される第2の装置との間での信号のやり取りなどが可能になる。更に、第1、第2のバスの一方からのパケットを第1、第2の物理層回路を介して第1、第2のバスの他方に転送する転送処理が可能になり、第1、第2のバスの信号の信号特性が劣化していた場合にも、これを改善できるようになる。そして本発明の一態様では、スイッチ信号生成回路が、チャージポンプ回路を有し、チャージポンプ回路により昇圧された昇圧電源電圧に基づいて、第1、第2のバスの接続のオン、オフを制御するスイッチ信号を生成する。このように昇圧電源電圧に基づくスイッチ信号を用いれば、バススイッチ回路のスイッチ素子を適切にオン又はオフにすることが可能になる。これにより、例えば第1の期間における第1のバス、バススイッチ回路、第2のバスの経路での信号の適切なやり取りが可能になり、USBの信号の信号特性の劣化を改善できる回路装置等の提供が可能になる。
According to one aspect of the present invention, the first and second physical layer circuits to which the first and second buses of the USB standard are connected, the processing circuit for performing packet transfer processing, the first bus and the first bus. A bus switch circuit that turns on the connection of the two buses in the first period and turns it off in the second period, and a switch signal generation circuit are provided. In this way, by turning on the connection between the first bus and the second bus, the first device connected to the first bus and the second device connected to the second bus can be used. It is possible to exchange signals between them. Further, a transfer process for transferring a packet from one of the first and second buses to the other of the first and second buses via the first and second physical layer circuits becomes possible, and the first and second buses can be transferred. Even if the signal characteristics of the signal of the
また本発明の一態様では、前記チャージポンプ回路は、前記第1のバスと前記第2のバスの接続がオンであるときに前記チャージポンプ動作を行うと共に、前記第1のバスと前記第2のバスの接続がオフであるときにも前記チャージポンプ動作を行ってもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the charge pump circuit performs the charge pump operation when the connection between the first bus and the second bus is on, and also performs the charge pump operation, and the first bus and the second bus. The charge pump operation may be performed even when the bus connection is off.
このようにすれば、例えば第2の期間から第1の期間に切り替わった際に、チャージポンプ回路の長い起動時間がタイムラグとなって、適正な昇圧電圧レベルのスイッチ信号を供給できなくなってしまう事態の発生を抑制できるようになる。 In this way, for example, when switching from the second period to the first period, the long start-up time of the charge pump circuit becomes a time lag, and the switch signal of the appropriate boost voltage level cannot be supplied. Can be suppressed.
また本発明の一態様では、前記チャージポンプ回路は、前記第1の期間において、第1の周波数の前記クロック信号に基づき前記チャージポンプ動作を行い、前記第2の期間において、前記第1の周波数よりも低い第2の周波数の前記クロック信号に基づき前記チャージポンプ動作を行ってもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the charge pump circuit operates the charge pump based on the clock signal of the first frequency in the first period, and in the second period, the first frequency. The charge pump operation may be performed based on the clock signal of the lower second frequency.
このようにすれば、第1の期間では、適切に昇圧された昇圧電源電圧に基づくスイッチ信号をバススイッチ回路に供給でき、第2の期間においては、チャージポンプ動作に起因するスイッチノイズを低減できるようになる。 In this way, in the first period, the switch signal based on the appropriately boosted boosted power supply voltage can be supplied to the bus switch circuit, and in the second period, the switch noise caused by the charge pump operation can be reduced. Will be.
また本発明の一態様では、前記スイッチ信号生成回路は、バスアクティビティーがなくなってから所与の期間が経過した後に、前記クロック信号の周波数を、前記第2の周波数から前記第1の周波数に変化させてもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the switch signal generation circuit changes the frequency of the clock signal from the second frequency to the first frequency after a given period of time has elapsed since the bus activity disappeared. You may let me.
このようにすれば、クロック信号の周波数が、第2の周波数よりも高い第1の周波数に戻ることで、適切な昇圧電源電圧に基づくスイッチ信号をバススイッチ回路に供給できるようになる。 By doing so, the frequency of the clock signal returns to the first frequency higher than the second frequency, so that the switch signal based on the appropriate boosted power supply voltage can be supplied to the bus switch circuit.
また本発明の一態様では、前記所与の期間は2ms以上の長さの期間であってもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the given period may be a period having a length of 2 ms or more.
このようにすれば、バスアクティビティーがなくなった後、適切なタイミングで、クロック信号の周波数を第2の周波数から第1の周波数に変化させることが可能になる。 In this way, it is possible to change the frequency of the clock signal from the second frequency to the first frequency at an appropriate timing after the bus activity disappears.
また本発明の一態様では、チャージポンプ用の前記クロック信号を生成し、前記クロック信号を前記チャージポンプ回路に供給するクロック信号生成回路を含み、前記クロック信号生成回路は、前記第2の期間において、前記第1のバス及び前記第2のバスにより転送されるパケットの信号に基づいて、チャージポンプ用の前記クロック信号を生成してもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the clock signal generation circuit for generating the clock signal for the charge pump and supplying the clock signal to the charge pump circuit is included, and the clock signal generation circuit is used in the second period. , The clock signal for the charge pump may be generated based on the signals of the packets transferred by the first bus and the second bus.
このようにすれば、第2の期間において転送されるパケットを有効利用して、チャージポンプ用のクロック信号を生成できるようになる。 In this way, the clock signal for the charge pump can be generated by effectively utilizing the packet transferred in the second period.
また本発明の一態様では、前記クロック信号生成回路は、前記第2の期間において、SOFのパケットに基づいてチャージポンプ用の前記クロック信号を生成してもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the clock signal generation circuit may generate the clock signal for the charge pump based on the packet of the SOF in the second period.
このようにすれば、バス上で転送されるSOFのパケットを有効利用して、チャージポンプ用のクロック信号を生成できるようになる。 In this way, the clock signal for the charge pump can be generated by effectively using the SOF packet transferred on the bus.
また本発明の一態様では、前記クロック信号生成回路は、前記第2の期間において、EOPに基づいてチャージポンプ用の前記クロック信号を生成してもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the clock signal generation circuit may generate the clock signal for the charge pump based on the EOP in the second period.
このようにすれば、パケットの転送期間を避けたタイミングで、チャージポンプ動作を行わせることが可能になる。 In this way, the charge pump operation can be performed at a timing that avoids the packet transfer period.
また本発明の一態様では、チャージポンプ用の前記クロック信号を生成し、前記クロック信号を前記チャージポンプ回路に供給するクロック信号生成回路を含み、前記クロック信号生成回路は、データパケットの転送期間において、前記チャージポンプ回路に供給する前記クロック信号を停止してもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the clock signal generation circuit for generating the clock signal for the charge pump and supplying the clock signal to the charge pump circuit is included, and the clock signal generation circuit is used during a data packet transfer period. , The clock signal supplied to the charge pump circuit may be stopped.
このようにすれば、チャージポンプ動作に起因するスイッチノイズが、データパケットの通信に悪影響を及ぼすのを抑制できるようになる。 In this way, it becomes possible to suppress the switch noise caused by the charge pump operation from adversely affecting the communication of the data packet.
また本発明の一態様では、前記クロック信号生成回路は、前記クロック信号を停止してから所与の設定期間が経過したときに、前記クロック信号の信号レベルを、第1の電圧レベルと第2の電圧レベルの一方の電圧レベルから他方の電圧レベルに変化させてもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the clock signal generation circuit sets the signal level of the clock signal to the first voltage level and the second voltage level when a given set period elapses after the clock signal is stopped. The voltage level of is changed from one voltage level to the other voltage level.
このようにすれば、データパケットの通信期間が長くなってしまった場合に、クロック信号の電圧レベルを変化させてチャージポンプ動作を行わせることが可能になる。 In this way, when the communication period of the data packet becomes long, it is possible to change the voltage level of the clock signal to perform the charge pump operation.
また本発明の一態様では、前記バススイッチ回路は、第1導電型トランジスターにより構成されるスイッチ素子を有してもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the bus switch circuit may have a switch element composed of a first conductive transistor.
このようにすれば、第1導電型トランジスターのドレイン容量等に起因する寄生容量を低減することが可能になり、通信品質の劣化を抑制できる。 By doing so, it is possible to reduce the parasitic capacitance caused by the drain capacitance of the first conductive transistor and the like, and it is possible to suppress the deterioration of communication quality.
また本発明の一態様では、前記第1導電型トランジスターはN型トランジスターであってもよい。 Further, in one aspect of the present invention, the first conductive transistor may be an N transistor.
このようにすれば、移動度が高いN型トランジスターを用いてバススイッチ回路のスイッチ素子を実現できるようになる。 In this way, the switch element of the bus switch circuit can be realized by using the N-type transistor having high mobility.
また本発明の一態様では、前記第1のバスと前記第2のバスのモニター動作を行うバスモニター回路を含み、前記バススイッチ回路は、前記バスモニター回路でのモニター結果に基づいて、前記第1のバスと前記第2のバスの接続を前記第1の期間においてオンにし、前記第2の期間においてオフにし、前記処理回路は、前記第2の期間において前記転送処理を行ってもよい。
Further, in one aspect of the present invention, the bus monitor circuit for monitoring the first bus and the second bus is included, and the bus switch circuit is based on the monitoring result of the bus monitor circuit. The connection between the
このようにすれば、第1の期間においては、第1のバスと第2のバスの接続をオンにすることで、第1のバスに接続される第1の装置と第2のバスに接続される第2の装置との間での信号のやり取りなどが可能になる。そして第2の期間においては、第1のバスと第2のバスの接続をオフにして、第1、第2のバスの一方からのパケットを第1、第2の物理層回路を介して第1、第2のバスの他方に転送する転送処理を実現できるようになる。 In this way, in the first period, by turning on the connection between the first bus and the second bus, the first device and the second bus connected to the first bus are connected. It becomes possible to exchange signals with the second device. Then, in the second period, the connection between the first bus and the second bus is turned off, and packets from one of the first and second buses are sent through the first and second physical layer circuits. The transfer process of transferring to the other of the first and second buses can be realized.
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の前記回路装置と、前記第1のバスに接続される処理装置とを含む電子機器に関係する。 Another aspect of the present invention relates to an electronic device including the circuit device according to any one of the above and a processing device connected to the first bus.
また本発明の他の態様は、上記のいずれかに記載の前記回路装置と、ケーブルとを含むケーブルハーネスに関係する。 Further, another aspect of the present invention relates to a cable harness including the circuit device according to any one of the above and a cable.
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお以下に説明する本実施形態は特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unreasonably limit the content of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are indispensable as a means for solving the present invention. Not necessarily.
1.送信信号の信号特性
図1を用いてUSBでの送信信号の信号特性の劣化を説明する。図1は車載の電子機器のシステムの一例を示すものであり、メインコントローラー200(ホストコントローラー)にはUSB−HUB210が接続される。例えばUSB−HUB210のアップストリームポートがメインコントローラー200に接続され、ダウンストリームポートには、SD211(SDカード)、BT212(ブルートゥース(登録商標))、DSRC213(Dedicated Short Range Communications)などのデバイスが接続される。
1. 1. Signal Characteristics of Transmission Signal Deterioration of signal characteristics of transmission signals by USB will be described with reference to FIG. FIG. 1 shows an example of an in-vehicle electronic device system, in which a USB-HUB210 is connected to a main controller 200 (host controller). For example, the upstream port of USB-HUB210 is connected to the
またケーブル224を有するケーブルハーネス220のUSBレセプタクル226には、スマートフォンなどの携帯型端末装置250が接続される。メインコントローラー200とUSBレセプタクル226の間には、充電回路221、静電気保護回路222、短絡保護回路223などが設けられている。
A portable
図1では、ケーブル224は車内において例えば内装を避けて配線されるため、ケーブル長が例えば1〜3mというように長くなり、寄生容量等が生じる。また充電回路221、静電気保護回路222、短絡保護回路223などの回路に起因する寄生容量等も生じる。これらの寄生容量等が原因となって、メインコントローラー200が有するUSBの送信回路(HS)の送信信号の信号特性が劣化する。
In FIG. 1, since the
USBの認証テストにおいては、送信信号の波形がアイパターンの禁止領域と重ならないようにすることが要求される。しかしながら、図1において車内で引き回されるケーブル224が長くなったり、充電回路221、静電気保護回路222、短絡保護回路223などの回路に起因したりして、寄生容量等が生じると、送信信号の信号品質が悪化してしまう。このため、適正な信号転送を実現できず、アイパターンの認証テスト(例えばニアエンドの認証テスト)をパスできないという課題がある。またUSBのHSモードの通信時において、バスに対して大きな寄生容量が付加されたり、スイッチノイズが伝播されてしまうと、HSモードの通信品質が劣化してしまうという課題もある。
In the USB authentication test, it is required that the waveform of the transmission signal does not overlap with the prohibited area of the eye pattern. However, if the
2.回路装置
以上のような課題を解決できる本実施形態の回路装置10の構成例を図2に示す。本実施形態の回路装置10は、物理層回路11、12と、処理回路20と、バススイッチ回路40と、スイッチ信号生成回路70を含む。またスイッチ信号生成回路70はチャージポンプ回路80を含む。なお回路装置10は図2の構成には限定されず、これらの一部の構成要素を省略したり、他の構成要素を追加するなどの種々の変形実施が可能である。
2. Circuit device FIG. 2 shows a configuration example of the
物理層回路11(第1の物理層回路)には、USB規格のバスBS1(第1のバス)が接続される。物理層回路12(第2の物理層回路)には、USB規格のバスBS2(第2のバス)が接続される。物理層回路11、12の各々は、物理層のアナログ回路により構成される。物理層のアナログ回路は、例えばHS、FS用の送信回路、受信回路、各種の検出回路、プルアップ抵抗回路などである。なお、USBを介して受信したシリアルデータをパラレルデータに変換するシリアル/パラレル変換回路や、パラレルデータをシリアルデータに変換するパラレル/シリアル変換回路や、エラスティックバッファーや、NRZI回路などのリンク層に相当する回路は、処理回路20に含まれる。例えばUSBのトランシーバマクロセルのうちのリンク層等に相当する回路は処理回路20に含まれ、送信回路、受信回路、検出回路等のアナログ回路が物理層回路11、12に含まれる。
A USB standard bus BS1 (first bus) is connected to the physical layer circuit 11 (first physical layer circuit). A USB standard bus BS2 (second bus) is connected to the physical layer circuit 12 (second physical layer circuit). Each of the
バスBS1は例えばメインコントローラー側が接続されるバスであり、バスBS2は例えばペリフェラルデバイス側が接続されるバスである。但し本実施形態はこのような接続構成に限定されるものではない。バスBS1、BS2は、差動信号を構成する信号DP、DM(第1、第2の信号)などの信号線を含むUSB規格(広義には所与のデータ転送の規格)のバスである。バスBS1、BS2は電源VBUS、GNDの信号線を含むことができる。 The bus BS1 is, for example, a bus to which the main controller side is connected, and the bus BS2 is, for example, a bus to which the peripheral device side is connected. However, this embodiment is not limited to such a connection configuration. The buses BS1 and BS2 are USB standard (in a broad sense, a given data transfer standard) bus including signal lines such as signals DP and DM (first and second signals) constituting a differential signal. Buses BS1 and BS2 can include signal lines of power supply VBUS and GND.
処理回路20は、転送処理や各種の制御処理を行う回路であり、ゲートアレイなどの自動配置配線によるロジック回路などにより実現できる。なお処理回路20をCPU、MPU等のプロセッサーにより実現してもよい。そして処理回路20は、バスBS1から物理層回路11を介して受信したパケットを物理層回路12を介してバスBS2に送信(転送)し、バスBS2から物理層回路12を介して受信したパケットを物理層回路11を介してバスBS1に送信(転送)する転送処理を行う。例えばバスBS1側からバスBS2側に、或いはバスBS2側からバスBS1側に、パケットフォーマットを変更することなくパケットを転送する。このとき処理回路20は、当該転送処理において、パケットのビットの再同期化処理を行う。例えばパケットの受信の際には、回路装置10で生成されたクロック信号に基づいてパケットの各ビットをサンプリングする。パケットの送信の際には、回路装置10で生成されたクロック信号に同期してパケットの各ビットを送信する。
The
バススイッチ回路40は、バスBS1とバスBS2の接続(電気的な接続)をオン又はオフにする。即ち、バスBS1とバスBS2を電気的に接続したり、電気的に非接続にする。バスBS1とバスBS2の接続をオン又はオフにする(電気的に接続又は非接続にする)とは、例えばバスBS1のDP、DMの信号線とバスBS2のDP、DMの信号線の間に設けられるスイッチ素子(第1、第2のスイッチ素子)などをオン又はオフにすることである。
The
具体的には後述の図4に示すようにバススイッチ回路40は、期間T1(第1の期間)において、バスBS1とバスBS2の接続をオンにする。即ち、バススイッチ回路40は、バスBS1とバスBS2の間に設けられるスイッチ素子を有し、期間T1において、当該スイッチ素子がオンになる。これにより、バスBS1に接続されるメインコントローラー200(広義には第1の装置)とバスBS2に接続されるペリフェラルデバイス260(広義には第2の装置)とが、USBのバスにより直接にUSBの信号転送を行うことが可能になる。また後述の図5に示すようにバススイッチ回路40は、期間T2(第2の期間)において、バスBS1とバスBS2の接続をオフにする。即ち、期間T2において、バスBS1とバスBS2の間に設けられるスイッチ素子がオフになる。処理回路20は、この期間T2において、上記の転送処理を行う。
Specifically, as shown in FIG. 4 described later, the
また図2に示すように本実施形態の回路装置10はスイッチ信号生成回路70を含む。スイッチ信号生成回路70は、バスBS1とバスBS2の接続のオン及びオフを制御するスイッチ信号SWSを生成して、バススイッチ回路40に供給する。そしてスイッチ信号SWSにより、図4の期間T1ではバススイッチ回路40のスイッチ素子がオンになり、図5の期間T2では当該スイッチ素子がオフになる。なおバススイッチ回路40が複数のスイッチ素子を有する場合には、スイッチ信号生成回路70は、これらの複数のスイッチ素子をオン又はオフにする複数のスイッチ信号SWSを供給する。
Further, as shown in FIG. 2, the
そしてスイッチ信号生成回路70は、クロック信号に基づきチャージポンプ動作を行うチャージポンプ回路80を有する。チャージポンプ動作は、電荷を遷移させ、入力電圧と、キャパシターに充電された電圧とを重畳させることで出力電圧を得る方式の回路動作である。スイッチ信号生成回路70は、チャージポンプ回路80により昇圧された昇圧電源電圧に基づいてスイッチ信号SWSを生成する。例えばチャージポンプ回路80は、通常の電源電圧よりも高い電圧の昇圧電源電圧をチャージポンプ動作により生成する。例えばバススイッチ回路40のスイッチ素子を構成するトランジスターのしきい値電圧をVthとし、電源電圧をVDとした場合に、チャージポンプ回路80は、VH>VD+Vthとなる昇圧電源電圧VHを生成する。スイッチ信号生成回路70は、この昇圧電源電圧に基づいてスイッチ信号SWSを生成する。チャージポンプ回路80は、スイッチ信号生成回路70が有する回路(バッファー回路又はレベルシスター等)の電源電圧として、昇圧電源電圧を供給し、これらの回路はこの昇圧電源電圧に基づき動作する。
The switch
このように本実施形態では、バスBS1、BS2を電気的に接続又は非接続にするバススイッチ回路40を設けている。そしてスイッチ信号生成回路70は、チャージポンプ回路80により昇圧された昇圧電源電圧に基づいてスイッチ信号SWSを生成して、バススイッチ回路40に供給している。このように昇圧電源電圧に基づくスイッチ信号SWSを用いれば、バススイッチ回路40のスイッチ素子を適切にオン又はオフにすることが可能になり、例えば後述の図4の期間T1の転送経路TR1での信号の適切なやり取りが可能になる。即ちスイッチ素子を構成するトランジスターのゲートに、昇圧電源電圧に基づくスイッチ信号SWSを供給することで、当該トランジスターを適切なオン状態にすることが可能になる。例えば前述のように昇圧電源電圧をVH>VD+Vthとすることで、スイッチ素子を通過する電圧範囲に制限ができるのを防止できる。またトランジスターのオン抵抗を十分に小さくすることが可能なる。またスイッチ素子を例えば第1導電型(例えばN型)のトランジスターだけで構成することで、当該第1導電型トランジスターのドレイン容量等に起因する寄生容量を低減することが可能になり、図5の期間T2での通信品質の劣化を抑制できるようになる。
As described above, in the present embodiment, the
また本実施形態ではチャージポンプ回路80は、バスBS1とバスBS2の接続がオンであるときにチャージポンプ動作を行うと共に、バスBS1とバスBS2の接続がオフであるときにもチャージポンプ動作を行う。ここでチャージポンプ動作は、連続的な動作だけではなく、間欠的な動作であってもよい。
Further, in the present embodiment, the
例えば図4の期間T1において、チャージポンプ回路80がチャージポンプ動作を行い、チャージポンプ回路80の昇圧電源電圧に基づくスイッチ信号SWSがバススイッチ回路40のスイッチ素子に供給され、当該スイッチ信号SWSによりバスBS1とバスBS2の接続がオンになる。スイッチ素子がN型トランジスターである場合にはハイレベル(アクティブ)のスイッチ信号SWSがN型トランジスターのゲートに供給されてN型トランジスターがオンになる。一方、図5の期間T2のようにバスBS1とバスBS2の接続がオフであるときにも、チャージポンプ回路80がチャージポンプ動作を行い、チャージポンプ回路80の昇圧電源電圧に基づくスイッチ信号SWSがバススイッチ回路40のスイッチ素子に供給される。スイッチ素子がN型トランジスターである場合にはローレベル(非アクティブ)のスイッチ信号SWSがN型トランジスターのゲートに供給される。
For example, during the period T1 of FIG. 4, the
このように期間T2においてもチャージポンプ回路80がチャージポンプ動作を行うようにすれば、期間T2から期間T1に切り替わった場合にも、適切な電圧レベルのスイッチ信号SWSをバススイッチ回路40のスイッチ素子に供給できるようになる。即ち、期間T2においてチャージポンプ動作をオフにしてしまうと、期間T2から期間T1の切り替わり時にチャージポンプ動作をオフからオンに切り替えた場合に、チャージポンプ動作による昇圧電圧は直ぐには立ち上がらないため、バススイッチ回路40のスイッチ素子を適切にオフできないおそれがある。スイッチ素子がN型トランジスターである場合には、スイッチ信号SWSをハイレベルの昇圧電圧に立ち上げるのに時間を要してしまい、期間T1においてN型トランジスターを適切にオンできなくなってしまう。
If the
この点、本実施形態では、バスBS1とバスBS2の接続がオフである期間T2においても、チャージポンプ回路80がチャージポンプ動作を行うため、期間T2から期間T1に切り替わった際に、適切な昇圧電源電圧のレベルとなるスイッチ信号SWSを、バススイッチ回路40のスイッチ素子に供給できるようになる。
In this respect, in the present embodiment, since the
またチャージポンプ回路80は、図4の期間T1において、周波数f1(第1の周波数)のクロック信号CKに基づきチャージポンプ動作を行い、図5の期間T2において、周波数f1よりも低い周波数f2(第2の周波数)のクロック信号CKに基づきチャージポンプ動作を行う。
Further, the
例えば期間T1においては、チャージポンプ回路80が、高い周波数f1のクロック信号CKに基づきチャージポンプ動作を行うことで、適切に昇圧された昇圧電源電圧に基づくスイッチ信号SWSをバススイッチ回路40に供給できる。一方、期間T2においては、チャージポンプ回路80が、遅い周波数f2のクロック信号CKに基づきチャージポンプ動作を行うことで、チャージポンプ動作に起因するスイッチノイズを低減でき、チャージポンプ回路80がノイズ源となり期間T2での通信(HSモード)の特性が劣化するのを抑制できる。例えば期間T2においては、バススイッチ回路40のスイッチ素子をオフできればよいため、周波数f2が低いことが原因で昇圧電源電圧のレベルが低下するのはある程度許容される。例えばスイッチ素子がN型トランジスターである場合には、期間T1においては、適切に昇圧されたハイレベルのスイッチ信号SWSをN型トランジスターに供給して、N型トランジスターをオンにする必要がある。これに対して期間T2においては、スイッチ信号SWSの電圧レベルはローレベルになるため、周波数f2が低くなることで昇圧電源電圧の電圧レベルが低下しても、それほど大きな悪影響はない。そして周波数f2が低くなることで、チャージポンプ動作に起因するスイッチノイズを低減でき、期間T2での通信特性が劣化するのを抑制できる。
For example, in the period T1, the
またスイッチ信号生成回路70は、バスアクティビティーがなくなってから所与の期間が経過した後に、クロック信号CKの周波数(クロック周波数)を、周波数f2から周波数f1に変化させる。即ち低い周波数f2から高い周波数f1に変化させる。この所与の期間は、例えば2ms以上の長さの期間(例えば2ms以上で3ms未満の長さの期間)である。バスアクティビティーがなくなるとは、例えばパケットがバス上で転送されていない状態である。例えばUSBでは、バスアクティビティーがなくなってから3msが経過すると、リセット要求又はサスペンド要求のいずれが行われたかの判定が行われる。このため例えば2ms程度の期間が経過した場合には、クロック信号CKの周波数を、周波数f2から周波数f1に戻す。即ち、チャージポンプのクロック周波数を高い周波数f1に戻して、適切な昇圧電源電圧が生成されるようにする。これにより、期間T1において、バススイッチ回路40のスイッチ素子を適正にオンさせることが可能になり、スイッチ素子を通過する電圧範囲に制限ができてしまう事態の発生を抑制できる。
Further, the switch
図3は本実施形態の回路装置10の詳細な構成例である。図3では、回路装置10が、バスモニター回路30とクロック信号生成回路50を更に含んでいる。また充電回路221用のバスBS3が更に設けられている。
FIG. 3 is a detailed configuration example of the
充電回路221は、例えばUSBのBC1.2の仕様(Battery Charging Specification Rev1.2)に準拠した動作を行う回路である。BC1.2では、例えば500mA以下というVBUSの電源制限が例えば2A以下というように拡張されている。図3において充電回路221は例えばレギュレーター回路等を有し、外部電源が供給されてVBUSの給電を行う。また、従来はマスター側からスレーブ側にしか電源供給できなかったものが、BC1.2ではスレーブ側からマスター側にも電源供給できるようになった。例えばペリフェラルデバイス260がマスターの役割になり、メインコントローラー200がスレーブの役割になった場合にも、スレーブであるメインコントローラー200からマスターであるペリフェラルデバイス260に対してVBUSの電源を供給できる。
The charging
BC1.2を実現するためには、充電回路221は、充電調停期間において、ペリフェラルデバイス260との間でDP、DMを用いた信号転送を行い、BC1.2のプロトコルを実行する必要がある。このためバススイッチ回路40は、後述の図13で説明するように、充電調停期間(BC1.2のプロトコルの実行期間)では、充電回路221に接続されるバスBS3(第3のバス)とバスBS2(第2のバス)の接続をオンにする(オフからオンに切り替える)。例えばバスBS3とバスBS2の間に設けられるスイッチ素子をオンにして、充電回路221がペリフェラルデバイス260との間でDP、DMを用いた信号転送を実行できるようにする。こうすることで、充電調停期間において、BC1.2のプロトコルを実行して、充電の調停処理を行うことが可能になる。例えば、適切な充電電流に設定できるので、充電スピードを上げることができる。
In order to realize BC1.2, the charging
また図3に示すように回路装置10はバスモニター回路30を含み、バスモニター回路30は、バスBS1、BS2のモニター動作を行う。例えばバスBS1、BS2の少なくとも一方の状態を監視するモニター動作を行う。具体的には物理層回路11や物理層回路12(少なくとも一方の物理層回路)からの信号に基づいて、バスBS1やバスBS2(少なくとも一方のバス)の状態を監視するモニター動作を行う。そしてバススイッチ回路40は、バスモニター回路30でのモニター結果に基づいて、バスBS1とバスBS2の接続(電気的な接続)をオン又はオフにする。例えばバススイッチ回路40は、バスモニター回路30でのモニター結果に基づいて、バスBS1とバスBS2の接続を期間T1においてオンにし、期間T2においてオフにする。そして処理回路20は、期間T2において(少なくとも期間T2の一部において)、図5に示す転送処理を行う。即ち、バスBS1から物理層回路11を介して受信したパケットを物理層回路12を介してバスBS2に送信し、バスBS2から物理層回路12を介して受信したパケットを物理層回路11を介してバスBS1に送信する転送処理を行う。これにより、パケットのビットの再同期化処理が行われ、USBの送信信号の信号特性の劣化を改善した高品質な信号転送を実現できるようになる。
Further, as shown in FIG. 3, the
具体的には、バスモニター回路30は、スイッチ制御のための制御信号をスイッチ信号生成回路70に出力する。即ちバスモニター回路30は、期間T1においてバスBS1、BS2の接続をオンにし、期間T2においてバスBS1、BS2の接続をオフにすることを指示する制御信号を、スイッチ信号生成回路70に出力する。スイッチ信号生成回路70は、バスモニター回路30からの制御信号(モニター結果)に基づいて、期間T1において、スイッチ信号SWS(スイッチング制御信号)をアクティブ(例えばハイレベル)にして、スイッチ素子をオンにする。またバスモニター回路30からの制御信号に基づいて、期間T2において、スイッチ信号SWSを非アクティブ(例えばローレベル)にして、スイッチ素子をオフにする。またバスモニター回路30は、期間T2において処理回路20により転送処理を行わせる。例えばバスモニター回路30は、処理回路20に対する転送処理の指示信号(許可信号)をアクティブにする。
Specifically, the
また図3に示すように回路装置10は、チャージポンプ用のクロック信号CKを生成して、チャージポンプ回路80に供給するクロック信号生成回路50を含む。クロック信号生成回路50は、回路装置10で用いられる各種のクロック信号を生成する回路であり、例えば発振回路52を含む。発振回路52には、外付け部品である発振子及びキャパシター(不図示)が接続される。発振子は例えば水晶振動子等により実現される。そして発振回路52は、発振子の発振動作を行って、発振信号に基づくクロック信号を生成する。またクロック信号生成回路50はPLL回路(不図示)を含むことができ、PLL回路は、生成されたクロック信号に基づいて、パケットの再同期化処理用のDLL回路に用いられる多相のクロック信号を生成する。
Further, as shown in FIG. 3, the
そしてクロック信号生成回路50は、期間T2において、バスBS1及びバスBS2により転送されるパケットの信号に基づいて、チャージポンプ用のクロック信号CKを生成する。具体的にはSOFのパケットに基づいてクロック信号CKを生成する。例えばEOP(End Of Packet)に基づいてクロック信号CKを生成する。またクロック信号生成回路50は、データパケットの転送期間において、チャージポンプ回路80に供給するクロック信号CKを停止する。そしてクロック信号CKを停止してから所与の設定期間が経過したときに、クロック信号CKの信号レベルを、第1、第2の電圧レベルの一方の電圧レベルから他方の電圧レベルに変化させる。これらの詳細については後述する。
Then, the clock
処理回路20は、リンク層回路22、リピーターロジック回路24などを含む。リンク層回路22は、リンク層に相当する処理を行う回路である。リンク層回路22は、例えばUSBにより受信したシリアルデータをパラレルデータに変換するシリアル/パラレル変換処理や、パラレルデータを送信用のシリアルデータに変換するパラレル/シリアル変換処理や、NRZIの符号化や復号化のための処理などを行う。リピーターロジック回路24は、バスBS1側から受信したパケットをバスBS2側に送信し、バスBS2側から受信したパケットをバスBS1側に送信するためのロジック処理を行う。例えば、受信したパケットの各ビットはクロック信号を用いてサンプリングされ、サンプリングにより得られたシリアルデータがパラレルデータに変換される。そして、NRZIなどの各種のロジック処理が行われた後のパラレルデータが、シリアルデータに変換されて、回路装置10内のクロック信号に同期して送信される。このようにすることで、パケットのビットの再同期化処理(リシンクロナイズ)が実現される。
The
図4、図5、図6は本実施形態の回路装置10の動作説明図である。本実施形態ではバスモニター回路30は、後述の図16で詳細に説明するように、物理層回路11、12からの信号に基づいて、バスBS1、BS2の状態を監視するモニター動作を行う。そしてバススイッチ回路40は、バスモニター回路30でのバス状態のモニター結果に基づいて、バスBS1とバスBS2の接続のオン、オフのためのスイッチ動作を行う。
4, 5 and 6 are operation explanatory views of the
具体的には図4に示すように、期間T1では、バススイッチ回路40はバスBS1、BS2の接続をオンにする。例えばスイッチ信号生成回路70からのスイッチ信号SWS(スイッチング制御信号)がアクティブになることで、DP、DMの信号線の各々に対応して設けられたスイッチ素子がオンになり、バスBS1、BS2が電気的に接続される。これにより、バスBS1に接続されるメインコントローラー200と、バスBS2に接続されるペリフェラルデバイス260(例えば図1の携帯型端末装置250)は、バスBS1、バススイッチ回路40、バスBS2の転送経路TR1において、USBの信号転送を行うことが可能になる。即ち、信号DP、DMを用いた信号転送が可能になる。
Specifically, as shown in FIG. 4, during the period T1, the
一方、図5に示すように、期間T1の後の期間T2では、バススイッチ回路40はバスBS1とバスBS2の接続をオフにする。例えばスイッチ信号生成回路70からのスイッチ信号SWSが非アクティブになることで、信号DP、DMの各々に対応して設けられたスイッチ素子がオフになり、バスBS1、BS2が電気的に非接続になる。そして処理回路20は、この期間T2において(期間T2の少なくとも一部において)、バスBS1、BS2の間で物理層回路11、12を介してパケットを転送する転送処理を行う。即ち図5の転送経路TR2でのパケットの転送処理が行われる。例えば期間T2において、バスモニター回路30からの転送処理の指示信号(許可信号)がアクティブになることで、処理回路20は転送経路TR2でのパケットの転送処理を開始する。この転送処理では、パケットのビットの再同期化処理が行われて、信号品質の改善が実現される。
On the other hand, as shown in FIG. 5, in the period T2 after the period T1, the
図6は、図3のように充電回路221用のバスBS3が設けられた場合の回路装置10の動作説明図である。図6では、バススイッチ回路40は、充電調停期間において、充電回路221に接続されるバスBS3とバスBS2の接続をオンにする。例えばバスBS3とバスBS2の間において信号DP、DMの各々に対応して設けられたスイッチ素子が、充電調停期間においてオンになり、バスBS3とバスBS2が電気的に接続される。これにより例えば充電回路221とペリフェラルデバイス260との間で、例えばBC1.2のプロトコルが実行されて、充電の調停処理等が実現される。そして、この充電調停期間(BC1.2のプロトコル実行期間)の後に、図4の期間T1に切り替わって、転送経路TR1での信号転送が行われる。その後に、図5の期間T2に切り替わって、転送経路TR2でのパケットの転送処理が行われる。
FIG. 6 is an operation explanatory view of the
以上のように本実施形態では、バスBS1、BS2間で物理層回路11、12を介したパケット転送を行う処理回路20と、バスBS1、BS2の接続のオン、オフを行うバススイッチ回路40が設けられる。このようにすれば、例えばバスBS1、BS2での信号の信号特性が劣化している場合にも、図5の転送経路TR2でのパケットのビットの再同期化処理により、信号特性の劣化を改善できるようになる。
As described above, in the present embodiment, the
例えば図1のようにケーブル224が長かったり、大きな寄生容量や寄生抵抗が転送経路に存在したりする場合には、信号特性が大きく劣化してしまい、適正な信号転送を実現できないという問題がある。この点、例えばメインコントローラー200と携帯型端末装置250(ペリフェラルデバイス)との間に本実施形態の回路装置10を配置すれば、劣化した信号特性を改善できるようになる。従って、メインコントローラー200と携帯型端末装置250との間での適正な信号転送を実現できるようになる。
For example, if the
また本実施形態では、バスモニター回路30によりバスBS1、BS2の状態がモニターされ、モニター結果に基づいて、バススイッチ回路40によりバスBS1、BS2の接続のオン、オフが行われる。従って、例えばHSモードによる高速なパケット転送が行われる前の期間T1において、図4に示すようにバススイッチ回路40によりバスBS1、BS2を電気的に接続できるようになる。これにより、この期間T1においては、メインコントローラー200とペリフェラルデバイス260との間で、信号DP、DMを用いた信号転送を行うことが可能になり、HSモードのパケット転送の前段階での種々のやり取りが可能になる。そして期間T2では、図5に示すように、バスBS1、BS2の接続がオフになり、転送経路TR2でのHSモードのパケット転送が行われるようになる。そして、このパケット転送の際には、パケットのビットの再同期化が行われるため、図1で説明したような信号特性の劣化が改善された高品質のパケット転送を実現できる。
Further, in the present embodiment, the state of the buses BS1 and BS2 is monitored by the
なお、図1に示すUSB−HUB210は、USB規格のプロダクトIDやベンダーIDを有している。これに対して本実施形態の回路装置10はこのようなプロダクトIDやベンダーIDを有しておらず、この点において本実施形態の回路装置10はUSB−HUB210とは異なる。
The USB-HUB210 shown in FIG. 1 has a USB standard product ID and vendor ID. On the other hand, the
また信号特性の劣化を改善する回路装置として、信号DP、DMの振幅調整や開口調整をアナログ回路により行うリドライバーと呼ばれる回路装置もある。しかしながら、リドライバーは、図5の転送経路TR2のようなパケット転送を行うものではないため、劣化した信号の信号特性を再同期化処理により改善することはできず、この点において本実施形態の回路装置10とは異なる。
Further, as a circuit device for improving the deterioration of signal characteristics, there is also a circuit device called a redriver that adjusts the amplitude and aperture of signals DP and DM by an analog circuit. However, since the redriver does not perform packet transfer as in the transfer path TR2 of FIG. 5, the signal characteristics of the deteriorated signal cannot be improved by the resynchronization process, and in this respect, the present embodiment It is different from the
また図4〜図6のペリフェラルデバイス260は、CarPlayやUSBのOTG(On-The-GO)のように、マスター(ホスト)の役割とスレーブ(デバイス)の役割を交換できるデバイスであってもよい。例えば図1の携帯型端末装置250が、CarPlay等を行うことが可能なペリフェラルデバイス260であったとする。この場合に、メインコントローラー200とペリフェラルデバイス260(携帯型端末装置250)の間に、信号特性の劣化の改善のためのUSB−HUBを配置する手法も考えられる。しかしながら、ペリフェラルデバイス260がマスターになった場合には、USB−HUBのダウンストリームポートに、マスターであるペリフェラルデバイス260が接続されることになってしまい、適正なパケット転送を実現できないという問題がある。
Further, the
この点、本実施形態の回路装置10は、USB−HUBとは異なり、例えば図4〜図6のバスBS2に接続されるペリフェラルデバイス260の役割が、マスターに切り替わった場合にも、これに対応できるという利点がある。例えばマスターやスレーブの役割についての切替処理や設定処理は、期間T1において行えばよい。そして、ペリフェラルデバイス260の役割がマスター又はスレーブに決定した後に、期間T2において図5に示すような転送経路TR2でのパケット転送を行えばよい。従って本実施形態の手法によれば、ペリフェラルデバイス260がCarPlay等のデバイスであっても、適正なパケット転送を実現できるという利点がある。
In this respect, the
3.スイッチ信号生成回路、バススイッチ回路、クロック信号生成回路の詳細
図7にスイッチ信号生成回路70、バススイッチ回路40の詳細な構成例を示す。スイッチ信号生成回路70は、チャージポンプ回路80とコントロール回路72を含む。チャージポンプ回路80は、チャージポンプのイネーブル信号ENCPとクロック信号CKが入力され、電源電圧VD、VSに基づいて昇圧電源電圧VHを生成する。そして生成された昇圧電源電圧VHを、コントロール回路72の対応する回路に供給する。
3. 3. Details of the switch signal generation circuit, the bus switch circuit, and the clock signal generation circuit FIG. 7 shows a detailed configuration example of the switch
コントロール回路72は、インバーター回路IV1〜IV4、レベルシフター74、76、NAND回路NA1、NA2を含む。NAND回路NA1、NA2、インバーター回路IV3、IV4によりバッファー回路が構成されている。
The
スイッチ信号生成回路70には、スイッチ信号生成のイネーブル信号ENSWとセレクト信号SELが入力される。レベルシフター74は、イネーブル信号ENSWとその反転信号が入力され、チャージポンプ回路80からの昇圧電源電圧VHに基づいてレベルシフト動作を行い、レベルシフトされたイネーブル信号ENHを出力する。レベルシフター76は、セレクト信号SELとその反転信号が入力され、チャージポンプ回路80からの昇圧電源電圧VHに基づいてレベルシフト動作を行い、レベルシフトされたセレクト信号SELH、XSELHを出力する。XSELHはSELHの反転信号である。レベルシフター74、76の、「I」、「XI」は、各々、正転入力端子、反転入力端子を表し、「Q」、「XQ」は、各々、正転出力端子、反転出力端子を表す。
An enable signal ENSW and a select signal SEL for switch signal generation are input to the switch
そしてバッファー回路を構成するNAND回路NA1、NA2、インバーター回路IV3、IV4は、レベルシフター74、76からのイネーブル信号ENH、セレクト信号SELH、XSELHに基づいて、スイッチ信号SWS1、SWS2(図2、図3のスイッチ信号SWS)を生成して、バススイッチ回路40に出力する。
The NAND circuits NA1 and NA2 and the inverter circuits IV3 and IV4 constituting the buffer circuit are the switch signals SWS1 and SWS2 (FIGS. 2 and 3) based on the enable signals ENH, select signals SELH and XSELH from the
バススイッチ回路40は、トランジスターTN1、TN2、TN3、TN4を含む。トランジスターTN1〜TN4はバススイッチ回路40のスイッチ素子を構成する。
The
具体的にはトランジスターTN1、TN2は、図2、図3のバスBS1、BS2の接続をオン又はオフするスイッチ素子に対応する。例えばトランジスターTN1は、バスBS1のDP1の信号線とバスBS2のDP2の信号線の間に設けられる。トランジスターTN2は、バスBS1のDM1の信号線とバスBS2のDM2の信号線の間に設けられる。 Specifically, the transistors TN1 and TN2 correspond to switch elements that turn on or off the connection of the buses BS1 and BS2 of FIGS. 2 and 3. For example, the transistor TN1 is provided between the signal line of DP1 of bus BS1 and the signal line of DP2 of bus BS2. The transistor TN2 is provided between the signal line of DM1 of bus BS1 and the signal line of DM2 of bus BS2.
トランジスターTN3、TN4は、図3のバスBS2、BS3の接続をオン又はオフするスイッチ素子に対応する。例えばトランジスターTN3は、バスBS2のDP2の信号線とバスBS3のDP3の信号線の間に設けられる。トランジスターTN4は、バスBS2のDM2の信号線とバスBS3のDM3の信号線の間に設けられる。 Transistors TN3 and TN4 correspond to switch elements that turn on or off the connection of buses BS2 and BS3 in FIG. For example, the transistor TN3 is provided between the signal line of DP2 of bus BS2 and the signal line of DP3 of bus BS3. The transistor TN4 is provided between the signal line of DM2 of bus BS2 and the signal line of DM3 of bus BS3.
そしてイネーブル信号ENSW(ENH)がローレベルになると、スイッチ信号の生成動作がディスイネーブルに設定される。この場合には、スイッチ信号SWS1、SWS2がローレベルになることで、N型のトランジスターTN1〜TN4がオフになり、バスBS1とバスBS2の間及びバスBS2とバスBS3の間の接続がオフになる。 When the enable signal ENSW (ENH) becomes low level, the switch signal generation operation is set to disable. In this case, when the switch signals SWS1 and SWS2 become low level, the N-type transistors TN1 to TN4 are turned off, and the connection between the bus BS1 and the bus BS2 and between the bus BS2 and the bus BS3 is turned off. Become.
一方、イネーブル信号ENSW(ENH)がハイレベルになると、スイッチ信号の生成動作がイネーブルに設定される。この状態で、セレクト信号SELがハイレベル(VDレベル)になると、レベルシフト後のセレクト信号SELHがローレベル(VSレベル)になり、セレクト信号XSELHがハイレベル(VHレベル)になる。これにより、スイッチ信号SWS1がハイレベル(VHレベル)になり、スイッチ信号SWS2がローレベル(VSレベル)になる。この結果、トランジスターTN1、TN2がオンになると共にトランジスターTN3、TN4がオフになり、バスBS1とバスBS2の接続がオンになり、バスBS2とバスBS3の接続がオフになる。従って、図4に示すような期間T1でのメインコントローラー200とペリフェラルデバイス260との間での信号のやり取りが可能になる。
On the other hand, when the enable signal ENSW (ENH) becomes high level, the switch signal generation operation is set to enable. In this state, when the select signal SEL becomes a high level (VD level), the select signal SELH after the level shift becomes a low level (VS level), and the select signal XSELH becomes a high level (VH level). As a result, the switch signal SWS1 becomes a high level (VH level), and the switch signal SWS2 becomes a low level (VS level). As a result, the transistors TN1 and TN2 are turned on, the transistors TN3 and TN4 are turned off, the connection between the bus BS1 and the bus BS2 is turned on, and the connection between the bus BS2 and the bus BS3 is turned off. Therefore, signals can be exchanged between the
一方、イネーブル信号ENSWがハイレベルになって、スイッチ信号の生成動作がイネーブルに設定された状態で、セレクト信号SELがローレベル(VSレベル)になると、レベルシフト後のセレクト信号SELHがハイレベル(VHレベル)になり、セレクト信号XSELHがローレベル(VSレベル)になる。これにより、スイッチ信号SWS1がローレベル(VSレベル)になり、スイッチ信号SWS2がハイレベル(VHレベル)になる。この結果、トランジスターTN3、TN4がオンになると共に、トランジスターTN1、TN2がオフになり、バスBS2とバスBS3の接続がオンになり、バスBS1とバスBS2の接続がオフになる。従って、図6に示すようなペリフェラルデバイス260と充電回路221との間での信号のやり取りが可能になる。
On the other hand, when the enable signal ENSW becomes high level and the switch signal generation operation is set to enable and the select signal SEL becomes low level (VS level), the select signal SELH after the level shift becomes high level (V). VH level), and the select signal XSELH becomes low level (VS level). As a result, the switch signal SWS1 becomes a low level (VS level), and the switch signal SWS2 becomes a high level (VH level). As a result, the transistors TN3 and TN4 are turned on, the transistors TN1 and TN2 are turned off, the connection between the bus BS2 and the bus BS3 is turned on, and the connection between the bus BS1 and the bus BS2 is turned off. Therefore, signals can be exchanged between the
また本実施形態ではバススイッチ回路40は、第1導電型トランジスターにより構成されるスイッチ素子を有している。第1導電型トランジスターは、N型及びP型の一方の導電型のトランジスターである。図7では、バススイッチ回路40が有する第1導電型トランジスターは、N型のトランジスターTN1〜TN4になっている。例えばトランジスターTN1〜TN4の基板はVSの電圧レベルに設定されている。
Further, in the present embodiment, the
例えばバススイッチ回路40のスイッチ素子のオン抵抗を下げるためには、スイッチ素子をトランスファーゲート(CMOS構造の伝送ゲート)で構成する手法が考えられる。トランスファーゲートではN型トランジスターとP型トランジスターが並列に接続されるため全体のオン抵抗を下げることができる。
For example, in order to reduce the on-resistance of the switch element of the
しかしながら、トランスファーゲートを用いると、N型トランジスターとP型トランジスターが並列に接続される構成になるため、バスBS1、BS2に付加される寄生容量が大きくなってしまい、図5の期間T2でのHSモードでの通信特性が劣化してしまう。 However, when the transfer gate is used, the N-type transistor and the P-type transistor are connected in parallel, so that the parasitic capacitance added to the buses BS1 and BS2 becomes large, and the HS in the period T2 of FIG. 5 becomes large. The communication characteristics in the mode deteriorate.
この点、図7では、N型トランジスターなどの片チャンネルの第1導電型トランジスターだけでバススイッチ回路40のスイッチ素子が構成されている。従って、バスBS1、BS2に付加される寄生容量を小さくでき、トランスファーゲートを用いる手法に比べて、図5の期間T2でのHSモードでの通信特性の劣化を低減できる。
In this regard, in FIG. 7, the switch element of the
そして本実施形態では、チャージポンプ回路80からの昇圧電源電圧VHに基づくスイッチ信号SWS1、SWS2(SWS)を用いて、N型のトランジスターTN1〜TN4のオン、オフが制御される。従って、トランジスターTN1〜TN4のゲートに、例えばVH>Vth+VDとなる電圧レベルのスイッチ信号SWS1、SWS2が入力されるようになるため、トランジスターTN1〜TN4を通過する電圧範囲に制限ができるのを抑制できる共にトランジスターTN1〜TN4のオン抵抗を低減できる。なお本実施形態ではスイッチ素子としてトランスファーゲートを用いる変形実施も可能である。
Then, in the present embodiment, the on / off of the N-type transistors TN1 to TN4 is controlled by using the switch signals SWS1 and SWS2 (SWS) based on the boosted power supply voltage VH from the
図8はチャージポンプ回路80の動作説明図である。図8ではチャージポンプ回路80は、キャパシターCA1、CA2、CBを用いてチャージポンプ動作を行う。キャパシターCA1、CA2、CBは、回路装置10に内蔵のキャパシターであることが望ましいが、外付けのキャパシター(コンデンサー)であってもよい。内蔵キャパシターである場合には、キャパシターCA1、CA2は、例えばMIM(Metal-Insulator-Metal)のキャパシターなどにより実現できる。キャパシターCBは、ゲート容量によるキャパシター、ポリシリコン−ポリシリコンのキャパシター、或いはMIMのキャパシターなどにより実現できる。
FIG. 8 is an operation explanatory view of the
図8のH1では、VD(高電位側電源電圧)のノードとVS(低電位側電源電圧)のノードの間にキャパシターCA1、CA2が直列に接続される。またキャパシターCBは、一端がVHのノードに接続され、他端がVSのノードに接続されている。従って、VS=0Vであり、CA1、CA2の容量値が同じであるとすると、CA1、CA2の各キャパシターの端子間電圧はVD/2になる。次に、H2に示すように、VHのノードとVDのノードの間に並列にキャパシターCA1、CA2が接続される。これにより、VH=VD+VD/2の昇圧動作が行われるようになる。そしてチャージポンプ動作では、クロック信号CKに基づいて図8のH1の接続状態とH2の接続状態が交互に切り替わる。 In H1 of FIG. 8, the capacitors CA1 and CA2 are connected in series between the VD (high potential side power supply voltage) node and the VS (low potential side power supply voltage) node. Further, one end of the capacitor CB is connected to the VH node, and the other end is connected to the VS node. Therefore, assuming that VS = 0V and the capacitance values of CA1 and CA2 are the same, the voltage between the terminals of the capacitors CA1 and CA2 becomes VD / 2. Next, as shown in H2, the capacitors CA1 and CA2 are connected in parallel between the VH node and the VD node. As a result, the boosting operation of VH = VD + VD / 2 is performed. Then, in the charge pump operation, the connection state of H1 and the connection state of H2 in FIG. 8 are alternately switched based on the clock signal CK.
図9はチャージポンプ回路80の詳細な構成例である。チャージポンプ回路80は、トランジスターTA1〜TA3、TB1〜TB5、キャパシターCA1、CA2、CBを含む。トランジスターTA3はN型トランジスターであり、それ以外はP型トランジスターである。クロック信号AP、BP、ANは、クロック信号CKに対応するチャージポンプ用のクロック信号であり、クロック信号CKに基づき生成される。クロック信号AP、BPは、互いに排他的にローレベル又はハイレベルになり、例えば互いにノンオーバラップの信号になっている。クロック信号ANはクロック信号APの反転信号である。またイネーブル信号ENCPがローレベル(非アクティブ)になり、トランジスターTB5がオンになると、VHのノードとVDのノードが接続され、チャージポンプ回路80の動作がディスエーブルに設定される。
FIG. 9 is a detailed configuration example of the
キャパシターCBは、VHのノードとVSのノードの間に設けられ、例えば容量値が可変のキャパシターとなっている。クロック信号AP、ANがアクティブになると、トランジスターTA1、TA2、TA3がオンになる。APは、ローレベルがアクティブのレベルとなる信号であり、ANは、ハイレベルがアクティブのレベルとなる信号である。トランジスターTA1、TA2、TA3がオンになることで、図8のH1に示す接続状態になる。即ち、VDのノードとVSのノードの間にキャパシターCA1、CA2が直列に接続された状態になる。 The capacitor CB is provided between the VH node and the VS node, and is, for example, a capacitor having a variable capacitance value. When the clock signals AP and AN are activated, the transistors TA1, TA2 and TA3 are turned on. AP is a signal at which the low level is the active level, and AN is a signal at which the high level is the active level. When the transistors TA1, TA2, and TA3 are turned on, the connection state shown in H1 of FIG. 8 is established. That is, the capacitors CA1 and CA2 are connected in series between the VD node and the VS node.
一方、クロック信号BPがアクティブになると、トランジスターTB1、TB2、TB3、TB4がオンになる。BPは、ローレベルがアクティブのレベルとなる信号である。トランジスターTB1、TB2、TB3、TB4がオンになることで、図8のH2に示す接続状態になる。即ち、VHのノードとVDのノードの間にキャパシターCA1、CA2が並列に接続された状態になる。そしてクロック信号CKに基づいて、クロック信号AP、AN、BPがアクティブ又は非アクティブになることで、図8のH1の接続状態とH2の接続状態が交互に切り替わり、VDを昇圧した昇圧電源電圧VH=VD+VD/2が生成される。例えばVD=3.0V〜3.6Vであれば、VH=4.5V〜5.4Vになり、図7のバススイッチ回路40のトランジスターTN1〜TN4のゲートに対して、VD+Vth以上(例えばVth=0.6〜1.0V)の電圧を印加できるようになる。従って、バスを通過する信号の電圧範囲がVS(=0V)〜VDである場合に、VD+Vthよりも高い昇圧電源電圧VH=VD+VD/2を、N型のトランジスターTN1〜TN4のゲートに印加して駆動できるため、トランジスターTN1〜TN4を通過する電圧範囲に制限ができてしまうのを抑制できる。即ち、バスBS1側からVS〜VDの電圧範囲の信号が入力された場合に、バスBS2側にVS〜VDの電圧範囲の信号として出力できるようになる。またバスBS2側からVS〜VDの電圧範囲の信号が入力された場合に、バスBS1側にVS〜VDの電圧範囲の信号として出力できるようになる。
On the other hand, when the clock signal BP becomes active, the transistors TB1, TB2, TB3, and TB4 are turned on. The BP is a signal in which the low level becomes the active level. When the transistors TB1, TB2, TB3, and TB4 are turned on, the connection state shown in H2 of FIG. 8 is obtained. That is, the capacitors CA1 and CA2 are connected in parallel between the VH node and the VD node. Then, based on the clock signal CK, the clock signals AP, AN, and BP become active or inactive, so that the connection state of H1 and the connection state of H2 in FIG. 8 are alternately switched, and the boosted power supply voltage VH that boosts VD. = VD + VD / 2 is generated. For example, if VD = 3.0V to 3.6V, VH = 4.5V to 5.4V, and VD + Vth or more (for example, Vth =) with respect to the gates of transistors TN1 to TN4 of the
図10はFSモードからHSモードへの切り替え時の本実施形態の動作を説明する図である。図4に示す期間T1では、後述の図13で説明するように、メインコントローラー200とペリフェラルデバイス260との間でFSモード(LSモード)での信号転送が行われる。即ち図4の転送経路TR1において信号DP、DMを用いたFSモードでの信号転送が行われる。一方、図5に示す期間T2では、メインコントローラー200とペリフェラルデバイス260との間でHSモードでの信号転送が行われる。即ち図5の転送経路TR2においてHSモードでのパケット通信が行われる。
FIG. 10 is a diagram illustrating the operation of the present embodiment when switching from the FS mode to the HS mode. During the period T1 shown in FIG. 4, signal transfer in the FS mode (LS mode) is performed between the
そして図10のE1ではバスステートがFSモードからHSモードに切り替わっているが、このE1の切り替えタイミングの前の期間T1では、E2に示すようにチャージポンプ用のクロック信号CKが周波数f1(第1の周波数)に設定されている。例えば10KHz〜100KHz程度の周波数f1のクロック信号CKに基づいて、図8、図9で説明したチャージポンプ回路80がチャージポンプ動作を行う。このように高い周波数f1でチャージポンプ動作を行うことで、図7のチャージポンプ回路80が、十分な電源供給能力で、コントロール回路72のバッファー回路(IV3、IV4、NA1、NA2)やレベルシフター74、76に対して、昇圧電源電圧VHを供給できるようになる。従って、適切に電圧レベルが昇圧されたスイッチ信号SWS1、SWS2をバススイッチ回路40のトランジスターTN1〜TN4に供給できる。これにより、トランジスターTN1〜TN4を通過する電圧範囲に制限ができてしまうのを抑制できると共に、トランジスターTN1〜TN4のオン抵抗を低減できるようになる。例えば期間T1での信号転送を適正に行うためには、トランジスターTN1〜TN4のオン抵抗を小さくする必要があり、そのためにはトランジスターTN1〜TN4のゲート幅Wを十分に大きくする必要がある(例えばW=100μm〜1000μm)。そしてゲート幅が大きくなると、トランジスターTN1〜TN4のゲート容量が大きくなるため、コントロール回路72のバッファー回路(IV3、IV4、NA1、NA2)に昇圧電源電圧VHを供給するチャージポンプ回路80の電源供給能力を高める必要がある。図10のE2に示すようにチャージポンプ用のクロック信号CKを高い周波数f1に設定することで、チャージポンプ回路80の電源供給能力を高めることができる。
Then, in E1 of FIG. 10, the bus state is switched from the FS mode to the HS mode, but in the period T1 before the switching timing of E1, the clock signal CK for the charge pump has a frequency f1 (first) as shown in E2. Frequency) is set. For example, the
また本実施形態では、バスBS1とバスBS2の接続がオンになる期間T1(FSモード)において、E2に示すようなクロック信号CKを用いてチャージポンプ回路80にチャージポンプ動作を行わせると共に、バスBS1とバスBS2の接続がオフになる期間T2(HSモード)においても、E3に示すようなクロック信号CKを用いてチャージポンプ回路80にチャージポンプ動作を行わせている。
Further, in the present embodiment, during the period T1 (FS mode) in which the connection between the bus BS1 and the bus BS2 is turned on, the
即ち、バスBS1とバスBS2の接続がオフになる期間T2では、図7のトランジスターTN1〜TN4をオフさせるために、スイッチ信号SWS1、SWS2がローレベルになるため、本来ならばチャージポンプ回路80による昇圧電源電圧VHの生成は不要である。しかしながら、チャージポンプ回路80が起動して、適正な昇圧電源電圧VHを供給できるようになるまでには、例えば数十ms程度というような長い起動時間が必要になる。従って、期間T2においてチャージポンプ回路80を完全に停止してしまうと、期間T2から期間T1に切り替わった際に、チャージポンプ回路80の長い起動時間がタイムラグとなって、適正な昇圧電圧レベル(VH)のスイッチ信号SWS1、SWS2をトランジスターTN1〜TN4に供給できなくなってしまう。このため、トランジスターTN1〜TN4を通過する電圧範囲に制限が生じたり、オン抵抗が高くなってしまい、期間T1(FSモード)での信号転送に不具合が発生してしまう。
That is, during the period T2 when the connection between the bus BS1 and the bus BS2 is turned off, the switch signals SWS1 and SWS2 are at a low level in order to turn off the transistors TN1 to TN4 in FIG. It is not necessary to generate the boosted power supply voltage VH. However, it takes a long start time, for example, about several tens of ms, until the
これに対して本実施形態では図10のE3に示すように、期間T2(HSモード)においても、クロック信号生成回路50がチャージポンプ用のクロック信号CKをチャージポンプ回路80に供給して、チャージポンプ回路80を動作させている。従って、期間T2から期間T1に切り替わった際に、適正な昇圧電圧レベルのスイッチ信号SWS1、SWS2をトランジスターTN1〜TN4に供給することが可能になる。これにより、トランジスターTN1〜TN4を通過する電圧範囲に制限が生じる事態や、オン抵抗が高くなってしまう事態を防止でき、期間T1での適正な信号転送を実現できるようになる。
On the other hand, in the present embodiment, as shown in E3 of FIG. 10, the clock
更に本実施形態ではチャージポンプ回路80は、期間T1においては図10のE2に示すように周波数f1のクロック信号CKに基づきチャージポンプ動作を行い、期間T2においては、周波数f1よりも低い周波数f2のクロック信号CKに基づきチャージポンプ動作を行う。即ち期間T2では期間T1に比べてクロック信号CKの周波数を低くする。例えば後述の図13においてホストチャープK/J後のHSアイドルの期間において、バススイッチ回路40のスイッチ素子をオンからオフに切り替える場合には、この切り替えタイミングにおいて、クロック信号CKを周波数f1からf2に切り替える。
Further, in the present embodiment, the
このようにすればチャージポンプ回路80のチャージポンプ動作によるスイッチノイズが、期間T2でのHSモードのパケット通信に及ぼす悪影響を低減できるようになる。即ち、HSモードでは小振幅の差動信号を用いてパケット通信が行われるため、期間T1のような高い周波数f1でチャージポンプ動作が行われると、チャージポンプ動作によるスイッチノイズが原因で通信エラー等の不具合が生じるおそれがある。
In this way, the adverse effect of the switch noise due to the charge pump operation of the
この点、本実施形態では期間T2においては図10のE3に示すようにクロック信号CKを低い周波数f2に設定している。これによりスイッチノイズが原因で通信エラーの不具合が生じるのを抑制できるようになる。一方、FS(LS)の通信が行われる期間T1では、バススイッチ回路40のスイッチ素子をオンにするが、スイッチ素子を通過する信号は電圧駆動であるため、チャージポンプ動作のスイッチノイズの影響は少ない。このため、速い周波数f1のクロック信号CKで通常通りにチャージポンプ動作を行わせる。
In this regard, in the present embodiment, in the period T2, the clock signal CK is set to a low frequency f2 as shown in E3 of FIG. This makes it possible to suppress the occurrence of communication error problems due to switch noise. On the other hand, during the period T1 when the FS (LS) communication is performed, the switch element of the
例えば本実施形態では、期間T2において、バスBS1、BS2により転送されるパケットの信号に基づいて、チャージポンプ用のクロック信号CKを生成する。例えば図10のE4に示すように、SOF(Start Of Frame)のパケットに基づいて、クロック信号CKを生成する。具体的にはSOFのEOP(End Of Packet)に基づいてクロック信号CKを生成する。例えばUSBでは、HSモードのアイドル期間において125μs毎にSOFのパケットが送出され、SOFの最後にはEOPが設定される。HSモードでは、EOPはビットスタッフィング無しの8ビットのNRZの01111111で示される。このSOFの例えばEOPによりトグルカウンターを動作させる。例えばトグルカウンターのトグル動作を行わせて、トグル動作のタイミングで、クロック信号CKを第1の電圧レベル(例えばローレベル)から第2の電圧レベル(例えばハイレベル)に変化させたり、第2の電圧レベルから第1の電圧レベルに変化させる。例えば、立ち上がりタイミングや立ち下がりタイミングがSOF(EOP)に同期するようにクロック信号CKを生成する。このようにすることで、期間T2において、SOFなどのパケットを有効利用して、低い周波数f2のクロック信号CKを生成し、チャージポンプ回路80にチャージポンプ動作を行わせることが可能になる。そしてEOPを用いることで、SOFの送出期間を避けたタイミングでクロック信号CKを動作させることが可能になる。
For example, in the present embodiment, in the period T2, the clock signal CK for the charge pump is generated based on the signal of the packet transferred by the buses BS1 and BS2. For example, as shown in E4 of FIG. 10, a clock signal CK is generated based on a packet of SOF (Start Of Frame). Specifically, the clock signal CK is generated based on the EOP (End Of Packet) of SOF. For example, in USB, SOF packets are sent every 125 μs during the idle period of HS mode, and EOP is set at the end of SOF. In HS mode, EOP is indicated by 8-bit NRZ 01111111 without bit stuffing. The toggle counter is operated by, for example, EOP of this SOF. For example, the toggle operation of the toggle counter is performed, and the clock signal CK is changed from the first voltage level (for example, low level) to the second voltage level (for example, high level) at the timing of the toggle operation, or the second voltage level is changed. Change from voltage level to first voltage level. For example, the clock signal CK is generated so that the rising timing and the falling timing are synchronized with the SOF (EOP). By doing so, in the period T2, it becomes possible to effectively utilize packets such as SOF to generate a clock signal CK having a low frequency f2 and cause the
また本実施形態ではHSモードの通信期間であるデータパケットの転送期間において、チャージポンプ回路80に供給されるクロック信号CKを停止する。クロック信号CKを停止するとは、例えばクロック信号CKの電圧レベルを第1、第2の電圧レベルの一方の電圧レベルから他方の電圧レベルに変化させないことである。例えば図10のE5、E6では、バスアクティブとなって、HSのデータパケットの通信が行われている。このようなHSモードの通信期間においては、E7に示すようにクロック信号CKを、例えばローレベルなどの所定電圧レベルに固定して停止する。即ち、クロック信号CKをマスクして、チャージポンプ回路80が動作しないようにする。こうすることで、チャージポンプ回路80のチャージポンプ動作が停止し、チャージポンプ動作に起因するスイッチノイズが、HSモードのパケット通信に悪影響を及ぼすのを抑制できるようになる。そしてデータパケットの通信が終了し、HSアイドル期間になったら、E8、E9に示すようにSOFのパケットに基づきクロック信号CKを動作させる。
Further, in the present embodiment, the clock signal CK supplied to the
図11はHSモードの通信期間での本実施形態の詳細な動作を説明する図である。本実施形態では図10のE7に示すようにHSモードの通信期間においてクロック信号CKをマスクして停止している。しかしながら、この通信期間が長くなった場合に、クロック信号CKを停止したままにすると、図7のコントロール回路72でのリーク電流等が原因となって、昇圧電源電圧VHの電圧レベルが徐々に低下してしまう。この結果、期間T2から期間T1に切り替わる際のチャージポンプ回路80の起動時間が長くなってしまい、この長い起動時間がタイミングラグとなって、適正な昇圧電圧レベルのスイッチ信号SWS1、SWS2をトランジスターTN1〜TN4に供給できなくなってしまう。
FIG. 11 is a diagram illustrating a detailed operation of the present embodiment during the communication period of the HS mode. In the present embodiment, as shown in E7 of FIG. 10, the clock signal CK is masked and stopped during the communication period of the HS mode. However, if the clock signal CK is left stopped when this communication period becomes long, the voltage level of the boosted power supply voltage VH gradually decreases due to the leakage current in the
そこで本実施形態ではクロック信号CKを停止してから所与の設定期間が経過したときに、クロック信号CKの信号レベルを、第1、第2の電圧レベルの一方の電圧レベルから他方の電圧レベルに変化させる。 Therefore, in the present embodiment, when a given setting period elapses after the clock signal CK is stopped, the signal level of the clock signal CK is changed from one voltage level of the first and second voltage levels to the other voltage level. Change to.
例えば図11のF1ではバスアクティブとなってHSモードの通信期間が開始している。この場合に、例えばトグルカウンターの最後のトグル動作のタイミングの後、F2に示すような所与の設定期間TSが経過すると、F3に示すようにクロック信号CKの信号レベルを、例えばローレベル(第1、第2の電圧レベルの一方の電圧レベル)からハイレベル(他方の電圧レベル)に変化させる。その後、設定期間TSが経過すると、F4に示すようにクロック信号CKの信号レベルを、例えばハイレベルからローレベルに変化させる。このようにすれば、HSモードの通信期間が長くなってしまった場合にも、必要最小限の周波数のクロック信号CKを用いてチャージポンプ動作を行うことが可能になる。従って、期間T2から期間T1に切り替わった際に、適正な昇圧電圧レベルのスイッチ信号SWS1、SWS2をトランジスターTN1〜TN4に供給することが可能になり、上記したような問題が発生するのを防止できるようになる。 For example, in F1 of FIG. 11, the bus is active and the communication period of the HS mode is started. In this case, for example, when a given setting period TS as shown in F2 elapses after the timing of the last toggle operation of the toggle counter, the signal level of the clock signal CK is changed to, for example, a low level (third) as shown in F3. 1. Change from one voltage level of the second voltage level) to a high level (the other voltage level). After that, when the set period TS elapses, the signal level of the clock signal CK is changed from, for example, a high level to a low level as shown in F4. In this way, even if the communication period in the HS mode becomes long, the charge pump operation can be performed by using the clock signal CK having the minimum necessary frequency. Therefore, when the period T2 is switched to the period T1, the switch signals SWS1 and SWS2 having an appropriate boost voltage level can be supplied to the transistors TN1 to TN4, and the above-mentioned problems can be prevented from occurring. Will be.
例えばHSモードの通信期間中には、回路装置10のレジスターに設定される通信中フラグが立ち、チャージポンプ回路80に供給されるクロック信号CKが停止する。一方、クロック信号CKに対しては最大停止時間(最小クロック周波数)を設定し、停止時間が最大停止時間以上(最小クロック周波数以下)にならないように、クロック信号CKを管理する。例えばチャージポンプ回路80の安定化容量の値やリーク電流値から、昇圧電源電圧VHの電圧変化の時定数τを求める。そしてこの時定数τに基づいて、昇圧電源電圧VHが、例えばVD+Vthを下回らないような時間を、最大停止時間として求め、図11の設定期間TSを、最大停止時間以下の長さに設定する。具体的には設定期間TSを例えば1ms程度の長さに設定する。こうすることで、HSモードの通信期間中にクロック信号CKを停止した場合にも、昇圧電源電圧VHが例えばVD+Vthを下回らないようになり、上記したような問題が発生するのを防止できる。
For example, during the communication period in the HS mode, the communication flag set in the register of the
また本実施形態では、バスアクティビティーがなくなってから所与の期間が経過した後に、クロック信号CKの周波数を、周波数f2から周波数f1に変化させる。この所与の期間は例えば2ms以上の長さの期間である。例えば図12のG1では、SOFの送出が停止し、バスがSE0の状態になり、バスアクティビティーがなくなった状態になっている。USBでは、バスアクティビティーがなくなってから3ms以上経過すると、リセット要求が行われたか、或いはサスペンド要求が行われたかが判断される。そこで図12のG2では、SOFの送出が停止し、バスアクティビティーがなくなってから、所与の期間TWA(例えば2ms以上で3ms未満の期間)が経過すると、G3、G4に示すように、クロック信号CKを、周波数f2から周波数f1に変化させる。即ち図10のE2、E3でf1からf2に変化した周波数を、f2からf1に戻す。このように高い周波数f1のクロック信号CKをチャージポンプ回路80に供給することで、チャージポンプ回路80は、適正な電源供給能力で昇圧電源電圧VHを図7のコントロール回路72に供給できるようになる。これにより、適正な昇圧電圧レベルのスイッチ信号SWS1、SWS2により、トランジスターTN1〜TN4を適正にオン状態に設定できるようになる。以上のようにすることで、低ノイズで高品質なHS通信を実現するバススイッチ制御手法を実現できるようになる。
Further, in the present embodiment, the frequency of the clock signal CK is changed from the frequency f2 to the frequency f1 after a given period has elapsed since the bus activity disappeared. This given period is, for example, a period having a length of 2 ms or more. For example, in G1 of FIG. 12, SOF transmission is stopped, the bus is in the SE0 state, and there is no bus activity. With USB, it is determined whether a reset request has been made or a suspend request has been made 3 ms or more after the bus activity has disappeared. Therefore, in G2 of FIG. 12, when a given period TWA (for example, a period of 2 ms or more and less than 3 ms) elapses after the SOF transmission is stopped and the bus activity disappears, the clock signal is shown in G3 and G4. The CK is changed from the frequency f2 to the frequency f1. That is, the frequency changed from f1 to f2 in E2 and E3 in FIG. 10 is returned from f2 to f1. By supplying the clock signal CK having a high frequency f1 to the
4.詳細な動作例
次にバススイッチ回路40でのスイッチ素子の切り替えにおける本実施形態の詳細な動作例について説明する。図13はケーブルアタッチ後のUSBの動作シーケンスを示す信号波形図である。図13は、差動の信号DP、DMの各種状態と、バススイッチ回路40のスイッチ素子のオン、オフ状態を示している。
4. Detailed operation example Next, a detailed operation example of the present embodiment in switching the switch element in the
図13においてBCスイッチとUSBスイッチはバススイッチ回路40に設けられるスイッチ素子である。具体的にはBCスイッチは、バススイッチ回路40において、図6のバスBS3とバスBS2の間に設けられるスイッチ素子である。即ち図7のトランジスターTN3、TN4により実現されるスイッチ素子である。USBスイッチは、バススイッチ回路40において、バスBS1とバスBS2の間に設けられるスイッチ素子である。即ち図7のトランジスターTN1、TN2により実現されるスイッチ素子である。転送処理のオフ、オンは、図5の転送経路TR2での転送処理のオフ、オンを示している。
In FIG. 13, the BC switch and the USB switch are switch elements provided in the
ケーブルアタッチ(タイミングt1)の後、前述したBC1.2のプロトコルが実行される。BC1.2のプロトコルが実行されるB1に示す期間が充電調停期間である。 After the cable attach (timing t1), the BC1.2 protocol described above is executed. The period shown in B1 in which the BC1.2 protocol is executed is the charge arbitration period.
次に、デバイス側(ペリフェラルデバイス)がプルアップ抵抗をオンにすることで、信号DPの電圧がプルアップされて、FSモードに移行する(t2)。即ち、FSアイドルに移行し、一定時間、何もなければ、サスペンド状態に移行する。 Next, when the device side (peripheral device) turns on the pull-up resistor, the voltage of the signal DP is pulled up and the mode shifts to the FS mode (t2). That is, it shifts to the FS idle, and if there is nothing for a certain period of time, it shifts to the suspend state.
次に、ホスト側(メインコントローラー)がリセットを開始すると(t3)、プルアップされていた信号DPの電圧がLレベルになる。これをデバイス側が検知し、デバイス側がデバイスチャープKを送出する(t4)。その後、一定時間経過が経過すると、デバイス側はデバイスチャープKを停止する(t5)。すると、ホスト側がホストチャープK/Jを実行する(t6)。デバイス側は、ホストチャープK/Jを検出することで、ホスト側がHSモードに対応していることを認識して、HSターミネーションをオンにする(t7)。これにより信号DP、DMの振幅が例えば400mVに低下して、HSモードに移行する。そしてホスト側がリセットを終了すると(t8)、HSアイドルに移行し、ホスト側はSOFの送出を開始する(t9)。 Next, when the host side (main controller) starts resetting (t3), the voltage of the signal DP that has been pulled up becomes the L level. The device side detects this, and the device side sends out the device chirp K (t4). After that, when a certain period of time elapses, the device side stops the device chirp K (t5). Then, the host side executes the host chirp K / J (t6). By detecting the host chirp K / J, the device side recognizes that the host side supports the HS mode and turns on the HS termination (t7). As a result, the amplitudes of the signals DP and DM are reduced to, for example, 400 mV, and the mode shifts to the HS mode. Then, when the host side finishes the reset (t8), it shifts to the HS idle, and the host side starts sending the SOF (t9).
本実施形態では、バスBS3とバスBS2を接続するBCスイッチのイネーブル、ディスエーブルの設定が可能になっている。BCスイッチがイネーブルに設定されている場合、図13の期間B1に示す充電調停期間(BC1.2のプロトコル実行期間)においては、状態B2に示すようにBCスイッチがオンになり、USBスイッチがオフになる。例えば図6において、BCスイッチがオンになることで、バスBS3とバスBS2の接続がオンになり、USBスイッチがオフになることで、バスBS1とバスBS2の接続がオフになる。これにより、充電回路221とペリフェラルデバイス260との間で、信号DP、DMを用いた充電調停等のための信号処理が可能になる。
In the present embodiment, it is possible to enable and disable the BC switch that connects the bus BS3 and the bus BS2. When the BC switch is enabled, during the charge arbitration period (protocol execution period of BC1.2) shown in period B1 of FIG. 13, the BC switch is turned on and the USB switch is turned off as shown in the state B2. become. For example, in FIG. 6, when the BC switch is turned on, the connection between the bus BS3 and the bus BS2 is turned on, and when the USB switch is turned off, the connection between the bus BS1 and the bus BS2 is turned off. As a result, signal processing for charge arbitration or the like using signals DP and DM becomes possible between the charging
FSモードに移行すると、状態B3に示すようにUSBスイッチがオンになり、BCスイッチはオフになる。USBスイッチがオンになることでバスBS1とバスBS2の接続がオンになり、BCスイッチがオフになることで、バスBS3とバスBS2の接続がオフになる。これにより図4に示すように、メインコントローラー200とペリフェラルデバイス260との間で、信号DP、DMを用いた転送経路TR1での信号転送が可能になる。このとき、状態B4に示すように、図5の転送経路TR2での転送処理はオフになっている。
When the mode shifts to the FS mode, the USB switch is turned on and the BC switch is turned off as shown in the state B3. When the USB switch is turned on, the connection between the bus BS1 and the bus BS2 is turned on, and when the BC switch is turned off, the connection between the bus BS3 and the bus BS2 is turned off. As a result, as shown in FIG. 4, the signal can be transferred between the
そして本実施形態では、バスBS1とバスBS2の接続のオン、オフの切替タイミング(期間T1、T2の切替タイミング)が、図13の期間B5に示す範囲内のタイミングに設定される。即ち、少なくともデバイスチャープKの開始タイミング(t4)の後に、バスBS1とバスBS2の接続がオンからオフに切り替わる(期間T1からT2に切り替わる)。或いは、少なくともホストチャープK/Jの終了タイミング(t8)の後に、バスBS1とバスBS2の接続がオンからオフに切り替わる。例えば少なくともデバイスチャープKの開始タイミング(t4)の後であって、例えばSOF送出の開始タイミング(t9)の前において、バスBS1とバスBS2の接続がオンからオフに切り替わり、図5の転送経路TR2での転送処理がオフからオンに切り替わる。 Then, in the present embodiment, the on / off switching timing of the connection between the bus BS1 and the bus BS2 (switching timing of the periods T1 and T2) is set to a timing within the range shown in the period B5 of FIG. That is, at least after the start timing (t4) of the device chirp K, the connection between the bus BS1 and the bus BS2 is switched from on to off (the period T1 is switched to T2). Alternatively, at least after the end timing (t8) of the host chirp K / J, the connection between the bus BS1 and the bus BS2 is switched from on to off. For example, at least after the start timing (t4) of the device chirp K, for example, before the start timing (t9) of SOF transmission, the connection between the bus BS1 and the bus BS2 is switched from on to off, and the transfer path TR2 in FIG. The transfer process in is switched from off to on.
なお、BCスイッチがディスエーブルに設定されている場合には、状態B2、B3に示すようなBCスイッチのオン、オフの切替は行われず、状態B7に示すようにBCスイッチはオフのままになる。また切替タイミングは、期間B5の範囲内のタイミングであるため、図13では、USBスイッチのオン、オフの切替タイミングや転送処理のオン、オフの切替タイミングの範囲を点線で示している。 When the BC switch is set to disable, the BC switch is not switched on and off as shown in states B2 and B3, and the BC switch remains off as shown in state B7. .. Further, since the switching timing is within the range of the period B5, in FIG. 13, the range of the USB switch on / off switching timing and the transfer processing on / off switching timing is shown by a dotted line.
このように本実施形態では、少なくともデバイスチャープKの開始タイミング(t4)の後に、バススイッチ回路40が、バスBS1とバスBS2の接続をオンからオフに切り替え、処理回路20が図5の転送経路TR2での転送処理を開始する。例えば、デバイスチャープKの開始タイミングの後に、USBスイッチがオン(B3)からオフ(B6)に切り替わり、処理回路20の転送処理がオフ(B4)からオン(B6)に切り替わる。
As described above, in the present embodiment, at least after the start timing (t4) of the device chirp K, the
即ち、デバイスチャープKの開始(t4)が検出された場合には、デバイス側がHSモードに対応していると判断できる。一方、ホスト側がHSモードに非対応であることは極めて希である。このため、デバイスチャープKの開始(t4)が検出された場合に、USBスイッチをオンからオフに切り替えて、処理回路20によるHSモードの転送処理をオフ(ディスエーブル)からオン(イネーブル)に切り替えることができる。従って、期間B5内の切替タイミングは、少なくともデバイスチャープKの開始タイミング(t4)の後のタイミングであればよい。
That is, when the start (t4) of the device chirp K is detected, it can be determined that the device side corresponds to the HS mode. On the other hand, it is extremely rare that the host side does not support HS mode. Therefore, when the start of the device chirp K (t4) is detected, the USB switch is switched from on to off, and the HS mode transfer process by the
或いは、ホスト側がHSモードに非対応である可能性も考慮して、例えばホストチャープK/Jの開始(t6)が検出された場合に、USBスイッチをオンからオフに切り替え、処理回路20によるHSモードの転送処理をオフからオンに切り替えてもよい。
Alternatively, considering the possibility that the host side does not support the HS mode, for example, when the start (t6) of the host chirp K / J is detected, the USB switch is switched from on to off, and the HS by the
例えば本実施形態では、少なくともホストチャープK/Jの終了タイミング(t8)の後に、バススイッチ回路40が、バスBS1とバスBS2の接続をオンからオフに切り替え、処理回路20が図5の転送経路TR2での転送処理を開始してもよい。
For example, in the present embodiment, at least after the end timing (t8) of the host chirp K / J, the
このようにすれば、例えばホスト側及びデバイス側の双方がHSモードに対応していると判断され、HSモードに完全に切り替わったと判断された後に、処理回路20の転送処理を適正に開始できるようになる。
By doing so, for example, after it is determined that both the host side and the device side are compatible with the HS mode and it is determined that the mode is completely switched to the HS mode, the transfer process of the
このように図13の期間B5内の切替タイミングは、少なくともデバイスチャープKの開始タイミング後であればよい。但し、切替によるグリッジの発生による悪影響も考慮する必要がある。従って、切替タイミングは、信号DP、DMの所定の電圧レベル(例えばLレベル)に設定されている期間内であることが望ましい。例えば図13のタイミングt5〜t6の間の期間やt8〜t9の間の期間などである。 As described above, the switching timing within the period B5 of FIG. 13 may be at least after the start timing of the device chirp K. However, it is also necessary to consider the adverse effect of the generation of glitches due to switching. Therefore, it is desirable that the switching timing is within a period set to a predetermined voltage level (for example, L level) of the signals DP and DM. For example, the period between timings t5 to t6 and the period between t8 and t9 in FIG. 13 and the like.
以上のように本実施形態では、図13の期間B5の切替タイミングの前においては、状態B3に示すようにUSBスイッチをオンにすることで、ホスト側とデバイス側の間でUSBのバス上での信号のやり取りが可能になる。バスモニター回路30は、USBのバス上での信号のやり取りをモニターする。そして、例えばデバイスチャープKやホストチャープK/Jの検出により、HSモードの転送が可能であると判断したら、USBスイッチをオンからオフに切り替え、処理回路20による転送処理をオフからオンに切り替える。こうすることで、ホスト側とデバイス側の間での信号のやり取りの後に、HSモードの転送処理に適正に移行することが可能になる。
As described above, in the present embodiment, before the switching timing of the period B5 in FIG. 13, by turning on the USB switch as shown in the state B3, on the USB bus between the host side and the device side. Signals can be exchanged. The
また図13の期間B1に示すような図6の充電回路221による充電調停期間においては、状態B2に示すようにBCスイッチをオンにして、USBスイッチをオフにする。こうすることで、例えば図6において充電回路221とペリフェラルデバイス260との間での適正な充電の調停処理を実現することが可能になる。
Further, in the charge arbitration period by the charging
図14は、HSモードの転送においてリセットが行われた場合の動作シーケンスを示す信号波形図である。ホスト側は、HSモードでは、125μs(t11、t12)ごとにSOFのパケットを送出する。ホスト側がリセットを開始すると(t12)、FSモードに移行し、パケットがバス上に無くなってから3ms以上経過すると、デバイス側はHSターミネーションをオフし、プルアップ抵抗をオンにする(t13)。そしてデバイス側は、バスの状態がSE0であることが確認されたため(t14)、リセットが開始されたと判断し、デバイスチャープKを送出する。これに対してホスト側がホストチャープK/Jを送出することで、FSモードからHSモードに移行する。 FIG. 14 is a signal waveform diagram showing an operation sequence when a reset is performed in the transfer in HS mode. In the HS mode, the host side sends out SOF packets every 125 μs (t11, t12). When the host side starts resetting (t12), the mode shifts to FS mode, and when 3 ms or more have passed since the packets disappeared on the bus, the device side turns off the HS termination and turns on the pull-up resistor (t13). Then, since it is confirmed that the bus state is SE0 (t14), the device side determines that the reset has started and sends out the device chirp K. On the other hand, when the host side sends out the host chirp K / J, the mode shifts from the FS mode to the HS mode.
図14のC1に示すように、本実施形態では、ホストがリセットを開始した場合に、USBスイッチがオフからオンに切り替わり、処理回路20の転送処理がオンからオフに切り替わる。即ち、リセットが行われた場合に、バススイッチ回路40がバスBS1とバスBS2の接続をオフからオンに切り替え、処理回路20が転送処理を停止する。
As shown in C1 of FIG. 14, in the present embodiment, when the host starts resetting, the USB switch is switched from off to on, and the transfer processing of the
このようにすれば、例えばHSモードの転送中にリセットが行われた場合に、バスBS1、BS2を電気的に接続して、例えばメインコントローラー200とペリフェラルデバイス260との間で、信号DP、DMを用いた信号転送を行うことが可能になる。その後、例えば図14の期間C2に示す範囲内の切替タイミングにおいて、USBスイッチがオンからオフに切り替わり、処理回路20の転送処理がオフからオンに切り替わる。これにより、ホスト側とデバイス側の間での信号のやり取りの後に、HSモードの転送処理に適正に移行することが可能になる。
In this way, for example, when a reset is performed during the transfer in HS mode, the buses BS1 and BS2 are electrically connected, and the signals DP and DM are connected between the
図15はHSモードの転送からサスペンド、レジュームに移行する場合の動作シーケンスを示す信号波形図である。ホスト側がサスペンドを開始すると(t22)、FSモードに移行し、パケットがバス上に無くなってから3ms以上経過すると、デバイス側はHSターミネーションをオフし、プルアップ抵抗をオンにする(t23)。そしてデバイス側は、バスの状態がJであることが確認されたため(t24)、サスペンドが開始されたと判断する。そしてホスト側がレジュームを開始し(t25)、レジュームが終了すると(t26)、デバイス側はレジュームの終了と同時に、サスペンドに入った時点のモードに戻す。そしてプルアップ抵抗をオフし、HSターミネーションをオンにして、HSモードに戻る。 FIG. 15 is a signal waveform diagram showing an operation sequence when shifting from HS mode transfer to suspend and resume. When the host side starts suspending (t22), the mode shifts to FS mode, and when 3 ms or more have passed since the packets disappeared on the bus, the device side turns off the HS termination and turns on the pull-up resistor (t23). Then, the device side determines that the suspend has been started because it is confirmed that the state of the bus is J (t24). Then, when the host side starts the resume (t25) and the resume ends (t26), the device side returns to the mode at the time of suspending at the same time as the resume ends. Then, the pull-up resistor is turned off, HS termination is turned on, and the mode returns to HS mode.
図15のD1に示すように、本実施形態では、ホストがサスペンドを開始した場合にも、USBスイッチがオフからオンに切り替わり、処理回路20の転送処理がオンからオフに切り替わる。即ち、サスペンドが行われた場合に、バススイッチ回路40がバスBS1とバスBS2の接続をオフからオンに切り替え、処理回路20が転送処理を停止する。
As shown in D1 of FIG. 15, in the present embodiment, the USB switch is switched from off to on and the transfer process of the
このようにすれば、例えばHSモードの転送中にサスペンドが開始した場合に、バスBS1、BS2を電気的に接続して、例えばメインコントローラー200とペリフェラルデバイス260との間で、信号DP、DMを用いた信号転送を行うことが可能になる。
In this way, for example, when suspend is started during transfer in HS mode, buses BS1 and BS2 are electrically connected, and signals DP and DM are transmitted between the
そしてサスペンドの後、ホスト側がレジュームを行うことで、図15のD2に示すように、USBスイッチがオンからオフに切り替わり、処理回路20の転送処理がオフからオンに切り替わる。即ち本実施形態では、サスペンドが行われた後、リジュームが行われた場合に(レジュームの終了タイミングで)、バススイッチ回路40がバスBS1とバスBS2の接続をオンからオフに切り替え、処理回路20が転送処理を開始する。このようにすれば、サスペンド後のレジュームにより、HSモードのデータ転送を適正に再開できるようになる。なお、サスペンドからリセットへの移行の動作シーケンスは、ケーブルアタッチからFSアイドルの後においてサスペンドからリセットに入る動作シーケンスと同様になる。
Then, after suspending, the host side resumes, so that the USB switch is switched from on to off and the transfer processing of the
図16は物理層回路(11、12)の構成例である。この物理層回路は、プルアップ抵抗Rpu、スイッチ素子SW_Rpu、SW_Dm、プルダウン抵抗Rpd1、Rpd2を含む。スイッチ素子SW_Rpuは制御信号Rpu_Enableに基づいてオン又はオフにされる。これによりプルダウン動作が実現される。また物理層回路は、HSモード用の送信回路HSD(カレントドライバー)、LS/FSモード用の送信回路LSD(ドライバー)、抵抗Rs1、Rs2を含む。また物理層回路は、HSモード用の差動の受信回路HSR(データレシーバー)、スケルチの検出回路SQL(トランスミッションエンベロープディテクター)、LS/FSモード用の差動の受信回路LSR(データレシーバー)、切断の検出回路DIS(ディスコネクションエンベロープディテクター)、シングルエンドの受信回路DP_SER、DM_SER(レシーバー)を含む。 FIG. 16 is a configuration example of the physical layer circuit (11, 12). This physical layer circuit includes a pull-up resistor Rpu, switch elements SW_Rpu, SW_Dm, and pull-down resistors Rpd1 and Rpd2. The switch element SW_Rpu is turned on or off based on the control signal Rpu_Enable. As a result, the pull-down operation is realized. The physical layer circuit also includes a transmission circuit HSD (current driver) for HS mode, a transmission circuit LSD (driver) for LS / FS mode, resistors Rs1 and Rs2. The physical layer circuit includes a differential receiving circuit HSR (data receiver) for HS mode, a squelch detection circuit SQL (transmission envelope detector), a differential receiving circuit LSR (data receiver) for LS / FS mode, and disconnection. Includes detection circuit DIS (disconnection envelope detector), single-ended receiving circuit DP_SER, DM_SER (receiver).
そして本実施形態では物理層回路を構成するアナログ回路からの信号に基づいて、バスモニター回路30でのバスのモニター動作が行われる。具体的には図16に示すように、例えばHSモード用の差動の受信回路HSR、スケルチ用の検出回路SQL、LS/FSモード用の差動の受信回路LSR、切断の検出回路DIS、或いはシングルエンドの受信回路DP_SER、DM_SERからの信号に基づいて、バスモニター回路30はバスのモニター動作を行う。即ち、これらのアナログ回路からの信号に基づいて、デバイスチャープK、ホストチャープK/J、アイドル、リセット、サスペンド、レジューム、SE0、J、K、バスリセット、或いはHS切断などのバスの各状態を、バスモニター回路30はモニターできる。そしてバスモニター回路30は、モニター結果に基づいて、図13、図14、図15で説明したようにバススイッチ回路40のスイッチ素子(USBスイッチ、BCスイッチ)をオン又はオフにする制御を行ったり、処理回路20の転送処理をオン又はオフにする制御を行う。こうすることで、バスの状態を適切に判断した適正なバススイッチ回路40のスイッチ制御や処理回路20の転送制御を実現できるようになる。
Then, in the present embodiment, the bus monitor operation of the
また本実施形態では図16に示すように、期間T1において、物理層回路11、12のHSモード用の送信回路HSDが動作オフ又は省電力モードに設定される。即ち本実施形態では、期間T1においては、バススイッチ回路40がバスBS1、BS2の接続をオンにして、メインコントローラー200とペリフェラルデバイス260の間で転送経路TR1での直接の信号のやり取りを可能にしている。そしてバスモニター回路30は、物理層回路11、12の一方の物理層回路からの信号に基づいてバスのモニター動作を行う。
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 16, during the period T1, the transmission circuit HSD for the HS mode of the
この場合に、物理層回路11、12のHSモード用の送信回路HSDについては、HSの転送処理が行われないため、動作する必要がない。そこで期間T1では、例えばバスモニター回路30(又は処理回路20)は、HSモード用の送信回路HSDを動作オフ又は省電力モードに設定する。こうすることで、HSモード用の送信回路HSDにおいて無駄に電力が消費されてしまうのを防止でき、低消費電力化を図れるようになる。
In this case, the transmission circuit HSD for the HS mode of the
5.電子機器、ケーブルハーネス
図17に、本実施形態の回路装置10を含む電子機器300の構成例を示す。この電子機器300は、本実施形態の回路装置10とメインコントローラー200(広義には処理装置)を含む。メインコントローラー200はバスBS1に接続される。例えばバスBS1を介してメインコントローラー200と回路装置10は接続される。また回路装置10のバスBS2には例えばペリフェラルデバイス260が接続される。
5. Electronic device, cable harness FIG. 17 shows a configuration example of the
メインコントローラー200(処理装置)は、例えばCPU又はMPU等のプロセッサーにより実現される。或いはメインコントローラー200を各種のASICの回路装置により実現してもよい。またメインコントローラー200は、複数の回路装置(IC)や回路部品が実装された回路基板により実現されてもよい。ペリフェラルデバイス260としては、例えば図1のような携帯型端末装置250などを想定できるが、これには限定されない。ペリフェラルデバイス260はウェアラブル機器などであってもよい。
The main controller 200 (processing device) is realized by a processor such as a CPU or an MPU, for example. Alternatively, the
電子機器300は、記憶部310、操作部320、表示部330を更に含むことができる。記憶部310は、データを記憶するものであり、その機能はRAMやROMなどの半導体メモリーやHDD(ハードディスクドライブ)などにより実現できる。操作部320は、ユーザーが入力操作を行うためのものであり、操作ボタンやタッチパネルディスプレイをなどの操作デバイスにより実現できる。表示部330は、各種の情報を表示するものであり、液晶や有機ELなどのディスプレイにより実現できる。なお操作部320としてタッチパネルディスプレイを用いる場合には、このタッチパネルディスプレイが操作部320及び表示部330の機能を兼ねることになる。
The
本実施形態により実現される電子機器300としては、例えば車載機器、印刷装置、投影装置、ロボット、頭部装着型表示装置、生体情報測定機器、距離、時間、流速又は流量等の物理量を計測する計測機器、基地局又はルーター等のネットワーク関連機器、コンテンツを配信するコンテンツ提供機器、或いはデジタルカメラ又はビデオカメラ等の映像機器などの種々の機器を想定できる。
The
図18に本実施形態の回路装置10を含むケーブルハーネス350の構成例を示す。ケーブルハーネス350は、本実施形態の回路装置10とケーブル360を含む。ケーブル360はUSB用のケーブルである。またケーブルハーネス350はUSBレセプタクル370を含んでもよい。或いはケーブルハーネス350は図1の静電気保護回路222、短絡保護回路223などを含むものであってもよい。ケーブル360は例えば回路装置10のバスBS2に接続される。回路装置10のバスBS1側には例えばメインコントローラー200(処理装置)等が接続される。このケーブルハーネス350は、例えば車内において配線を引き回すなどの用途に用いられる。なおケーブルハーネス350は車用以外のハーネスであってもよい。
FIG. 18 shows a configuration example of the
なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。例えば、明細書又は図面において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語と共に記載された用語は、明細書又は図面のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えることができる。また本実施形態及び変形例の全ての組み合わせも、本発明の範囲に含まれる。また回路装置、電子機器、ケーブルハーネスの構成・動作や、スイッチ信号生成処理、チャージポンプ処理、バスモニター処理、バススイッチ処理、転送処理等も本実施形態で説明したものに限定されず、種々の変形実施が可能である。 Although the present embodiment has been described in detail as described above, those skilled in the art will easily understand that many modifications that do not substantially deviate from the novel matters and effects of the present invention are possible. Therefore, all such modifications are included in the scope of the present invention. For example, a term described at least once in a specification or drawing with a different term in a broader or synonymous manner may be replaced by that different term anywhere in the specification or drawing. All combinations of the present embodiment and modifications are also included in the scope of the present invention. Further, the configuration / operation of circuit devices, electronic devices, and cable harnesses, switch signal generation processing, charge pump processing, bus monitor processing, bus switch processing, transfer processing, etc. are not limited to those described in this embodiment, and various types are used. It is possible to carry out transformation.
BS1、BS2、BS3…バス(第1、第2、第3のバス)、
SWS、SWS1、SWS2…スイッチ信号、CK…クロック信号、
TN1〜TN4…トランジスター、IV1〜IV4…インバーター回路、
NA1、NA2…NAND回路、CA1、CA2、CB…キャパシター、
TA1〜TA3、TB1〜TB5…トランジスター、
10…回路装置、11、12…物理層回路(第1、第2の物理層回路)、
20…処理回路、22…リンク層回路、24…リピーターロジック回路、
30…バスモニター回路、40…バススイッチ回路、50…クロック信号生成回路、
52…発振回路、70…スイッチ信号生成回路、72…コントロール回路、
74、76…レベルシフター、80…チャージポンプ回路、
200…メインコントローラー、210…USB−HUB、
220…ケーブルハーネス、221…充電回路、222…静電気保護回路、
223…短絡保護回路、224…ケーブル、226…USBレセプタクル、
250…携帯型端末装置、260…ペリフェラルデバイス、
300…電子機器、310…記憶部、320…操作部、
350…ケーブルハーネス、360…ケーブル、370…USBレセプタクル
BS1, BS2, BS3 ... Buses (first, second, third buses),
SWS, SWS1, SWS2 ... switch signal, CK ... clock signal,
TN1 to TN4 ... Transistor, IV1 to IV4 ... Inverter circuit,
NA1, NA2 ... NAND circuit, CA1, CA2, CB ... capacitor,
TA1 to TA3, TB1 to TB5 ... Transistors,
10 ... Circuit device, 11, 12 ... Physical layer circuit (first and second physical layer circuits),
20 ... processing circuit, 22 ... link layer circuit, 24 ... repeater logic circuit,
30 ... Bus monitor circuit, 40 ... Bus switch circuit, 50 ... Clock signal generation circuit,
52 ... Oscillation circuit, 70 ... Switch signal generation circuit, 72 ... Control circuit,
74, 76 ... Level shifter, 80 ... Charge pump circuit,
200 ... Main controller, 210 ... USB-HUB,
220 ... Cable harness, 221 ... Charging circuit, 222 ... Static electricity protection circuit,
223 ... Short circuit protection circuit, 224 ... Cable, 226 ... USB receptacle,
250 ... Portable terminal device, 260 ... Peripheral device,
300 ... Electronic equipment, 310 ... Storage unit, 320 ... Operation unit,
350 ... Cable harness, 360 ... Cable, 370 ... USB receptacle
Claims (13)
前記USB規格の第2のバスが接続される第2の物理層回路と、
前記第1のバスから前記第1の物理層回路を介して受信したパケットを前記第2の物理層回路を介して前記第2のバスに送信し、前記第2のバスから前記第2の物理層回路を介して受信したパケットを前記第1の物理層回路を介して前記第1のバスに送信する転送処理を行う処理回路と、
前記第1のバスと前記第2のバスの接続を、第1の期間においてオンにし、第2の期間においてオフにするバススイッチ回路と、
前記第1のバスと前記第2のバスの接続のオン及びオフを制御するスイッチ信号を生成して、前記スイッチ信号を前記バススイッチ回路に供給するスイッチ信号生成回路と、
を含み、
前記スイッチ信号生成回路は、
チャージポンプ用のクロック信号に基づきチャージポンプ動作を行うチャージポンプ回路を有し、前記チャージポンプ回路により昇圧された昇圧電源電圧に基づいて前記スイッチ信号を生成し、
前記チャージポンプ回路は、
前記第1のバスと前記第2のバスの接続がオンであるときに前記チャージポンプ動作を行うと共に、前記第1のバスと前記第2のバスの接続がオフであるときにも前記チャージポンプ動作を行うことを特徴とする回路装置。 The first physical layer circuit to which the first bus of the USB standard is connected,
A second physical layer circuit to which the second bus of the USB standard is connected, and
A packet received from the first bus via the first physical layer circuit is transmitted to the second bus via the second physical layer circuit, and the second physical from the second bus. A processing circuit that performs transfer processing for transmitting a packet received via the layer circuit to the first bus via the first physical layer circuit, and a processing circuit that performs transfer processing.
A bus switch circuit that turns on the connection between the first bus and the second bus in the first period and turns it off in the second period.
A switch signal generation circuit that generates a switch signal that controls on and off of the connection between the first bus and the second bus and supplies the switch signal to the bus switch circuit.
Including
The switch signal generation circuit is
It has a charge pump circuit that operates the charge pump based on the clock signal for the charge pump, and generates the switch signal based on the boosted power supply voltage boosted by the charge pump circuit .
The charge pump circuit
The charge pump is operated when the connection between the first bus and the second bus is on, and the charge pump is also operated when the connection between the first bus and the second bus is off. A circuit device characterized by performing an operation.
前記USB規格の第2のバスが接続される第2の物理層回路と、
前記第1のバスから前記第1の物理層回路を介して受信したパケットを前記第2の物理層回路を介して前記第2のバスに送信し、前記第2のバスから前記第2の物理層回路を介して受信したパケットを前記第1の物理層回路を介して前記第1のバスに送信する転送処理を行う処理回路と、
前記第1のバスと前記第2のバスの接続を、第1の期間においてオンにし、第2の期間においてオフにするバススイッチ回路と、
前記第1のバスと前記第2のバスの接続のオン及びオフを制御するスイッチ信号を生成して、前記スイッチ信号を前記バススイッチ回路に供給するスイッチ信号生成回路と、
を含み、
前記スイッチ信号生成回路は、
チャージポンプ用のクロック信号に基づきチャージポンプ動作を行うチャージポンプ回路を有し、前記チャージポンプ回路により昇圧された昇圧電源電圧に基づいて前記スイッチ信号を生成し、
前記チャージポンプ回路は、
前記第1の期間において、第1の周波数の前記クロック信号に基づき前記チャージポンプ動作を行い、前記第2の期間において、前記第1の周波数よりも低い第2の周波数の前記クロック信号に基づき前記チャージポンプ動作を行うことを特徴とする回路装置。 The first physical layer circuit to which the first bus of the USB standard is connected,
A second physical layer circuit to which the second bus of the USB standard is connected, and
A packet received from the first bus via the first physical layer circuit is transmitted to the second bus via the second physical layer circuit, and the second physical from the second bus. A processing circuit that performs transfer processing for transmitting a packet received via the layer circuit to the first bus via the first physical layer circuit, and a processing circuit that performs transfer processing.
A bus switch circuit that turns on the connection between the first bus and the second bus in the first period and turns it off in the second period.
A switch signal generation circuit that generates a switch signal that controls on and off of the connection between the first bus and the second bus and supplies the switch signal to the bus switch circuit.
Including
The switch signal generation circuit is
It has a charge pump circuit that operates the charge pump based on the clock signal for the charge pump, and generates the switch signal based on the boosted power supply voltage boosted by the charge pump circuit .
The charge pump circuit
In the first period, the charge pump operation is performed based on the clock signal of the first frequency, and in the second period, the charge pump operation is performed based on the clock signal of the second frequency lower than the first frequency. A circuit device characterized by performing charge pump operation.
前記スイッチ信号生成回路は、
バスアクティビティーがなくなってから所与の期間が経過した後に、前記クロック信号の周波数を、前記第2の周波数から前記第1の周波数に変化させることを特徴とする回路装置。 In claim 2 ,
The switch signal generation circuit is
A circuit device characterized in that the frequency of the clock signal is changed from the second frequency to the first frequency after a given period of time has elapsed since the bus activity disappeared.
前記所与の期間は2ms以上の長さの期間であることを特徴とする回路装置。 In claim 3 ,
A circuit device, characterized in that the given period is a period having a length of 2 ms or more.
前記USB規格の第2のバスが接続される第2の物理層回路と、
前記第1のバスから前記第1の物理層回路を介して受信したパケットを前記第2の物理層回路を介して前記第2のバスに送信し、前記第2のバスから前記第2の物理層回路を介して受信したパケットを前記第1の物理層回路を介して前記第1のバスに送信する転送処理を行う処理回路と、
前記第1のバスと前記第2のバスの接続を、第1の期間においてオンにし、第2の期間においてオフにするバススイッチ回路と、
前記第1のバスと前記第2のバスの接続のオン及びオフを制御するスイッチ信号を生成して、前記スイッチ信号を前記バススイッチ回路に供給するスイッチ信号生成回路と、
クロック信号生成回路と、
を含み、
前記スイッチ信号生成回路は、
チャージポンプ用のクロック信号に基づきチャージポンプ動作を行うチャージポンプ回路を有し、前記チャージポンプ回路により昇圧された昇圧電源電圧に基づいて前記スイッチ信号を生成し、
前記クロック信号生成回路は、
前記第2の期間において、前記第1のバス及び前記第2のバスにより転送されるパケットの信号に基づいて、チャージポンプ用の前記クロック信号を生成し、前記クロック信号を前記チャージポンプ回路に供給することを特徴とする回路装置。 The first physical layer circuit to which the first bus of the USB standard is connected,
A second physical layer circuit to which the second bus of the USB standard is connected, and
A packet received from the first bus via the first physical layer circuit is transmitted to the second bus via the second physical layer circuit, and the second physical from the second bus. A processing circuit that performs transfer processing for transmitting a packet received via the layer circuit to the first bus via the first physical layer circuit, and a processing circuit that performs transfer processing.
A bus switch circuit that turns on the connection between the first bus and the second bus in the first period and turns it off in the second period.
A switch signal generation circuit that generates a switch signal that controls on and off of the connection between the first bus and the second bus and supplies the switch signal to the bus switch circuit.
Clock signal generation circuit and
Including
The switch signal generation circuit is
It has a charge pump circuit that operates the charge pump based on the clock signal for the charge pump, and generates the switch signal based on the boosted power supply voltage boosted by the charge pump circuit .
The clock signal generation circuit is
In the second period, the clock signal for the charge pump is generated based on the signals of the packets transferred by the first bus and the second bus, and the clock signal is supplied to the charge pump circuit. A circuit device characterized by
前記クロック信号生成回路は、
前記第2の期間において、SOFのパケットに基づいてチャージポンプ用の前記クロック信号を生成することを特徴とする回路装置。 In claim 5 ,
The clock signal generation circuit is
A circuit device comprising generating the clock signal for a charge pump based on a packet of SOF in the second period.
前記クロック信号生成回路は、
前記第2の期間において、EOPに基づいてチャージポンプ用の前記クロック信号を生成することを特徴とする回路装置。 In claim 5 or 6 ,
The clock signal generation circuit is
A circuit device comprising generating the clock signal for a charge pump based on the EOP in the second period.
前記USB規格の第2のバスが接続される第2の物理層回路と、
前記第1のバスから前記第1の物理層回路を介して受信したパケットを前記第2の物理層回路を介して前記第2のバスに送信し、前記第2のバスから前記第2の物理層回路を介して受信したパケットを前記第1の物理層回路を介して前記第1のバスに送信する転送処理を行う処理回路と、
前記第1のバスと前記第2のバスの接続を、第1の期間においてオンにし、第2の期間においてオフにするバススイッチ回路と、
前記第1のバスと前記第2のバスの接続のオン及びオフを制御するスイッチ信号を生成して、前記スイッチ信号を前記バススイッチ回路に供給するスイッチ信号生成回路と、
クロック信号生成回路と、
を含み、
前記スイッチ信号生成回路は、
チャージポンプ用のクロック信号に基づきチャージポンプ動作を行うチャージポンプ回路を有し、前記チャージポンプ回路により昇圧された昇圧電源電圧に基づいて前記スイッチ信号を生成し、
前記クロック信号生成回路は、
チャージポンプ用の前記クロック信号を生成し、前記クロック信号を前記チャージポンプ回路に供給し、データパケットの転送期間において、前記チャージポンプ回路に供給する前記クロック信号を停止し、前記クロック信号を停止してから所与の設定期間が経過したときに、前記クロック信号の信号レベルを、第1の電圧レベルと第2の電圧レベルの一方の電圧レベルから他方の電圧レベルに変化させることを特徴とする回路装置。 The first physical layer circuit to which the first bus of the USB standard is connected,
A second physical layer circuit to which the second bus of the USB standard is connected, and
A packet received from the first bus via the first physical layer circuit is transmitted to the second bus via the second physical layer circuit, and the second physical from the second bus. A processing circuit that performs transfer processing for transmitting a packet received via the layer circuit to the first bus via the first physical layer circuit, and a processing circuit that performs transfer processing.
A bus switch circuit that turns on the connection between the first bus and the second bus in the first period and turns it off in the second period.
A switch signal generation circuit that generates a switch signal that controls on and off of the connection between the first bus and the second bus and supplies the switch signal to the bus switch circuit.
Clock signal generation circuit and
Including
The switch signal generation circuit is
It has a charge pump circuit that operates the charge pump based on the clock signal for the charge pump, and generates the switch signal based on the boosted power supply voltage boosted by the charge pump circuit .
The clock signal generation circuit is
The clock signal for the charge pump is generated, the clock signal is supplied to the charge pump circuit, the clock signal supplied to the charge pump circuit is stopped, and the clock signal is stopped during the data packet transfer period. After a given set period elapses, the signal level of the clock signal is changed from one voltage level of the first voltage level and the second voltage level to the other voltage level. Circuit device.
前記バススイッチ回路は、第1導電型トランジスターにより構成されるスイッチ素子を有することを特徴とする回路装置。 In any of claims 1 to 8 ,
The bus switch circuit is a circuit device including a switch element composed of a first conductive transistor.
前記第1導電型トランジスターはN型トランジスターであることを特徴とする回路装置。 In claim 9 .
A circuit device characterized in that the first conductive transistor is an N transistor.
前記第1のバスと前記第2のバスのモニター動作を行うバスモニター回路を含み、
前記バススイッチ回路は、
前記バスモニター回路でのモニター結果に基づいて、前記第1のバスと前記第2のバスの接続を前記第1の期間においてオンにし、前記第2の期間においてオフにし、
前記処理回路は、
前記第2の期間において前記転送処理を行うことを特徴とする回路装置。 In any of claims 1 to 10 ,
A bus monitor circuit for monitoring the first bus and the second bus is included.
The bus switch circuit
Based on the monitoring result in the bus monitor circuit, the connection between the first bus and the second bus is turned on in the first period and turned off in the second period.
The processing circuit
A circuit device characterized in that the transfer process is performed in the second period.
前記第1のバスに接続される処理装置と、
を含むことを特徴とする電子機器。 The circuit device according to any one of claims 1 to 11.
The processing device connected to the first bus and
An electronic device characterized by including.
ケーブルと、
を含むことを特徴とするケーブルハーネス。 The circuit device according to any one of claims 1 to 11.
With the cable
A cable harness characterized by including.
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| JP2017098716A JP6900780B2 (en) | 2017-05-18 | 2017-05-18 | Circuit equipment, electronic devices and cable harnesses |
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