(57)【要約】【課題】  「ＧＮＤ外れ」によってグランド端子がオープン状態となった場合に電流の逆流を阻止することができる差動増幅回路を提供する。【解決手段】  コンパレータ３０の内部において差動対を構成する２つのトランジスタ４３Ａ，４３Ｂと能動負荷を構成するミラー対トランジスタ４５Ａ，４５Ｂとの間にダイオード４４Ａ，４４Ｂを夫々配置する。また、信号入力用トランジスタ４１とグランド線３７との間、差動対トランジスタ４３と信号入力用トランジスタ４１との間にも、夫々ダイオード４２，４０を配置する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動対を構成する２つのトランジスタと回路グランドとの間に、順方向接続される整流素子を夫々配置したことを特徴とする差動増幅回路。
【請求項２】
前記差動対を構成する２つのトランジスタの入力側に配置され、入力信号を受けて前記差動対トランジスタに夫々出力するための信号入力用トランジスタを備え、
前記信号入力用トランジスタと回路グランドとの間に、順方向接続される整流素子を配置したことを特徴とする請求項１記載の差動増幅回路。
【請求項３】
前記差動対を構成する２つのトランジスタと前記信号入力用トランジスタとの間に、順方向接続される整流素子を配置したことを特徴とする請求項２記載の差動増幅回路。
【請求項４】
車内ＬＡＮを用いた通信に利用されるレシーバ回路において、受信信号レベルを基準電圧レベルと比較するためのコンパレータに使用されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の差動増幅回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの入力信号について差動増幅作用をなす差動増幅回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両には多数のＥＣＵ（Electronic Control Unit）が搭載されており、それらは通信ネットワークに接続されて互いに通信を行うことで必要な情報を得て、各部の制御を行うようになっている。それらのＥＣＵ間における通信には車内ＬＡＮ（Local Area Network）が使用されているが、車両の制御系において高速通信（〜１Ｍｂｐｓ）を必要とする部分では、通信プロトコルとしてＣＡＮ（Controller Area Network ）が用いられることが多く、高速通信を必要としないボディ系部分ではＬＩＮ（Local Interconnect Network）が標準となりつつある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記のような通信用のＥＣＵを構成する回路素子については、以下のような問題がある。通信用のバスに多数のＥＣＵが接続されている状態で、それらの何れかにおいて、回路グランドと電位基準であるグランド：ＧＮＤとの接続が断たれてしまうような故障（ＧＮＤ外れ）が発生することがある。その場合、「ＧＮＤ外れ」によってオープン状態となったＥＣＵの回路グランドは電源電圧と同電位まで上昇する可能性がある。
【０００４】
そのような状態に陥ると、電流が前記ＥＣＵの回路グランドから通信用バスに逆流することが考えられる。即ち、通信用ＥＣＵにおいて、バスを介して送信される信号を受信する部分であるレシーバ回路には、受信信号の電圧レベルを基準電圧レベルと比較してハイ，ロウの二値に変換するためのコンパレータが使用されている。コンパレータは差動増幅回路を用いて構成されているが、「ＧＮＤ外れ」が発生すると、コンパレータの回路グランド側から入力端子側に電流が逆流することになるため、正常な比較動作を行なうことができなくなり、最悪の場合には、ネットワークの通信が阻害されてしまうというおそれがあった。
【０００５】
尚、出願人は、本願と同様な課題に着目してなされた先行技術文献を発見することができなかった。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、「ＧＮＤ外れ」によってグランド端子がオープン状態となった場合でも、電流の逆流を阻止することができる差動増幅回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の差動増幅回路によれば、差動対を構成する２つのトランジスタと回路グランドとの間に、順方向接続される整流素子を夫々配置する。斯様に構成すれば、差動増幅回路の回路グランドがオープン状態となった結果その回路グランド電位が上昇した場合、差動増幅回路の入力端子電圧が低下すると、両者間の電位差により電流が差動対トランジスタを介して入力端子側に逆流することが想定される。従って、上記のように整流素子を配置すれば、そのような電流の逆流を防止することができる。
【０００８】
請求項２記載の差動増幅回路によれば、信号入力用トランジスタと回路グランドとの間に順方向接続される整流素子を配置する。即ち、差動増幅回路の入力側には、入力電流を制限するためや、入力信号レベルをシフトすることを目的として信号入力用トランジスタを配置する場合がある。従って、請求項２のように構成すれば、回路グランドがオープン状態となった結果グランド電位が上昇した場合でも、信号入力用トランジスタを介して入力側に電流が逆流することを、整流素子によって阻止することができる。
【０００９】
請求項３記載の差動増幅回路によれば、差動対を構成する２つのトランジスタと信号入力用トランジスタとの間に順方向接続される整流素子を配置する。即ち、請求項１，２のように整流素子を追加した結果、各整流素子の順方向電圧ＶＦによりレベルシフト作用が発生する。すると、差動対を構成するトランジスタのグランド側出力端子は、グランド側の電流源を構成するミラー回路のトランジスタによる電圧ＶＦと、整流素子の順方向電圧ＶＦとを合わせた２ＶＦ分のシフトが発生し、差動対トランジスタの電源側出力端子は、整流素子の順方向電圧ＶＦと入力用トランジスタによる電圧ＶＦとを合わせた２ＶＦ分のシフトが発生する。
【００１０】
その結果、差動対トランジスタの電源側，グランド側出力端子が略同電位となるため、入力信号レベルが、差動対トランジスタの出力端子間電圧を超えるレベルにならないと当該トランジスタが動作しなくなってしまう。そこで、信号入力部に整流素子を配置すれば、その順方向電圧ＶＦにより入力信号をレベルシフトして、差動対トランジスタの電源側出力端子の電位をＶＦ分高くすることができる。従って、従来構成の差動増幅回路と同様に、グランドレベル付近の入力信号についても差動増幅作用を行なわせることが可能となる。
【００１１】
請求項４記載の差動増幅回路によれば、車内ＬＡＮを用いた通信に利用されるレシーバ回路において、受信信号レベルを基準電圧レベルと比較するためのコンパレータに使用するので、コンパレータの回路グランドがオープン状態となった場合でも通信バス側に電流が逆流することを防止して、通信が不能な状態になることを回避できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
（第１実施例）
以下、本発明を車内ＬＡＮの通信用に使用されるトランシーバ回路に適用した場合の第１実施例について図１乃至図４を参照して説明する。図３は、トランシーバＩＣのブロック構成図である。このトランシーバＩＣ１１は、車両（自動車）のドア、ミラー、ルーフ、シート、ワイパ、メータ、空調などボディ系の制御を行うためのＥＣＵ(Electronic Control Unit) の内部に具備された基板上に搭載されるものである。図示しないが、この基板にはＣＰＵを内蔵する制御用ＩＣが搭載されている。
【００１３】
ＥＣＵに搭載されたトランシーバＩＣ１１は、他のＥＣＵに搭載されたトランシーバＩＣ、車両内に設けられた通信線（後述するＬＩＮバス）とともに車両用ネットワークを構築している。ＬＩＮは、ＵＡＲＴ／ＳＣＩをベースにしており、低コストでシステムを構築できるという利点がある。ＩＳＯ９１４１を拡張したシングルワイヤ方式であって、最大通信速度は２０ｋｂｐｓ、スルーレートは１〜３Ｖ／μｓで、シングルマスタのマスター・スレーブ方式である。
【００１４】
図３に示すように、トランシーバＩＣ１１は８つの端子１２〜１９を備えており、このうち端子１２からバッテリの電源電圧ＶＢを入力し、定電圧回路２０において電源電圧Ｖccを生成するようになっている。トランシーバＩＣ１１内の各機能ブロック（後述する台形波電圧生成回路２２およびドライバ回路２３を除く）は、定電圧回路２０から電源電圧Ｖccの供給を受けて動作するようになっている。また、電源電圧ＶＢが所定電圧（例えば６Ｖ）以下に低下したことを検出して電源を遮断する低電圧遮断回路２１を備えている。
【００１５】
台形波電圧生成回路２２は、端子１３にイネーブル信号ＥＮが与えられていることを条件として動作し、上記制御用ＩＣから端子１４に送られた送信データＴＸＤに基づいて上述のスルーレートを持つ台形波状の信号を生成するようになっている。台形波信号とするのは、ラジオノイズを低減するためである。
ドライバ回路２３は、台形波信号を端子１６に繋がるＬＩＮバスに出力するもので、最大で１５のトランシーバＩＣが接続された状態でもＬＩＮバスを十分に駆動するだけの電流駆動能力を有している。このドライバ回路２３には、過熱保護・過電流制限回路２４が付加されている。一方、レシーバ回路２５は、ＬＩＮバスを通して送信されてきた非同期式シリアル通信データを受信し、その受信データＲＸＤを端子１７を介して制御用ＩＣに出力するようになっている。
【００１６】
以上の基本機能に加え、トランシーバＩＣ１１は、通常動作モードと低消費電力動作モード（スリープモード）との切り替えが可能となっている。ウェイクアップ回路２６は、スリープモードにおいて外部スイッチなどから端子１８に所定の信号が入力されるとタイマ回路２７を起動し、タイマ回路２７がその信号入力状態で一定時間を計時するとスリープモードから通常動作モードに移行するようになっている。この時、ウェイクアップ信号出力回路２８は、端子１９を介して制御用ＩＣに対しウェイクアップ信号ＷＫＵＰを出力するようになっている。同様に、ウェイクアップ回路２９は、スリープモードにおいてＬＩＮバスのレベルがＬレベルになるとタイマ回路２７を起動し、ウェイクアップおよびウェイクアップ信号ＷＫＵＰの出力を行うようになっている。
【００１７】
図４は、レシーバ回路２５の構成を概略的に示すものである。レシーバ回路２５は、コンパレータ３０によりＬＩＮバス１６を介して送信される信号を受信し、基準電圧ＶＲＥＦと比較することでデータレベルをハイ，ロウの二値に峻別する。そして、コンパレータ３０の出力信号は、遅延（フィルタ）回路３１及び出力バッファ３２を介して受信データＲＸＤとして出力される。
【００１８】
図１は、コンパレータ３０の詳細な構成を示すものである。コンパレータ３０は、信号入力部３３（Ａ，Ｂ），差動増幅回路部３４，信号出力部３５によって構成されている。尚、図１において対称に構成される素子には符号にＡ，Ｂを付して示しているが、以下の説明においては特に区別を要しない限り、それらは省略する。電源線３６は、電源ＶＢに接続されており、グランド線（回路グランド）３７は、基準電位０Ｖとなるグランド（車両のボディアース）に接続されている。
【００１９】
信号入力部３３は、電源線３６とグランド線３７との間に接続される、抵抗３８，ＰＮＰトランジスタ３９，ダイオード（整流素子）４０，ＰＮＰトランジスタ（入力用トランジスタ）４１，ダイオード（整流素子）４２の直列回路で構成されている。抵抗３８は、電流制限用であり、電流源をなすトランジスタ３９Ａ，３９Ｂのベースは、ミラー対を構成する図示しないトランジスタのベースＣＢに共通に接続されている。また、入力用トランジスタ４１Ａ，４１Ｂのベースは、抵抗４８を介して入力端子ＩＮＭ，ＩＮＰに夫々接続されている。
【００２０】
差動増幅回路部３４は、差動対を構成するＰＮＰトランジスタ４３Ａ，４３Ｂ，これらのエミッタ（電源側出力端子）と電源線３６との間に接続される電流源としてのＰＮＰトランジスタ６０，トランジスタ４３のコレクタ（グランド側出力端子）側に接続されるダイオード（整流素子）４４，能動負荷を構成するＮＰＮトランジスタ４５で構成されている。そして、トランジスタ６０のベースはベースＣＢに接続されており、差動対トランジスタ４３のベースは、ダイオード４０のアノードに接続されている。また、ミラー対をなすトランジスタ４５Ａ，４５Ｂのベースは、トランジスタ４５Ａ側のコレクタに共通に接続されている。
【００２１】
信号出力部３５は、電源線３６とグランド線３７との間に接続される、電流源としてのＰＮＰトランジスタ４６とＮＰＮトランジスタ４７との直列回路で構成されている。トランジスタ４６のベースはベースＣＢに接続され、トランジスタ４７のベースは、トランジスタ４５Ｂのコレクタに接続されている。そして、トランジスタ４６，４７の共通接続点がコンパレータ３０の出力端子ＯＵＴとなっている。
【００２２】
尚、コンパレータ３０の構成は、ダイオード４０，４２，４４を除けば、極一般的なコンパレータの回路構成と相違する点はない。また、図２は、ダイオード４０，４２，４４の構成をより実態的に表したものであり、何れのダイオードも、実際には、トランジスタ素子のＰＮ接合によって構成されている。
【００２３】
次に、本実施例の作用について説明する。コンパレータ３０に配置されている各ダイオード４０，４２，４４は、以下のように作用をなす。
＜ダイオード４２＞
コンパレータ３０のグランド線３７と基準電位０Ｖとしてのグランドとの接続が何らかの原因によって断たれ、グランド線３７がオープン状態となった場合を想定する。この時、グランド線３７の電位は不定となり、配線インピーダンスなどの状態に応じて変化する。そして、斯様な状況下において従来構成のようにダイオード４２が存在しない場合には、入力端子ＩＮＰ，ＩＮＭに与えられる信号レベルがグランド線３７側の電位より低下すると、回路グランド側からトランジスタ４１を介して入力端子ＩＮＰ，ＩＮＭ側に電流が逆流する場合が想定される。従って、ダイオード４２を配置することで、そのような電流の逆流が生じることを抑止している。
【００２４】
＜ダイオード４４＞
上述と同様に、グランド線３７がオープン状態となった場合において、入力端子ＩＮＰ，ＩＮＭに与えられる信号レベルが低下する場合を想定する。ここで、トランジスタ４５のエミッタ−ベース間における逆方向降伏電圧をＶＺ，ＰＮ接合の順方向電圧をＶＦとすると、従来構成のようにダイオード４４，４０が存在しない場合には、入力信号レベルがグランド線３７の電位を基準として（−ＶＺ−２ＶＦ）よりも低下すると、トランジスタ４５のエミッタ−ベース間がブレークダウンしてしまう。尚、（−２ＶＦ）はトランジスタ４３のコレクタ−ベース間電圧と、トランジスタ４１のエミッタ−ベース間電圧に相当する。
【００２５】
そして、トランジスタ４５がブレークダウンすれば、差動対トランジスタ４３のコレクタ−ベース及び入力用トランジスタ４１を介して入力端子側に電流が逆流してしまう。従って、ダイオード４４を配置することで、差動対トランジスタ４３を介した電流の逆流が生じることを抑止している。
【００２６】
＜ダイオード４０＞
以上のように電流の逆流防止用としてダイオード４２，４４を配置した結果、それらの順方向電圧ＶＦにより、コンパレータ３０の内部においてレベルシフト作用が発生する。即ち、差動対トランジスタ４３のコレクタ側では、グランド側の電流源を構成するミラー回路のトランジスタ４５による電圧ＶＦと、ダイオード４４の順方向電圧ＶＦとを合わせた２ＶＦ分のシフトが発生している。また、トランジスタ４３のエミッタ側では、ダイオード４２の順方向電圧ＶＦと入力用トランジスタ４１による電圧ＶＦとを合わせた２ＶＦ分のシフトが発生している。
【００２７】
その結果、差動対トランジスタ４３のエミッタ，コレクタが略同電位となっており、入力信号レベルが、トランジスタ４３のコレクタ−エミッタ間電圧ＶＣＥを超えるレベルにならないと差動対トランジスタ４３が動作しなくなってしまう。そこで、信号入力部３３にダイオード４０を配置すれば、その順方向電圧ＶＦによって入力信号をレベルシフトして、差動対トランジスタ４３のエミッタ電位をＶＦ分高くすることができる。その結果、従来のコンパレータと同様に、グランドレベル付近の入力信号についても差動増幅作用を行なわせることが可能となる。
【００２８】
尚、コンパレータ３０を以上のように構成した結果、電源ＶＢの最低動作電圧はダイオードの順方向電圧ＶＦ分低下することになるが、レシーバ回路２５のような構成についてはその動作上の影響は実質的に全くないといって良い。
【００２９】
以上のように本実施例によれば、コンパレータ３０の内部において差動対を構成する２つのトランジスタ４３Ａ，４３Ｂとグランド線３７との間、具体的には能動負荷を構成するミラー対トランジスタ４５Ａ，４５Ｂとの間に、夫々ダイオード４４Ａ，４４Ｂを順方向に配置したので、グランド線３７がオープン状態となった結果その電位が上昇した場合でも、差動対トランジスタ４３を介して入力端子側に電流が逆流することを防止できる。
【００３０】
また、信号入力用トランジスタ４１とグランド線３７との間にもダイオード４２を順方向に配置したので、上述のようにグランド線３７がオープン状態となった結果グランド電位が上昇した場合でも、信号入力用トランジスタ４１を介して入力側に電流が逆流することを、ダイオード４２によって阻止することができる。
更に、差動対トランジスタ４３と信号入力用トランジスタ４１との間にもダイオード４０を順方向接続に配置したので、その順方向電圧ＶＦによって入力信号をレベルシフトして、差動対トランジスタ４３のエミッタ電位をＶＦ分高くすることができる。従って、従来のコンパレータと同様に、グランドレベル付近の入力信号についても差動増幅作用を行なわせることが可能となる。
【００３１】
加えて、車内ＬＡＮを用いた通信に利用されるレシーバ回路２５において、受信信号レベルを基準電圧レベルと比較するためのコンパレータ３０に適用したので、コンパレータ３０の回路グランドがオープン状態となった場合でもＬＩＮバス１６側に電流が逆流することを防止して、通信が不能な状態になることを回避できる。
【００３２】
（第２実施例）
図５は本発明の第２実施例を示すものであり、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分についてのみ説明する。第２実施例は、本発明の差動増幅回路を、オペアンプ５１に適用した場合を示す。即ち、コンパレータもオペアンプも基本的な回路動作は同様であり、出力段の構成のみが異なるものであるから、本発明を同様に適用することができる。
【００３３】
図５に示すように、オペアンプ５１は、信号出力部３５に代わる信号出力部５２において、電源線３６とグランド線３７との間にＰＮＰトランジスタ５３とＮＰＮトランジスタ５４との直列回路が配置されており、それらの共通接続点がオペアンプ５１の出力端子ＯＵＴとなっている。
トランジスタ５３のベースはベースＣＢに接続されており、トランジスタ５４のベースはトランジスタ４７のエミッタに接続されている。そして、トランジスタ４７のエミッタとグランド線３７との間には抵抗５５が挿入されている。また、トランジスタ４７のベースは、位相補償用のコンデンサ５６を介して出力端子ＯＵＴに接続されている。
【００３４】
斯様に構成されるオペアンプ５１は、例えばトランシーバＩＣ１１における送信側のドライバ回路２３内部において、フィードバック制御を行うための回路部分などに用いられる。
以上のように構成されたオペアンプ５１についても、第１実施例におけるコンパレータ３０と同様の作用効果を得ることができる。
【００３５】
本発明は上記し且つ図面に記載した実施例にのみ限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
ダイオード４４を、トランジスタ４５のエミッタとグランド線３７との間に配置しても良い。また、この場合、必要に応じて信号出力部３５側でレベルシフト調整を行うようにしても良い。
【００３６】
例えば、グランドレベルに近い入力信号レベルを取り扱う必要がない場合は、トランジスタ４０を削除しても良い。
また、信号入力用トランジスタ４１は必要に応じて設ければ良く、ダイオード４２は、信号入力用トランジスタ４１が必要となる場合に配置すれば良い。
コンパレータは、車内ＬＡＮ用のレシーバ回路を構成するものに限らず、どのような回路に適用しても良い。
また、コンパレータやオペアンプを構成するものに限らず、差動増幅回路及びその差動増幅回路を利用して構成されるものであれば適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を車内ＬＡＮの通信用に使用されるトランシーバ回路に適用した場合の第１実施例であり、コンパレータの詳細な構成を示す図
【図２】図１を、より実態的な回路素子構成で示す図
【図３】トランシーバＩＣのブロック構成図
【図４】レシーバ回路の構成を概略的に示す図
【図５】本発明をオペアンプに適用した場合の第２実施例を示す図２相当図
【符号の説明】
【００３８】
図面中、２５はレシーバ回路、３０はコンパレータ、３４は差動増幅回路部、４０はダイオード（整流素子）、４１はＰＮＰトランジスタ（入力用トランジスタ）、４２はダイオード（整流素子）、４３ＰＮＰトランジスタ（差動対トランジスタ）、４４はダイオード（整流素子）、５１はオペアンプを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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