(57)【要約】【課題】耐故障性用途のための動的フェイルセーフバイアス回路のための改良されたシステム及び方法を提供する。【解決手段】バイアス回路は、第１の信号線及び第２の信号線を備えた差動通信線を含む。バイアス回路は、電源と第１の信号線との間に接続された第１の電流源をさらに含む。バイアス回路は、第１の電流源に接続され、第１の電流源によって生成される電流を駆動する基準電圧を出力する、第１の高精度電圧基準をさらに含む。バイアス回路は、第２の信号線及びシステムグランドに接続され、電源によって供給される電圧によって駆動される、第２の電流源をさらに含む。【選択図】図１
2016192763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バイアス回路（１０５、２０５、３０５、４０５）であって、
第１の信号線（１２２）及び第２の信号線（１２４）を含む差動通信線と、
電源（１２６）と前記第１の信号線（１２２）との間に接続された第１の電流源（１０６、３０６、４０６）と、
前記第１の電流源（１０６、３０６、４０６）に接続された第１の高精度電圧基準（１１０、３１４、４１４）であって、前記第１の電流源（１０６、３０６、４０６）によって生成される電流を駆動する基準電圧を出力する、第１の高精度電圧基準（１１０、３１４、４１４）と、
前記第２の信号線（１２４）及びシステムグランドに接続された第２の電流源（１０８、３１０、４１０）と
を備えるバイアス回路（１０５、２０５、３０５、４０５）。
【請求項２】
前記電源（１２６）と前記第１の信号線（１２２）との間に接続された第３の電流源（２０６、３０８、４０８）であって、前記第１の電流源（１０６、３０６、４０６）と並列に、前記電源（１２６）及び前記第１の信号線（１２２）に接続される、第３の電流源（２０６、３０８、４０８）と、
前記第３の電流源（２０６、３０８、４０８）に接続された第２の高精度電圧基準（１１０、３１４、４１４）であって、前記第３の電流源（２０６、３０８、４０８）によって生成される電流を駆動する基準電圧を出力する、第２の高精度電圧基準（１１０、３１４、４１４）と、
前記第２の信号線（１２４）及びシステムグランドに接続された第４の電流源（２０８、３１２、４１２）であって、前記第２の電流源（１０８、３１０、４１０）及び前記第４の電流源（２０８、３１２、４１２）は前記電源（１２６）によって供給される電圧によって駆動される、第４の電流源（２０８、３１２、４１２）と
をさらに備える、請求項１に記載のバイアス回路（２０５、３０５、４０５）。
【請求項３】
差分通信システムのためのフェイルセーフバイアスを提供する方法であって、
第１の電源（１２６）によって電力供給される第１の電流源（１０６、３０６、４０６）を使用して、バイアス電流及びバイアス電圧を第１の信号線（１２２）に印加するステップ（５０２）と、
第２の電流源（１０８、３１０、４１０）を使用して、第２の信号線（１２４）を電流シンクに接続するステップ（５０４）と
を含み、
前記第１の信号線（１２２）と前記第２の信号線（１２４）との間のバイアス電流のための電気経路は、少なくとも１つのケーブル（５０６）によって前記第１の信号線（１２２）及び前記第２の信号線（１２４）に接続された電気デバイスによって完成される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐故障性用途のための動的フェイルセーフバイアス回路に関する。
【０００２】
連邦政府支援の研究又は開発に関する陳述
[1]本発明は政府の支援によりなされた。政府は本発明において一定の権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
[2]電子ハードウェア間で長いケーブルを介して送信をするシグナリングインターフェース（例えば、低電圧差動シグナリング（ＬＶＤＳ））は、活発に駆動されていないときに雑音の影響を受けやすい。いくつかの状況では、シグナリングインターフェースが非アクティブである（すなわち、駆動されていない）とき、非アクティブなインターフェースのケーブルに雑音やクロストークが結合し、非アクティブなインターフェースがアクティブであるかのように見せることがある。これが発生すると、受信機は、自律的に切り替えを行って、望ましくない結果を引き起こし得る。この問題は、特に、一次及び冗長ドライバインターフェースが同時に給電されないが一次及び冗長受信機が給電される、信頼性の高い交差ストラップ（ｃｒｏｓｓ−ｓｔｒａｐｐｅｄ）システムに存在している。
【０００４】
[3]受信機の入力を１つのレベルに維持し、雑音によるフローティングを防止するために、フェイルセーフバイアス抵抗が信号線に追加されていた。通常、これらの抵抗は、受信機の入力に含まれており、電源とグランドに接続される。差動信号については、ハイサイドは電源のレベルにプルアップされ、ローサイドはプルダウンされる。いくつかの用途、特に交差ストラップのシステムでは、バイアス抵抗は、長いケーブルに結合し得る大きな雑音を克服するには弱すぎる。抵抗がこれを補償するためにより強力になると、多くの場合、ドライバは、バイアスが必要とされないときにインターフェースの正常動作に影響を与え得るバイアス電流を克服することができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
[4]上述の理由、及び明細書を読んで理解することで当業者にとって明らかになるであろう以下に述べる他の理由により、耐故障性用途のための動的フェイルセーフバイアス回路のための改良されたシステム及び方法が当技術分野において必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
[5]本発明の実施形態は、動的フェイルセーフバイアス回路のための方法及びシステムを提供し、以下の明細書を読んで検討することによって理解される。
【０００７】
[6]一実施形態では、バイアス回路は、第１の信号線及び第２の信号線を含む差動通信線と、電源と第１の信号線との間に接続された第１の電流源と、第１の電流源に接続された第１の高精度電圧基準であって、第１の電流源によって生成される電流を駆動する基準電圧を出力する、第１の高精度電圧基準と、第２の信号線及びシステムグランド（ｓｙｓｔｅｍ  ｇｒｏｕｎｄ）に接続された第２の電流源であって、電源によって供給される電圧によって駆動される、第２の電流源とを備える。
【０００８】
[7]図面が例示的な実施形態のみを示し、したがって範囲を限定するものと考えるべきではないとの理解のもとで、例示的な実施形態が添付の図面の使用を通じてさらに具体的かつ詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】[8]本開示の一実施形態による例示的な差動通信システムを示すブロック図である。
【図２】[9]本開示の一実施形態による例示的な差動通信システムを示すブロック図である。
【図３】[10]本開示の一実施形態による例示的な差動通信システムを示すブロック図である。
【図４】[11]本開示の一実施形態による例示的な差動通信システムを示すブロック図である。
【図５】[12]本開示の一実施形態による差動通信システムの雑音マージンを増加させる方法を示すフローチャートである。
【００１０】
[13]一般的な慣行に従って、様々な説明される特徴は、一定の縮尺で描かれず、例示的な実施形態に関連する特定の特徴を強調するように描かれている。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[14]以下の詳細な説明では、本明細書の一部を形成する添付の図面が参照され、例として特定の例示的な実施形態が示される。しかし、他の実施形態を利用してもよく、論理的、機械的及び電気的変更がなされ得ることを理解すべきである。さらに、図面及び明細書に提示される方法は、個々のステップが実行され得る順序を限定するものとして解釈されるべきではない。したがって、以下の詳細な説明は限定的な意味で解釈されるべきではない。
【００１２】
[15]好ましくは、差動通信システムのためのフェイルセーフバイアス回路は、ドライバが非アクティブのときに有効にされるべきであり、ドライバがアクティブであるときに無効にされるべきである。これらの特性は、あまりにも強力なバイアス抵抗を使用することで問題となるような、フェイルセーフバイアス回路がドライバの性能を妨げることを防ぐ。さらに、ケーブルに結合するいかなる雑音やクロストークも受信機における自律切り替えや他の望ましくない結果につながらないように、フェイルセーフバイアス回路は、十分な雑音マージンを提供すべきである。従来のフェイルセーフバイアス回路はこれらの最適な品質を実現していなかった。
【００１３】
[16]以下に説明する実施形態は、耐故障性用途のための動的フェイルセーフバイアス回路のためのシステム及び方法を提供する。以下に説明する実施形態は、非アクティブな差動通信線に一貫した電流及び電圧を供給するために、電源及び信号線に接続された電流源を含む。さらに、以下に説明する実施形態は、バイアス回路が差動通信システムの通常動作を妨げないことを確実にするための機構を含む。
【００１４】
[17]図１は、本開示の一実施形態による例示的な差動通信システム１００を示すブロック図である。システム１００は、オプションのコネクタ１０４に接続されたドライバ１０２（例えば、差動信号ドライバ）、バイアス回路１０５、第１の電源（ＰＳ１）１２６、第２の電源（ＰＳ２）１２８を含む。図１の構成において、第１の電源１２６及び第２の電源１２８は冗長電源として実装される。例えば、第１の電源１２６が主電源として実装され得る一方、第２の電源１２８が、第１の電源１２６の損失時にアクティブになるバックアップ／冗長電源として機能する。したがって、電源１２６、１２８は、その両方が同時にアクティブになることを防止するように制御される。例示的な実施形態では、電源１２６、１２８は、インターフェース、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プロセッサ、パワーオンリセット回路、又は当業者に知られているいくつかの他の外部コントローラからの制御信号によって制御される。したがって、第１の電源１２６が無効であるとき、制御信号は第２の電源１２８をオンにする。
【００１５】
[18]ドライバ１０２は、第２の電源１２８によって電力供給される電子デバイスを備え、ハイサイド信号線１２２及びローサイド信号線１２４を介してオプションのコネクタ１０４に接続される。図１に示す実施形態では、ドライバ１０２は、信号線１２２及び１２４を介して送信される差動信号を用いて、通信ケーブル１３２を介して別のデバイス１３０と通信する、通信電子機器を含む。コネクタ１０４は、信号線１２２及び１２４を通信ケーブル１３２内の信号線に物理的及び電気的に結合するインターフェース（プラグ又は他の終端デバイスなど）を含む。一実施形態では、ドライバ１０２は、通信ケーブル１３２を介して差動信号を送る送信機を含む。他の実施形態では、ドライバ１０２は、通信ケーブル１３２から差動信号を受信する受信機を含む。代替的な実施形態では、システム１００は、ＬＶＤＳ、ＲＳ−４２２、ＲＳ−４８５、又は当業者に知られた他の差動信号標準などの差動信号標準を使用して実施することができる。
【００１６】
[19]図１に示すように、バイアス回路１０５は、ハイサイド信号線１２２に接続された第１の電流源１０６及びローサイド信号線１２４に接続された第２の電流源１０８を含む。第２の電流源１０８はまた、グランドに接続される。第１の電流源１０６と第２の電流源１０８の両方は第１の電源１２６によって給電される。これは、電流源１０６、１０８が同時にアクティブであることを保証し、信号線１２２、１２４にバイアス電圧及び電流を提供するための完全な回路を形成する。例示的な実施形態では、第１の電流源１０６及び第２の電流源１０８はスイッチとして動作する。電流源１０６及び１０８は、様々な手段を用いて実装することができる。例えば、いくつかの実施形態では、電流源１０６及び１０８のうちの一方又は両方は、バイポーラ接合トランジスタを含む。他の実施形態では、電流源は、電界効果トランジスタ、機械式スイッチ、機械式リレー、又は抵抗ネットワークを使用して実装される。他の実施形態では、電流源は、当業者に知られている別の種類の電流源を使用して実装される。
【００１７】
[20]第１の電流源１０６はまた、電流源１０６によって供給される電流を制御するために正確な電圧を提供することによって第１の電流源１０６を駆動する、高精度電圧基準１１０に接続される。いくつかの例示的な実施形態では、高精度電圧基準１１０はツェナーダイオードである。他の実施形態では、高精度電圧基準１１０は抵抗分割回路である。他の実施形態では、高精度電圧基準１１０は、当業者に知られた別の種類の高精度電圧基準であってもよい。図１に示されるように、いくつかの実施形態では、高精度電圧基準１１０はグランドに接続されてもよい。
【００１８】
[21]バイアス回路１０５はまた、抵抗１１２、１１４、１１６、１１８及び１２０で示されるような１つ又は複数のバイアス及び／又は電流制限抵抗を含んでもよい。例えば、高精度電圧基準１１０及び電流源１０６は、それぞれ抵抗１１２及び１１４を介して第１の電源１２６に接続される。電流源１０６は抵抗１１６によってハイサイド信号線１２２に接続される。電流源１０８は、抵抗器１２０を介して第１の電源１２６に接続され、抵抗１１８を介してローサイド信号線１２４に接続される。抵抗のペアが抵抗１１６、１１８、１２０について示されるが、各ペアを単一の抵抗で置き換えることができることを理解すべきである。
【００１９】
[22]動作において、通信システム１００は、第１の電源１２６による給電又は第２の電源１２８による給電の一方で動作するが、その両方では動作しない。第１の電源１２６が活性化されると、バイアス回路１０５は第１の電源１２６によって電源投入され、第１の電流源１０６に供給される電圧は高精度電圧基準１１０により制御される。したがって、第１の電源１２６が電源投球されると、高精度電圧基準１１０は第１の電流源１０６をオンにする。ドライバ１０２は第２の電源１２８によって電力供給されるので、ドライバ１０２は、バイアス回路１０５がアクティブであるときに電力供給されず又はアクティブにならない。ドライバ１０２からオプションのコネクタ１０４に延びるハイサイド信号線１２２は、電流源１０６に接続される。電流源１０６は、オプションのコネクタ１０４を介してハイサイド信号線１２２に一定の電圧及び電流を供給し、オプションのコネクタ１０４は、（例えば受信機であってもよい）デバイス１３０へ、ケーブル１３２を介して電圧及び電流を送る。例示的な実施形態では、電圧及び電流の範囲はシステム要件に応じて変わる。電圧及び電流は、デバイス１３０内の終端素子（例えば抵抗であってもよい）を通り、ケーブル１３２を介してオプションのコネクタ１０４に、そしてローサイド信号線１２４に戻る。電圧及び電流は電流源１０８を通って回路を完成する。電流源１０８は、ローサイド信号線１２４に電圧や電流を供給するために動作される必要がないことに留意すべきである。その代わりに、電流源１０８は、ローサイド信号線１２４（及び、したがって、電流源１０６によって信号線１２２に押し出された電流）を（例えばシステムグランドなどの）電流シンクに結合するスイッチとして機能する。
【００２０】
[23]例示的な実施形態では、図１に示すシステム１００は、一次側及び冗長側の両方を含む交差ストラップ差動通信システムに組み込まれる。このような実施形態では、一次側は第１の電源１２６によって電力供給することができ、冗長側は第２の電源１２８によって電力供給することができる。図１のドライバ１０２は第２の電源１２８によって電力供給されるので、システム１００は、図１に示すように、そのような実施形態において、交差ストラップ差動通信システムの冗長側の送信機を表す。一次側の送信機は、図１に示すシステム１００のものと実質的に同一の概略図を含み、１つの相違点を有する。第１の電源１２６は一次側においてドライバ１０２に電力を供給し、第２の電源１２８は一次側においてバイアス回路１０５に電力を供給する。上述したように、電源１２６、１２８は、同時にアクティブではない。冗長側において、バイアス回路１０５は第１の電源１２６に接続されるので、バイアス回路１０５は、一次ドライバが電源投入されたときにアクティブになるにすぎない。同様に、一次側におけるバイアス回路は、冗長側のドライバ１０２が電源投入されたときにアクティブになるにすぎない。この設計は、交差ストラップ差動通信システムのそれぞれの側におけるバイアス回路がドライバの正常な動作を妨げないことを保証する。
【００２１】
[24]図２は、本開示の一実施形態による例示的な差動通信システム２００を示すブロック図である。システム２００は、ドライバ１０２、オプションのコネクタ１０４、バイアス回路２０５、第１の電源（ＰＳ１）及び第２の電源（ＰＳ２）を含む。例示的な実施形態では、バイアス回路２０５は、４つの電流源１０６、１０８、２０６、２０８及び２つの高精度電圧基準１１０、２１０を含む。バイアス回路２０５はまた、図示される抵抗１１２、１１４、１１６、１１８、１２０、２１２、２１４、２１６、２１８、２２０などの１つ又は複数のバイアス及び／又は電流制限抵抗を含んでいてもよい。図１に示されるデバイス１３０及び接続ケーブル１３２は図を明瞭にするために図２に示されていないが、これらのコンポーネントがシステム２００の一部であってもよいことが理解されるべきである。システム１００と同様に、いくつかの実施形態では、システム２００は、交差ストラップ差動通信システムにおいて実施することができる。
【００２２】
[25]システム２００はシステム１００と同様であるので、相違点のみを説明する。しかし、図１において説明された、同様に名付けられて符号が付された要素が、同じオプション及び代替例を用いて図２に関して同じように動作し、その逆でもあることを理解すべきである。システム２００は、ハイサイド信号線１２２に接続された第２の電流源２０６を含む。電流源１０６と同様に、電流源２０６は、抵抗２１４、２１６を介して、第１の電源１２６及びハイサイド信号線１２２に接続される。電流源２０６はまた、高精度電圧基準２１０に接続される。電流源２０６は、電流源１０６と並列に、第１の電源１２６及びハイサイド信号線１２２に接続される。電流源２０６及び高精度電圧基準２１０は、図１に関して上述した電流源１０６及び高精度電圧基準１１０と同様の特性を有する。
【００２３】
[26]システム２００はまた、ローサイド信号線１２４に接続された第２の電流源２０８を含む。電流源１０８と同様に、電流源２０８はまた、第１の電源１２６及びローサイド信号線１２４に接続される。電流源２０８はまた、システムグランドに接続される。電流源２０８は、電流源１０８と並列に、第１の電源１２６及びシステムグランドに接続される。電流源２０８は、図１に関して上述した電流源１０８と同様の特性を有する。
【００２４】
[27]各電流源１０６、１０８、２０６、２０８は第１の電源１２６によって給電されるので、電流源１０６、１０８、２０６、２０８は同時にアクティブになる。電流源１０６、１０８、２０６、２０８がアクティブであるとき、これは、信号線にバイアス電圧及び電流を提供するための完全な回路を形成する。両方の電流源１０６、２０６が動作可能であるとき、電流源１０６、２０６は、ハイサイドの信号線１２２に供給される電流及び電圧を共有する。電流源１０６、２０６のうちの１つに故障がある場合、システム２００は、まだ動作可能である電流源を使用した動作が可能である。したがって、電流源１０６、２０６及び高精度電圧基準１１０、２１０の仕様は、ハイサイド信号線１２２に接続される単一の電流で動作するシステム２００に基づいて決定される。
【００２５】
[28]同様に、電流源１０８、２０８の両方が動作可能であるとき、電流源１０８、２０８は、ローサイド信号線１２４から受け取る電流及び電圧を共有する。電流源１０８、２０８のいずれかに障害がある場合、システム２００は、まだ動作可能である電流源を使用して動作することが可能である。したがって、電流源１０８、２０８の仕様は、ハイサイド信号線１２２上の単一の電流源で動作するシステムに基づいて決定される。
【００２６】
[29]図３は、本開示の一実施形態による例示的な差動通信システム３００を示すブロック図である。システム３００は、ドライバ１０２、オプションのコネクタ１０４、バイアス回路３０５、第１の電源（ＰＳ１）及び第２の電源（ＰＳ２）を含む。バイアス回路３０５は、電流源がトランジスタを用いて実施することができ、電圧基準がツェナーダイオードを用いて実施することができる、バイアス回路２０５の例の１つの例示的な実施形態を含む。例示的な実施形態では、バイアス回路３０５は、４つのトランジスタ３０６、３０８、３１０、３１２及び２つのツェナーダイオード３１４、３１６を含む。バイアス回路３０５はまた、図示される抵抗３１８、３２０、３２２、３２４、３２６、３２８、３３０、３３２、３３４、３３６のような１つ又は複数のバイアス及び／又は電流制限抵抗を含んでもよい。図１に示されるデバイス１３０及び接続ケーブル１３２は、図を明瞭にする目的で、図３に示されていないが、それらのコンポーネントがシステム３００の一部であり得ることが理解されるべきである。システム１００と同様に、いくつかの実施形態において、システム３００は、交差ストラップ差動通信システムにおいて実施することができる。
【００２７】
[30]バイアス回路３０５内のトランジスタ３０６、３０８、３１０、３１２は、ペアへと編成される。第１のペアのトランジスタはトランジスタ３０６、３０８を含み、第２のペアのトランジスタはトランジスタ３１０、３１２を含む。第１のペアのトランジスタ３０６、３０８は、第１の電源１２６及びハイサイド信号線１２２に並列に接続される。第２のペアのトランジスタ３１０、３１２は、ローサイド信号線１２４及びシステムグランドに並列に接続される。例示的な実施形態では、トランジスタ３０６、３０８、３１０、３１２は、ＮＰＮバイポーラ接合トランジスタである。他の実施形態では、トランジスタ３０６、３０８、３１０、３１２は、ＰＮＰバイポーラ接合トランジスタである。トランジスタ３０６、３０８、３１０、３１２は、図３のバイポーラ接合トランジスタとして示されているが、異なる種類のトランジスタをバイアス回路３０５において使用することができることが理解されるべきである。例えば、トランジスタ３０６、３０８、３１０、３１２は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタであってもよい。
【００２８】
[31]例示的な実施形態では、トランジスタ３０６、３０８、３１０、３１２の最小閾値は、システム３００が、各ペアにおける単一のアクティブなトランジスタによっても動作範囲内で動作を維持し続けることができるように決定される。したがって、バイアス回路３０５は４つのトランジスタ３０６、３０８、３１０、３１２を有するように示されるが、いくつかの実施形態では、バイアス回路３０５は、各ペアの一方のトランジスタのみによってシステム３００のためのフェイルセーフバイアスを行うことができる。トランジスタ３０６、３０８、３１０、３１２を並列のペアに組織し、適切な最小閾値を選択することによって、バイアス回路３０５は、トランジスタ３０６、３０８、３１０、３１２のうちのいずれかに障害が発生した場合に、耐故障性を提供する。例示的な実施形態では、バイアス回路３０５はまた、４つより多くのトランジスタを含むように構成することができる。
【００２９】
[32]第１のペアの各トランジスタ３０６、３０８のベースは、それぞれ、ツェナーダイオード３１４、３１６のカソードに接続される。第１のペアの各トランジスタ３０６、３０８のコレクタは、抵抗３２０、３２６を介して第１の電源１２６に接続される。第１のペアの各トランジスタ３０６、３０８のエミッタは、直列に接続された抵抗３２２、３２８のペアを介してハイサイド信号線１２２に接続される。例示的な実施形態では、トランジスタ３０６、３０８はスイッチとして動作するようにバイアスされる。
【００３０】
[33]第２のペアの各トランジスタ３１０、３１２のベースは、直列に接続される抵抗３３２、３３６のペアを介して、第１の電源１２６に接続される。第２のペアの各トランジスタ３１０、３１２のコレクタは、直列に接続される抵抗３３０、３３４のペアを介して、ローサイド信号線１２４に接続される。第２のペアの各トランジスタ３１０、３１２のエミッタは接地される。第２のペアのトランジスタ３１０、３１２は、信号線１２２、１２４を介して回路を完成するために、ローサイド信号線１２４に接続される。例示的な実施形態では、トランジスタ３１０、３１２はスイッチとして動作するようにバイアスされる。
【００３１】
[34]抵抗３２２、３２８、３３０、３３２、３３４、３３６のうちのいくつかは、システムの耐故障性を高めるために、ペアへとグループ化される。例示的な実施形態では、耐故障性は必要ではなく、抵抗のペアは単一の抵抗によって置き換えられる。抵抗３２２、３２８、３３０、３３２、３３４、３３６をペアへと組織化することにより、単一の短絡抵抗は、バイアス回路３０５の継続的な動作を妨げない。抵抗３１８、３２０、３２２、３２４、３２６、３２８、３３０、３３２、３３４、３３６の値は、信号線１２２、１２４に供給される電圧及び電流を変更するために調整することができる。例示的な実施形態では、抵抗３２２、３２８、３３０、３３４の値は３２４オームである。例示的な実施形態では、抵抗器３２０、３２６の値は１キロオームである。例示的な実施形態では、抵抗３１８、３２４の値は４．９９キロオームである。例示的な実施形態では、抵抗３３２、３３６の値は１．５キロオームである。
【００３２】
[35]ツェナーダイオード３１４、３１６は、トランジスタ３０６、３０８のための高精度電圧基準／レギュレータとして動作する。各ツェナーダイオード３１４、３１６のアノードはシステムグランドに接続される。各ツェナーダイオード３１４、３１６のカソードは、ツェナーダイオード３１４、３１６と直列に接続された抵抗３１８、３２４を介して、第１の電源１２６に接続される。単一の抵抗３１８、３２４は、ツェナーダイオード３１４、３１６を流れる電流を制限する。
【００３３】
[36]バイアス回路３０５は第１の電源１２６によって電源投入される。第１のペアのトランジスタ３０６、３０８のベースに供給される電圧は、ツェナーダイオード３１４、３１６によって制御される。したがって、第１の電源１２６が電源投入されると、ツェナーダイオード３１４、３１６をバイアスし、トランジスタ３０６、３０８をオンにする。ツェナーダイオードは時間及び変化する負荷にわたって安定化された電圧出力を提供するので、ツェナーダイオードは、差動線に対する電圧を正確に知ることを保証する管理可能な方法を提供する。例示的な実施形態では、ツェナーダイオード３１４、３１６は、トランジスタ３０６、３０８のベースに２．４ボルトを供給するように設定され、トランジスタ３０６、３０８のベース−エミッタ電圧降下は約０．７ボルトである。第１の電源１２６が電源投入されると、これはまた、トランジスタ３１０、３１２をオンにする。
【００３４】
[37]全てのトランジスタが動作可能であるとき、トランジスタ３０６、３０８は電流を共有し、トランジスタ３１０、３１２は電流を共有する。バイアス回路３０５がアクティブであるとき、トランジスタ３０６、３０８は、ドライバ１０２からオプションのコネクタ１０４へ延びるハイサイド信号線１２２に、一定の電圧及び電流を供給する。一定の電圧及び電流は、オプションのコネクタ１０４を介して供給され、それはケーブル１３２を介してデバイス１３０に電圧及び電流を送る。電圧及び電流はデバイス１３０内の終端抵抗を通過し、ケーブル１３４を介してオプションのコネクタ１０４に戻る。電圧及び電流は、第２のペアのトランジスタ３１０、３１２を介してシステムのグランドを通過し、回路を完成する。
【００３５】
[38]図４は、本開示の一実施形態による例示的な差動通信システム４００を示すブロック図である。システム４００は、ドライバ１０２、オプションのコネクタ１０４、バイアス回路４０５及び第１の電源（ＰＳ１）１２６を含む。例示的な実施形態では、バイアス回路４０５は、４つのトランジスタ４０６、４０８、４１０、４１２、２つのツェナーダイオード４１４、４１６、及び複数の抵抗４１８、４２０、４２２、４２４、４２６、４２８、４３０、４３２、４３４、４３６を含む。デバイス１３０及び接続ケーブル１３２は、図を明瞭にするために図４に示されていないが、それらのコンポーネントがシステム４００の一部となり得ることが理解されるべきである。いくつかの実施形態では、システム４００は、高信頼性の、単一ストリームの差動通信システムにおいて実施される。
【００３６】
[39]システム４００は、システム３００と同様に機能し、１つの大きな相違点を有する。システム３００が２つの異なる（及び冗長な）電源を使用して実施される一方、システム４００は単一の電源を含むにすぎない。ドライバ１０２及びバイアス回路４０５は、両方が、第１の電源１２６によって電力供給されるので、システム４００は、ドライバ１０２及びバイアス回路４０５が同時にアクティブでないことを保証するために、バイアス回路４０５を係合するための別の機構を含む。上述したように、バイアス回路はドライバの通常の動作を妨げるので、ドライバと同時にバイアス回路をアクティブにすることは望ましくない。
【００３７】
[40]システム４００のコンポーネントの動作はシステム３００内のコンポーネントと同様であるので、システム間の相違点のみを説明する。したがって、システム３００に関連して上述した変形例がシステム４００にも適用されることが理解されるべきである。
【００３８】
[41]ドライバ１０２及びトランジスタ４０６、４０８は第１の電源１２６に接続される。バイアス回路４０５がドライバ１０２の通常の動作に干渉することを防止するために、システム４００は、バイアス回路４０５及びドライバ１０２を有効又は無効にするバイアス回路コントローラ４５０を含む。例示的な実施形態では、バイアス回路コントローラ４５０は、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ、プロセッサ、パワーオンリセット回路、又は当技術分野の当業者に知られているいくつかの他の外部コントローラを含んでもよい。
【００３９】
[42]バイアス回路コントローラ４５０は、トランジスタ４０６、４０８、４１０、４１２を有効／無効にする論理レベル信号４３８を提供する。トランジスタ４０６、４０８、４１０、４１２がバイアス回路コントローラ４５０によって有効にされるとき、バイアス回路４０５が活性化される。バイアス回路４０５がアクティブであるとき、ツェナーダイオード４１６、４１８は、図３を参照して上述したのと同様の方法でバイアスされる。バイアス回路４０５は、ドライバ１０２が動作していないときにアクティブであるにすぎないので、ドライバ１０２に提供される論理レベル信号４４０は、トランジスタ４０６、４０８、４１０、４１２に提供される論理レベル信号４３８とは反対である。したがって、システム４００の適切な動作は、トランジスタ４０６、４０８、４１０、４１２がドライバ１０２と比較して反対の状態にあることをバイアス回路コントローラ４５０が補償することを必要とする。
【００４０】
[43]例示的な実施形態では、システム４００を参照して上述したバイアス回路コントローラ４５０は、同様にシステム１００、２００及び３００のいずれかの実施形態において利用することができる。このようなコントローラの使用は、バイアス回路１０４、２０５、３０５に対するより高いレベルの制御が望ましい状況において有益であり得る。
【００４１】
[44]図１〜図４を参照して上述したバイアス回路１０５、２０５、３０５、４０５は、雑音を経験する単一ストリームの差動通信システムに対して十分な雑音マージンを提供するためには必ずしも有効でないフェイルセーフバイアス抵抗を置換するのに使用することができる。バイアス回路１０５、２０５、３０５、４０５は、ケーブルがアクティブに駆動されていないときに受信機への信号を維持するために電圧及び電流を提供するので、バイアス回路１０５、２０５、３０５、４０５は、ケーブルに結合する雑音のために受信機が自律的に切り替わるのを防ぐ。
【００４２】
[45]さらに、バイアス回路はドライバが非アクティブのときに関与するにすぎないので、バイアス回路１０５、２０５、３０５、４０５は、アクティブであるドライバの性能を阻害しない。バイアス回路１０５、２０５、３０５については、バイアス回路及びドライバが異なる電源によって活性化されるので、これが保証される。バイアス回路４０５については、ドライバが動作可能であるときにバイアス回路４０５が電源が投入されないことを確実にするようにバイアス回路４０５及びドライバ１０２を制御するために、コントローラを使用することができる。したがって、バイアス回路１０５、２０５、３０５、４０５は、ドライバの正常な動作を妨害しないので、フェイルセーフバイアス抵抗を採用した従来のシステムに対して大きな利点をもたらす。
【００４３】
[46]図５は、差動通信システム１００、２００、３００、４００などの差動通信システムにフェイルセーフバイアスを提供するための方法５００を示すフローチャートである。
【００４４】
[47]この方法は、５０２において開始し、第１の電源によって電圧供給される第１の電流源を使用して、第１の信号線にバイアス電流及びバイアス電圧を印加する。一実施形態では、第１の信号線にバイアス電流及びバイアス電圧を印加することは、第１の電源がオンにされたときにバイアスされる第１の高精度電圧基準からの基準電圧で第１の電流源をオンにすることをさらに含むことができる。その場合、方法は、５０２において、第１の電源によって電力供給される高精度電圧基準で第１の電流源を駆動することによって、バイアス電流を調整することをさらに含んでもよい。
【００４５】
[48]第１の電流源は、第１の信号線と第１の電源との間に接続されてもよい。他の例示的な実施形態では、バイアス電流及びバイアス電圧を印加することは、第１の電流源に論理レベル信号を提供することをさらに含む。例示的な実施形態では、論理レベル信号は、図４を参照して上述したバイアス回路コントローラ４５０などのコントローラによって提供される。
【００４６】
[49]方法は、５０４に進み、第１の電源によって電力供給される第２の電流源を用いて第２の信号線を電流シンクに接続する。一実施形態では、第２の信号線を接続することは、第１の電源からの電圧で第２の電流源をオンにすることをさらに含んでもよい。第２の電流源は、第２の信号線と（例えば、システムグランドなどの）電流シンクとの間に接続されてもよい。例示的な実施形態では、第２の信号線を電流シンクに接続することは、第２の電流源に論理レベル信号を提供することをさらに含む。例示的な実施形態では、論理レベル信号は、図４を参照して上述したバイアス回路コントローラ４５０などのコントローラによって提供される。
【００４７】
[50]方法は次いで５０６に進み、第１の信号線と第２の信号線との間のバイアス電流のための電気経路（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｐａｔｈ）は、少なくとも１つのケーブルによって第１の信号線及び第２の信号線に接続された電気デバイスによって完成される。上述したように、差動信号ドライバは、第１の信号線と第２の信号線との間に接続され、第１の信号線及び第２の信号線にわたる差動信号を送信するように構成される。いくつかの実施形態では、差動信号ドライバは第２の電源に接続され、第２の電源は第１の電源が活性化されるときに非活性化され、逆もまた同様である。その場合、第１の信号線及び第２の信号線を介したバイアス電流は、第１の電源が活性化されているときにのみ印加される。これにより、（差動信号ドライバが動作していないときに発生する可能性がある）ケーブル上の雑音がバイアス信号と比較して無視できる程度になるように、外部電気デバイスにバイアス信号が提供される。
【００４８】
[51]上述のように、第１の電源が活性化されるときに第１の電流源は第１の電源によって電源投入され、第１の電流源に供給される電圧は高精度電圧基準によって制御することができる。その場合、第１の電源が電源投入されると、高精度電圧基準は第１の電流源をオンにする。電圧及び電流は、第２の信号線へと、電気デバイス内の終端素子（例えば、抵抗であってもよい）を通過する。電圧及び電流は、第２の電流源を介して電流シンクへと通過して、回路を完成する。
【００４９】
[52]他の実施形態では、さらなる電流源が耐故障性を提供するために含まれてもよい。このような実施形態では、第３の電流源が、第１の信号線と第１の電源との間に、第１の電流源と並列に接続されてもよい。また、第２の信号線は、第１の電源によって給電されて第２の電流源と並列に接続された、第４の電流源を用いて電流シンクに接続されてもよい。第１の電流源及び第３の電流源は、第１の信号線に印加されるバイアス電流及びバイアス電圧の一部を提供するように構成される。第２の電流源及び第４の電流源は、第２の信号線からの電圧及び電流の一部を受け取るように構成される。例示的な実施形態では、第３の電流源及び第４の電流源は、それぞれ第１及び第２の電流源と同様の特性を有する。
【００５０】
[53]いくつかの実施形態では、フェイルセーフバイアスは、差動通信システムの送信機において行われる。このような実施形態では、バイアス電流及びバイアス電圧は、差動通信システムの受信機に送られる。他の実施形態では、フェイルセーフバイアスは、差動通信システムの受信機において行われる。
例示的な実施形態
[54]例１は、差動通信システムの送信機を含み、第１の電源に接続された差動信号ドライバと、第１の信号線及び第２の信号線を含む差動線（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｌｉｎｅ）と、第２の電源に接続されたフェイルセーフバイアス回路とを備え、フェイルセーフバイアス回路は、第２の電源と第１の信号線との間に接続された第１の電流源と、第１の電流源に直接接続され、第１の電流源によって生成された電流を駆動する基準電圧を出力する、第１の高精度電圧基準と、第２の信号線及び電流シンクに接続され、第２の電源によって供給される電圧により駆動される、第２の電流源とを含む。
【００５１】
[55]例２は、例１の差動通信システムを含み、フェイルセーフバイアス回路は、第２の電源と第１の信号線との間に接続され、第１の電流源と並列に第２の電源及び第１の信号線に接続される、第３の電流源と、第３の電流源に直接接続され、第３の電流源によって生成される電流を駆動する基準電圧を出力する、第２の高精度電圧基準と、第２の信号線及びシステムグランドに接続され、第２の電源によって供給される電圧によって駆動され、第２の電流源と並列に第２の電源及び第２の信号線に接続された、第４の電流源とをさらに含む。
【００５２】
[56]例３は、例１〜２のいずれかの差動通信システムを含み、第１の電流源及び第２の電流源は、それぞれ、電界効果トランジスタ、機械式スイッチ、機械式リレー、及び抵抗ネットワークからなる群から選択される。
【００５３】
[57]例４は、例１〜３の差動通信システムを含み、第１の高精度電圧基準は、ツェナーダイオード及び抵抗分割回路からなる群から選択される。
【００５４】
[58]例５は、例１〜４のいずれかの差動通信システムを含み、システムは、第１の電源及び第２の電源のうちの一方のみが一度に電源投入されるように構成される。
【００５５】
[59]例６は、バイアス回路を含み、当該回路は、第１の信号線及び第２の信号線を含む差動通信線と、電源と第１の信号線との間に接続された第１の電流源と、第１の電流源に接続され、第１の電流源によって生成される電流を駆動する基準電圧を出力する、第１の高精度電圧基準と、第２の信号線及びシステムグランドに接続された第２の電流源とを備える。
【００５６】
[60]例７は、例６のバイアス回路を含み、電源と第１の信号線との間に接続され、第１の電流源と並列に電源及び第１の信号線に接続された、第３の電流源と、第３の電流源に接続され、第３の電流源によって生成される電流を駆動する基準電圧を出力する、第２の高精度電圧基準と、第２の信号線及びシステムグランドに接続された第４の電流源とをさらに備え、第２の電流源及び第４の電流源は、電源によって供給される電圧によって駆動される。
【００５７】
[61]例８は、例７のバイアス回路を含み、第１の電流源、第２の電流源、第３の電流源及び第４の電流源は、それぞれ、電界効果トランジスタ、機械式スイッチ、機械式リレー及び抵抗ネットワークからなる群から選択される。
【００５８】
[62]例９は、例７のバイアス回路を含み、第１の高精度電圧基準及び第２の高精度電圧基準は、それぞれ、ツェナーダイオードを含む。
【００５９】
[63]例１０は、例６〜９のいずれかのバイアス回路を含み、当該バイアス回路は、差動通信システムの送信機において実施される。
【００６０】
[64]例１１は、例６〜１０のいずれかのバイアス回路を含み、当該バイアス回路は、差動通信システムの受信機において実施される。
【００６１】
[65]例１２は、例６〜１１のいずれかのバイアス回路を含み、当該バイアス回路は、交差ストラップ差動通信システムの一次側及び冗長側の両方において実施される。
【００６２】
[66]例１３は、例６〜１２のいずれかのバイアス回路を含み、当該バイアス回路は、単一ストリームの差動通信システムにおいて実施される。
【００６３】
[67]例１４は、例６〜１３のバイアス回路を含み、第１の電流源及び第２の電流源を有効又は無効にする論理レベル信号を提供するように構成されたコントローラをさらに備え、第２の電流源はコントローラによって供給される電圧により駆動される。
【００６４】
[68]例１５は、差動通信システムのためのフェイルセーフバイアスを提供する方法を含み、当該方法は、第１の電源によって電力供給される第１の電流源を使用して、第１の信号線にバイアス電流及びバイアス電圧を印加するステップと、第２の電流源を使用して、電流シンクに第２の信号線を接続するステップとを含み、第１の信号線と第２の信号線との間のバイアス電流のための電気経路は、少なくとも１つのケーブルによって第１の信号線及び第２の信号線に接続された電気デバイスによって完成される。
【００６５】
[69]例１６は、例１５の方法を含み、バイアス電流及びバイアス電圧を印加するステップは、第１の電流源を有効にするためにコントローラによって第１の論理レベル信号を提供するステップをさらに含み、電流シンクに第２の信号線を接続するステップは、第２の電流源を有効にするためにコントローラによって第２の論理レベル信号を提供することをさらに含む。
【００６６】
[70]例１７は、例１５〜１６のいずれかの方法を含みバイアス電流及びバイアス電圧を第１の信号線に印加するステップは、第１の電源によって電力供給される第３の電流源を使用するステップをさらに含み、電流シンクに第２の信号線を接続するステップは、第４の電流源を使用するステップをさらに含み、第２の電流源及び第４の電流源は第１の電源によって電力供給される。
【００６７】
[71]例１８は、例１７の方法を含み、第１の電流源及び第３の電流源の両方がバイアス電流及びバイアス電圧の一部を第１の信号線に提供するように構成されるように、第１の電流源及び第３の電流源を並列に接続するステップと、第２の電流源及び第４の電流源の両方が第２の信号線からの電流及び電圧の一部を受け取るように構成されるように、第２の電流源及び第４の電流源を並列に接続するステップとをさらに含む。
【００６８】
[72]例１９は、例１５〜１８のいずれかの方法を含み、高精度電圧基準を用いて第１の電流源を駆動することによってバイアス電流を調整するステップをさらに含み、高精度電圧基準は第１の電源によって電力供給される。
【００６９】
[73]例２０は、例１５〜１９のいずれかの方法を含み、差動信号ドライバが、第１の信号線及び第２の信号線に接続され、第１の信号線及び第２の信号線にわたる差動信号を送るように構成され、差動信号ドライバは第２の電源に接続され、第２の電源は第１の電源が活性化されるときはいつでも非活性化される。
【００７０】
[74]様々な代替的な実施形態において、（例えば、バイアス回路コントローラなどの）本開示全体にわたって説明されるシステム要素、方法ステップ又は例は、１つ又は複数のコンピュータシステム、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、又は、それらの要素、工程又は例を実現するための、非一時的なデータストレージハードウェアデバイスに格納される、プロセッサ実行コードを含む同様のデバイス上で実施することができる。したがって、本開示の他の実施形態は、コンピュータシステムによって実施されると、当該コンピュータシステムが本明細書に記載の実施形態を実施することを可能にする、コンピュータ読み取り可能な媒体上に存在するプログラム命令を含む要素を含むことができる。本明細書で使用されるとき、「コンピュータ読み取り可能な媒体」という語は、非一時的な物理的形態を有する有形のメモリストレージデバイスを指す。このような非一時的な物理的形態は、パンチカード、磁気ディスク又はテープ、任意の光学データストレージシステム、フラッシュ読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、不揮発性ＲＯＭ、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、消去可能プログラマブルＲＯＭ（Ｅ−ＰＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、又は、物理的な有形の形態を有する、任意の他の形式の永久的、半永久的もしくは一時的なメモリストレージシステムもしくはデバイスなどであるがこれらに限定されない、コンピュータメモリデバイスを含んでもよい。プログラム命令は、コンピュータシステムのプロセッサによって実行されるコンピュータ実行可能命令、及び超高速集積回路（ＶＨＳＩＣ）ハードウェア記述言語（ＶＨＤＬ）などのハードウェア記述言語を含みが、これらに限定されるものではない。
【００７１】
[75]特定の実施形態を例示して説明したが、同じ目的を達成するためになされる任意の構成を示された特定の実施形態の代わりに用いてもよいことが当業者により理解されよう。本願は、本発明のいかなる改変及び変更をも包含するよう意図される。したがって、本発明が特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されることが明白に意図される。
【図１】
2016192763.tif 000003
【図２】
2016192763.tif 000004
【図３】
2016192763.tif 000005
【図４】
2016192763.tif 000006
【図５】
2016192763.tif 000007
【外国語明細書】
2016192763000001.pdf