JPH09509030A - 終端接続伝送ラインインピーダンス−整合回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 信号反射を避けるため、電子回路（４）へ接続される伝送ライン（３）は終端接続インピーダンス（５）により終端される。終端接続インピーダンス（５）の値は、終端されるべき伝送ライン（３）の特性インピーダンスの値と回路（４）の周波数領域で最もよい可能な方法で整合がとられる。この発明は終端接続インピーダンス（５）が能動インピーダンス（６）と受動インピーダンス（７）の直列結合である電子回路（４）を提供する。受動インピーダンス（７）はその特性インピーダンスと同じ程度の大きさである。終端接続インピーダンス（５）は高い周波数においてさえ伝送ライン（３）の特性インピーダンスとよく整合がとれる。能動インピーダンス（６）のセッティングを修正することにより、終端接続インピーダンス（５）の値と伝送ライン終端のＤＣ電圧（ｐ）の両者はセット可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 終端接続伝送ラインインピーダンス−整合回路 この発明は回路に接続可能な伝送ラインを終端接続する終端接続インピーダン スを具えた電子回路に関するもので、その回路の周波数範囲で終端接続インピー ダンスが伝送ラインの特性インピーダンスと整合がとれるものである。前記特性 インピーダンスへの終端接続インピーダンスの整合は、伝送ライン上での信号反 射を避けるのに必要である。前記電子回路は集積回路の形態で実現されるのが好 適である。 冒頭のパラグラフに規定されるような電子回路は日本特許出願６０−１０２０ １１号に公知である。この文献に示された回路では、終端接続インピーダンスは 能動インピーダンスからなっており、その能動インピーダンスはコモンコレクタ 段の出力インピーダンスにより形成されている。この文献の図示の回路は高い周 波数で適切には機能せず、それはその場合コモンコレクタ段の出力インピーダン ス即ち終端接続インピーダンスが寄生的な影響の結果正確に定まらないからであ る。その結果、終端接続インピーダンスはもはや特性インピーダンスとよき整合 がとれず強い信号反射が発生する。 従って本発明の目的は、伝送ラインが高い周波数で回路に接続された時も、公 知の回路に比し強い信号反射を引き起さない、冒頭のパラグラフに規定されたよ うな電子回路を実現せんとするものである。 この目的を達成するため、本発明は冒頭に記載した電子回路において、終端接 続インピーダンスが能動インピーダンスと受動インピーダンスの直列結合である とともに、その受動インピーダンスが前記特性インピーダンスと同程度の大きさ であることを特徴としている。このことは終端接続インピーダンスが主として受 動インピーダンスにより、いくらかの範囲が能動インピーダンスにより形成され ることを意味している。高い周波数では、それは特に存在する容量の結果正確に は決定され得ない能動インピーダンスであり、一方受動インピーダンスはかなり 一定値を保ち、特に受動インピーダンスが唯１つのオン−チップ抵抗からなる時 は特にそうである。結果として、本発明に係る電子回路の終端インピーダンスは 、引用した前記日本特許出願で論じられた電子回路に比し高い周波数で伝送ライ ンの特性インピーダンスとよりよい整合がとれる。それ故、本発明に係る回路が 高い周波数で使用される時に発生する信号反射は従来技術の回路が使用される時 に比し少ない。 終端接続インピーダンスが全体として唯１つの抵抗からなる受動インピーダン スにより形成される電子回路は、文献、J．Hauenschild and H．M．Rein，“Inf luence of Transmission-Line Interconnections Between Gigabit-per-Second ＩＣ′s on Time Jitter and Instabilities”，ＩＥＥＥ Journal of Solid -State Circuits，Vol．25，No.３，June 1990，pp.763-766より公知である。抵 抗はその電子回路の入力に位置するバッファ段の部分を形成するトランジスタの コレクタとベース間に挿入される。この回路の欠点は、伝送ラインが電子回路に 接続される点、また伝送ライン終端と呼ばれる点でのＤＣ電圧が随意にはセット されず、抵抗が接続される基準電位のＤＣ電圧、一般には正の供給電圧に依存す るという欠点を有している。このことは、回路の他の位置におけるＤＣ電圧がま た随意にセットされず、基準電位のＤＣ電圧に依存することを意味している。本 発明に係る回路では伝送ライン終端でのＤＣ電圧は、能動インピーダンスのセッ ティングの選択によって確実にセットされる。この結果回路の残りの部分の各点 でのＤＣ電圧のセッティングがより柔軟になる。 さらに、公知の回路の終端接続インピーダンスは、１つのオン−チップ抵抗が 使用されると必ずしも精度がよくなく、その結果反射係数が強調されてしまう。 本発明に係る回路では終端接続インピーダンスは能動インピーダンスの再調整に より望むとおりに正確に再調整される。このことはこれらインピーダンスのセッ ティングを修正することにより可能となる。 最後に、公知の回路は本発明に係る回路に比し高い周波数ではよりよく動作し ない。バッファトランジスタのコレクタとベース間ＤＣ電圧は小さいから、コレ クタとベース間に存在するトランジスタ接合容量は相対的に大きな値を有し、こ のことは終端接続インピーダンスの値を高い周波数で減少させる。 これらのことおよび本発明の他の要旨は以下に説明する実施例により明らかに されるだろう。 添附図面： 図１は伝送ラインにより接続される２つの集積化電子回路を具えたプリント回 路ボードを示し、 図２ａは本発明に係る電子回路を示し、 図２ｂは平衡動作を備えた本発明に係る電子回路を示し、 図３ａはどの素子が主に終端接続インピーダンスを決定するのかを示し、 図３ｂは周波数に対しプロットした能動インピーダンスの抵抗部分と容量部分 のインピーダンス比を示し、 図４は本発明に係る回路の第２の実施例を示し、 図５は本発明に係る回路の第３の実施例を示し、 図６ａは図２ａに示した回路および引用された前記日本特許出願に示された回 路の信号反射係数の周波数に対してプロットされたシミュレーションを示し、 図６ｂは図２ａに示した回路および前記文献、J．Hauenschild and H.M.Rein, “Influence of Transmission-Line Interconnections Between Gigabit-per-Se cond ＩＣ′s on Time Jitter and Instabilities”，ＩＥＥＥ Journal of S olid-State Circuits，Vol．25，No.３，June 1990，pp.763-766に係る回路の信 号反射係数のシミュレーションを示す。 図１は伝送ライン３により接続される２つの集積化電子回路２，４を具えたプ リント回路ボード１を示している。伝送ラインはマイクロストリップラインで形 成されている。信号反射を避けるため、終端接続インピーダンス５は伝送ライン 終端ｐと基準電位ｒｅｆ．間伝送ラインの終端に挿入されている。その終端接続 インピーダンスは伝送ラインの特性インピーダンスと回路の周波数範囲内でほぼ 整合がとれるようになされている。 図２ａは本発明に係る電子回路を示している。供給電圧はそれぞれＶ_ccとＶ_ee で示されている。伝送ラインを越えてくる信号は略記号signinと書かれている。 この信号は抵抗Ｒ４によりセットされるバッファトランジスタＱ５を介して回路 の別の部分（図示されず）に印加される。この別の部分は論理ゲート、増幅器段 などなどからなっていてよい。伝送ライン終端と基準電位間には信号の振舞いを 制御する能動インピーダンス６と受動インピーダンス７の直列結合がある。受動 インピーダンス７は好適には図面に示されている唯１つの抵抗Rmatchにより形成 される。能動インピーダンスはコモンコレクタ段の出力インピーダンスにより形 成されている。コモンコレクタ段はセッティング抵抗Ｒ１，Ｒ２とＲ３および並 列トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３．Ｑ４からなっている。終端接続インピーダン スは抵抗Rmatchとコモンコレクタ段の出力インピーダンスの総計により形成され る。コモンコレクタ段の出力インピーダンスは広く知られているように小さな値 を有する。低い周波数ではこの出力インピーダンスは使用されるトランジスタＱ １，Ｑ２，Ｑ３．Ｑ４の相互コンダクタンスｇｍの総計の逆数値で近似されてよ い。 屡々使用される伝送ラインの特性インピーダンスは５０オームである。このこ とは終端接続インピーダンスがかかる伝送ラインの適切な終端としてまた５０オ ームであるべきことを意味している。コモンコレクタ段の出力インピーダンスは 高い周波数で減少するから、伝送ラインの特性インピーダンスと同程度の大きさ の抵抗Rmatchを選択する必要がある。終端接続インピーダンスの大部分はその時 抵抗Rmatchにより形成される。残りの部分はそれでコモンコレクタ段の出力イン ピーダンスにより形成される。図３ａはどの素子が終端接続インピーダンスを主 として決定するかを示している。コモンコレクタ段の出力インピーダンスの周波 数−依存抵抗部分Rout(f)と並列に結合した周波数−依存容量部分Ｃ（ｆ）が存 在する。この容量部分はトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４の接合容量および 拡散容量により生じる。この容量部分がまさに有する値はトランジスタの使用さ れる形および使用される形態に依存する。低い周波数では終端接続インピーダン スは抵抗Rmatchと出力インピーダンスの抵抗部分Routの値の総計に等しい。容量 部分は高い周波数で終端接続インピーダンスを降下させる。図３ｂは能動インピ ーダンスの抵抗部分と容量部分のインピーダンス比を周波数に対してプロットし ている。インピーダンス比が高い周波数で約１まで降下するのが観察される。 能動インピーダンスの抵抗部分Routは低い周波数でトランジスタＱ１，Ｑ２， Ｑ３．Ｑ４の相互コンダクタンスの総計の逆数値にほぼ等しく、かくてこれらト ランジスタを介して流れるコレクタ電流を変化させて整合させられる。この特性 は終端接続インピーダンスを再調整するのに使用されてもよい。抵抗Rmatchの値 はそれがオン−チップに作りつけられるなら必ずしも正確には規定されないから 上述のことは必要かもしれない。 伝送ライン終端のＤＣ電圧、かくては回路の他の位置におけるＤＣ電圧はまた 望みどおりにセットされる。これはセッティング抵抗Ｒ１のＲ２に対する比に依 存する。 本発明に係る回路はまたさらによりよい実施例用に平衡のとれた形態で使用さ れることができる。このことは図２ｂに示されている。図の左側部分に示されい てる素子Ｒ３′，Ｒ４′，Rmatch′，Ｑ１′，Ｑ２′，Ｑ３′，Ｑ４′，Ｑ５′ は右側部分に示されている対応素子Ｒ３，Ｒ４，Rmatch，Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ ４，Ｑ５と同じ値を有している。回路の左側部分に印加される信号invsigninは 右側部分に印加される信号signinと１８０°の位相差を示している。 図４は本発明に係る回路の第２の実施例を示す。この実施例では能動インピー ダンス６はシャント段(shunt stage)の能動インピーダンスである。シャント段 はトランジスタＱ６と抵抗Ｒ５，Ｒ６およびRshuntにより形成されている。抵抗 Ｒ５，Ｒ６およびRshuntが適切に選択されると、シャント段の入力インピーダン スは広く知られているように低い。伝送ラインの特性インピーダンスと同程度の 大きさの抵抗Rmatchを選択することにより、終端接続インピーダンスは主にこの 抵抗Rmatchにより形成されることになる。これは図２ａに示された回路と同様に 、この図に示される回路はまた高い周波数で合理的に一定になる終端接続インピ ーダンスを有するという事実に結果するものである。 図５は本発明に係る第３の実施例を示す。この実施例では能動インピーダンス ６はシャント段の入力インピーダンスである。このシャント段はトランジスタＱ ７と抵抗Ｒ７，Ｒ８およびRshuntにより形成される。セッティングインピーダン スＲ７，Ｒ８およびRshuntが適切に選択されると、シャント段の出力インピーダ ンスは低いであろう。伝送ラインの特性インピーダンスと同程度の大きさの抵抗 Rmatchを選択することにより、終端接続インピーダンスはこの抵抗Rmatchにより 主として形成されることになる。 図２ａ，４および５に示されている実施例の変形形態も可能である。一般に小 さな能動インピーダンスがその特性インピーダンスに近い受動インピーダンスと 直列に結合される形態が、高い周波数で好適な振舞いをさせるということが観察 される。 図６ａは図２ａに示される回路および前記日本特許出願６０−１０２０１１号 に使用される回路の信号反射係数Ｓ１１の周波数に対してプロットされたシミュ レーションを示している。破線カーブ(curve)は図２ａ図示回路のカーブを示し 、実線は前記日本特許出願からの回路のカーブを示している。５０オームの特性 インピーダンスを有する伝送ラインが仮定される。両回路の低い周波数終端接続 インピーダンスは５０オームにセットされる。本発明に係る信号反射が約１４Ｇ Ｈｚまで−１５ｄＢ以下のままであり、これに対し前記日本特許出願６０−１０ ２０１１号に示される回路の反射は約２．５ＭＨｚでこの値を越えてすでにスタ ートするのは注目されよう。 図６ｂは図２ａに示される回路と文献、J．Hauenschild and H．M．Rein，“I nfluence of Transmission-Line Interconnections Between Gigabit-per-Secon d ＩＣ′s on Time Jitter and Instabilities”，ＩＥＥＥ Journal of Soli d-State Circuits，Vol．25，No.３，June 1990，pp.763-766に使用される回路 の信号反射係数Ｓ１１の周波数に対してプロットされたシミュレーションを示し ている。実線カーブは図２ａ図示回路のカーブを示し、破線カーブはHauenschil dおよびReinに係る回路のカーブを示している。５０オームの特性インピーダン スを有する伝送ラインが仮定される。低い周波数終端接続インピーダンスは両回 路で５０オームにセットされている。本発明に係る回路の信号反射は約１４ＧＨ ｚまでずっと−１５ｄＢ以下であるのに、一方HauenschildおよびReinに係る回 路の反射は約８ＧＨｚのはじめにすでにこの値を越えていることが観察される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．回路（４）に接続可能な伝送ライン（３）を終端接続する終端接続インピー ダンス（５）を具え、その回路（４）の周波数範囲では、終端接続インピーダン ス（５）が伝送ライン（３）の特性インピーダンスと整合がとれる電子回路（４ ）において、終端接続インピーダンス（５）が能動インピーダンス（６）と受動 インピーダンス（７）の直列結合であるとともに、その受動インピーダンス（７ ）が前記特性インピーダンスと同程度の大きさであることを特徴とする終端接続 インピーダンスを具えた電子回路。