JPH09247217A - 信号伝送回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高速信号伝送における波形歪みを生じること
なく、特にコモンモードノイズの影響を除去する信号伝
送回路。 【解決手段】 コンデンサＣ２は、抵抗Ｒ１１とＲ１２
との間の接続点とアースとの間に接続され、コンデンサ
Ｃ３は、抵抗Ｒ１４とＲ１５との接続点とアースとの間
に接続され、平衡伝送型Ｔ型抵抗減衰回路の減衰特性を
組み合わせることによって、外来から誘起されるコモン
モード雑音を除去するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、信号伝送回路に関
し、例えば、ツイストペア線などの伝送媒体を通じて２
値信号の送受信を行う半導体集積回路の信号伝送回路に
好適なものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＩＴＵ−Ｔ勧告のＳＤＨ（同期デ
ジタルハイアラキー：Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄｉｇ
ｉｔａｌ Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ）伝送では、高速データ
伝送が要求されている。例えば、１５５Ｍｂｉｔ／ｓ、
６２２Ｍｂｉｔ／ｓなどの伝送速度で伝送することが勧
告されている。

【０００３】このような高速伝送を実現するためには、
伝送線路のインピーダンス整合がとれて、伝送信号の反
射が起きにくいこと、消費電力が小さいことなどが必要
である。

【０００４】図２は、このようなことを考慮した半導体
集積回路間の高速データ伝送回路の一例の機能構成図で
ある。この図２において、伝送線路対ＴＭ１を挟んだ送
信側に信号送信回路（ドライバ回路）ＢＤ１及び減衰回
路ＡＴ１が設けられ、受信側に終端抵抗Ｒ４及び信号受
信回路ＢＲ１が設けられている。送信側において、２値
送信信号ＩＮは、信号送信回路ＢＤ１によって相補信号
に変換されて送信側の終端回路でもある減衰回路ＡＴ１
に与えられ、この減衰回路ＡＴ１によって相補信号間の
振幅（電位差）が減衰されて伝送線路対ＴＭ１に印加さ
れる。

【０００５】一方、受信側においては、伝送線路対ＴＭ
１からの相補信号を、伝送線路対ＴＭ１の特性インピー
ダンスとの整合をとる終端回路としての終端抵抗Ｒ４を
介して信号受信回路ＢＲ１が取り込み、差動増幅して十
分な振幅を有する２値信号ＯＵＴに変換する。

【０００６】ｂ 減衰回路ＡＴ１を設けることで、伝送
線路対ＴＭ１の駆動電圧信号（相補信号）を一段と小さ
くして消費電力を小さくするようにしている。このよう
な機能を果たす減衰回路ＡＴ１は、信号送信回路ＢＤ１
との一対の接続点ｅ及びｅ´間に直列に接続された３個
の抵抗Ｒ１、Ｒ３及びＲ２で構成されており、抵抗分圧
によって抵抗Ｒ３の両端電圧を伝送線路対ＴＭ１に対す
る駆動電圧（相補信号）として印加していた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような伝送回路では、次のような問題がある。即ち、送
信側の抵抗Ｒ１、Ｒ３及びＲ２で構成される減衰回路Ａ
Ｔ１は、平衡Ｔ型減衰回路を形成していないため、入力
端子ｅ、ｅ´間の入力インピーダンスと、出力の端子側
ｆ、ｆ´間の出力インピーダンスが一致しないのであ
る。このため、信号送信回路ＢＤ１と減衰回路ＡＴ１
間、若しくは、減衰回路ＡＴ１と伝送線路ＴＭ１間にお
いて、『伝送信号の反射が生じる』という問題がある。

【０００８】また、低速信号伝送では、スイッチング時
に生じるリンギングや、オーバシュート、又はアンダー
シュートなどの高周波雑音は無視できた。しかしなが
ら、高速信号伝送になると信号の高周波成分が増大し
て、無視できなくなる。上述の図２に示す伝送回路にお
いて、送信波形は、信号成分の帯域制限を行わないた
め、信号受信回路ＢＲ１での伝送信号の波形に高周波雑
音が含まれる。従って、上述の伝送回路において、雑音
に対する余裕度が低下するという問題があった。

【０００９】更に、伝送回路の動作環境、又は『外来か
ら生じるコモンモード雑音を防ぐことができない』とい
う問題がある。尚、ここで説明するコモンモード雑音と
は、例えば、上述の信号伝送回路における相補信号ｆ、
ｆ´間にお互いに相関することなく重畳する雑音を意味
する。

【００１０】一般には、ノーマルモードノイズが、信号
伝送ライン間に現れるノイズであることに対して、コモ
ンモードノイズは、両方の信号ラインとグランド間に現
れるノイズである。つまり、ノーマルモードノイズは、
信号ラインや電源ラインのライン間に現れ、コマンドモ
ードノイズは、これらの両方のラインとグランド間に現
れる。

【００１１】この内、高速クロックの回路などから輻射
される電磁波によってコモンモードノイズが発生するメ
カニズムについて説明する。この場合、電磁波をツイス
ト線、接近した平衡線、シールド線或いは信号伝送回路
の筐体などで受けたときでもコモンモードノイズが発生
する。即ち、電磁波の中にツイスト線や接近した平衡線
などの一対の信号線があると、両相に均一な電磁誘導が
起こり、この電流が浮遊容量を通してグランドに流れ、
コモンモードノイズが発生する。

【００１２】このようなことから、高速信号伝送におけ
る波形歪みを生じることなく、特にコモンモードノイズ
の影響を除去することができる信号伝送回路の実現が要
請されている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明は、信号
を相補的に出力する信号送信回路と、この相補信号を伝
送線路対の特性インピーダンスに整合させながら平衡伝
送させるために伝送線路対に印加する整合回路と、この
整合回路からの整合出力信号を平衡伝送する伝送線路対
と、この伝送線路対からの相補信号を受信する信号受信
回路とを備えた信号伝送回路において、以下の特徴的な
構成で上述の課題を解決する。

【００１４】即ち、本発明の信号伝送回路の上記整合回
路が、上記伝送線路対に接続されるいずれかのライン又
はそれぞれのラインと、グランドレベルの基準ラインと
の間に重畳すう雑音を除去する除去手段を備える。

【００１５】このような構成を採ることで、外来（空
間）からの信号によって伝送線路対のそれぞれのライン
とグランドレベル基準ラインとの間にコモンモードノイ
ズとして誘起された場合であっても、上記整合回路の除
去手段によって除去させることができる。また、一方の
伝送ラインのコモンモードノイズだけを除去する場合に
は、一方の伝送ラインとグランドレベル基準ラインとの
間に除去手段を備えることで影響を除去することができ
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に本発明の好適な実施の形態を
図面を用いて説明する。

【００１７】そこで、本実施の形態においては、（１）
一対の伝送線路を介して信号送信回路及び終端回路より
信号受信回路へ２値信号を伝送する信号伝送回路におい
て、上記信号送信回路に、ＭＯＳＦＥＴによって形成さ
れる出力段プッシュプル型半導体集積回路を適用し、更
に、上記終端回路として、入力インピーダンス及び出力
インピーダンスが上記伝送線路の固有インピーダンスに
等しい平衡回路であるものを適用するように構成する。

【００１８】更に、（２）上記終端回路が、上記送信回
路から出力する信号の振幅を減衰するように構成する。
更にまた、（３）上記終端回路が、伝送信号の速度に応
じた高域遮断特性を有するように構成する。

【００１９】また、更に具体的には、（４）上記終端回
路が、その一方の入力端子及び一方の出力端子間に直列
に接続された第１の抵抗及び第２の抵抗とその他方の入
力端子及び他方の出力端子間に直列に接続された第３抵
抗及び第４の抵抗と、第１の抵抗及び第２の抵抗の接続
点と第３の抵抗及び第４の抵抗の接続点との間に接続さ
れた、第５の抵抗及び第１のコンデンサの並列回路と、
第１の抵抗及び第２の抵抗の接続点とアース（グランド
レベルの基準ライン）との間に接続された第２のコンデ
ンサと、第３の抵抗及び第４の抵抗の接続点とアースと
の間に接続された第３のコンデンサとから構成されるよ
うにする。

【００２０】図１は、半導体集積回路間の信号伝送回路
の回路構成図である。この図１において、半導体集積回
路間の信号伝送回路は、信号送信回路ＢＤと、コンデン
サ付抵抗減衰回路ＡＴと、伝送線路対ＴＭと、信号受信
回路ＢＲとから構成されている。信号送信回路ＢＤは、
プッシュプルドライバＤ１１、Ｄ１２とインバータ回路
などから構成されている。

【００２１】この図１において、信号送信回路ＢＤとコ
ンデンサ付抵抗減衰回路ＡＴとは、同一半導体集積回路
装置に形成される。信号受信回路ＢＲは、信号送信回路
ＢＤとコンデンサ付抵抗減衰回路ＡＴと、同一若しくは
異なる半導体集積回路装置に形成される。この信号送信
回路ＢＤの相補出力ａ−ａ´は、コンデンサ付抵抗減衰
回路ＡＴの入力端子ｂ−ｂ´へ与えられ、コンデンサ付
抵抗減衰回路ＡＴの出力ｃ−ｃ´は、伝送線路を介して
信号受信回路ＢＲの入力ｄ−ｄ´に与えられる。

【００２２】ここで、伝送線路対ＴＭとは、例えば、一
般的に使用されているプリント基板に形成されたマイク
ロストリップ線路対又はストリップ線路対又はツイスト
ペア線路対などである。

【００２３】信号送信回路ＢＤは、送信信号がＩＮに供
給されることによって、互いに相補的な論理レベルの送
信信号をａ−ａ´に出力する。信号送信回路ＢＤの出力
段回路は、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのＱ１１とＱ１２、
及びＱ１３とＱ１４とによってそれぞれ構成された２組
のプッシュプル・ドライバＤ１１、Ｄ１２によって構成
される。

【００２４】信号送信回路ＢＤの相補出力ａ−ａ´間の
出力インピーダンスは、伝送線路ＴＭの固有の特性イン
ピーダンスと同等であり、例えば、１００Ω（又は７５
Ω）程度の比較的に低いインピーダンスである。

【００２５】信号受信回路ＢＲは、相補入力ｄ−ｄ´か
ら供給された相補信号の電位差に基づき、ＣＭＯＳレベ
ルの受信信号を出力ＯＵＴに出力し、これを信号受信回
路ＢＲが形成された半導体集積回路の図示省略している
内部回路に供給する。

【００２６】コンデンサ付抵抗減衰回路ＡＴは、抵抗Ｒ
１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５などによって構
成され、平衡伝送型Ｔ型抵抗減衰回路と、コンデンサＣ
１、Ｃ２、Ｃ３とから構成されている。尚、伝送線路対
ＴＭの特性インピーダンスを例えば、１００Ω程度とし
て、信号伝送の伝送速度が１５５Ｍｂｉｔ／ｓｅｃ程度
とした場合は、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１４、Ｒ１５
は、例えば、１５０Ω程度である。そして、抵抗Ｒ１３
は７５Ω程度である。コンデンサＣ１は、信号伝送にお
ける高域周波数の遮断を行うためのものであり、高域遮
断周波数を４５０ＭＨｚ〜５００ＭＨｚとした場合に
は、コンデンサ容量は数ｐｆ程度であるので、小形のチ
ップコンデンサを採用することができる。

【００２７】伝送線路対ＴＭは、受信端において終端抵
抗Ｒ１６によって相互に接続されている。この終端抵抗
Ｒ１６の抵抗値を伝送線路対ＴＭの固有の特性インピー
ダンスと等しく、例えば、１００Ω程度に設定すること
が好ましい。

【００２８】（動作）： 次に、図１の半導体集積回
路間の信号伝送回路の終端方法の動作を説明する。ここ
で、伝送線路ＴＭは、ツイストペア線として、その特性
インピーダンスは、一般的な１００Ω程度であり、終端
抵抗Ｒ１６の値も１００Ω程度で同等とする。

【００２９】また、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴのＱ１１、
Ｑ１２、Ｑ１３、Ｑ１４のゲート入力が論理ハイレベル
におけるオン状態時の出力インピーダンスは、約１００
Ω程度に設定されているものとする。

【００３０】図３は、図１の各部の動作波形を示す波形
図である。この図３も参照しながら動作を説明する。先
ず、信号送信回路ＢＤは、入力ＩＮ（図３（ａ））に供
給されるＣＭＯＳ論理レベルの信号を受けて相補的な送
信信号が相補出力ａ−ａ´（図３（ｂ））に出力され、
コンデンサ付抵抗減衰回路ＡＴの入力ｂ−ｂ´に入力さ
れる。ここで、相補出力ａ−ａ´の電圧レベルは、ハイ
レベルがほぼ電源電圧ＶＴと等しくなり、ロウレベルが
ほぼグランドレベルの電位に等しくなる。

【００３１】コンデンサ付抵抗減衰回路ＡＴでは、入力
ｂ−ｂ´に入力された相補の信号成分を所定の周波数成
分で遮断し、且つ、伝送信号振幅を低減し、そして、コ
モンモード雑音を除去して出力ｃ−ｃ´（図３（ｃ））
に出力される。

【００３２】次に、コンデンサ付抵抗減衰回路ＡＴの動
作を説明する。このコンデンサ付抵抗減衰回路ＡＴの特
性は、平衡伝送型Ｔ型抵抗減衰回路による伝送信号の電
圧振幅の分圧し、対称回路における送信端及び受信端の
インピーダンスの整合、コンデンサＣ１の付加によって
高域遮断特性である。このコンデンサＣ１は、１５５Ｍ
ｂｉｔ／ｓｅｃ程度の信号の伝送においては、数ｐｆで
あり、伝送信号の速度に応じて高域遮断周波数（例え
ば、４５０ＭＨｚ〜５００ＭＨｚ程度）を定め、コンデ
ンサ値が設定される。

【００３３】よって、コンデンサ付抵抗減衰回路ＡＴの
出力ｃ−ｃ´（図３（ｃ））の伝送信号波形は、スイッ
チング動作時の立ち上がり時間及び立ち下がり時間が鈍
化し、高周波雑音を除去することができる。

【００３４】また、コンデンサ付抵抗減衰回路ＡＴは、
相補入力ｂ−ｂ´と相補出力ｃ−ｃ´のインピーダンス
を伝送線路ＴＭの特性インピーダンスと同じ値にした状
態で、抵抗Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ１３、Ｒ１４、Ｒ１５の
各抵抗値を調節することによって、所定の伝送信号振幅
を設定することができる。

【００３５】更に、コンデンサＣ２、Ｃ３は、平衡伝送
型Ｔ型抵抗減衰回路の減衰特性を組み合わせることによ
って、外来から与えられるコモンモード雑音を防止する
ことができる。例えば、高域遮断周波数を４５０ＭＨｚ
〜５００ＭＨｚにする場合には、コンデンサＣ２、Ｃ３
の値は、数ｐｆ程度が好ましい。この程度の容量である
ため、小型のチップコンデンサを採用することできる。

【００３６】そして、伝搬遅延時間の後、信号受信回路
ＢＲの相補入力ｄ−ｄ´（図３（ｄ））に与えられる。
このときに、伝送線路ＴＭは受信端において終端抵抗Ｒ
１６によって終端が行われて、インピーダンス整合が図
られているため、相補出力ｃ−ｃ´における伝送信号振
幅及び信号波形をほぼ忠実に相補入力ｄ−ｄ´に伝送す
ることができる。そして、レシーバＲＸの出力から受信
信号ＯＵＴ（図３（ｅ））が出力される。

【００３７】（本発明の実施の形態の効果）： 以上
の本発明の実施の形態によれば、信号送信回路の後段に
コンデンサ付抵抗減衰回路ＡＴを形成し、伝送信号の高
域成分を遮断し、高周波成分の雑音を除去することがで
きる。しかも、外来信号から生じるコモンモード雑音を
除去することができ、所定の伝送距離によって伝送信号
振幅の設定が可能となる。

【００３８】従って、高速信号伝送における波形歪みを
生じることなく、特にコモンモードノイズの影響を除去
する信号伝送回路を実現することができる。また、上述
のようなコンデンサ付抵抗減衰回路ＡＴの回路構成であ
るので、非常に簡単な小型の回路構成で実現することが
できる。

【００３９】（他の実施の形態）： （１）尚、以上
の実施の形態は、交換装置、伝送装置の他、高速の半導
体集積回路間の２値信号伝送を必要とするコンピュータ
等、様々な電子回路装置に広く適用することができる。

【００４０】（２）また、コモンモード雑音の除去のた
めのコンデンサＣ２、Ｃ３は、可変コンデンサとして構
成することで、コモンモード雑音の変化や変動などに応
じて調整することが容易になる。また、伝送信号の速度
に応じた高域周波数遮断のためのコンデンサＣ１につい
ても、可変コンデンサとして構成することで、高域周波
数遮断の調節が容易になる。コンデンサＣ２又はＣ３に
並列に、抵抗又はインダクタンスを付加することも好ま
しい。

【００４１】（３）更に、信号送信回路ＢＤのプッシュ
プルドライバ回路Ｄ１１、Ｄ１２は、ＮＭＯＳＦＥＴで
構成されているが、バイポーラトランジスタによる単な
るドライバ回路から構成することでもよい。

【００４２】

【発明の効果】上述したように本発明は、伝送用の相補
信号を伝送線路対の特性インピーダンスに整合させなが
ら平衡伝送させるための整合回路が、伝送線路対に接続
されるいずれかのライン又はそれぞれのラインと、グラ
ンドレベルの基準ラインとの間に重畳する雑音を除去す
る手段を備えたことで、高速信号伝送における波形歪み
を生じることなく、特にコモンモードノイズの影響を除
去する信号伝送回路を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の信号伝送回路の回路構成
図である。

【図２】従来例の信号伝送回路の回路構成図である。

【図３】実施の形態の信号伝送回路の動作波形図であ
る。

【符号の説明】

ＡＴ…コンデンサ付抵抗減衰回路、ＢＤ…信号送信回
路、ＢＲ…信号受信回路、Ｄ１１、Ｄ１２…プッシュプ
ルドライバ、ＴＭ…伝送線路対。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 信号を相補的に出力する信号送信回路
   と、この相補信号を伝送線路対の特性インピーダンスに
   整合させながら平衡伝送させるために伝送線路対に印加
   する整合回路と、この整合回路からの整合出力信号を平
   衡伝送する伝送線路対と、この伝送線路対からの上記相
   補信号を受信する信号受信回路とを備えた信号伝送回路
   において、 上記整合回路は、上記伝送線路対に接続されるいずれか
   のライン又はそれぞれのラインと、グランドレベルの基
   準ラインとの間に重畳する雑音を除去する除去手段を備
   えることを特徴とする信号伝送回路。
2. 【請求項２】 上記整合回路は、上記相補信号の伝送速
   度に応じた高域遮断特性を有することを特徴とする請求
   項１記載の信号伝送回路。
3. 【請求項３】 上記整合回路は、 上記平衡伝送における一方の伝送線路に直列に介在する
   第１の抵抗と第２の抵抗とを備え、 上記平衡伝送における他方の伝送線路に直列に介在する
   第３の抵抗と第４の抵抗とを備え、 上記第１の抵抗及び第２の抵抗間の第１の接続点と、上
   記第３の抵抗及び第４の抵抗間の第２の接続点との間に
   接続される第５の抵抗及び第１のコンデンサからなる並
   列回路を備え、 上記第１の接続点と上記グランドレベル基準ラインとの
   間に接続される第２のコンデンサ若しくは上記第２の接
   続点と上記グランドレベル基準ラインとの間に接続され
   る第３のコンデンサを備える、又は上記第２のコンデン
   サと上記第３のコンデンサとを備えることを特徴とする
   請求項１又は２記載の信号伝送回路。