JP4744643B2 - 信号伝送装置 - Google Patents

Description

この発明は、送信側機器と受信側機器とが、少なくともホットとコールドの信号線から成る伝送路を介して接続される、信号伝送装置に関するものである。

不平衡伝送（Unbalanced Transmission）方式を採用して信号の伝送を行う特許文献１に開示された従来の信号伝送装置３０は、例えば、図３にその回路構成が示されるように、送信側機器３１と受信側機器３２とが、信号ライン３３と電源ライン３４とにより接続され構成されている。
ここで、例えば、信号伝送装置３０が音響製品に適用される場合、送信側機器３１は、ＣＤ（Compact Disc）プレーヤやプリアンプであって、受信側機器３２は、ＤＡＣ（Digital Analog Converter）や、メインアンプである。

図３に示す信号伝送装置３０において、不図示の電源の一次側と二次側との間は、それぞれ、電源トランス３１１、３２１で遮断されているが、電源トランス３１１、３２１の一次巻線と二次巻線との間には、それぞれストレーキャパシティ（浮遊容量Ｃ_Ａ、Ｃ_Ｂ）が存在するためインピーダンスが形成される。
このため、高周波的には、信号ライン３３と電源ライン３４とによりループが形成される。したがって、受信側機器３２の入力端電圧Ｖ_Ｂは、入力電圧Ｖ_Ａに、送信側機器３１と受信側機器３２のグランド間（ＧＮＤ_ＡとＧＮＤ_Ｂ）に発生する雑音電圧Ｖ_Ｎが重畳（Ｖ_Ｂ＝Ｖ_Ａ＋Ｖ_Ｎ）される。このため、ＳＮ比（Signal To Noise Rate）の劣化や音響歪の増加を招いていた。
また、信号ライン３３と電源ライン３４で形成されるループ内には、各機器と接続ケーブルの端子間等で多数の接点が存在する。これら接点間に異種金属を使用すると、微量のダイオード成分が存在し、ループを流れる電流に非線形特性を与え、高周波ノイズ信号の一部が検波され、可聴帯域内にノイズとして変換される。

なお、図３において、符号３１２はドライバＩＣ、符号３２２はレシーバＩＣを示し、ともに、演算増幅器により構成される。また、符号３２３は、高入力インピーダンスを有する不平衡電圧入力回路である。

上記した問題を解決するために、従来は図４に示されるように、送信側機器４１を電流出力回路４１２による電流出力（Ｉ_０）とし、受信側機器４２に電流・電圧変換回路４２２を設け、受信側機器４２で受信した出力電流を抵抗Ｒ_０で電圧に変換することで、ストレーキャパシティに起因して発生する雑音を除去する電流伝送方式を採用した信号伝送回路４０が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平８−１８６８５０号公報 特開昭５９−２０２７４０号公報

上記した特許文献２に開示された技術によれば、例えば、図４に示されるように、送信側機器４１と受信側機器４２とのグランド間に雑音電圧Ｖ_Ｎが発生しても、受信側機器４２の入力段に発生する電圧Ｖ_Ｂは、Ｖ_Ｂ＝Ｉ_０×Ｒ_０になるため、雑音電圧Ｖ_Ｎが発生してもその雑音電圧Ｖ_Ｎは、受信側機器４２に伝送されず、したがって、雑音による影響は回避できる。しかしながら、特許文献２に開示された技術によれば、受信側機器４２の入力段に、専用の電流・電圧変換回路４２１を組み込む必要があり、汎用の高入力インピーダンスを有する不平衡電圧入力回路では対応できないため、汎用性を著しく阻害していた。

この発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、送信側機器と受信側機器のグランド間に発生する雑音電圧による影響を、汎用性を阻害することなく回避可能な信号伝送装置を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するためにこの発明の信号伝送装置は、送受信機器が、少なくともホットとコールドの信号線から成る伝送路を介して接続される信号伝送装置であって、送信側機器の信号出力段を、電流出力回路と、前記電流出力回路により生成される電流を電圧に変換する負荷抵抗、もしくは負荷インピーダンスで構成し、前記負荷抵抗もしくは負荷インピーダンスの一端を前記伝送路のホットに、前記負荷抵抗もしくは負荷インピーダンスの他端を前記伝送路のコールドに接続し、かつ、前記伝送路のコールドを受信側機器のグランド端子に接続して成るものである。

この発明によれば、送信側機器と受信側機器のグランド間に発生する雑音電圧による影響を、汎用性を阻害することなく回避可能とし、伝送信号のみを正確に受信側に伝送することができる効果がある。

この発明の実施の形態１に係る信号伝送装置の回路構成を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る信号伝送装置の回路構成を示す図である。 従来の信号伝送装置の回路構成の一例を示す図である。 従来の信号伝送装置の回路構成の他の例を示す図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１に示されるように、この発明の実施の形態１に係る信号伝送装置１０は、送信側機器１１と受信側機器１２とが、少なくとも、ホット（Ｈ）と、コールド（Ｃ）の２線式のケーブルから成る伝送路１３を介して接続され、構成されている。
伝送路１３は、上記したホット（Ｈ）とコールド（Ｃ）の２線の信号線の他に、送信側機器１１のグランド端子（ＧＮＤ_Ａ）と、受信側機器１２のグランド端子（ＧＮＤ_Ｂ）とを接続するグランド（ＧＮＤ）信号線１３０を含む。

図１において、送信側機器１１の信号出力段は、電流出力回路１１２と、電流出力回路１１２により生成される電流Ｉ_０を電圧に変換する負荷抵抗もしくは負荷インピーダンスＺ（以下、負荷インピーダンスＺ（１１３）という）で構成される。
また、負荷インピーダンスＺ（１１３）の一端は、伝送路１３のホット（Ｈ）に、負荷インピーダンスＺ（１１３）の他端は、伝送路１３のコールド（Ｃ）に接続され、かつ、伝送路１３のコールド（Ｃ）は、受信側機器１２のグランド端子（ＧＮＤ_Ｂ）に接続され、構成される。

なお、図１において、符号１１１、１２１は、電源トランス、符号１２２は、受信側機器１２のレシーバＩＣである。

上記構成において、この発明の実施の形態１に係る信号伝送装置１０によれば、送信側機器１１と受信側機器１２とのグランド電位間（ＧＮＤ_ＡとＧＮＤ_Ｂ）に違いが生じ、雑音電圧Ｖ_Ｎが発生しても、送信側機器１１の電流出力回路１１２の出力電流Ｉ_０を負荷インピーダンスＺ（１１３）により電流電圧変換して得られる出力電圧信号Ｖ_Ｂは、受信側機器１２のグランド（ＧＮＤ_Ｂ）を基準に生成される。

したがって、送信側機器１１と受信側機器１２とのグランド間（ＧＮＤ_ＡとＧＮＤ_Ｂ）に雑音電圧Ｖ_Ｎが発生しても、受信側機器１２に発生する電圧Ｖ_Ｂは、Ｖ_Ｂ＝Ｉ_０×Ｚになるため、雑音電圧Ｖ_Ｎが発生しても受信側機器１２には伝送されず、このためその影響は回避することができる。また、このとき、負荷インピーダンスＺ（１１３）は、送信側機器１１の信号出力段に組み込まれているため、受信側機器１２の信号入力段は、汎用の高入力インピーダンスを有する不平衡電圧入力回路で対応が可能である。

上記したこの発明の実施の形態１に係る信号伝送装置１０によれば、送信側機器１１の信号出力段を、電流出力回路１１２と、電流出力回路１１２により生成される電流Ｉ_０を電圧に変換する負荷インピーダンスＺ（１１３）で構成し、この負荷インピーダンスＺ（１１３）の一端を伝送路１３のホット（Ｈ）に、他端をコールド（Ｃ）に接続し、かつ、コールド（Ｃ）を受信側機器１２のグランド端子（ＧＮＤ_Ｂ）に接続して構成することにより、送信側機器１１と受信側機器１２のグランド間（ＧＮＤ_Ａ−ＧＮＤ_Ｂ）に発生する雑音電圧Ｖ_Ｎによる影響を、汎用性を阻害することなく回避することが可能である。

すなわち、この発明の実施の形態１に係る信号伝送装置１０によれば、送信側機器１１の電流出力回路１１２の出力電流Ｉ_０を負荷インピーダンスＺ（１１３）により電流電圧変換し、受信側機器１２に伝送される電圧信号Ｖ_Ｂは、受信側機器１２のグランド（ＧＮＤ_Ｂ）を基準に生成されるため、送信側機器１１と受信側機器１２のグランド間（ＧＮＤ_Ａ−ＧＮＤ_Ｂ）に発生する雑音電圧Ｖ_Ｎの影響を受けずに電圧信号（ＶＢ＝Ｉ_０×Ｚ）を受信側機器１２に伝送することができる。

したがって、例えば、この発明の実施の形態１に係る信号伝送装置１０を音響製品に適用した場合、高音質の音響製品を提供でき、特に、その実装スペースの制限から雑音対策が必要な車載用音響製品に用いて顕著な効果が得られる。

また、この発明の実施の形態１に係る信号伝送装置１０によれば、送信側機器１１と受信側機器１２のグランド間（ＧＮＤ_Ａ−ＧＮＤ_Ｂ）を接続するために、伝送路１３に１本のＧＮＤ信号線１３０が付加されるが、負荷インピーダンスＺ（１１３）は送信側機器１１の信号出力段に組み込まれているため、受信側機器１２の回路構成には特別な配慮が不要となり、受信側機器１２の信号入力段は、汎用の高入力インピーダンスを有する不平衡電圧入力回路で対応が可能である。
このため、受信側機器１２の信号入力段に、専用の電流・電圧変換回路を組み込む必要がなく、汎用性を確保することができる効果がある。

実施の形態２．
上記したこの発明の実施の形態１に係る信号伝送装置では、不平衡伝送方式を採用した信号伝送装置を例示したが、図２に示されるように、送信側機器２１と受信側機器２２との間の雑音による影響を受けにくい平衡伝送方式（Balanced Transmission）を採用した信号伝送装置２０に適用しても同相弁別比が向上するため、実施の形態１同様、送信側機器２１と受信側機器２２のグランド間（ＧＮＤ_Ａ−ＧＮＤ_Ｂ）に発生する雑音電圧Ｖ_Ｎの影響を低減することができる。

図２に示されるように、この発明の実施の形態２に係る信号伝送装置２０は、送信側機器２１と受信側機器２２とが、ホット（Ｈ）、グランド（Ｇ）、コールド（Ｃ）の３線式ケーブルから成る伝送路２３を介して接続される。ここでは、伝送路２３として、ツイストペアケーブルを想定している。

図２において、送信側機器２１の信号出力段は、電流出力回路２１２、２１４と、電流出力回路２１２、２１４により生成される電流Ｉ_１、Ｉ_２を電圧に変換する負荷インピーダンスＺ_１（２１３）、Ｚ_２（２１５）で構成される。
平衡伝送方式を採用した信号伝送装置２０は、周知のように、送信側機器２１では、ホット−グランド間の信号（＋）に対してコールド−グランド間は逆位相の信号（−）を伝送する方式であり、受信側機器２２では、ホット−コールド間で差動形レシーバ２２２を用いて外来ノイズを除去するため、送信側機器２１と受信側機器２２との間の雑音による影響を受けにくいとされているものである。

なお、伝送路２３は、少なくともホット（＋）とコールド（−）と、グランド（Ｇ）の汎用の３線の信号線の他に、送信側機器２１のグランド端子（ＧＮＤ_Ａ）と、受信側機器２２のグランド端子（ＧＮＤ_Ｂ）とを接続するＧＮＤ信号線２３０を含む。
また、図２において、符号２１１、２２１は、電源トランス、符号２２３、２２４は、差動形レシーバ２２２の入力段に接続される高入力インピーダンスの平衡電圧入力回路である。

上記構成において、送信側機器２１と受信側機器２２とのグランド電位間（ＧＮＤ_ＡとＧＮＤ_Ｂ）に違いが生じ、雑音電圧Ｖ_Ｎが発生しても、送信側機器２１の電流出力回路２１２、２１４の出力電流Ｉ_１、Ｉ_２を、それぞれ負荷インピーダンスＺ_１（２１３）、Ｚ_２（２１５）により電流電圧変換して得られる出力電圧信号Ｖ_Ｂは、受信側機器２２のグランド（ＧＮＤ_Ｂ）を基準に生成される。
したがって、送信側機器２１と受信側機器２２とのグランド間（ＧＮＤ_ＡとＧＮＤ_Ｂ）に雑音電圧Ｖ_Ｎが発生しても、受信側機器２２に発生する電圧Ｖ_Ｂは、Ｖ_Ｂ＝Ｉ_１Ｚ_１−Ｉ_２Ｚ_２になるため、雑音電圧Ｖ_Ｎが発生してもその雑音電圧Ｖ_Ｎは受信側機器２２には伝送されず、したがって、雑音による影響は回避することができる。

また、このとき、負荷インピーダンスＺ_１（２１３）、Ｚ_２（２１５）は、送信側機器２１の信号出力段に組み込まれているため、受信側機器２２の信号入力段は、汎用の高入力インピーダンスを有する平衡電圧入力回路２２３、２２４で対応が可能である。

上記したこの発明の実施の形態２に係る信号伝送装置によれば、送信側機器２１のホット−グランド間の信号に対してグランド−コールドで逆位相の信号を伝送し、受信側機器２２でホット−コールド間で差動形レシーバ２２２によりノイズを相殺する平衡伝送方式の信号伝送装置２０にも適用出来、この場合も実施の形態１同様、受信側機器２２に汎用の高入力インピーダンスの平衡電圧入力回路２２３、２２４を用いて汎用性を確保したうえで送信側機器２１と受信側機器２２のグランド間の雑音の影響を低減することができる。

なお、上記したこの発明の実施の形態１、実施の形態２に係る信号伝送装置によれば、音響製品に適用した場合についてのみ説明したが、その適用範囲は、音響製品に制限されるものでなく、ＥＩＡ２３２シリアルインタフェース規格やＩＥＥＥ１２８４パラレルポート標準規格等のインタフェース、ＴＴＬやＣ−ＭＯＳ等のロジック信号等、多くのアナログ信号に対し、１本の信号線を用い、信号をその信号のグランドに対する電圧として送信する不平衡伝送を採用する電子機器の全てに適用が可能である。

また、１００Ｂａｓｅ−Ｔ、ＥＴＡ４８５、ＬＶＤＳ（Low Voltage Differential signal）等、通信機器やフラットパネルディスプレイ接続用のデジタルインタフェースのように、１本の信号線に対して２本の対等な信号線のペアを用い、信号をその信号線ペアの間の電位差として送信する平衡伝送方式を採用する電子機器についても全てに適用が可能である。

この発明に係る信号伝送装置は、送信側機器と受信側機器のグランド間に発生する雑音電圧による影響を、汎用性を阻害することなく回避可能とし、伝送信号のみを正確に受信側に伝送することができるため、送信側機器と受信側機器とが、少なくともホットとコールドの信号線から成る伝送路を介して接続される信号伝送装置等に用いるのに適している。

Claims (4)

1. 送受信機器が、少なくともホットとコールドの信号線から成る伝送路を介して接続される信号伝送装置であって、
   送信側機器の信号出力段を、電流出力回路と、前記電流出力回路により生成される電流を電圧に変換する負荷抵抗もしくは負荷インピーダンスで構成し、
   前記負荷抵抗もしくは負荷インピーダンスの一端を前記伝送路のホットに、前記負荷抵抗もしくは負荷インピーダンスの他端を前記伝送路のコールドに接続し、かつ、前記伝送路のコールドを受信側機器のグランド端子に接続して成ることを特徴とする信号伝送装置。
2. 前記伝送路は、
   前記送信側機器のグランド端子と、前記受信側機器のグランド端子とを接続するグランド信号線を含むことを特徴とする請求項１記載の信号伝送装置。
3. 前記送受信機器は、
   一つの信号に対して１本の信号線を用い、前記信号を当該信号のグランドに対する電圧として送受信することを特徴とする請求項１記載の信号伝送装置。
4. 前記送受信機器は、
   一つの信号に対して２本の対等な信号線のペアを用い、前記信号を前記信号線ペアの間の電位差として送受信することを特徴とする請求項１記載の信号伝送装置。

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