JPH02105702A

JPH02105702A - 信号分配の装置および方法

Info

Publication number: JPH02105702A
Application number: JP1218779A
Authority: JP
Inventors: Ching-Wen Hsue; チン　ウェン　シュウ
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1988-08-31
Filing date: 1989-08-28
Publication date: 1990-04-18
Also published as: US4877971A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は単一の信号源から複数の別個の負荷に信号を分
配する方法に関する。

（従来の技術〕電子システムにおいては多くの場合、単一のクロック信
号を複数の出力信号に分割し複数の回路に分配すること
により、各回路が互いに同期して動作できるようにして
いる。　１つの信号を複数の負荷に分配するには、　１
本の線に沿って間隔をおいて複数の出力を持たせた「デ
イジー・チェーン（芋づる式の）」回路網を利用する方
法がある。

このデイジー・チェーン回路網の不利な点は、信号が線
の先端に与えられた場合、各出力点における信号が、先
端からその出力点までの物理的距゛離に比例して徐々−
に遅れていく点にある。各出力点における伝搬遅延は無
視できない場合があり、特にクロック信号の周波数が２
００ＭＨｚを越えるた場合は問題となる。このように、
デイジー・チェーン回路網は、各負荷が実質的に同じ強
度で同相の信号を必要とする場合、それら複数の負荷の
各々に高い周波数のクロック信号を分配するにはあまり
向いていない。

また、単一の信号を「房状の」回路網を通して複数の負
荷に分配することもできる。房状の回路網は一般に等し
い長さの複数の線からなり、それらの各線によって信号
源からその線の到達範囲内にあるように配置された各負
荷に信号が分配される。房状の回路網は、その伝送線が
車輪の輻（スポーク）に似ており１ｇａ何字的な制約の
ためそれほど多くの用途には適しているわけではない、
そのうえ、この房状回路網の中の線の本数が増すにつれ
て、信号源から見た各線の特性インピーダンスが減少し
、不整合が生じる。不整合があると信号の反射が起こる
ようになり、これが原因で各出力信号の振幅に歪を生じ
ることが良くある。

したがって、各負荷に供給される信号が事実上同レベル
でしかも同相となるように、信号源から複数の負荷の各
々に信号を分配する方法が必要である。

〔発明の概要〕

端的に言えば１本発明によると、回路網は、各負荷に供
給される信号が事実上同レベルでしかも同相となるよう
に、信号源から２′′（但し、ｎを０以上の整数とする
）の負荷の各々に信号を分配するものである。この回路
網は２ｎの経路からなり、各経路は信号源と負荷の別個
の一つとを結合している。各経路は、順次結合された２
ｎ＋１個の区分り１、Ｌ　２．、−０Ｌ、　２ａａｌか
らなり、しかもその区分し１、Ｌ　ｙ、１０．Ｉ−７ｎ
−１がもう一つの経路と共通になっている。各経路にお
ける区分Ｌ１、Ｌ　２０．−０Ｌ−２ｎ４Ｉは、各負荷
が信号源に対して実質的に整合され各経路内において信
号の内部反射が最小となるように選択されたインピーダ
ンスＺ１、ｚ　、、、、、ｚ　２，１１にそれぞれ対応
する。

好ましいと思われる実施例について、それらの区分のイ
ンピーダンスを、まず次の関係を満たす値を選択するこ
とによって得る。

かつ、但し、Ｚ、およびＺＬは、それぞれ信号源および２７個
の各負荷のインピーダンスである０次に、それらの各位
を、それに対応する区分に共通の経路の数に応じた割合
で決定する。はじめから、式（１）および（２）を用い
て区分し１、Ｌ　２．−Ｌ　２ｎＡ＋のインピーダンス
Ｚ２、Ｚ　２．、、−１２ｍ−１に対する値を。

それぞれ一義的に決めることは実際的ではない。

むしろ、区分り０、Ｌ　２−−−−Ｌ−２ｎ−１のイン
ピーダンスＺ１、Ｚ　２−０−Ｚ　２Ｒ−１はそれぞれ
任意に選択し、インピーダンスＺ２ｎおよびＺ２，１４
．に対する最初の値を式（１）および（２）分用いて求
める方がよい、その後、それらの値は前述のようにして
倍率調節をする必要がある。インピーダンスＺ１、Ｚ。

、、、、２　、□−１に対し最初に値を選択する際には
、区分し１、Ｌ　２．、、、Ｌ　、□、に対するそれぞ
れのインピーダンスＺ５、Ｚ　２．　、　、−　Ｚ　２
ｈ−１の最終的な集合が物理的に実現可能となるように
注意を払う必要がある。

複数の電子回路の各々に高い周波数のデジタルクロック
信号を供給するシステムにおいては。

本発明の回路網をプリント回路基板上に実現することが
できる。このような回路網の各経路は、２ｎ＋１個の直
列に接続された金属バタン領域からなり、各領域は各負
荷が信号源に整合するような幅および長さを有する。

〔実施例〕

本発明の詳細を十分理解する上で、伝送線路の概要を理
解すれば、その助けとなる。この点から、第１図を参照
して電圧源１２および負荷１４間に接続されている従来
の伝送線路１０を説明する必要がある３図から分かると
おり、伝送線路１０は、ｍ個（ｍは整数）の別個の区分
１０１．１０２．、．１０、からなり、それらの長さお
よびインピーダンスはそれぞれ項り１、Ｌ　、、、、Ｌ
、およびｚ、、Ｚ、、、、Ｚ、に対応する一つの項によ
って与えられる。電圧源１２および負荷１４は、それぞ
れに伴うインピーダンスＺ、およびＺＬを有している。

伝送線路１０および電圧１ＯＸ１２の間のインピーダン
ス不整合の程度に応じて、その電圧源から線路に入るス
テップ・パルスは、一部は電圧源へ反射さ九　一部は負
荷１２に伝送される。伝送線路１０の内部では、別々の
区分１０２．１０　ｚｌｏ、１０、の各々は、区分１０
＋から区分１０　＋＋＋へ通る信号を部分的に通過させ
部分的に伝送させる０時間を無視して測定した場合に負
荷１４で受信される信号強度は、その負荷に首尾よく到
達する全信号成分の総和に等しい、各区分１０２．１０
　ｘ、、−１０−に損失が無いものと仮定すると、その
負荷に到達する電圧Ｖ・・鬼の大きさ１よ、ｖ、θ）”■ｓ１０．山−−・−４１１し←１ｕ（１−
Ｔ＋＝１で与えられる。

γＬｉ＋１　＝τｉ、ｉ＋１−１（１≧１の場合）（６）分は反射を２回以上経る可能性があるが、そのような高
次の反射は簡単にするために式（３）には表していない
、高次の反射を明らかにするとどの程度複雑になるかが
認識できるように、式（９）は、４次反射を経る信号に
よる部分を明らかにするために必要な項をすべて含んで
いる。

である、　また、Ｖｌは、電圧源によって発生されるパルス強度、ｕ（ｔ
）は、そのパルスを表す単位ステップ関数、ｖ、は、要
素１０＋を通って伝搬する信号の速度、ＴＩは、パルス
が区分１０＋の伝搬に要する時間、ｒｌ、１４１は、　
区分１０ｔがらｉｏ目１へ伝搬する信号に対する伝達係
数、そして、 γｌＩ４１は、区分１０　＋−＋どの境界面で反射され
区分１０１から戻される信号に対する反射係数である。

式（３）の２重総和の項は、負荷１４に到達する前に２
次反射を経た信号パルスが関与する部分を表す、言うま
でもなく、その信号成分による部一般に、伝送線路１０
を正確にモデル化するためには、２次信号反射を明らか
にすれば十分である。

電圧源１２からの信号のうち偶数回の反射を経た部分の
みが負荷１４に到達する。

ここで第２図を参照すると、信号源からのパルスが負荷
１２に現れたときの波形が示されている。

第２図の波形は、最初の立ち上がりエッヂ、過渡領域、
そして波形が定常状態となっている領域か１０１．１０
２．−１０．のそれぞれのインピーダンスｚ１、Ｚ２．
、、Ｚ、によってのみ決定される定常状態の電圧より高
い場合も低い場合もある。

電圧源１２によって発生されるパルスの幅が前記の過渡
領域の幅と同程度の場合、過渡領域にリップルが少しで
も現れると、負荷１４に達する信号に歪を生じることに
なる。このリップルを除去するためには、パルスの最初
に到達するエッチおよび定常状態の部分の間の電圧の相
違を除去する必要がある。これは、インピーダンスＺ、
、Ｚ、、。

、Ｚ、をＺ　、＝　Ｚ　２＝　Ｚ　３＝　Ｚ　、Ｗ　Ｚ
　Ｌとなるように選択することによって実現することが
できる。このような条件の下では、到達するエッチの電
圧強度は、定常状態に電圧強度に等しい。

第２図の信号の最初に到達するエッチおよび定常状態の
部分の間の電圧差を除去しても、区分１０Ｉ、１０、、
、．１０．の間で起こる内部信号反射に起因する過渡部
分のリンギングを除去することはできない、線路１０に
おける内部反射に伴う物理的過程は、非常に複雑である
ため、このような反射を記述する数式から有用な洞察を
引き出すことを困難にしている。　しかしながら、区分
１０＋、１０２、、．１０．−のそれぞれのインピーダ
ンスＺ１、Ｚ、、、、２．を慎重に選択することにより
、伝送線路１０において多くの反射を経る信号成分を互
いに打ち消し合うようにすることができる。

インピーダンス２１．２、、、．２　、のＭ適化を可能
にする簡単な分析的方式を得るには、各区分１０１．１
０２０１．１０．が電気的に同じ長さを持つものと仮定
することは有用であろう、それによって、各区分１０１
．１０３１１１１１１１０−は、同一の伝搬遅延時間Ｔ
を持つと仮定される。このようにして、線路１０に送り
込まれた信号がその線路の両端で２回の反射を経た成分
は、同時に到達する。！初の信号波から２Ｔ後に到達す
るリップル波を除去するために、これら２つの信号の和
をゼロに等しく設定すれば、となる。

仮に、最初に到達するエッヂの電圧強度を定常状態の強
度と等しいという条件も付は加えるとすれば、次の関係
を満足する必要がある。

方程式（１０）および（１１）は、ｍ個の未知数、　す
なわち、　２２．２２．、．２　、を含む、従って、Ｚ
ｌ、２、、、．２．に対する一義的な解は存在しない。

一つの解に達するためには、ｍ−２個のインピーダンス
Ｚ１．２２．、．２　、の各々に任意の値を割り当てる
一方、残りの２つのインピーダンスは式（１０）および
（１１）に従って計算によって求める。

高次の反射を経た信号によるリップルを除去するために
これまで説明した方法を用いることが可能である。しか
し、指摘したように、高次の信号の各々に対する数学的
関係は更に複雑となるであろう、より実際的な応用のた
めに、　１次の反射信号を完全に除去することは、良質
の出力信号が負荷１４に確実に現れるようにするのに役
立つ。

第３図は、信号源１８からの信号を２７個（ｎは正の整
数）の負荷２０７．２０２−、−２０２”に対し、それ
らの負荷へ供給される信号が実質的に同じ位相と強度を
持つように、分配するための、本発明に従う一回路網１
６の概略図を示す、取り上げた実施例においては、ｎ＝
４であり、回路１１１１６により、内部インピーダンス
Ｚ、を有する信号源１８はそれぞれインピーダンスＺＬ
を有する１６個の別個の負荷の各々に接続されている。

回路網１６は、　２．１個の経路２２１．２２２．、．
２２２ｎを含み、各経路は２ｎ＋１個の一つ一つの区分
２４８．２４２−、．２４２ｎ４１からなる。すべての
経路２２８．２２２．−６２２げは、区分２４．を互い
に共有している。更に、各経路２２２．２２２．、．２
２げの区分２４１．２４２−．２４２Ｒ−１は、隣接す
る経路と共通である２例えば、　ｎ＝４の場合、　１６
個の別個の経路２２１．２２゜１１．２２，５、および
２２１６があり、各々が負荷２２　Ｉ−、，２２、ｂの
別個の一つをそれぞれ信号源１８に結合している。第１
の経路２２．は１区分２４１．２４２．２４３．２４４
゜２４５．２４６．２４７．２４８、および２４９から
なる。第２の経路２２＋も、区分２４１．２４２．２４
３．２４４．２４５．２４６．２４フ、２４１１、およ
び２４９からなり、そのうち区分２４　＋、−２４７は
経路２２．と共通である。経路２２５−１−２２１４も
、それぞれ同様に区分２４　＋１．．２４　ｅからなり
、各経路の区分２４１．−０２４７は隣接する経路の同
じ区分と共通である。ｌ−１、２、３，、，２ｎとした
場合、回路網１６は、Ｔ型に分岐する接合点を２”−１
個。

従属接続することによって実現され、更に各接合点は、
少なくても１対の経路２２＋および２２　ｔ＋＋に共通
の区分２４　ｌを形成する１個の入力線、ならびにそれ
ぞれが２つの隣接する経路の別個の区分２４　Ｉ４ｓの
一つ一つを形成する１対の出力線を有している。

既知のこととも思われるが、各経ｎ２２１．２２２０６
．２２２′１は、第１図の伝送線路１０と同じ電気的特
性を持ち、２ｎ＋１個の区分からなる伝送線路として考
えることもできる。従って、インピーダンスＺ、、Ｚ　
２．、．２２１ｂ、ｆ）選定に方程式（１ｏ）および（
１１）を使用することが可能である。　しかし、方程式
（１０）および（１１）を使用する場合、区分２４８．
２４２−．２４２ｎ−１は経路２２゜２２２”−’、２
２２　２’２２”−’、　、、、２２２ｆｉ−’　　２
２２Ｒ−１に共通であることを認識する必要がある。こ
の事実を説明すると、そうする必要があるのは、線路１
０のインピーダンスＺ、　ＺＲに関して倍率調節を行っ
た値を使用するために区分２４１．２４２、、．２４　
、イー１のインピーダンスに対する値を選択する場合で
ある０倍率調節は、各区分２４１．２４ｘ−−−２４２
Ｒ−１が共通する経路２２．．２２２．、．２２２ｎの
数に依存する０例えば、与えられた数Ｘを区分２４．の
インピーダンスＺ、に対し選択して式（１０）および（
１１）を満足させる場合、区分２４が２ｎ個の経路２２
１．２２２０９．２２２Ｒのすべてに共通であるという
事実を明らかにするためには、倍率を１／２．ｌとする
のが正しい、同様にして、２　＋１−１個の経路に共通
な区分２４２のインピーダンスＺ２に対する倍率は１　
／　２　′１−１テある０式（１ｏ）および（１１）は
それぞれ区分２４．．２４、、、．２４７．ｌＡｌのイ
ンピーダンスＺ１、Ｚ　２．−Ｚ　２Ｒ４１を一義的に
は規定しないが、これは、これらの方程式が第１図の区
分１０＋、１０２１０．１０　、に対するインピーダン
スＺ１．２２．、．２　、を−義に規定しないのと同じ
理由である０回路網１６を構成する場合は、むしろイン
ピーダンスＺ　Ｈ，Ｚ　２．−、Ｚ　２．＋４１の２つ
を除くすべてを任意に選択し、残った２つのインピーダ
ンスは式（１０）および（１１）を用いて決定する方が
よい、その後で、必要に応じてそれらの値を倍率調節す
る。インピーダンスＺ１、Ｚ２．。

、Ｚ２□１から２ｎ−１＠を選択する際の唯一の制約は
、すべてのインピーダンスＺ７、Ｚ　２０．−Ｚ　２ｎ
４１が物理的に実現可能でなければならないことである
。

第４図に付いて説明する。第３図の回路１１１１６は、
プリント回路基板上に実現可能である。第４図に示す回
路網１６の経路２２　＋、２２２．２２２”のそれぞれ
の区分２４１．２４２．、．２４２−＋は、回路基板２
６において直列に接続されて各経路を形成する金属化さ
れた線路の形を取る。各経路における区分２４７．２４
２０．２４２Ｒ４１形成する金属化された線路の幅およ
び長さは、インピーダンスＺ１、Ｚ２．、、Ｚ　２ｎ４
１が倍率１Ｆｌｉなしでも式（１０）および（１１）を
満足させるような値である。各経路２２１．２２　＞−
０２２２’の区分２４２□４．を負荷２０１．２０２３
０．２０２ｎの一つに個別に直接接続するよりは、−組
の結合トランス２８５．２８２−、．２８２ｎの各々を
対応する区分および負荷の間に介在させ、更に精密なイ
ンピーダンス整合が得られるようにすることが望ましい
、ここで、信号源１８および負荷２００．２０２、−．
２０　ｒｅ、の特性インピーダンスが５０オーム、なら
びにトランス２８１．２８２、、．２８＋６の入力およ
び出力インピーダンスがそれぞれ１５０オームおよび５
０オームである場合の、回路基板上の回路ａｌｌ！１６
の１６個の各経路の区分２４＋、２４ｚ、−１２４９の
インピーダンスに対する一組の推奨値を以下の表１に掲
げる。

表１今や既知のことと思われるが、本発明の回路網１６は、
従来技術のデイジー・チェーンおよび房状の回路網に優
るいくつかの利点がある。第１に、各経路２２１．２２
２．、−２２２”が電気的に同じ長さであるため、伝搬
の遅れが実際上無くなる８　第２に、回路網１６は樹状
構造をなして楕成さ九　その各経路２２１．２２２．、
−２２２”が１つ以上の区分２４１．２４２−８２４　
１、、４＋を共有しているので、信号源１８と各負荷２
０２．２０、、、．２０　、”との間のインピーダンス
の不整合は、従来技術の房状回路網にくらべ減少する。

言うまでもなく、前記の実施例は、本発明の原理を単に
実証するためのものである。当業者であれば、これに種
々の改良および変更を行うことにより、本発明の主旨お
よび意図にあたるよう本発明の原理を具体化することが
可能である０例えば、してきたが、経ｎ２２８．２２２
．、．２２２ｎおよび区分２４１．２４　ｚ、−，２４
２ｎ４＋を適切に変更すれば、異なる形式の電磁放射の
分配にも利用することができるであろう。

４、図面のＰ！ＩｊＩＬな説明第１図は、ｍ個の区分からなり信号源と負荷とを結合す
る伝送線路のブロック概略図、第２図は、第１図の信号
源からの信号の負荷における波形図。

第３図は、本発明による回路網のブロック機略図、第４図は、第３図の回路網をプリント回路基板上で実現
する方法の一例である。

出　願　人：アメリカン　テレフォン　アンド口重１６
は、！気信号の分配に関連させて説明ＦＩＧ、　　１従来の技術ＦＩＧ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２＾ｎ（但し、ｎは正の整数）個の経路からなり
、各経路が信号源からの信号を２＾ｎ個の負荷の一つ一
つに伝搬の遅れがほぼ等しくなるように分配できるよう
実質的に等しい電気的長さを有し、各経路がそれぞれ直
列に接続された２ｎ＋１個の区分Ｌ＿１、Ｌ＿２．．．
Ｌ＿２＿ｎ＿＋＿１からなり、各経路の区分Ｌ＿１、Ｌ
＿２．．．Ｌ＿２＿ｎ＿−＿１がもう一方の経路の相当
する区分に共通であり、各経路の区分Ｌ＿１、Ｌ＿２．
．．Ｌ＿２＿ｎ＿＋＿１がそれぞれに対応するインピー
ダンスＺ＿１、Ｚ＿２．．．Ｚ＿２＿ｎ＿＋＿１を有す
る回路網を形成する段階、各負荷が信号源に十分整合し、各経路内の内部反射が最
小となるように、インピーダンスの各値を選択する段階
、および前記２＾ｎ個の各経路の各区分Ｌ＿１の先端に信号源か
らの信号を入力する段階からなることを特徴とする、負荷に分配される各信号が実質的に同じ位相および強度
をとなるように、２＾ｎ個の負荷の各々に信号源からの
信号を分配する方法。
（２）区分Ｌ＿１、Ｌ＿２．．．Ｌ＿２＿ｎ＿＋＿１の
各インピーダンスＺ＿１、Ｚ＿２．．．Ｚ＿２＿ｎ＿＋
＿１を選択するために、先ず、次の関係を満足する値を
選択し、 ▲数式、化学式、表等があります▼　（１０） ▲数式、化学式、表等があります▼　（１１）次に、対応する区分に共通な経路の数によって前記の値
の倍率を調節することを特徴とする請求項１記載の方法。
（３）電気的長さがほぼ等しい２＾ｎ（但し、ｎは正の
整数）個の経路からなり、各経路が信号源を前記負荷の
一つひとつに結合し、各経路がそれぞれ直列に接続され
た２ｎ＋１個の区分Ｌ＿１、Ｌ＿２．．．Ｌ＿２＿ｎ＿
＋＿１からなり、各経路の区分Ｌ＿１、Ｌ＿２．．．Ｌ
＿２＿ｎ＿−＿１がもう一方の経路の相当する区分に共
通であり、各経路の区分Ｌ＿１、Ｌ＿２．．．Ｌ＿２＿
ｎ＿＋＿１がそれぞれに対応するインピーダンスＺ＿１
、Ｚ＿２．．．Ｚ＿２＿ｎ＿＋＿１を有し、該インピー
ダンスの値を選定することにより各負荷が信号源に十分
整合し各経路内の内部反射が最小となるようにすること
を特徴とする、信号源からの信号を２＾ｎ個の負荷に分配するための回
路網。
（４）区分Ｌ＿１、Ｌ＿２．．．Ｌ＿２＿ｎ＿＋＿１の
各インピーダンスＺ＿１、Ｚ＿２．．．Ｚ＿２＿ｎ＿＋
＿１を決定するために、先ず、次の関係を満足する値を
選択し、 ▲数式、化学式、表等があります▼　（１０） ▲数式、化学式、表等があります▼　（１１）次に、対応する区分に共通な経路の数によつて前記の値
の倍率を調節することを特徴とする請求項３記載の回路網。
（５）各階路網がプリント回路基板からなり、２＾ｎ個
の各経路の各区分Ｌ＿１、Ｌ＿２．．．Ｌ＿２＿ｎ＿＋
＿１が該回路基板上の複数の金属で形成された領域の別
個の一つ一つであることを特徴とする請求項３記載の回路網。
（６）金属化された線路からなる回路網をその上に有す
る基礎部分からなり、該回路網が２＿ｎ個の経路のみを
含み、各経路がほぼ同じ電気的長さであり且つ直列に接
続された２ｎ＋１個の金属化線路区分Ｌ＿１、Ｌ＿２．
．．Ｌ＿２＿ｎ＿＋＿１のみからなり、各経路の該線路
区分Ｌ＿１、Ｌ＿２．．．Ｌ＿２＿ｎ＿＋＿１がもう一
方の経路と共通であり、各経路内における該線路区分Ｌ
＿１、Ｌ＿２．．．Ｌ＿２＿ｎ＿＋＿１のそれぞれのイ
ンピーダンスＺ＿１、Ｚ＿２．．．Ｚ＿２＿ｎ＿＋＿１
が、各負荷が前記信号源に十分整合し各経路内に信号の
内部反射が実質的に存在しないような値であることを特徴とする、電気的な信号源を２＿ｎ（但し、ｎは正に整数）個の電
気的負荷の各々に接続するための相互接続装置。