JP2009010328A - 差動伝送線路 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】差動伝送線路2は、差動ドライバIC1から差動レシーバIC3へ差動信号を伝送する3本の信号線2a,2b,2cを備え、信号線2a,2b,2cの大部分は、プリント配線基板4の導体層T2,T3に設けられる。各信号線2a,2b,2cは、信号線並走区間と、差動ドライバIC1における差動信号の出力端子1Ea,1Eb,1Ecから信号線並走区間までを接続する差動ドライバIC1側の信号線経路長調整区間と、信号線並走区間から差動レシーバIC3における差動信号の入力端子までを接続する差動レシーバIC3側の信号線経路長調整区間とをそれぞれ備え、差動ドライバIC1側の信号線経路長調整区間における各信号線2a,2b,2cは、それらの長さが互いに等しくなるように形成される。
【選択図】図3
Description
図30は、第1の従来技術に係る差動伝送回路の回路図であり、図31は、図30の差動伝送回路の概略構成を示す斜視図である。図30の差動伝送回路は、従来のLVDSインターフェースの構成の一例を示す。差動ドライバIC911と差動レシーバIC913とは、+側の信号線912a及び−側の信号線912bから構成された差動伝送線路912により接続され、差動ドライバIC911に入力されたビット情報信号は、差動伝送線路912を介して差動レシーバIC913に伝送されて出力される。差動ドライバIC911の+側の出力端子(図30では、点p1により表す。)は、信号線912aを介して、差動レシーバIC913の+側の入力端子に接続され、同様に、差動ドライバIC911の−側の出力端子(図30では、点p2により表す。)は、信号線912bを介して、差動レシーバIC913の−側の入力端子に接続される。差動伝送線路912を終端するために、信号線912a上において差動レシーバIC913に近接した点p3と、信号線912b上において差動レシーバIC913に近接した点p4とは、100Ωの終端抵抗Rにより接続される。差動伝送線路912は50Ωの奇モードインピーダンスを有する。差動伝送線路912の+側信号線912aと−側信号線912bの電気的特性は等しく、これらは平衡な伝送線路を形成しており、LVDSではこの2本の信号線912a,912bにより1つのビット情報信号の伝送を行う。差動ドライバIC911は、その入力端子から入力されたビット情報信号に基づいて、差動伝送線路912の+側と−側の間に電位差を生じるような差動信号を生成する。詳しくは、差動ドライバIC911は約3.5mAの電流を駆動し、100Ωの終端抵抗Rの両端点p3,p4間に約350mVの電圧を発生させる。差動レシーバIC913は、終端抵抗Rの両端点p3,p4間に生じる約350mVの差動信号を検出してCMOSレベル(電源電圧の20〜40%程度の電圧レベル。以下同様。)に変換し、変換後のビット情報信号を出力端子から出力する。
LVDSでは、差動伝送線路912の+側の信号線912aと−側の信号線912bとをそれぞれ流れる信号電流Isが同じ大きさを有し、かつ互いに逆の向きを有するので、それぞれに流れる電流によって発生する磁界は互いに打ち消しあうことに加えて、その信号レベルが小さいことから、不要輻射ノイズや、クロストークノイズの発生を抑制する。また、外来のノイズに対しても、影響の受け方が差動伝送線路912の+側と−側とで相対的に同じであれば信号の論理値に影響しないので、LVDSはノイズ耐性にも優れている。しかしながら、LVDSに限らず、プリント配線基板、ケーブル等の差動伝送線路や終端回路等の差動インピーダンスのミスマッチや、差動伝送線路912の信号線912a,912b間のスキューなどによっても、差動伝送線路912にはわずかな同相のコモンモード電流が流れてしまう。図30の差動伝送線路912において、ディファレンシャルモード電流成分は、終端抵抗Rによって整合して終端されるものの、コモンモード電流成分については回路上流れる経路がなく、プリント配線基板914の持つ浮遊容量等を介してリターンする。そのため、差動伝送線路912に発生するコモンモード電流成分が、LVDS伝送系から放射される不要輻射ノイズの主な原因となっていた。この点を解決するために、図31に示すように、2本の信号線912a,912bを平行にかつ直近の位置関係にレイアウトし、差動インピーダンスのミスマッチを防いでいる(例えば、特許文献1を参照)。上述の方法では、2本の信号線912a,912bから構成された差動伝送線路912に流れるコモンモード電流が抑制され、伝送ノイズ及び不要輻射ノイズを抑制できる。
図32は、第2の従来技術に係る差動伝送回路の概略構成を示す斜視図であり、図33は、図32のC−C’線において鉛直方向に切断して矢印の向きに見たときの切断面を示す断面図である。差動ドライバIC911Aと差動レシーバIC913Aとは、3本の信号線912a,912b,912cから構成された差動伝送線路912Aにより接続される。差動ドライバIC911Aに入力された第1のビット情報信号は、信号線912a,912bを介して差動レシーバIC913Aに伝送され、同様に、差動ドライバIC911Aに入力された第2のビット情報信号は、信号線912b,912cを介して差動レシーバIC913Aに伝送される。信号線912a,912bを終端するための終端抵抗と、信号線912b,912cを終端するための終端抵抗とが、差動レシーバIC913A内に設けられる。図32及び図33に示すように3本の信号線912a,912b,912cをプリント配線基板914上に平行に配置すると、互いに近接する2本の信号線912a,912b間及び912b,912c間と、両サイドの信号線912a,912c間とでは、距離及び差動インピーダンスが異なるので互いの電磁界を打ち消すことができず、不要輻射ノイズを削減することができないという新しい課題が生じた。
上記少なくとも3本の信号線は、上記複数の導体層のうちの少なくとも2つの導体層に設けられ、
上記各信号線は、
(a)上記各信号線が並走する信号線並走区間と、
(b)上記ドライバ手段における差動信号の出力端子から上記信号線並走区間までを接続する区間であって、各信号線の経路長を調整する第1の信号線経路長調整区間と、
(c)上記信号線並走区間から上記レシーバ手段における差動信号の入力端子までを接続する区間であって、各信号線の経路長を調整する第2の信号線経路長調整区間と
をそれぞれ含み、
上記第1の信号線経路長調整区間における各信号線は、それらの長さが互いに等しくなるように形成されることを特徴とする。
また、上記差動伝送線路において、上記ドライバ手段における差動信号の各出力端子は、上記ドライバ手段から最も離隔した導体層に設けられた信号線に接続された出力端子が、他の導体層に設けられた信号線に接続された出力端子よりも上記レシーバ手段から相対的に近くなるように上記各信号線の長手方向で並置されたことを特徴とする。
上記差動伝送線路は3本の信号線を備え、
上記複数の導体層のうちの第1の導体層において、上記3本の信号線のうちの第1及び第2の信号線は互いに所定の第1の距離だけ離隔されて設けられ、
上記複数の導体層のうちの第2の導体層において、上記3本の信号線のうちの第3の信号線は上記第1及び第2の信号線のそれぞれから上記所定の第2の距離だけ離隔されて設けられたことを特徴とする。
上記ドライバ手段は差動信号の3つの出力端子を備え、
上記3つの出力端子は互いに上記所定の同一距離だけ離隔するように並置されたことを特徴とする。
さらに、上記差動伝送線路において、上記3本の信号線の少なくとも一部は互いに上記所定の同一距離だけ離隔するように並置されたことを特徴とする。
またさらに、上記差動伝送線路は3本の信号線を備え、
上記ドライバ手段は差動信号の3つの出力端子を備え、
上記複数の導体層のうちの第1の導体層において、上記3本の信号線のうちの第1及び第2の信号線は互いに所定距離だけ離隔されて設けられ、
上記複数の導体層のうちの第2の導体層において、上記3本の信号線のうちの第3の信号線は上記第1及び第2の信号線のそれぞれから上記所定距離だけ離隔されて設けられ、
上記3つの出力端子は、上記第1及び第2の導体層間の距離が、上記第3の信号線に接続された出力端子と上記第1及び第2の信号線に接続された出力端子間の中点との距離と等しくなるように並置されたことを特徴とする。
さらに、上記差動伝送線路において、
上記プリント配線基板は、積層された少なくとも4つの導体層を備え、
上記導体層のうちの2つは接地導体として構成され、
上記各信号線は、上記接地導体以外の少なくとも2つの導体層の一部をパターン導体として形成され、
上記各信号線のすべては上記2つの接地導体で挟設されて配置されることを特徴とする。
上記少なくとも3本の信号線は互いに平行に配置され、
当該差動伝送線路の長手方向に垂直な断面において、上記少なくとも3本の信号線は同一円周上に略等間隔に配置されることを特徴とする。
上記差動伝送線路の長手方向に垂直な断面において、上記少なくとも3本の信号線のうちの隣り合う2本の信号線の対はそれぞれ、当該信号線の対の間の中心線に対して対称となる断面形状を有することを特徴とする。
上記差動伝送線路において、上記各信号線の断面形状はそれぞれ円形であることを特徴とする。
上記各信号線の断面形状はそれぞれ略正三角形であることを特徴とする。
さらに、上記差動伝送線路において、上記プリント配線基板は、積層された少なくとも4つの導体層を含む多層プリント配線基板であり、
上記導体層のうちの2つは接地導体として構成され、
上記各信号線は、上記接地導体以外の少なくとも2つの導体層の一部をパターン導体として形成され、
上記各信号線のすべては、上記2つの接地導体で挟設されて配置されることを特徴とする。
また、本発明に係る差動伝送線路は、両面プリント配線基板に設けられた差動伝送線路であって、ドライバ手段からレシーバ手段へ差動信号を伝送する3本の信号線を備えた差動伝送線路において、
上記信号線のうちの1本は、上記両面プリント配線基板の一方の導体層にコプレナー線路のストリップ導体として構成され、上記信号線のうちの他の2本は、上記両面プリント配線基板の他方の導体層にコプレナー線路のストリップ導体としてそれぞれ構成され、
上記3本の信号線は互いに平行に配置され、
当該差動伝送線路の長手方向に垂直な断面において、上記3本の信号線は実質的に正三角形の頂点に位置するように配置されることを特徴とする。
また、本発明に係る差動伝送線路は、信号送信機と、信号受信機と、を備える多重差動伝送システムに用いられるものである。
上記信号送信機は、第1、第2及び第3の信号線を有する上記差動伝送路に接続され、第1の差動ドライバと、第2の差動ドライバと、第3の差動ドライバと、を備える。第1の差動ドライバは、第1のビット情報信号に応答して、第1出力信号と、上記第1出力信号の位相反転信号である反転第1出力信号とを送信する。第2の差動ドライバは、第2のビット情報信号に応答して、第2出力信号と、上記第2出力信号の位相反転信号である反転第2出力信号とを送信する。第3の差動ドライバは、第3のビット情報信号に応答して、第3出力信号と、上記第3出力信号の位相反転信号である反転第3出力信号とを送信する。そして、信号送信機は、上記第1出力信号と上記反転第3出力信号とを合成して第1の信号線に送信し、上記第2出力信号と上記反転第1出力信号とを合成して第2の信号線に送信し、上記第3出力信号と上記反転第2出力信号とを合成して第3の信号線に送信する。そして、上記第1出力信号の2値信号電圧の絶対値と上記第2出力信号の2値信号電圧の絶対値とは同一であり、上記第3出力信号の2値信号電圧の絶対値と上記第1出力信号の2値信号電圧の絶対値は異なることを特徴とする。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る差動伝送回路の概略構成を一部透視により示した斜視図であり、図2は、図1のA−A’線において鉛直方向に切断して矢印の向きに見たときの切断面を示す断面図であり、図3は、図1のB−B’線において鉛直方向に切断して矢印の向きに見たときの切断面を示す断面図である。本実施形態の差動伝送回路では、積層された複数の導体層T1,T2,T3,T4を備えたプリント配線基板4に設けられ、プリント配線基板4上の差動ドライバIC1からプリント配線基板4上の差動レシーバIC3へ差動信号を伝送する3本の信号線2a,2b,2cを備えた差動伝送線路2であって、信号線2a,2b,2cの大部分は、上記複数の導体層のうちの2つの導体層T2,T3に設けられ、各信号線2a,2b,2cは、各信号線2a,2b,2cが並走する信号線並走区間と、差動ドライバIC1における差動信号の出力端子1Ea,1Eb,1Ecから信号線並走区間までを接続する区間であって、各信号線2a,2b,2cの経路長を調整する差動ドライバIC1側の信号線経路長調整区間と、信号線並走区間から差動レシーバIC3における差動信号の入力端子までを接続する区間であって、各信号線2a,2b,2cの経路長を調整する差動レシーバIC3側の信号線経路長調整区間とをそれぞれ備え、差動ドライバIC1側の信号線経路長調整区間における各信号線2a,2b,2cは、それらの長さが互いに等しくなるように形成されることを特徴とする。本実施形態では、この等長構成を実現するために、差動ドライバIC1の差動信号の出力端子1Ea,1Eb,1Ecの位置を調整することを特徴とする(詳細後述)。
<1.1:3つのビット情報信号の伝送方法>
以下、図4を参照して、差動伝送線路2を用いて3つのビット情報信号を伝送する方法について詳述する。図4は、図1の差動伝送回路の回路図である。差動ドライバIC1は差動ドライバ回路1a,1b,1cを備えて構成され、差動レシーバIC3は、差動増幅器である差動レシーバ回路3a,3b,3cと、終端抵抗Ra,Rb,Rcと、を備えて構成される。
表1は、伝送されるビット情報信号と、信号線2a,2b,2cのそれぞれにおける差動レシーバ回路3a,3b,3c側の端部における電位(終端電位)との関係を示したビット割り当て表である。終端電位の値は、説明の簡単化のために正規化してある。
<1.2:差動伝送線路を含む多重差動伝送システム>
ここで、より具体的に、本発明の実施形態に係る差動伝送線路を含む多重差動伝送システムについて説明する。
(1.2.1:第1の多重差動伝送システム)
図13は、本発明の実施形態に係る差動伝送線路を含む第1の多重差動伝送システムの構成を示すブロック図である。図13において、第1の多重差動伝送システムは、信号送信機(差動ドライバIC)1と信号受信機(差動レシーバIC)3とが信号伝送路(差動伝送線路)2を介して接続されて構成される。信号送信機1は、(a)ハイレベル又はローレベルを有するビット情報信号B1に応答して、第1出力信号S11aとその位相反転信号である反転第1出力信号S11bを出力する差動ドライバ1aと、
(b)ハイレベル又はローレベルを有するビット情報信号B2に応答して、第2出力信号S12aとその位相反転信号である反転第2出力信号S12bを出力する差動ドライバ1bと、
(c)ハイレベル又はローレベルを有するビット情報信号B3に応答して、第3出力信号S13aとその位相反転信号である反転第3出力信号S13bを出力する差動ドライバ1cとを備える。それぞれ出力信号の2値電圧レベルは±1[V]で互いに等しく、差動ドライバ1a,1b,1cはクロックCLKの立ち上がりタイミングで各出力信号を送信するように動作する。
信号受信機3は、それぞれビット情報判定器(図19を参照して後述するように、終端電圧V1,V2,V3が負であるか否かを判断するコンパレータで構成される。)である3個の差動レシーバ3a,3b,3cと、クロック再生回路24と、3個の終端抵抗41,42,43とを備えて構成される。信号線2aと信号線2bの間に終端抵抗41が接続され、当該終端抵抗41に流れる電流の方向又は終端抵抗41に発生する終端電圧V1の極性は差動レシーバ3aにより検出される。また、信号線2bと信号線2cの間に終端抵抗42が接続され、当該終端抵抗42に流れる電流の方向又は終端抵抗42に発生する終端電圧V2の極性は差動レシーバ3bにより検出される。さらに、信号線2cと信号線2aの間に終端抵抗43が接続され、当該終端抵抗43に流れる電流の方向又は終端抵抗43に発生する終端電圧V3の極性は差動レシーバ3cにより検出される。クロック再生回路24は、立ち上がり検出回路及びPLL回路を含み構成され、3本の信号線2a,2b,2cに伝送される伝送信号の立ち上がりエッジを検出することにより所定の周期を有するクロックCLKを再生して各差動レシーバ3a,3b,3cに出力する。各差動レシーバ3a,3b,3cは、入力されるクロックCLKの立ち上がりで後述するようにビット情報の判定を実行して、それぞれビット情報信号B1,B2,B3を出力する。
図16は図13の多重差動伝送システムにおいて伝送されるビット情報と、信号伝送路(差動伝送線路)2の各信号線2a,2b,2cを伝送する伝送信号の信号電圧Vs1,Vs2,Vs3との関係を示す図であり、図17は図13の信号線2a,2b,2cの信号電圧Vs1,Vs2,Vs3を説明するための信号送信機1と各信号線2a,2b,2cとの等価回路を示す回路図である。ここで、各信号線2a,2b,2cの信号電圧Vs1,Vs2,Vs3について、図16及び図17を参照して説明する。
図18から明らかなように、3つの信号線2a,2b,2cに重畳したときに隣接する1対の信号線間に生じる電位差(終端抵抗41,42,43の終端電圧)により、その電流の方向又はその終端電圧の極性を判定することで、全ビットが0及び全ビットが1の場合以外の6状態において各差動ドライバ1a,1b,1cが出力したビット情報信号を復号することが可能である。また、信号伝送路(差動伝送線路)2の各信号線2a,2b,2cに印加される信号電圧は、いずれのビット情報信号を伝送する場合においてもトータルで0となり、各信号線2a,2b,2cから輻射されるノイズが互いに打ち消しあうため、通常の差動伝送方法と同様にノイズの少ない伝送が可能である。
図19において、まず、ステップS1において各差動レシーバ3a,3b,3cによって、各終端抵抗41,42,43に流れる電流方向が負であるか否か、又は各終端抵抗41,42,43の終端電圧Vi(i=1,2,3)が負であるか否かを判定する。YESのときはステップS2に進み、ビット情報Biに0を設定する一方、NOのときはステップS3に進みビット情報Biに1を設定する。そして、当該ビット情報判定処理を終了する。
(1.2.2:第2の多重差動伝送システム)
図20は、本発明の実施形態に係る差動伝送線路を含む第2の多重差動伝送システムの構成を示すブロック図である。図20において、第2の多重差動伝送システムは、信号送信機(差動ドライバIC)1Aと信号受信機(差動レシーバIC)3Aとが信号伝送路(差動伝送線路)2を介して接続されて構成される。信号送信機1Aは、第1の多重差動伝送システムと同様に、3個の差動ドライバ1a,1b,13Aを備え、差動ドライバ1a,1b,13Aと信号線2a,2b,2cとの接続方法は第1の多重差動伝送システムと同様であり、差動ドライバ1aと差動ドライバ1bの出力信号の2値電圧レベルは±1[V]で等しいが、差動ドライバ13Aの出力信号の2値電圧レベルは±1.5[V]であって、その絶対値は差動ドライバ1a,1bに比較して高く設定されている。
(1)|Vd1|=|Vd2|
(2)|Vd3|≠|Vd1|:Vd3=Vd1のとき、ビット情報信号000,111を送ると各信号線間電位差が0になり判定不可となるため。
(3)|Vd3|≠|3Vd1|:Vd3=3Vd1のとき、ビット情報信号010〜101を送ると各信号線間電位差に0が発生し判定不可となるため。
(4)|Vd3|>|Vd1|/2:しきい値|Vth|が0以下になり判定不可となるため。
(5)|Vd1−Vd3|<|Vth|:しきい値条件である。これにより、比較器25及び絶対値演算器28でのみ判断可能となる。
図21は、図20の各差動ドライバ1a,1b,13Aの出力信号S11a,S11b,S12a,S12b,S13a,S13bの信号波形を示す信号波形図である。また、図22は、図20の信号伝送路(差動伝送線路)2の信号線2a,2b,2cを介して伝送する伝送信号の信号電圧Vs1,Vs2,Vs3の信号波形と割り当てられるビット情報の関係を示す波形図である。さらに、図23は図20の多重差動伝送システムにおいて伝送されるビット情報と、各信号線2a,2b,2cを伝送する伝送信号の信号電圧Vs1,Vs2,Vs3と、信号受信機3Aの各終端抵抗41,42,43の終端電圧V1,V2,V3とその極性との関係を示す図である。
図24は、図20の多重差動伝送システムにおいて信号受信機3Aの各差動レシーバ3a,3b,3c及び比較器25によって実行されるビット情報判定処理の第1の実施例を示すフローチャートである。
図25は、第2の多重差動伝送システムの変形例に係る多重差動伝送システムの構成を示すブロック図である。本変形例の多重差動伝送システムは、図20の第2の多重差動伝送システムに比較して、図25に示すように、信号受信機3Aに代えて、信号受信機3Bを備え、信号受信機3Bにおいて、切替スイッチ26,27に代えて、プログラムメモリ50aを有して図26のビット情報判定処理(プログラムメモリ50aに予め格納される。)を実行する復号処理器50を備えたことを特徴としている。なお、絶対値演算器28は、終端抵抗42の終端電圧V2を検出してその絶対値|V2|=|V1+V3|を演算してその演算結果を示す信号を比較器25の非反転入力端子に出力する。
本変形例に係る多重差動伝送システムにおいては、ビット情報信号000及び110と、111及び000とを区別する方法であって、以下の条件のもとで実行できる。
(1)|Vd1|=|Vd2|
(2)|Vd3|≠|Vd1|:Vd3=Vd1のとき、ビット情報000,111を送ると各信号線間電位差が0になり判定不可となるため。
(3)|Vd3|≠|3Vd1|:Vd3=3Vd1のとき、ビット情報010〜101を送ると各信号線間電位差に0が発生し判定不可となるため。
(4)|Vd1−Vd3|<|Vth|:しきい値条件である。これにより、比較器25及び絶対値演算器28でのみ判断可能となる。なお、図25において、絶対値演算器28は終端電圧V2の絶対値|V2|を演算して比較器25に出力する。
図26は、図25の多重差動伝送システムにおいて信号受信機3Bの復号処理器50によって実行されるビット情報判定処理の第2の実施例を示すフローチャートである。図26において、ステップS21−S23は差動レシーバ3a,3b,3cにより実行される処理であり、ステップS24は復号処理器50単独で実行される処理であり、ステップS11−S14は差動レシーバ3c及び比較器25により実行される処理である。
図27は、本発明の実施形態に係る差動伝送線路を含む第3の多重差動伝送システム(図20の構成を用いて設定条件のみ異なる。)において伝送されるビット情報と、各信号線2a,2b,2cを伝送する伝送信号の各信号電圧Vs1,Vs2,Vs3と、信号受信機3(または3A)の各終端抵抗41,42,43の終端電圧V1,V2,V3とその極性との関係を示す図である。第3の多重差動伝送システムは、第2の多重差動伝送システムに比較して設定条件のみが異なり、Vd3<Vd1(例えば、Vd1=Vd2=1.0[V];Vd3=0.8[V]のとき)と設定されることを特徴としている。なお、装置構成は図20の多重差動伝送システムを用いる。
図28は、第3の多重差動伝送システムにおいて、信号受信機3Aの各差動レシーバ3a,3b,3c及び比較器25によって実行されるビット情報判定処理の第3の実施例を示すフローチャートである。図28のビット情報判定処理は、図24のビット情報判定処理に比較して、ステップS13の処理と、ステップS14の処理が入れ替わるのみである。以上のように構成された第3の多重差動伝送システムは、第2の多重差動伝送システムと同様の作用効果を有する。
図29は、第3の多重差動伝送システムの変形例に係る多重差動伝送システム(図25の構成を用いて設定条件のみ異なる。)において信号受信機3Bの復号処理器50によって実行されるビット情報判定処理の本変形例を示すフローチャートである。ここで、装置構成は図25の多重差動伝送システムを用いる。図29のビット情報判定処理は、図26のビット情報判定処理に比較して、ステップS13の処理と、ステップS14の処理が入れ替わるのみである。以上のように構成された第3の多重差動伝送システムの変形例の多重差動伝送システムは、第2の多重差動伝送システムの変形例の多重差動伝送システムと同様の作用効果を有する。
本発明の実施形態に係る差動伝送線路2は、3本の信号線に限らず、4本以上の信号線を備えていてもよい。この場合、差動ドライバICの底面における差動信号の出力端子の配置は、差動ドライバICが設けられた導体層から各信号線の中央の区間がそれぞれ設けられた導体層までの信号線毎の距離の違いを補償するように、最も深い導体層(すなわち、差動ドライバICに対して最も遠隔した導体層)に設けられた信号線に接続された出力端子を基準として、他の導体層に設けられた信号線に接続された出力端子が、信号線が設けられかつ差動ドライバICに対して最も遠隔した導体層から信号線が設けられた他の導体層までの距離に従って、実質的に信号線並走区間に平行な方向において差動レシーバICから異なる長さで遠隔するように決められる。
また、信号線2a,2b,2cの中央の区間の長手方向に直交する断面を見たときに、信号線2a,2b,2cは、図1乃至図3の場合と同様に正三角形の頂点に位置するように配置されることに限定されず、例えば2等辺3角形の頂点に位置するように配置されてもよい。このとき、図2においてL1=L2≠L3になる。
[第2の実施形態]
図5は、本発明の第2の実施形態に係る差動伝送回路の概略構成を一部透視により示した斜視図であり、図6は、図5の差動伝送回路の上面図である。本実施形態では、各信号線2a,2b,2cを差動ドライバIC1A側の信号線経路長調整区間において互いに等長に形成するために、第1の実施形態のように差動ドライバIC1の差動信号の出力端子1Ea,1Eb,1Ecの位置を調整することに代えて、信号線2a,2cの信号線経路長調整区間に信号線折り返し部2ad,2ae,2cd,2ceを備えて構成したことを特徴とする。
本実施形態に係る差動伝送線路2は、3本の信号線2a,2b,2cに限らず4本以上の信号線を備えていてもよく、また、2つの導体層T5,T6に限らず3つ以上の導体層を備えていてもよい。この場合、差動ドライバICが設けられた導体層から各信号線の中央の区間がそれぞれ設けられた導体層までの信号線毎の距離の違いを補償するように、信号線が設けられかつ差動ドライバICに対して最も遠隔した導体層以外の導体層に設けられた信号線において、差動レシーバIC側の信号線経路長調整区間は、信号線が設けられかつ差動レシーバICに対して最も遠隔した導体層から当該信号線が設けられた他の導体層までの距離だけ信号線の経路長を延長する信号線折り返し部をそれぞれ備えて構成される。
なお、図5及び図6に示す例では、差動ドライバIC1A及び差動レシーバIC3Aのパッケージとして、QFP(Quad Flat Package)タイプの場合を例として説明したが、BGA(Ball Grid Array)タイプや、ICパッケージのサイズがICチップサイズとほぼ同じ程度の大きさである、CSP(Chip Size Package)タイプといったその他のパッケージの場合であっても、同様の効果を有する。
さらに、本発明の第1の実施形態と第2の実施形態とを組み合わせた構成を実施してもよい。すなわち、第1の実施形態のように、差動ドライバICの出力端子及び差動レシーバICの出力端子の位置を調整するとともに、第2の実施形態のように、信号線に信号線折り返し部を設けた構成を実施することも可能である。
[第3の実施形態]
図7は、本発明の第3の実施形態に係る差動伝送回路の概略構成を一部透視により示した斜視図であり、図8は、図7のA−A’線における切断面を示す断面図である。本実施形態の差動伝送回路では、3本の信号線2a,2b,2cから構成された差動伝送線路2を介して3つのビット情報信号を伝送する。このとき、3本の信号線2a,2b,2cは互いに平行に配置され、当該差動伝送線路2の長手方向に垂直な断面において、3本の信号線2a,2b,2cは同一円周上に略等間隔に配置され、従って正三角形の頂点に位置するように配置されることを特徴とする。さらに、差動伝送線路2の長手方向に垂直な断面において、3本の信号線2a,2b,2cのうちの隣り合う2本の信号線の対はそれぞれ、当該信号線の対の間の中心線に対して対称となる略正三角形の断面形状を有することを特徴とする。
以下、図4を参照して、差動伝送線路2を用いて3つのビット情報信号を伝送する方法について詳述する。図4は、図7の差動伝送回路の回路図である。差動ドライバIC1は差動ドライバ回路1a,1b,1cを備えて構成され、差動レシーバIC3は差動レシーバ回路3a,3b,3cと終端抵抗Ra,Rb,Rcとを備えて構成される。
表3は、伝送されるビット情報信号と、信号線2a,2b,2cのそれぞれにおける差動レシーバ回路3a,3b,3c側の端部における電位(終端電位)との関係を示したビット割り当て表である。終端電位の値は、説明の簡単化のために正規化してある。
なお、本発明の実施形態に係る差動伝送線路を含む多重差動伝送システムについては、第1の実施形態と同様であるので説明を省略する。
以上説明した実施形態では、差動伝送線路2の奇モードインピーダンスを50Ωとし、その差動インピーダンスを100Ωとして説明したが、インピーダンスはその他の値をとってもよい。また、説明した実施形態では、差動ドライバIC1の中に3つの差動ドライバ回路1a,1b,1cが形成され、差動レシーバIC3の中に3つの終端抵抗Ra,Rb,Rcと3つの差動レシーバ回路3a,3b,3cが形成された場合を例として説明したが、1つのICに1つの回路が形成されたICを複数個プリント配線基板4に実装することによっても、同様の効果を有する。また、説明した実施形態では、差動レシーバIC3の中に終端抵抗Ra,Rb,Rcが形成された場合を例として説明したが、終端抵抗Ra,Rb,Rcを外付け部品としてプリント配線基板4上に実装することによっても、同様の効果を有する。また、説明した実施形態では、エッチングにより信号線2a,2b,2cのパターン導体2ab,2bb,2cbを作成する場合を例として説明したが、印刷により信号線2a,2b,2cのパターンを作成することによっても、同様の効果を有する。また、説明した実施形態では、導体層T2及びT3には信号線2a,2b,2cのパターン導体2ab,2bb,2cbのみが形成されている場合を例として説明したが、差動伝送線路2に対して影響しないように離隔させて、導体層T2及びT3に他の回路要素を設けてもよい。また、説明した実施形態では、LVDSを例として説明したが、その他の差動伝送方式であっても、同様の効果を有する。
≪変形例≫
図9は、本発明の第3の実施形態の第1の変形例に係る差動伝送回路の断面図である。図8に説明した実施形態では、信号線2a,2b,2cの断面形状を略正三角形に形成したが、図9の変形例ではそれに代わって、信号線2a,2b,2cの断面形状を円形に形成することを特徴とする。この場合もまた、図8の場合と同様に、差動伝送線路2の長手方向に垂直な断面において、3本の信号線2a,2b,2cのうちの隣り合う2本の信号線の対はそれぞれ、当該信号線の対の間の中心線に対して対称となる断面形状を有する。以下、図8の実施形態との相違点について詳述する。
図10は、本発明の第3の実施形態の第2の変形例に係る差動伝送回路の断面図である。差動伝送線路2の信号線2a,2b,2cの断面形状は、正三角形や円形に限定されることなく、他の多角形などであってもよい。図10の変形例では、正方形の断面形状を有する信号線2a,2b,2cが同一円周上に略等間隔に配置され、従って正三角形の頂点にそれぞれ位置するように、3本の信号線の中心に対して対称に配置される場合を示す。図10の信号線2a,2b,2cの断面形状は、図8の場合と同様に導体材料をエッチングすることにより形成することができる。
図11は、本発明の第3の実施形態の第3の変形例に係る差動伝送回路の断面図である。図11の差動伝送線路2は、コプレナー線路として形成されたことを特徴とする。
図11において、差動伝送線路2を設ける基板は、誘電体層D4と、その上面と下面に形成された導体層T5,T6とを備えた両面プリント配線基板として構成される。導体層T5は、ストリップ状の信号線2bと、信号線2bの左右に所定距離だけ離隔して設けられた導体層の接地部分T5a,T5bとを備え、従って信号線2bはコプレナー線路のストリップ導体として構成される。また、導体層T6は、互いに所定距離だけ離隔されたストリップ状の信号線2a,2cと、信号線2aの左側に所定距離だけ離隔して設けられた導体層の接地部分T6aと、信号線2cの右側に所定距離だけ離隔して設けられた導体層の接地部分T6bとを備え、従って信号線2a,2cはそれぞれ変形型のコプレナー線路(本明細書では単に「コプレナー線路」という。)のストリップ導体として構成される。信号線2a,2b,2cは互いに平行に配置され、その断面を見たときには、図8等と同様に実質的に正三角形の頂点に位置するように配置される。差動ドライバIC1及び差動レシーバIC3は、導体層T5,T6のいずれかに設けられ、このとき、差動ドライバIC1の出力端子及び差動レシーバIC3の入力端子は、導体層T5,T6上のパターンと、誘電体層D4を貫通するスルーホール導体とを介して、信号線2a,2b,2cに接続される。
図11の構成によれば、図8、図9及び図10の構成に比較して、差動伝送線路2の製造工程を簡単化することができる。
[第4の実施形態]
図12は、本発明の第4の実施形態に係る差動伝送回路の断面図である。差動伝送線路2の信号線の本数は3本に限定されず、4本以上の信号線を備えていてもよい。本実施形態において、4本の信号線2d,2e,2f,2gは互いに平行に配置され、当該差動伝送線路2の長手方向に垂直な断面において、4本の信号線2d,2e,2f,2gは同一円周上に略等間隔に配置され、従って正方形の頂点に位置するように配置されることを特徴とする。さらに、差動伝送線路2の長手方向に垂直な断面において、4本の信号線2d,2e,2f,2gのうちの隣り合う2本の信号線の対はそれぞれ、当該信号線の対の間の中心線に対して対称となる断面形状を有することを特徴とする。
本発明の実施形態において、プリント配線基板4は、リジッドな基板として構成されてもよく、又はフレキシブル基板として構成されてもよい。また、基板の厚さ方向への構成は図示したものに限定せず、プリント配線基板4は、より多くの導体層及び誘電体層を備えた多層基板として構成されてもよい。
なお、本発明の具体的な構成は、前述の実施形態に限られるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更および修正が可能である。
1a,1b,1c…差動ドライバ回路、
1Ea,1Eb,1Ec…出力端子、
2…差動伝送線路、
2a,2b,2c,2d,2e,2f,2g…信号線、
2aa,2ba,2ca,2ac,2bc,2cc…スルーホール導体、
2ab,2bb,2cb…パターン導体、
2ab,2bb,2bd,2be,2cb…パターン導体、
2ad,2ae,2cd,2ce…信号線折り返し部、
3,3A…差動レシーバIC、
3a,3b,3c…差動レシーバ回路、
3Ea,3Eb,3Ec…入力端子、
4,4A…プリント配線基板、
D1,D2,D3,D4…誘電体層、
Ra,Rb,Rc…終端抵抗、
T1,T2,T3,T4,T5,T5a,T5b,T6,T6a,T6b…導体層。
Claims (17)
- 積層された複数の導体層を備えたプリント配線基板に設けられ、上記プリント配線基板上のドライバ手段から上記プリント配線基板上のレシーバ手段へ差動信号を伝送する少なくとも3本の信号線を備えた差動伝送線路であって、
上記少なくとも3本の信号線は、上記複数の導体層のうちの少なくとも2つの導体層に設けられ、
上記各信号線は、
(a)上記各信号線が並走する信号線並走区間と、
(b)上記ドライバ手段における差動信号の出力端子から上記信号線並走区間までを接続する区間であって、各信号線の経路長を調整する第1の信号線経路長調整区間と、
(c)上記信号線並走区間から上記レシーバ手段における差動信号の入力端子までを接続する区間であって、各信号線の経路長を調整する第2の信号線経路長調整区間と
をそれぞれ含み、
上記第1の信号線経路長調整区間における各信号線は、それらの長さが互いに等しくなるように形成されることを特徴とする、
差動伝送線路。 - 上記第2の信号線経路長調整区間における各信号線は、それらの長さが互いに等しくなるように形成されることを特徴とする、
請求項1記載の差動伝送線路。 - 上記ドライバ手段における差動信号の各出力端子は、上記ドライバ手段から最も離隔した導体層に設けられた信号線に接続された出力端子が、他の導体層に設けられた信号線に接続された出力端子よりも上記レシーバ手段から相対的に近くなるように上記各信号線の長手方向で並置されたことを特徴とする、
請求項1又は2記載の差動伝送線路。 - 上記差動伝送線路は3本の信号線を備え、
上記複数の導体層のうちの第1の導体層において、上記3本の信号線のうちの第1及び第2の信号線は互いに所定の第1の距離だけ離隔されて設けられ、
上記複数の導体層のうちの第2の導体層において、上記3本の信号線のうちの第3の信号線は上記第1及び第2の信号線のそれぞれから上記所定の第2の距離だけ離隔されて設けられたことを特徴とする、
請求項3記載の差動伝送線路。 - 上記ドライバ手段は差動信号の3つの出力端子を備え、
上記3つの出力端子は互いに上記所定の同一距離だけ離隔するように並置されたことを特徴とする、
請求項3又は4記載の差動伝送線路。 - 上記3本の信号線の少なくとも一部は互いに上記所定の同一距離だけ離隔するように並置されたことを特徴とする、
請求項3乃至5のうちのいずれか1つに記載の差動伝送線路。 - 上記差動伝送線路は3本の信号線を備え、
上記ドライバ手段は差動信号の3つの出力端子を備え、
上記複数の導体層のうちの第1の導体層において、上記3本の信号線のうちの第1及び第2の信号線は互いに所定距離だけ離隔されて設けられ、
上記複数の導体層のうちの第2の導体層において、上記3本の信号線のうちの第3の信号線は上記第1及び第2の信号線のそれぞれから上記所定距離だけ離隔されて設けられ、
上記3つの出力端子は、上記第1及び第2の導体層間の距離が、上記第3の信号線に接続された出力端子と上記第1及び第2の信号線に接続された出力端子間の中点との距離と等しくなるように並置されたことを特徴とする、
請求項1又は2記載の差動伝送線路。 - 上記ドライバ手段から最も離隔した導体層に設けられた信号線以外の他の信号線は、当該他の信号線が形成された導体層において、当該他の信号線の経路長を延伸するための信号線折り返し部を含むことを特徴とする、
請求項1乃至7記載のうちのいずれか1つに記載の差動伝送線路。 - 上記プリント配線基板は、積層された少なくとも4つの導体層を備え、
上記導体層のうちの2つは接地導体として構成され、
上記各信号線は、上記接地導体以外の少なくとも2つの導体層の一部をパターン導体として形成され、
上記各信号線のすべては上記2つの接地導体で挟設されて配置されることを特徴とする、
請求項1乃至8のうちのいずれか1つに記載の差動伝送線路。 - プリント配線基板に設けられた差動伝送線路であって、ドライバ手段からレシーバ手段へ差動信号を伝送する少なくとも3本の信号線を備えた差動伝送線路において、
上記少なくとも3本の信号線は互いに平行に配置され、
当該差動伝送線路の長手方向に垂直な断面において、上記少なくとも3本の信号線は同一円周上に略等間隔に配置されることを特徴とする、
差動伝送線路。 - 上記差動伝送線路の長手方向に垂直な断面において、上記少なくとも3本の信号線のうちの隣り合う2本の信号線の対はそれぞれ、当該信号線の対の間の中心線に対して対称となる断面形状を有することを特徴とする、
請求項10記載の差動伝送線路。 - 上記各信号線の断面形状はそれぞれ円形であることを特徴とする、
請求項11記載の差動伝送線路。 - 上記差動伝送線路は3本の信号線を備え、
上記各信号線の断面形状はそれぞれ略正三角形であることを特徴とする、
請求項11記載の差動伝送線路。 - 上記プリント配線基板は、積層された少なくとも4つの導体層を含む多層プリント配線基板であり、
上記導体層のうちの2つは接地導体として構成され、
上記各信号線は、上記接地導体以外の少なくとも2つの導体層の一部をパターン導体として形成され、
上記各信号線のすべては、上記2つの接地導体で挟設されて配置されることを特徴とする、
請求項10乃至13のうちのいずれか1つに記載の差動伝送線路。 - 両面プリント配線基板に設けられた差動伝送線路であって、ドライバ手段からレシーバ手段へ差動信号を伝送する3本の信号線を備えた差動伝送線路において、
上記信号線のうちの1本は、上記両面プリント配線基板の一方の導体層にコプレナー線路のストリップ導体として構成され、上記信号線のうちの他の2本は、上記両面プリント配線基板の他方の導体層にコプレナー線路のストリップ導体としてそれぞれ構成され、
上記3本の信号線は互いに平行に配置され、
当該差動伝送線路の長手方向に垂直な断面において、上記3本の信号線は実質的に正三角形の頂点に位置するように配置されることを特徴とする、
差動伝送線路。 - 多重差動伝送システムに用いられる請求項1、10、または15のいずれかに記載の差動伝送線路。
- 前記多重差動伝送システムは、信号送信機と、信号受信機と、を備え、
前記信号送信機は、
第1、第2及び第3の信号線を有する前記差動伝送路に接続され、
第1のビット情報信号に応答して、第1出力信号と、上記第1出力信号の位相反転信号である反転第1出力信号とを送信する第1の差動ドライバと、
第2のビット情報信号に応答して、第2出力信号と、上記第2出力信号の位相反転信号である反転第2出力信号とを送信する第2の差動ドライバと、
第3のビット情報信号に応答して、第3出力信号と、上記第3出力信号の位相反転信号である反転第3出力信号とを送信する第3の差動ドライバと、
を備え、
上記第1出力信号と上記反転第3出力信号とを合成して第1の信号線に送信し、上記第2出力信号と上記反転第1出力信号とを合成して第2の信号線に送信し、上記第3出力信号と上記反転第2出力信号とを合成して第3の信号線に送信し、
上記第1出力信号の2値信号電圧の絶対値と上記第2出力信号の2値信号電圧の絶対値とは同一であり、上記第3出力信号の2値信号電圧の絶対値と上記第1出力信号の2値信号電圧の絶対値は異なることを特徴とし、
前記信号受信機は、
前記第1、第2及び第3の信号線を有する前記差動伝送路に接続され、
上記第1の信号線と上記第2の信号線との間に接続された第1の終端抵抗に発生する終端電圧の極性を検出して、当該検出結果を第1のビット情報信号として出力する第1の差動レシーバと、
上記第2の信号線と上記第3の信号線との間に接続された第2の終端抵抗に発生する終端電圧の極性を検出して、当該検出結果を第2のビット情報信号として出力する第2の差動レシーバと、
上記第3の信号線と上記第1の信号線との間に接続された第3の終端抵抗に発生する終端電圧の極性を検出して、当該検出結果を第3のビット情報信号として出力する第3の差動レシーバと、
上記第3の終端抵抗に発生する第3の終端電圧の絶対値が所定のしきい値電圧を超えるか否かを判断する比較手段と、
上記第3の終端電圧の絶対値が所定のしきい値電圧を超えるとき、上記第1、第2及び第3の差動レシーバからそれぞれ出力される第1、第2及び第3のビット情報信号を出力する一方、上記第3の終端電圧の絶対値が所定のしきい値電圧を超えないとき、上記第3の差動レシーバから出力される第3のビット情報信号に基づいて第1、第2及び第3のすべてのビット情報信号を0または1として出力する制御手段と、
を備え、
上記しきい値電圧は、上記第1出力信号の2値信号電圧の絶対値と上記第3出力信号の2値信号電圧の絶対値との差の絶対値よりも大きくなるように設定されたことを特徴とする、
請求項16に記載の差動伝送線路。
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