入出力回路
【課題】昇圧した電圧でＬＣＤを駆動するような場合でも、その共用の入出力端子から実用的な出力データ信号の出力が可能となる。
【解決手段】入出力回路１００において、スリーステート出力バッファが出力データ信号とＬＣＤ駆動信号の両方に対してそれぞれ第１、第２出力バッファ１０６、１０８として設けられ、第１出力バッファ１０６を構成するＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のソース端子に電源電圧Ｖ１が供給され、且つ出力データ信号が出力として選択されていない状態でＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１１８のバックゲート端子に電源電圧Ｖ１から昇圧された昇圧電圧Ｖ２が供給され、更に、第２出力バッファ１０８を構成するＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のソース端子とバックゲート端子とに昇圧電圧Ｖ２が供給される。
【解決手段】入出力回路１００において、スリーステート出力バッファが出力データ信号とＬＣＤ駆動信号の両方に対してそれぞれ第１、第２出力バッファ１０６、１０８として設けられ、第１出力バッファ１０６を構成するＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のソース端子に電源電圧Ｖ１が供給され、且つ出力データ信号が出力として選択されていない状態でＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１１８のバックゲート端子に電源電圧Ｖ１から昇圧された昇圧電圧Ｖ２が供給され、更に、第２出力バッファ１０８を構成するＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のソース端子とバックゲート端子とに昇圧電圧Ｖ２が供給される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源電圧によって生成された出力データ信号とＬＣＤを駆動するためのＬＣＤ駆動信号のうちの少なくともいずれかが入力されるスリーステート出力バッファと、該スリーステート出力バッファの出力に接続されるとともに該出力データ信号と該ＬＣＤ駆動信号のうちのいずれかが出力として選択され出力される１つの入出力端子と、を有する入出力回路に係り、特にディジタルキャリパ、ディジタルマイクロメータ、ディジタルインジケータ、ハイトゲージ、シリンダゲージなどのＬＣＤ表示が付いた電池駆動のディジタル測定器（ハンドツール）において電池電圧を昇圧した電圧でＬＣＤを駆動するような場合でも、その入出力端子を入出力データ信号のために使用可能とする入出力回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に示す如く、電源電圧によって生成された出力データ信号とＬＣＤを駆動するためのＬＣＤ駆動信号のうちの該出力データ信号が入力されるスリーステート出力バッファと、該スリーステート出力バッファの出力に接続されるとともに該出力データ信号と該ＬＣＤ駆動信号のうちのいずれかが出力として選択され出力される１つの入出力端子（ＳＥＧ端子）と、を有する入出力回路が提案されている。言い換えれば、特許文献１は、ＬＣＤ駆動回路がＬＣＤ駆動信号を出力する入出力端子が汎用の入出力データ信号のための端子を備えている。この種のＬＣＤ駆動回路を有するマイクロコントローラの場合には、入出力端子を汎用的に使えるため、入出力端子が冗長性を持つこととなり、一種類のマイクロコントローラでも、より多様なシステムに対応させることができる。なお、一般にはＬＣＤ駆動信号の最高電位は、マイクロコントローラの電源電圧と同じ、即ち入出力データ信号のＨレベル電位と同じレベルとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−６１４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ハンドツールに使われるマイクロコントローラでは、電池の省スペース化の要求や太陽電池の使用などで、低電圧（例えば１．５Ｖ系の電池電源）での動作が必要とされている場合が多い。その場合には、昇圧回路を用いて電源電圧を昇圧した昇圧電圧（例えば１．５Ｖから３Ｖ）でＬＣＤ駆動信号の最高電位を構成する。すると、入出力端子を共用としている関係上、通常は入出力データ信号のＨレベル電位も昇圧電圧と同一となる。
【０００５】
ここで、このような場合に用いられる昇圧回路は、電池駆動であるので一般に省電力という観点から複数のコンデンサを備えて、それらのコンデンサの接続をスイッチングするというスイッチドキャパシタタイプのチャージポンプ回路で実現される。即ち、昇圧電圧は、コンデンサの電荷をバケツリレーするようにスイッチングすることで得られている。このため、入出力端子からは非常に少ない電流しか出力することができない。つまり、ＬＣＤ駆動信号を出力する出力端子をそのまま使用して外部との入出力データ信号のやり取りを行う場合には、出力端子に接続される負荷容量は非常に軽く且つＤＣ電流が流れない状態である必要が出てくる。即ち、低電圧動作のマイクロコントローラと昇圧回路との組み合わせでは、実用的な出力データ信号の出力を行うのは困難であった。
【０００６】
本発明は、前記問題点を解消するべくなされたもので、昇圧した電圧でＬＣＤを駆動するような場合でも、その共用の入出力端子から実用的な出力データ信号の出力を可能とする入出力回路を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の請求項１に係る発明は、電源電圧によって生成された出力データ信号とＬＣＤを駆動するためのＬＣＤ駆動信号のうちの少なくともいずれかが入力されるスリーステート出力バッファと、該スリーステート出力バッファの出力に接続されるとともに該出力データ信号と該ＬＣＤ駆動信号のうちのいずれかが出力として選択され出力される１つの入出力端子と、を有する入出力回路において、前記スリーステート出力バッファが前記出力データ信号と前記ＬＣＤ駆動信号の両方に対してそれぞれ第１、第２出力バッファとして設けられ、該第１出力バッファを構成するＰ型基板によるＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくはＮ型基板によるＮチャンネルＭＯＳトランジスタのソース端子に前記電源電圧が供給され、且つ少なくとも前記出力データ信号が出力として選択されていない状態で前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくは前記ＮチャンネルＭＯＳトランジスタのバックゲート端子に該電源電圧から昇圧された昇圧電圧が供給され、更に、前記第２出力バッファを構成するＰ型基板によるＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくはＮ型基板によるＮチャンネルＭＯＳトランジスタのソース端子とバックゲート端子とに前記昇圧電圧が供給されたことにより、前記課題を解決したものである。
【０００８】
本願の請求項２に係る発明は、更に、前記入出力端子に対して、前記出力データ信号が出力として選択されている状態で且つ前記ＬＣＤ駆動信号が出力として選択されていない状態で前記第１出力バッファのＰ型基板による前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくはＮ型基板による前記ＮチャンネルＭＯＳトランジスタのバックゲート端子に前記電源電圧の供給がなされ、前記出力データ信号が出力として選択されていない状態で且つ前記ＬＣＤ駆動信号が出力として選択されている状態で前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくは前記ＮチャンネルＭＯＳトランジスタのバックゲート端子に前記昇圧電圧の供給がなされる切替回路を備えたものである。
【０００９】
本願の請求項３に係る発明は、前記切替回路が、２つのＰ型基板によるＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくは２つのＮ型基板によるＮチャンネルＭＯＳトランジスタを備え、該２つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくは該２つのＮチャンネルＭＯＳトランジスタのソース端子それぞれに前記昇圧電圧と前記電源電圧とを供給したものである。
【００１０】
本願の請求項４に係る発明は、前記電源電圧を１．５Ｖ系の電池電源とし、且つ前記昇圧電源を該電源電圧の２倍としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、昇圧した電圧でＬＣＤを駆動するような場合でも、その共用の入出力端子から実用的な出力データ信号の出力が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る入出力回路の一例の概略を示すブロック図
【図２】図１で示された昇圧回路の概略を示すブロック図
【図３】本発明の第１実施形態に係る入出力回路のタイミングチャートを示す概略図
【図４】本発明の第２実施形態に係る入出力回路の一例の概略を示すブロック図
【図５】本発明の第３実施形態に係る入出力回路の一例の概略を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。
【００１４】
本発明の第１実施形態に係る入出力回路について図１〜図３を用いて以下に説明する。
【００１５】
入出力回路１００は、図１に示す如く、電源Ｂａｔと、昇圧回路ＶＤと、マイクロコントローラを構成する回路（図示せず）と、マイクロコントローラに含まれるＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣ（ＳＥＧ＿ＩＯ制御回路）に接続されている。
【００１６】
最初に、入出力回路１００に接続された回路などについて説明する。なお、以下で、１．５Ｖ、３Ｖという表記をするが、それぞれある程度の電圧変動が許容されている。
【００１７】
前記電源Ｂａｔは、図１に示す如く、電池であり、マイナス端子に対してプラス端子から電源電圧Ｖ１（１．５Ｖ系の直流電圧）の出力を行う。なお、マイナス端子の電位はＶＳＳとされて、接地されている（ＧＮＤとも表記）。
【００１８】
前記昇圧回路ＶＤは、省電力という観点から複数のコンデンサを備えて、それらのコンデンサの接続をスイッチングするというスイッチドキャパシタタイプのチャージポンプ回路で実現される。即ち、昇圧回路ＶＤがコンデンサの電荷をバケツリレーするようにスイッチングすることで、ＶＳＳ端子とＩＮ端子との間の電源電圧Ｖ１がＶＳＳ端子とＯＵＴ端子との間から昇圧電圧Ｖ２（Ｖ１の２倍の３Ｖ）として出力される。具体的には、図２のような回路で実現されている。符号Φ１、Φ２はお互い反転したクロック信号であり、２つのスイッチＳＷ１、ＳＷ４をＯＮすると、２つのスイッチＳＷ２、ＳＷ３をＯＦＦするようになっている。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４はＭＯＳスイッチであり、高速にＯＮ／ＯＦＦが可能である。通常、コンデンサＣ１、Ｃ２には０．１μＦ程度が使われ、前記クロック信号の周波数が２ｋＨｚ程度なので、昇圧回路ＶＤの出力インピーダンスは、５ｋΩ程度となる。
【００１９】
前記ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣは、図１に示す如く、端子ＳＥＧ＿ＯＵＴと端子ＳＥＧ＿ＥＮと端子ＩＯ＿ＯＵＴと端子ＩＯ＿ＥＮと端子ＩＯ＿ＩＮとを備える。端子ＳＥＧ＿ＯＵＴは、ＬＣＤを駆動するためのＬＣＤ駆動信号を出力する。端子ＳＥＧ＿ＥＮは、ＬＣＤ駆動信号が出力として選択されているか否かを示す信号を出力する。端子ＩＯ＿ＯＵＴは、出力データ信号を出力する。端子ＩＯ＿ＥＮは、出力データ信号が出力として選択されているか否かを示す信号を出力する。端子ＩＯ＿ＩＮは、入力データ信号を入力する。ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣにはレベルシフタ回路が装備されており、全ての端子からの出力は、Ｌレベルで０Ｖ、Ｈレベルで３Ｖとされている（即ち、昇圧電圧によって出力データ信号とＬＣＤ駆動信号とが生成されている）。
【００２０】
ここで、端子ＳＥＧ＿ＥＮと端子ＩＯ＿ＥＮの信号について以下に説明する。ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣは、端子ＳＥＧ＿ＥＮの出力がＬレベルのときに端子ＳＥＧ＿ＯＵＴの出力を（ＳＥＧ端子１１２からの出力として）選択しておらず、端子ＳＥＧ＿ＥＮの出力がＨレベルのときに端子ＳＥＧ＿ＯＵＴの出力を選択している。同じく、ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣは、端子ＩＯ＿ＥＮの出力がＬレベルのときに端子ＩＯ＿ＯＵＴの出力を選択しておらず、端子ＩＯ＿ＥＮの出力がＨレベルのときに端子ＩＯ＿ＯＵＴの出力を選択している。
【００２１】
なお、図１のＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣは、本実施形態に係る端子のみを示しただけであり、その他の端子、機能を備えてもよい。
【００２２】
次に、入出力回路１００について、説明する。
【００２３】
入出力回路１００は、図１に示す如く、第１、第２出力バッファ１０６、１０８と切替回路１１０とＳＥＧ端子１１２（入出力端子）と入力バッファ１３８とを備える。
【００２４】
前記第１、第２出力バッファ１０６、１０８はスリーステート出力バッファである。そして、第１、第２出力バッファ１０６、１０８はそれぞれ、昇圧回路ＶＤを介して電源電圧Ｖ１によって動作可能とされるとともに出力データ信号とＬＣＤ駆動信号が入力されている。第１（第２）出力バッファ１０６（１０８）は、１つのインバータ１１４（１２４）と２つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１１８（１２６、１２８）と２つのＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２０、１２２（１３０、１３２）とを備える。第１、第２出力バッファ１０６、１０８の接続は、以下の如く、ほぼ同一であり、まず共通する部分について説明する。
【００２５】
インバータ１１４（１２４）の出力端子は、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６（１２６）のゲート端子に接続されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６（１２６）のドレイン端子は、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１８（１２８）のソース端子に接続されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１８（１２８）のゲート端子及びドレイン端子と、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２０（１３０）のゲート端子及びドレイン端子とが、それぞれ接続されている。ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２０（１３０）のソース端子は、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２２（１３２）のドレイン端子に接続されている。そして、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２０、１２２（１３０、１３２）のバックゲート端子は共に、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２２（１３２）のソース端子に接続され、且つ電源Ｂａｔのマイナス端子に接続されている。
【００２６】
第１出力バッファ１０６において、インバータ１１４の入力端子は、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２２のゲート端子と接続され、且つＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの端子ＩＯ＿ＥＮに接続されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１１８のバックゲート端子は共に、切替回路１１０を介して昇圧回路ＶＤのＯＵＴ端子若しくは電源Ｂａｔのプラス端子に接続されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のソース端子は、電源Ｂａｔのプラス端子に接続されている。即ち、第１出力バッファ１０６を構成するＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のソース端子に電源電圧Ｖ１が供給され、且つＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のバックゲート端子に昇圧電圧Ｖ２が供給可能とされている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１８のゲート端子とＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２０のゲート端子は共に、ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの端子ＩＯ＿ＯＵＴに接続されている。
【００２７】
第２出力バッファ１０８において、インバータ１２４の入力端子は、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１３２のゲート端子と接続され、且つＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの端子ＳＥＧ＿ＥＮに接続されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２６、１２８のバックゲート端子とＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２６のソース端子は共に、昇圧回路ＶＤのＯＵＴ端子に接続されている。即ち、第２出力バッファ１０８を構成するＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２６のソース端子とバックゲート端子とに、昇圧電圧Ｖ２が供給されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２８のゲート端子とＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１３０のゲート端子は共に、ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの端子ＳＥＧ＿ＯＵＴに接続されている。
【００２８】
前記切替回路１１０は、図１に示す如く、２つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３４、１３６を備えている。そして、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３４のソース端子は電源Ｂａｔのプラス端子に接続され、ゲート端子は第１出力バッファ１０６のＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のゲート端子に接続されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３４のドレイン端子は、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３６のドレイン端子と共にＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１１８のバックゲート端子に接続されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３４のバックゲート端子は、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３６のバックゲート端子及びソース端子と共に昇圧回路ＶＤのＯＵＴ端子に接続されている。即ち、２つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３４、１３６のソース端子それぞれに、電源電圧Ｖ１と昇圧電圧Ｖ２とが供給されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３６のゲート端子は、第１出力バッファ１０６のＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２２のゲート端子に接続されている。
【００２９】
前記ＳＥＧ端子１１２には、図１に示す如く、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１８（１２８）のドレイン端子とＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２０（１３０）のドレイン端子とが接続されている。即ち、ＳＥＧ端子１１２は、スリーステート出力バッファである第１、第２出力バッファ１０６、１０８の出力に接続されるとともに、出力データ信号とＬＣＤ駆動信号のうちのいずれかが出力として選択され出力される１つの（共用の）入出力端子とされている。なお、ＳＥＧ端子１１２は、入力バッファ１３８を介してＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの端子ＩＯ＿ＩＮにも接続されている。
【００３０】
次に、入出力回路１００の動作について、図３を用いて簡略に説明する。図３（Ａ）はＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの各端子の出力レベルを示し、図３（Ｂ）はそれらの出力レベルに同期してＳＥＧ端子１１２から出力される波形を示している。
【００３１】
最初に、ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの端子ＳＥＧ＿ＥＮの出力がＨレベルで且つ端子ＩＯ＿ＥＮの出力がＬレベルのとき、即ち出力データ信号が出力として選択されていない状態で且つＬＣＤ駆動信号が出力として選択されている状態のとき、を以下に説明する。
【００３２】
第１出力バッファ１０６と切替回路１１０において、端子ＩＯ＿ＥＮの出力がＬレベルなので、インバータ１１４の出力がＨレベルとなる。そして、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１３４、１３６、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２２のうち、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３６だけがＯＮ制御される。このため、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１１８のバックゲート端子に昇圧電圧Ｖ２を供給でき、確実に第１出力バッファ１０６はハイインピーダンス状態となる。
【００３３】
一方、第２出力バッファ１０８において、端子ＳＥＧ＿ＥＮの出力がＨレベルであるので、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１３２はＯＮ制御される。同時に、インバータ１２４の出力がＬレベルとなることで、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２６もＯＮ制御される。このため、第２出力バッファ１０８は能動状態となり、端子ＳＥＧ＿ＯＵＴの出力レベルの変化でＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２８とＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１３０とがＯＮ／ＯＦＦされる。その際に、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２８のソース端子等には昇圧電圧Ｖ２が供給される。このため、電源電圧Ｖ１の２倍に昇圧された電圧（２＊Ｖ１）がＨレベルとしてＳＥＧ端子１１２に出力されることとなる。即ち、端子ＳＥＧ＿ＯＵＴの出力を昇圧電圧Ｖ２のレベルでＳＥＧ端子１１２に出力することができる。
【００３４】
従って、ＬＣＤを駆動するためのＬＣＤ駆動信号が、第２出力バッファ１０８を介してＳＥＧ端子１１２から出力される。
【００３５】
次に、ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの端子ＳＥＧ＿ＥＮの出力がＬレベルで且つ端子ＩＯ＿ＥＮの出力がＨレベルのとき、即ち出力データ信号が出力として選択されている状態で且つＬＣＤ駆動信号が出力として選択されていない状態のとき、を以下に説明する。
【００３６】
第１出力バッファ１０６と切替回路１１０において、端子ＩＯ＿ＥＮの出力がＨレベルなので、インバータ１１４の出力がＬレベルとなる。そして、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１３４、１３６、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２２のうち、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１３４、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２２がＯＮ制御される。このとき、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３４がＯＮ制御されることで、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１１８のバックゲート端子には電源電圧Ｖ１が供給されている。このため、第１出力バッファ１０６は能動状態となり、端子ＩＯ＿ＯＵＴの出力レベルの変化でＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１８とＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２０とがＯＮ／ＯＦＦされる。その際に、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１１８のソース端子等には電源電圧Ｖ１が供給される。このため、電源電圧Ｖ１がＨレベルとしてＳＥＧ端子１１２に出力されることとなる。即ち、端子ＩＯ＿ＯＵＴの出力を電源電圧Ｖ１のレベルでＳＥＧ端子１１２に出力することができる。
【００３７】
一方、第２出力バッファ１０８において、端子ＳＥＧ＿ＥＮの出力がＬレベルであるので、インバータ１２４の出力がＨレベルとなる。そして、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２６とＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１３２とはＯＦＦ制御される。このとき、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２６、１２８のバックゲート端子には昇圧電圧Ｖ２が供給されるので、確実に第２出力バッファ１０８の出力はハイインピーダンス状態となる。
【００３８】
従って、出力データ信号が、第１出力バッファ１０６を介してＳＥＧ端子１１２から出力される。
【００３９】
ここで、ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの端子ＩＯ＿ＩＮには、常にＳＥＧ端子１１２の反転信号が入力されている。ただし、入力バッファ１３８の電源は昇圧電圧Ｖ２から取っており、１．５Ｖレベルでも３Ｖレベルでも伝送することができる。従って、上記のようにＳＥＧ端子１１２が出力状態であれば、その出力の論理レベル（ＨかＬか）を端子ＩＯ＿ＩＮの入力でモニターすることができる。
【００４０】
次に、ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの端子ＳＥＧ＿ＥＮの出力がＬレベルで且つ端子ＩＯ＿ＥＮの出力がＬレベルのとき、即ち出力データ信号とＬＣＤ駆動信号の両方が出力として選択されていない状態のとき、を以下に説明する。この場合には、上述の如く、第１、第２出力バッファ１０６、１０８はハイインピーダンス状態になる。そして、端子ＩＯ＿ＩＮへの入力データ信号は、外部からＳＥＧ端子１１２に入力される反転した論理レベルを表すことになる。
【００４１】
本実施形態では、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のソース端子に電源電圧Ｖ１が供給され、且つ出力データ信号が出力として選択されていない状態でＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１１８のバックゲート端子に昇圧電圧Ｖ２が供給されている。更に、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２６のソース端子とバックゲート端子とに昇圧電圧Ｖ２が供給されている。このため、ＬＣＤ駆動信号をＳＥＧ端子１１２から出力する際には昇圧電圧Ｖ２を最高電位とし、且つ出力データ信号をＳＥＧ端子１１２から出力する際には電源電圧Ｖ１をＨレベル電位とすることができる（図３（Ｂ））。つまり、出力データ信号をＳＥＧ端子１１２から出力する際には、入出力端子に接続される負荷の負荷容量が極端に軽い必要がなく、且つＤＣ電流を流すこともでき、低い周波数でのやり取りに限定されない。
【００４２】
そして、本実施形態では、更に、出力データ信号が出力として選択されている状態で且つＬＣＤ駆動信号が出力として選択されていない状態でＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のバックゲート端子へ電源電圧Ｖ１の供給がなされ、出力データ信号が出力として選択されていない状態で且つＬＣＤ駆動信号が出力として選択されている状態でＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のバックゲート端子へ昇圧電圧Ｖ２の供給がなされる切替回路１１０を備えている。このため、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のバックゲートバイアス効果を排除することができる。なお、バックゲートバイアス効果とは、バックゲート電圧の変化により閾値が変動することをいう。この効果の結果としては、出力データ信号による出力駆動能力がＨレベルとＬレベルとで大きく異なる、あるいはＨレベルが出ないという現象を引き起こすおそれがある。即ち、本実施形態では、出力データ信号による出力駆動能力を向上させて最大限に活用でき、且つ高い周波数における出力データ信号の出力の高精度化を実現することができる。
【００４３】
そして、切替回路１１０は、２つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３４、１３６を備え、２つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３４、１３６のソース端子それぞれに電源電圧Ｖ１と昇圧電圧Ｖ２とが供給されている。このため、切替回路１１０は設計・開発が容易で簡易的に構成することができる。
【００４４】
また、電源電圧Ｖ１が１．５Ｖ系の電池電源とされ、且つ昇圧電源Ｖ２は電源電圧Ｖ１の２倍とされている。このため、本実施形態は、低消費電力が必要とされるハンドツール一般に広く適用することができる。
【００４５】
また、本実施形態の入出力回路１００を用いることで、同じ種類のマイクロコントローラの使える製品範囲を増やすことができる。このため、プログラムの共有が可能となりマイクロコントローラのプログラム開発の短縮が可能となる。また、マイコンコアの入ったシステムＬＳＩの開発からすると、少ない種類のＬＳＩ開発で多品種の機器に対応が可能となる。また、プログラム開発のための装置（デバッガ）を接続する端子としてＳＥＧ端子１１２を使うこともできる。同時に、ＳＥＧ端子１１２はテスト時のテスト端子としても使用することができる。このため、テスト端子の数を低減できマイクロコントローラのチップ面積の低減が可能となり、入出力回路１００を含むマイクロコントローラを組み込む機器の低コスト化を促進することができる。更に、ＳＥＧ端子１１２を、不具合発生時の解析用の信号観測端子に割り当てることも可能である。
【００４６】
即ち、本実施形態によれば、昇圧した電圧でＬＣＤを駆動するような場合でも、その共用の入出力端子から実用的な出力データ信号の出力が可能となる。
【００４７】
本発明について第１実施形態を挙げて説明したが、本発明は第１実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことはいうまでもない。
【００４８】
例えば、第１実施形態においては、第１（第２）出力バッファ１０６（１０８）は、１つのインバータ１１４（１２４）と２つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１１８（１２６、１２８）と２つのＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２０、１２２（１３０、１３２）とで構成されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図４に示す第２実施形態の如く、第１（第２）出力バッファ２０６（２０８）を、１つのインバータ２１４（２２４）と１つのＡＮＤ回路２２２（２３２）と１つのＯＲ回路２１６（２２６）と１つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ２１８（２２８）と１つのＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２２０（２３０）とで構成してもよい。この場合には、第１、第２出力バッファ２０６、２０８を小型化でき、且つ第１、第２出力バッファ２０６、２０８に至るインピーダンスを考慮しなくて済むので、設計を容易に行うことができる。
【００４９】
また、上記実施形態においては、切替回路１１０、２１０を備えていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１の第１実施形態から切替回路１１０を取り去った形態である図５に示す第３実施形態であってもよい。この場合には、第１出力バッファ３０６を構成するＰチャンネルＭＯＳトランジスタ３１６、３１８のバックゲート端子を昇圧回路ＶＤのＯＵＴ端子に接続している。即ち、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ３１６、３１８のバックゲート端子には出力データ信号が出力として選択されているか否かに関わらずに、昇圧電圧Ｖ２が供給される。本実施形態では、切替回路がないことから部品点数を少なくでき、入出力回路３００の低コスト化を図ることができる。
【００５０】
また、上記実施形態においては、液晶駆動信号として、ＬレベルとＨレベルの２値からなるセグメント出力に適用していたが、本発明はこれに限定されず、ＬレベルとＨレベルの間の中間レベルも出力するコモン出力に適用してもよい。
【００５１】
また、上記実施形態においては、マイクロコントローラとは別に設けられていたが、本発明はこれに限定されず、入出力回路がマイクロコントローラに含まれる形態であってもよい。
【００５２】
また、上記実施形態においては、いずれのＭＯＳトランジスタもＰ型基板（Ｐ型シリコンウェハ）によって作られたことを想定していたが、本発明はこれに限定されず、いずれのＭＯＳトランジスタもＮ型基板（Ｎ型シリコンウェハ）によって作られてもよい。その場合には、上記実施形態においてＮチャンネルＭＯＳトランジスタ、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタの使用されていた箇所で、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ、Ｎチャンネルトランジスタが使用されることとなる（上記実施形態とはＭＯＳトランジスタの配置が逆となる）。そして電源電圧Ｖ１、昇圧電圧Ｖ２は共に、マイナス側となる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の入出力回路は、昇圧した電圧でＬＣＤを駆動するような場合でも、その共用の入出力端子から実用的な出力データ信号の出力が可能となるので、ディジタルキャリパ、ディジタルマイクロメータ、ディジタルインジケータ、ハイトゲージ、シリンダゲージなどのＬＣＤ表示が付いた電池駆動のディジタル測定器（ハンドツール）などに広く適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１００、２００、３００…入出力回路
１０６、２０６、３０６…第１出力バッファ
１０８、２０８、３０８…第２出力バッファ
１１０、２１０…切替回路
１１２、２１２、３１２…ＳＥＧ端子
１１４、１２４、２１４、２２４、３１４、３２４…インバータ
１１６、１１８、１２６、１２８、１３４、１３６、２１８、２２８、２３４、２３６、３１６、３１８、３２６、３２８…ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ
１２０、１２２、１３０、１３２、２２０、２３０、３２０、３２２、３３０、３３２…ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ
１３８、２３８、３３８…入力バッファ
２１６、２２６…ＯＲ回路
２２２、２３２…ＡＮＤ回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電源電圧によって生成された出力データ信号とＬＣＤを駆動するためのＬＣＤ駆動信号のうちの少なくともいずれかが入力されるスリーステート出力バッファと、該スリーステート出力バッファの出力に接続されるとともに該出力データ信号と該ＬＣＤ駆動信号のうちのいずれかが出力として選択され出力される１つの入出力端子と、を有する入出力回路に係り、特にディジタルキャリパ、ディジタルマイクロメータ、ディジタルインジケータ、ハイトゲージ、シリンダゲージなどのＬＣＤ表示が付いた電池駆動のディジタル測定器（ハンドツール）において電池電圧を昇圧した電圧でＬＣＤを駆動するような場合でも、その入出力端子を入出力データ信号のために使用可能とする入出力回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特許文献１に示す如く、電源電圧によって生成された出力データ信号とＬＣＤを駆動するためのＬＣＤ駆動信号のうちの該出力データ信号が入力されるスリーステート出力バッファと、該スリーステート出力バッファの出力に接続されるとともに該出力データ信号と該ＬＣＤ駆動信号のうちのいずれかが出力として選択され出力される１つの入出力端子（ＳＥＧ端子）と、を有する入出力回路が提案されている。言い換えれば、特許文献１は、ＬＣＤ駆動回路がＬＣＤ駆動信号を出力する入出力端子が汎用の入出力データ信号のための端子を備えている。この種のＬＣＤ駆動回路を有するマイクロコントローラの場合には、入出力端子を汎用的に使えるため、入出力端子が冗長性を持つこととなり、一種類のマイクロコントローラでも、より多様なシステムに対応させることができる。なお、一般にはＬＣＤ駆動信号の最高電位は、マイクロコントローラの電源電圧と同じ、即ち入出力データ信号のＨレベル電位と同じレベルとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−６１４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ハンドツールに使われるマイクロコントローラでは、電池の省スペース化の要求や太陽電池の使用などで、低電圧（例えば１．５Ｖ系の電池電源）での動作が必要とされている場合が多い。その場合には、昇圧回路を用いて電源電圧を昇圧した昇圧電圧（例えば１．５Ｖから３Ｖ）でＬＣＤ駆動信号の最高電位を構成する。すると、入出力端子を共用としている関係上、通常は入出力データ信号のＨレベル電位も昇圧電圧と同一となる。
【０００５】
ここで、このような場合に用いられる昇圧回路は、電池駆動であるので一般に省電力という観点から複数のコンデンサを備えて、それらのコンデンサの接続をスイッチングするというスイッチドキャパシタタイプのチャージポンプ回路で実現される。即ち、昇圧電圧は、コンデンサの電荷をバケツリレーするようにスイッチングすることで得られている。このため、入出力端子からは非常に少ない電流しか出力することができない。つまり、ＬＣＤ駆動信号を出力する出力端子をそのまま使用して外部との入出力データ信号のやり取りを行う場合には、出力端子に接続される負荷容量は非常に軽く且つＤＣ電流が流れない状態である必要が出てくる。即ち、低電圧動作のマイクロコントローラと昇圧回路との組み合わせでは、実用的な出力データ信号の出力を行うのは困難であった。
【０００６】
本発明は、前記問題点を解消するべくなされたもので、昇圧した電圧でＬＣＤを駆動するような場合でも、その共用の入出力端子から実用的な出力データ信号の出力を可能とする入出力回路を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の請求項１に係る発明は、電源電圧によって生成された出力データ信号とＬＣＤを駆動するためのＬＣＤ駆動信号のうちの少なくともいずれかが入力されるスリーステート出力バッファと、該スリーステート出力バッファの出力に接続されるとともに該出力データ信号と該ＬＣＤ駆動信号のうちのいずれかが出力として選択され出力される１つの入出力端子と、を有する入出力回路において、前記スリーステート出力バッファが前記出力データ信号と前記ＬＣＤ駆動信号の両方に対してそれぞれ第１、第２出力バッファとして設けられ、該第１出力バッファを構成するＰ型基板によるＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくはＮ型基板によるＮチャンネルＭＯＳトランジスタのソース端子に前記電源電圧が供給され、且つ少なくとも前記出力データ信号が出力として選択されていない状態で前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくは前記ＮチャンネルＭＯＳトランジスタのバックゲート端子に該電源電圧から昇圧された昇圧電圧が供給され、更に、前記第２出力バッファを構成するＰ型基板によるＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくはＮ型基板によるＮチャンネルＭＯＳトランジスタのソース端子とバックゲート端子とに前記昇圧電圧が供給されたことにより、前記課題を解決したものである。
【０００８】
本願の請求項２に係る発明は、更に、前記入出力端子に対して、前記出力データ信号が出力として選択されている状態で且つ前記ＬＣＤ駆動信号が出力として選択されていない状態で前記第１出力バッファのＰ型基板による前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくはＮ型基板による前記ＮチャンネルＭＯＳトランジスタのバックゲート端子に前記電源電圧の供給がなされ、前記出力データ信号が出力として選択されていない状態で且つ前記ＬＣＤ駆動信号が出力として選択されている状態で前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくは前記ＮチャンネルＭＯＳトランジスタのバックゲート端子に前記昇圧電圧の供給がなされる切替回路を備えたものである。
【０００９】
本願の請求項３に係る発明は、前記切替回路が、２つのＰ型基板によるＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくは２つのＮ型基板によるＮチャンネルＭＯＳトランジスタを備え、該２つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくは該２つのＮチャンネルＭＯＳトランジスタのソース端子それぞれに前記昇圧電圧と前記電源電圧とを供給したものである。
【００１０】
本願の請求項４に係る発明は、前記電源電圧を１．５Ｖ系の電池電源とし、且つ前記昇圧電源を該電源電圧の２倍としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、昇圧した電圧でＬＣＤを駆動するような場合でも、その共用の入出力端子から実用的な出力データ信号の出力が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る入出力回路の一例の概略を示すブロック図
【図２】図１で示された昇圧回路の概略を示すブロック図
【図３】本発明の第１実施形態に係る入出力回路のタイミングチャートを示す概略図
【図４】本発明の第２実施形態に係る入出力回路の一例の概略を示すブロック図
【図５】本発明の第３実施形態に係る入出力回路の一例の概略を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明の実施形態の一例について詳細に説明する。
【００１４】
本発明の第１実施形態に係る入出力回路について図１〜図３を用いて以下に説明する。
【００１５】
入出力回路１００は、図１に示す如く、電源Ｂａｔと、昇圧回路ＶＤと、マイクロコントローラを構成する回路（図示せず）と、マイクロコントローラに含まれるＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣ（ＳＥＧ＿ＩＯ制御回路）に接続されている。
【００１６】
最初に、入出力回路１００に接続された回路などについて説明する。なお、以下で、１．５Ｖ、３Ｖという表記をするが、それぞれある程度の電圧変動が許容されている。
【００１７】
前記電源Ｂａｔは、図１に示す如く、電池であり、マイナス端子に対してプラス端子から電源電圧Ｖ１（１．５Ｖ系の直流電圧）の出力を行う。なお、マイナス端子の電位はＶＳＳとされて、接地されている（ＧＮＤとも表記）。
【００１８】
前記昇圧回路ＶＤは、省電力という観点から複数のコンデンサを備えて、それらのコンデンサの接続をスイッチングするというスイッチドキャパシタタイプのチャージポンプ回路で実現される。即ち、昇圧回路ＶＤがコンデンサの電荷をバケツリレーするようにスイッチングすることで、ＶＳＳ端子とＩＮ端子との間の電源電圧Ｖ１がＶＳＳ端子とＯＵＴ端子との間から昇圧電圧Ｖ２（Ｖ１の２倍の３Ｖ）として出力される。具体的には、図２のような回路で実現されている。符号Φ１、Φ２はお互い反転したクロック信号であり、２つのスイッチＳＷ１、ＳＷ４をＯＮすると、２つのスイッチＳＷ２、ＳＷ３をＯＦＦするようになっている。スイッチＳＷ１〜ＳＷ４はＭＯＳスイッチであり、高速にＯＮ／ＯＦＦが可能である。通常、コンデンサＣ１、Ｃ２には０．１μＦ程度が使われ、前記クロック信号の周波数が２ｋＨｚ程度なので、昇圧回路ＶＤの出力インピーダンスは、５ｋΩ程度となる。
【００１９】
前記ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣは、図１に示す如く、端子ＳＥＧ＿ＯＵＴと端子ＳＥＧ＿ＥＮと端子ＩＯ＿ＯＵＴと端子ＩＯ＿ＥＮと端子ＩＯ＿ＩＮとを備える。端子ＳＥＧ＿ＯＵＴは、ＬＣＤを駆動するためのＬＣＤ駆動信号を出力する。端子ＳＥＧ＿ＥＮは、ＬＣＤ駆動信号が出力として選択されているか否かを示す信号を出力する。端子ＩＯ＿ＯＵＴは、出力データ信号を出力する。端子ＩＯ＿ＥＮは、出力データ信号が出力として選択されているか否かを示す信号を出力する。端子ＩＯ＿ＩＮは、入力データ信号を入力する。ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣにはレベルシフタ回路が装備されており、全ての端子からの出力は、Ｌレベルで０Ｖ、Ｈレベルで３Ｖとされている（即ち、昇圧電圧によって出力データ信号とＬＣＤ駆動信号とが生成されている）。
【００２０】
ここで、端子ＳＥＧ＿ＥＮと端子ＩＯ＿ＥＮの信号について以下に説明する。ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣは、端子ＳＥＧ＿ＥＮの出力がＬレベルのときに端子ＳＥＧ＿ＯＵＴの出力を（ＳＥＧ端子１１２からの出力として）選択しておらず、端子ＳＥＧ＿ＥＮの出力がＨレベルのときに端子ＳＥＧ＿ＯＵＴの出力を選択している。同じく、ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣは、端子ＩＯ＿ＥＮの出力がＬレベルのときに端子ＩＯ＿ＯＵＴの出力を選択しておらず、端子ＩＯ＿ＥＮの出力がＨレベルのときに端子ＩＯ＿ＯＵＴの出力を選択している。
【００２１】
なお、図１のＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣは、本実施形態に係る端子のみを示しただけであり、その他の端子、機能を備えてもよい。
【００２２】
次に、入出力回路１００について、説明する。
【００２３】
入出力回路１００は、図１に示す如く、第１、第２出力バッファ１０６、１０８と切替回路１１０とＳＥＧ端子１１２（入出力端子）と入力バッファ１３８とを備える。
【００２４】
前記第１、第２出力バッファ１０６、１０８はスリーステート出力バッファである。そして、第１、第２出力バッファ１０６、１０８はそれぞれ、昇圧回路ＶＤを介して電源電圧Ｖ１によって動作可能とされるとともに出力データ信号とＬＣＤ駆動信号が入力されている。第１（第２）出力バッファ１０６（１０８）は、１つのインバータ１１４（１２４）と２つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１１８（１２６、１２８）と２つのＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２０、１２２（１３０、１３２）とを備える。第１、第２出力バッファ１０６、１０８の接続は、以下の如く、ほぼ同一であり、まず共通する部分について説明する。
【００２５】
インバータ１１４（１２４）の出力端子は、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６（１２６）のゲート端子に接続されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６（１２６）のドレイン端子は、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１８（１２８）のソース端子に接続されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１８（１２８）のゲート端子及びドレイン端子と、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２０（１３０）のゲート端子及びドレイン端子とが、それぞれ接続されている。ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２０（１３０）のソース端子は、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２２（１３２）のドレイン端子に接続されている。そして、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２０、１２２（１３０、１３２）のバックゲート端子は共に、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２２（１３２）のソース端子に接続され、且つ電源Ｂａｔのマイナス端子に接続されている。
【００２６】
第１出力バッファ１０６において、インバータ１１４の入力端子は、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２２のゲート端子と接続され、且つＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの端子ＩＯ＿ＥＮに接続されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１１８のバックゲート端子は共に、切替回路１１０を介して昇圧回路ＶＤのＯＵＴ端子若しくは電源Ｂａｔのプラス端子に接続されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のソース端子は、電源Ｂａｔのプラス端子に接続されている。即ち、第１出力バッファ１０６を構成するＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のソース端子に電源電圧Ｖ１が供給され、且つＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のバックゲート端子に昇圧電圧Ｖ２が供給可能とされている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１８のゲート端子とＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２０のゲート端子は共に、ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの端子ＩＯ＿ＯＵＴに接続されている。
【００２７】
第２出力バッファ１０８において、インバータ１２４の入力端子は、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１３２のゲート端子と接続され、且つＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの端子ＳＥＧ＿ＥＮに接続されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２６、１２８のバックゲート端子とＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２６のソース端子は共に、昇圧回路ＶＤのＯＵＴ端子に接続されている。即ち、第２出力バッファ１０８を構成するＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２６のソース端子とバックゲート端子とに、昇圧電圧Ｖ２が供給されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２８のゲート端子とＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１３０のゲート端子は共に、ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの端子ＳＥＧ＿ＯＵＴに接続されている。
【００２８】
前記切替回路１１０は、図１に示す如く、２つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３４、１３６を備えている。そして、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３４のソース端子は電源Ｂａｔのプラス端子に接続され、ゲート端子は第１出力バッファ１０６のＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のゲート端子に接続されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３４のドレイン端子は、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３６のドレイン端子と共にＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１１８のバックゲート端子に接続されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３４のバックゲート端子は、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３６のバックゲート端子及びソース端子と共に昇圧回路ＶＤのＯＵＴ端子に接続されている。即ち、２つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３４、１３６のソース端子それぞれに、電源電圧Ｖ１と昇圧電圧Ｖ２とが供給されている。ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３６のゲート端子は、第１出力バッファ１０６のＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２２のゲート端子に接続されている。
【００２９】
前記ＳＥＧ端子１１２には、図１に示す如く、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１８（１２８）のドレイン端子とＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２０（１３０）のドレイン端子とが接続されている。即ち、ＳＥＧ端子１１２は、スリーステート出力バッファである第１、第２出力バッファ１０６、１０８の出力に接続されるとともに、出力データ信号とＬＣＤ駆動信号のうちのいずれかが出力として選択され出力される１つの（共用の）入出力端子とされている。なお、ＳＥＧ端子１１２は、入力バッファ１３８を介してＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの端子ＩＯ＿ＩＮにも接続されている。
【００３０】
次に、入出力回路１００の動作について、図３を用いて簡略に説明する。図３（Ａ）はＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの各端子の出力レベルを示し、図３（Ｂ）はそれらの出力レベルに同期してＳＥＧ端子１１２から出力される波形を示している。
【００３１】
最初に、ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの端子ＳＥＧ＿ＥＮの出力がＨレベルで且つ端子ＩＯ＿ＥＮの出力がＬレベルのとき、即ち出力データ信号が出力として選択されていない状態で且つＬＣＤ駆動信号が出力として選択されている状態のとき、を以下に説明する。
【００３２】
第１出力バッファ１０６と切替回路１１０において、端子ＩＯ＿ＥＮの出力がＬレベルなので、インバータ１１４の出力がＨレベルとなる。そして、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１３４、１３６、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２２のうち、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３６だけがＯＮ制御される。このため、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１１８のバックゲート端子に昇圧電圧Ｖ２を供給でき、確実に第１出力バッファ１０６はハイインピーダンス状態となる。
【００３３】
一方、第２出力バッファ１０８において、端子ＳＥＧ＿ＥＮの出力がＨレベルであるので、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１３２はＯＮ制御される。同時に、インバータ１２４の出力がＬレベルとなることで、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２６もＯＮ制御される。このため、第２出力バッファ１０８は能動状態となり、端子ＳＥＧ＿ＯＵＴの出力レベルの変化でＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２８とＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１３０とがＯＮ／ＯＦＦされる。その際に、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２８のソース端子等には昇圧電圧Ｖ２が供給される。このため、電源電圧Ｖ１の２倍に昇圧された電圧（２＊Ｖ１）がＨレベルとしてＳＥＧ端子１１２に出力されることとなる。即ち、端子ＳＥＧ＿ＯＵＴの出力を昇圧電圧Ｖ２のレベルでＳＥＧ端子１１２に出力することができる。
【００３４】
従って、ＬＣＤを駆動するためのＬＣＤ駆動信号が、第２出力バッファ１０８を介してＳＥＧ端子１１２から出力される。
【００３５】
次に、ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの端子ＳＥＧ＿ＥＮの出力がＬレベルで且つ端子ＩＯ＿ＥＮの出力がＨレベルのとき、即ち出力データ信号が出力として選択されている状態で且つＬＣＤ駆動信号が出力として選択されていない状態のとき、を以下に説明する。
【００３６】
第１出力バッファ１０６と切替回路１１０において、端子ＩＯ＿ＥＮの出力がＨレベルなので、インバータ１１４の出力がＬレベルとなる。そして、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１３４、１３６、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２２のうち、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１３４、ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２２がＯＮ制御される。このとき、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３４がＯＮ制御されることで、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１１８のバックゲート端子には電源電圧Ｖ１が供給されている。このため、第１出力バッファ１０６は能動状態となり、端子ＩＯ＿ＯＵＴの出力レベルの変化でＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１８とＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２０とがＯＮ／ＯＦＦされる。その際に、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１１８のソース端子等には電源電圧Ｖ１が供給される。このため、電源電圧Ｖ１がＨレベルとしてＳＥＧ端子１１２に出力されることとなる。即ち、端子ＩＯ＿ＯＵＴの出力を電源電圧Ｖ１のレベルでＳＥＧ端子１１２に出力することができる。
【００３７】
一方、第２出力バッファ１０８において、端子ＳＥＧ＿ＥＮの出力がＬレベルであるので、インバータ１２４の出力がＨレベルとなる。そして、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２６とＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１３２とはＯＦＦ制御される。このとき、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２６、１２８のバックゲート端子には昇圧電圧Ｖ２が供給されるので、確実に第２出力バッファ１０８の出力はハイインピーダンス状態となる。
【００３８】
従って、出力データ信号が、第１出力バッファ１０６を介してＳＥＧ端子１１２から出力される。
【００３９】
ここで、ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの端子ＩＯ＿ＩＮには、常にＳＥＧ端子１１２の反転信号が入力されている。ただし、入力バッファ１３８の電源は昇圧電圧Ｖ２から取っており、１．５Ｖレベルでも３Ｖレベルでも伝送することができる。従って、上記のようにＳＥＧ端子１１２が出力状態であれば、その出力の論理レベル（ＨかＬか）を端子ＩＯ＿ＩＮの入力でモニターすることができる。
【００４０】
次に、ＬＣＤ駆動−ＩＯ切り替え制御回路ＳＩＣの端子ＳＥＧ＿ＥＮの出力がＬレベルで且つ端子ＩＯ＿ＥＮの出力がＬレベルのとき、即ち出力データ信号とＬＣＤ駆動信号の両方が出力として選択されていない状態のとき、を以下に説明する。この場合には、上述の如く、第１、第２出力バッファ１０６、１０８はハイインピーダンス状態になる。そして、端子ＩＯ＿ＩＮへの入力データ信号は、外部からＳＥＧ端子１１２に入力される反転した論理レベルを表すことになる。
【００４１】
本実施形態では、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のソース端子に電源電圧Ｖ１が供給され、且つ出力データ信号が出力として選択されていない状態でＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１１８のバックゲート端子に昇圧電圧Ｖ２が供給されている。更に、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１２６のソース端子とバックゲート端子とに昇圧電圧Ｖ２が供給されている。このため、ＬＣＤ駆動信号をＳＥＧ端子１１２から出力する際には昇圧電圧Ｖ２を最高電位とし、且つ出力データ信号をＳＥＧ端子１１２から出力する際には電源電圧Ｖ１をＨレベル電位とすることができる（図３（Ｂ））。つまり、出力データ信号をＳＥＧ端子１１２から出力する際には、入出力端子に接続される負荷の負荷容量が極端に軽い必要がなく、且つＤＣ電流を流すこともでき、低い周波数でのやり取りに限定されない。
【００４２】
そして、本実施形態では、更に、出力データ信号が出力として選択されている状態で且つＬＣＤ駆動信号が出力として選択されていない状態でＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のバックゲート端子へ電源電圧Ｖ１の供給がなされ、出力データ信号が出力として選択されていない状態で且つＬＣＤ駆動信号が出力として選択されている状態でＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のバックゲート端子へ昇圧電圧Ｖ２の供給がなされる切替回路１１０を備えている。このため、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６のバックゲートバイアス効果を排除することができる。なお、バックゲートバイアス効果とは、バックゲート電圧の変化により閾値が変動することをいう。この効果の結果としては、出力データ信号による出力駆動能力がＨレベルとＬレベルとで大きく異なる、あるいはＨレベルが出ないという現象を引き起こすおそれがある。即ち、本実施形態では、出力データ信号による出力駆動能力を向上させて最大限に活用でき、且つ高い周波数における出力データ信号の出力の高精度化を実現することができる。
【００４３】
そして、切替回路１１０は、２つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３４、１３６を備え、２つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１３４、１３６のソース端子それぞれに電源電圧Ｖ１と昇圧電圧Ｖ２とが供給されている。このため、切替回路１１０は設計・開発が容易で簡易的に構成することができる。
【００４４】
また、電源電圧Ｖ１が１．５Ｖ系の電池電源とされ、且つ昇圧電源Ｖ２は電源電圧Ｖ１の２倍とされている。このため、本実施形態は、低消費電力が必要とされるハンドツール一般に広く適用することができる。
【００４５】
また、本実施形態の入出力回路１００を用いることで、同じ種類のマイクロコントローラの使える製品範囲を増やすことができる。このため、プログラムの共有が可能となりマイクロコントローラのプログラム開発の短縮が可能となる。また、マイコンコアの入ったシステムＬＳＩの開発からすると、少ない種類のＬＳＩ開発で多品種の機器に対応が可能となる。また、プログラム開発のための装置（デバッガ）を接続する端子としてＳＥＧ端子１１２を使うこともできる。同時に、ＳＥＧ端子１１２はテスト時のテスト端子としても使用することができる。このため、テスト端子の数を低減できマイクロコントローラのチップ面積の低減が可能となり、入出力回路１００を含むマイクロコントローラを組み込む機器の低コスト化を促進することができる。更に、ＳＥＧ端子１１２を、不具合発生時の解析用の信号観測端子に割り当てることも可能である。
【００４６】
即ち、本実施形態によれば、昇圧した電圧でＬＣＤを駆動するような場合でも、その共用の入出力端子から実用的な出力データ信号の出力が可能となる。
【００４７】
本発明について第１実施形態を挙げて説明したが、本発明は第１実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の要旨を逸脱しない範囲においての改良並びに設計の変更が可能なことはいうまでもない。
【００４８】
例えば、第１実施形態においては、第１（第２）出力バッファ１０６（１０８）は、１つのインバータ１１４（１２４）と２つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ１１６、１１８（１２６、１２８）と２つのＮチャンネルＭＯＳトランジスタ１２０、１２２（１３０、１３２）とで構成されていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図４に示す第２実施形態の如く、第１（第２）出力バッファ２０６（２０８）を、１つのインバータ２１４（２２４）と１つのＡＮＤ回路２２２（２３２）と１つのＯＲ回路２１６（２２６）と１つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ２１８（２２８）と１つのＮチャンネルＭＯＳトランジスタ２２０（２３０）とで構成してもよい。この場合には、第１、第２出力バッファ２０６、２０８を小型化でき、且つ第１、第２出力バッファ２０６、２０８に至るインピーダンスを考慮しなくて済むので、設計を容易に行うことができる。
【００４９】
また、上記実施形態においては、切替回路１１０、２１０を備えていたが、本発明はこれに限定されない。例えば、図１の第１実施形態から切替回路１１０を取り去った形態である図５に示す第３実施形態であってもよい。この場合には、第１出力バッファ３０６を構成するＰチャンネルＭＯＳトランジスタ３１６、３１８のバックゲート端子を昇圧回路ＶＤのＯＵＴ端子に接続している。即ち、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ３１６、３１８のバックゲート端子には出力データ信号が出力として選択されているか否かに関わらずに、昇圧電圧Ｖ２が供給される。本実施形態では、切替回路がないことから部品点数を少なくでき、入出力回路３００の低コスト化を図ることができる。
【００５０】
また、上記実施形態においては、液晶駆動信号として、ＬレベルとＨレベルの２値からなるセグメント出力に適用していたが、本発明はこれに限定されず、ＬレベルとＨレベルの間の中間レベルも出力するコモン出力に適用してもよい。
【００５１】
また、上記実施形態においては、マイクロコントローラとは別に設けられていたが、本発明はこれに限定されず、入出力回路がマイクロコントローラに含まれる形態であってもよい。
【００５２】
また、上記実施形態においては、いずれのＭＯＳトランジスタもＰ型基板（Ｐ型シリコンウェハ）によって作られたことを想定していたが、本発明はこれに限定されず、いずれのＭＯＳトランジスタもＮ型基板（Ｎ型シリコンウェハ）によって作られてもよい。その場合には、上記実施形態においてＮチャンネルＭＯＳトランジスタ、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタの使用されていた箇所で、ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ、Ｎチャンネルトランジスタが使用されることとなる（上記実施形態とはＭＯＳトランジスタの配置が逆となる）。そして電源電圧Ｖ１、昇圧電圧Ｖ２は共に、マイナス側となる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の入出力回路は、昇圧した電圧でＬＣＤを駆動するような場合でも、その共用の入出力端子から実用的な出力データ信号の出力が可能となるので、ディジタルキャリパ、ディジタルマイクロメータ、ディジタルインジケータ、ハイトゲージ、シリンダゲージなどのＬＣＤ表示が付いた電池駆動のディジタル測定器（ハンドツール）などに広く適用することが可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１００、２００、３００…入出力回路
１０６、２０６、３０６…第１出力バッファ
１０８、２０８、３０８…第２出力バッファ
１１０、２１０…切替回路
１１２、２１２、３１２…ＳＥＧ端子
１１４、１２４、２１４、２２４、３１４、３２４…インバータ
１１６、１１８、１２６、１２８、１３４、１３６、２１８、２２８、２３４、２３６、３１６、３１８、３２６、３２８…ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ
１２０、１２２、１３０、１３２、２２０、２３０、３２０、３２２、３３０、３３２…ＮチャンネルＭＯＳトランジスタ
１３８、２３８、３３８…入力バッファ
２１６、２２６…ＯＲ回路
２２２、２３２…ＡＮＤ回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源電圧によって生成された出力データ信号とＬＣＤを駆動するためのＬＣＤ駆動信号のうちの少なくともいずれかが入力されるスリーステート出力バッファと、該スリーステート出力バッファの出力に接続されるとともに該出力データ信号と該ＬＣＤ駆動信号のうちのいずれかが出力として選択され出力される１つの入出力端子と、を有する入出力回路において、
前記スリーステート出力バッファが前記出力データ信号と前記ＬＣＤ駆動信号の両方に対してそれぞれ第１、第２出力バッファとして設けられ、
該第１出力バッファを構成するＰ型基板によるＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくはＮ型基板によるＮチャンネルＭＯＳトランジスタのソース端子に前記電源電圧が供給され、且つ少なくとも前記出力データ信号が出力として選択されていない状態で前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくは前記ＮチャンネルＭＯＳトランジスタのバックゲート端子に該電源電圧から昇圧された昇圧電圧が供給され、更に、
前記第２出力バッファを構成するＰ型基板によるＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくはＮ型基板によるＮチャンネルＭＯＳトランジスタのソース端子とバックゲート端子とに前記昇圧電圧が供給されることを特徴とする入出力回路。
【請求項２】
更に、前記入出力端子に対して、前記出力データ信号が出力として選択されている状態で且つ前記ＬＣＤ駆動信号が出力として選択されていない状態で前記第１出力バッファのＰ型基板による前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくはＮ型基板による前記ＮチャンネルＭＯＳトランジスタのバックゲート端子に前記電源電圧の供給がなされ、前記出力データ信号が出力として選択されていない状態で且つ前記ＬＣＤ駆動信号が出力として選択されている状態で前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくは前記ＮチャンネルＭＯＳトランジスタのバックゲート端子に前記昇圧電圧の供給がなされる切替回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の入出力回路。
【請求項３】
前記切替回路は、２つのＰ型基板によるＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくは２つのＮ型基板によるＮチャンネルＭＯＳトランジスタを備え、該２つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくは該２つのＮチャンネルＭＯＳトランジスタのソース端子それぞれに前記昇圧電圧と前記電源電圧とが供給されていることを特徴とする請求項２に記載の入出力回路。
【請求項４】
前記電源電圧は１．５Ｖ系の電池電源とされ、且つ前記昇圧電源は該電源電圧の２倍とされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の入出力回路。
【請求項１】
電源電圧によって生成された出力データ信号とＬＣＤを駆動するためのＬＣＤ駆動信号のうちの少なくともいずれかが入力されるスリーステート出力バッファと、該スリーステート出力バッファの出力に接続されるとともに該出力データ信号と該ＬＣＤ駆動信号のうちのいずれかが出力として選択され出力される１つの入出力端子と、を有する入出力回路において、
前記スリーステート出力バッファが前記出力データ信号と前記ＬＣＤ駆動信号の両方に対してそれぞれ第１、第２出力バッファとして設けられ、
該第１出力バッファを構成するＰ型基板によるＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくはＮ型基板によるＮチャンネルＭＯＳトランジスタのソース端子に前記電源電圧が供給され、且つ少なくとも前記出力データ信号が出力として選択されていない状態で前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくは前記ＮチャンネルＭＯＳトランジスタのバックゲート端子に該電源電圧から昇圧された昇圧電圧が供給され、更に、
前記第２出力バッファを構成するＰ型基板によるＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくはＮ型基板によるＮチャンネルＭＯＳトランジスタのソース端子とバックゲート端子とに前記昇圧電圧が供給されることを特徴とする入出力回路。
【請求項２】
更に、前記入出力端子に対して、前記出力データ信号が出力として選択されている状態で且つ前記ＬＣＤ駆動信号が出力として選択されていない状態で前記第１出力バッファのＰ型基板による前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくはＮ型基板による前記ＮチャンネルＭＯＳトランジスタのバックゲート端子に前記電源電圧の供給がなされ、前記出力データ信号が出力として選択されていない状態で且つ前記ＬＣＤ駆動信号が出力として選択されている状態で前記ＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくは前記ＮチャンネルＭＯＳトランジスタのバックゲート端子に前記昇圧電圧の供給がなされる切替回路を備えることを特徴とする請求項１に記載の入出力回路。
【請求項３】
前記切替回路は、２つのＰ型基板によるＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくは２つのＮ型基板によるＮチャンネルＭＯＳトランジスタを備え、該２つのＰチャンネルＭＯＳトランジスタ若しくは該２つのＮチャンネルＭＯＳトランジスタのソース端子それぞれに前記昇圧電圧と前記電源電圧とが供給されていることを特徴とする請求項２に記載の入出力回路。
【請求項４】
前記電源電圧は１．５Ｖ系の電池電源とされ、且つ前記昇圧電源は該電源電圧の２倍とされていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の入出力回路。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１０９８７０（Ｐ２０１２−１０９８７０Ａ）
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２５８２３３（Ｐ２０１０−２５８２３３）
【出願日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月７日（２０１２．６．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【出願人】（０００１３７６９４）株式会社ミツトヨ (979)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]