JP2004500616A - 絶縁された高速通信バス - Google Patents

Abstract

通信バス（１８０）とプラグインモジュール（２００）を共通バスに接続するコネクタ（１１０ａ乃至１１０ｚ）との間に絶縁部品（３２０、４２０）を直接的に接続して、前記通信バスにおける容量性負荷を最小化する。本発明の一実施例においては、ダイオード（３２０）が通信バス（１８０）とコネクタ（１１０）との間に置かれ、以って前記ダイオードがオフ状態にある場合に前記通信バスを前記コネクタ及び関連配線のキャパシタンスから絶縁する。本発明の好ましい実施例においては、絶縁トランジスタ（４２０）が通信バス（１８０）とコネクタ（１１０）との間に置かれ、オン状態とオフ状態との両方において前記通信バスに対し小さな一定コレクタキャパシタンスを呈するように構成される。通信バスを形成する伝送線上の既知の点に既知のキャパシタンスを供することにより、これらのキャパシタンスの影響を最小化する又は取り除くために従来の補償技術を用いることが出来る。ここに記載されている技術は、一方向バス通信と二方向バス通信との両方に適用され得る。

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は電子システムの分野、とりわけ一般にプラグインモジュールを接続する高速通信バスに関する。
【０００２】
【背景技術】
モジュラーシステムは、一般に該システムを有するモジュールを相互接続するために相互接続ボード又はリボンケーブルを用いる。モジュラーシステムに対してしばしばバス構造（ｂｕｓ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）が設けられ、相互接続ボード又はケーブルにプラグ接続される各モジュールは、他のモジュールと共通である信号パスに対し必要に応じてアクセスを供される。
【０００３】
図１は、複数の入力コネクタ１１０ａ乃至１１０ｚ及び出力コネクタ１２０を有する相互接続 ボード／ケーブル１００の例を図示している。参照を容易にするため、以降、プラグイン モジュールを相互接続するための剛性回路ボード（ｒｉｇｉｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ）、可撓ケーブル（ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｃａｂｌｅ）、又は他のどの構成のいずれを参照するのにも“相互接続ボード”という用語を用いる。典型的なモジュラーシステムにおいては、図示されているように相互接続トレース（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｔｒａｃｅ）１８０により、各入力コネクタ１１０ａ乃至１１０ｚの各ピンは各他の入力コネクタ１１０ａ乃至１１０ｚの対応するピンと同様に接続される。一般に、出力コネクタ１２０もまた、図１に図示されているように入力コネクタ１１０ａ乃至１１０ｚのピンの各々に対し対応するピンを持つが、入力コネクタと出力コネクタとの間で異なるピン配列（ｐｉｎｏｕｔ）を用いても良い。図２は、相互接続ボード１００の典型的な用途に対応する回路図の一例を図示している。 図２にはプラグインモジュール（ＰＩＭｓ）２００ａ乃至２００ｚが図示されている。高周波において、トレース１８０は伝送線（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅ）として作用し、信号の波長又は整数倍の（ｍｕｌｔｉｐｌｅ）波長の有効部分（ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｐｏｒｔｉｏｎ）に相当し得る。 参照を容易にするため、ここでは、高周波信号を伝達するトレース１８０を伝送線 １８０と呼ぶ。終端抵抗（ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）２３１及び２３２は各伝送線１８０の端部に設けられ、モジュール２００ａ乃至２００ｚの各々は、信号反射（ｓｉｇｎａｌ ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を低減し、信号ひずみ（ｓｉｇｎａｌ ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ）を最小化するために情報を伝達する場合以外は伝送線１８０から絶縁されるように構成される。各ＰＩＭ２００は、各モジュール２００を相互接続ボード１００から絶縁する絶縁トランジスタ２１０を収容している。図示されてはいないが、各モジュール２００は信号Ｖｉｎ２０１を作成するための回路装置（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）を有し、信号Ｖｉｎ２０１は、伝送線１８０を介して出力モジュール２５０に伝達される情報信号 、又はモジュール２００を伝送線１８０から絶縁するバイアス信号のどちらかである。図２には１つの伝送線１８０しか図示されていないが、各モジュール２００の別のピンに対応する各伝送線１８０は、図２に図示されているように構成され得る。高速信号を伝達しない電力トレース及びグランドトレースといった幾つかのトレースは、各モジュール２００上に対応する絶縁トランジスタ２１０を持たないだろう。
【０００４】
当該技術において一般的であるように、典型的には一度に１つの入力モジュール２００しか通信伝送線１８０を介する通信をせず、各モジュール上の絶縁トランジスタ２１０が通信をしていない（ｎｏｎ−ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ）モジュール２００の各々を切断する（ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔ）一方で、現在選択されている（ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ−ｓｅｌｅｃｔｅｄ）モジュール２００は 、コネクタ１２０を介して接続される出力モジュール２５０に伝送線１８０を介して自身の情報Ｖｉｎ２０１を送信する。当業者にとって明らかであるように、“マザーボード”のように入力コネクタ１１０ａ乃至１１０ｚを収容する同一回路ボード上に出力モジュール２５０が収容される場合にはコネクタ１２０は用いられない。通信をしていないモジュール２００は、伝送線１８０から該通信をしていないモジュール２００への如何なる電流、又は該通信をしていないモジュール２００からの如何なる電流が流れるのも防ぐために絶縁トランジスタ２１０に対し信号２０１をバイアスする。幾つかの用途においては、複数のモジュール２００が同時に伝送線１８０を介する通信をしても良く、これらの用途においては、通信をしている（ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ）モジュール２００の各々が自身の情報信号２０１を伝達するために導通状態へ絶縁トランジスタ２１０をバイアスする。
【０００５】
図２に図示されている従来の絶縁方式（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ）は、伝送線１８０からモジュール２００の構成要素の大半を絶縁するのに効果的ではあるが、伝送線１８０とモジュール２００ａ乃至２００ｚの各々との間の配線及びコネクタ１１０ａ乃至１１０ｚを絶縁しない。コネクタ１１０ａ乃至１１０ｚの各々及び関連配線（ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｗｉｒｉｎｇ）は各接続点（ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）において伝送線１８０に並行にキャパシタンス（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を付加する。このインピーダンスにおける突然の変化又は不連続（ｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙ）は、該不連続のどちらか一方側から来る信号に対する反射をもたらす。信号の一部は不連続を越えて伝播するであろうが、前記信号の一部は該信号の源、現在通信をしている（ｃｕｒｒｅｎｔｌｙ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｎｇ）モジュール２００に向けて反射し戻されるであろう。次いで、原信号及び反射信号は他のコネクタにおける不連続に遭遇し、以って更なる反射を生じる。これらの反射は伝送線１８０において元の所望の信号を大きくし、前記所望の信号が出力モジュール２５０において受け取られる際に該所望の信号は歪まされる。この問題は、不適切に設計されたモジュール２００が相互接続ボードにプラグ接続される場合に更に複雑にされ得る。絶縁トランジスタが接続部１１０ａ乃至１１０ｚからかなり離れたところに位置するようにモジュール２００上に置かれる場合に、このことは伝送線１８０上に“スタブ（ｓｔｕｂ）”を形成し、伝送線１８０上を伝わる（ｔｒａｖｅｌ）信号に対し付加的なキャパシタンスとして現れるであろう。このスタブの付加的なキャパシタンスは、この付加的なキャパシタンスを含有する誤って設計された（ｍｉｓ−ｄｅｓｉｇｎｅｄ）モジュール２００からの信号の伝達に影響を及ぼすかもしれないし、又は影響を及ぼさないかもしれないが、一般的には他のモジュール２００の各々からの信号を歪ませるであろう。同様に、伝送線におけるこのスタブの接続点は伝送線１８０を２つのセクションに分割し、短い方のセクションが誤って設計されたモジュール２００から来る信号に対するスタブとして現れ、以って斯様な信号に対して歪みを生じさせるであろう。スタブの挿入（ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）とその他の該スタブに依存していない信号における該スタブの挿入の後続の効果との間の特定の因果関係のため、これらの歪みはしばしば原因を究明し（ｄｉａｇｎｏｓｅ）、取り除くのが非常に困難である。
【０００６】
【発明の開示】
本発明の目的は、共通バスを介してプラグインモジュールから出力プロセッサに送信される信号の信号品質を改善することにある。更に本発明の目的は、前記プラグインモジュールの設計への依存性が最小である相互接続方式を供することにある。
【０００７】
これらの目的及び他の目的は、共通バスにプラグインモジュールを取り付ける（ａｃｃｅｐｔ）のに用いられるコネクタの前に、共通バスに直接的に接続される絶縁部品（ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を設けることにより達成される。本発明の一実施例においては、伝送線と前記コネクタとの間にダイオードを置いて、該ダイオードがオフ状態にある場合に該コネクタ及び関連配線のキャパシタンスから該伝送線を絶縁する。本発明の好ましい実施例においては、絶縁トランジスを前記伝送線と前記コネクタとの間に置き、前記コネクタによりもたらされるスタブを取り除くように構成する。これにより、前記絶縁トランジスタは、オン状態とオフ状態との両方において前記伝送線に対し小さな一定コレクタキャパシタンス（ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を、前記オフ状態及び非飽和オン状態（ｎｏｎ−ｓａｔｕｒａｔｅｄ ｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ）において該伝送線に対し高いインピーダンスを呈する（ｐｒｅｓｅｎｔ）。前記伝送線において既知の点に既知のキャパシタンスを供することにより、これらのキャパシタンスの影響を最小化し、又は取り除くために従来の補償技術を用いることが出来る。 ここに記載されている技術は一方向（ｕｎｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）バス通信と二方向（ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ）バス通信との両方に適用され得る。
【０００８】
一例として添付図を参照して本発明を更に詳細に説明する。
【０００９】
図全体を通して、同一参照数字は同様の又は対応する特徴又は機能を指す。
【００１０】
【本発明を実施するための最良の形態】
図３は、本発明による絶縁ダイオード３２０ａ乃至３２０ｚを備える相互接続ボード／ケーブルの回路図の一例を図示している。絶縁ダイオード３２０ａ乃至３２０ｚの各々は伝送線１８０と対応するコネクタ１１０ａ乃至１１０ｚとの間に接続される。各通信をしていないモジュール２００のＶｉｎ２０１信号が、オフ状態へトランジスタ２１０をバイアスする場合、ダイオード３２０もまたオフ状態へバイアスされ、絶縁トランジスタ２１０に対するコネクタ１１０及びどの関連配線のキャパシタンスも伝送線１８０から絶縁される。この絶縁は、各通信をしていないモジュール２００と関連するキャパシタンスを最小化することにより、伝送線１８０沿いの不連続によりもたらされる歪みを最小化する。しかしながら、この絶縁は、通信をしているモジュール２００と関連するキャパシタンスを最小化しない。このキャパシタンスは送信される信号の品質に悪影響を及ぼし得る。各モジュール２００が通信時に異なるキャパシタンスを呈し得ることから、従来の伝送線歪み最小化技術は特定のモジュール２００のキャパシタンスに依存して様々な影響を及ぼすであろう。
【００１１】
図４は、本発明による通信をしているモジュール２００’と通信をしていないモジュール２００’との両方を絶縁する絶縁トランジスタ４２０を備える相互接続ボード／ケーブルの回路図の一例を図示している。図４の例において絶縁トランジスタ４２０は、伝送線１８０とコネクタ１１０との間に置かれ、実質的にコネクタ１１０及び関連配線のキャパシタンスより小さく、トランジスタ４２０が導通しているのか又は導通していないのかに実質的に依存しないコレクタキャパシタンスを伝送線１８０に対して供する。その上、相互接続ボード４００に絶縁トランジスタ４２０を設けることにより、コネクタ１１０及び該コネクタ１１０の関連配線は伝送線１８０に対するスタブとして現れない。つまり、伝送線１８０の特性は、コネクタ１１０及び各モジュール２００’の配線を含む関連配線のキャパシタンスに実質的に依存しない。伝送線１８０への各接続部のキャパシタンスはより小さくなり、一定になるであろうから、各モジュール２００’の具体的な設計とは無関係に従来の伝送線歪み最小化技術を効果的に用いることが出来る。好ましい実施例においては、安定性のために抵抗４４０をトランジスタ４２０のベースとグランドとの間に置く。
【００１２】
絶縁トランジスタ４２０が、従来のシステム構成においては絶縁トランジスタ２１０が供する絶縁を供することから、この実施例におけるモジュール２００’は絶縁トランジスタ２１０を収容する必要がないことに注意されたい。相互接続ボード４００上のトランジスタ４２０によって供される絶縁はまた、各モジュール２００’の設計における設計の制約条件（ｄｅｓｉｇｎ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ）及び伝送線の考慮すべき事項（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ−ｌｉｎｅ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓ）を低減し、以って各モジュール２００’と関連する設計コスト及び検査コストを潜在的に低減する。トランジスタ４２０のコレクタ出力部は、オフである場合及びオンではあるが飽和していない場合に伝送線１８０に対して高いインピーダンスを呈することにも注意されたい。この高いインピーダンスは２つ以上のトランジスタ４２０を同時にオン状態にすることを可能にし、伝送線１８０において信号を組合わせることを可能にする。好ましい実施例においては、コレクタ出力部のインピーダンスが伝送線１８０のインピーダンスの少なくとも１０倍であり、信号を能動的に（ａｃｔｉｖｅｌｙ）伝達していないモジュールは、オフの非導通状態へ対応するトランジスタ４２０をバイアスする。
【００１３】
図５は、本発明による二方向絶縁トランジスタ４２０及び５２０を備える相互接続ボード／ケーブル５００の回路図の一例を図示している。この例のモジュール５５０は、入力信号Ｖｉｎ２０１を供し、出力信号Ｖｏｕｔ５０５を受けるように構成される。絶縁トランジスタ４２０は上記の入力絶縁を供し、絶縁トランジスタ５２０は伝送線１８０に対し低いキャパシタンス負荷（ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ ｌｏａｄ）を供するレシーバ（ｒｅｃｅｉｖｅｒ）を形成する。
【００１４】
上述のことは単に本発明の原理を例示しているに過ぎない。斯くして、当業者は、ここには明示的に記載されていない又は示されていないが、本発明の原理を実施し、斯くして本発明の範囲内である種々の構成を考案することが出来るであろうということを認識されるだろう。例えば、コネクタ１１０は、コネクタ１１０のハウジング内に適当な絶縁装置３２０、４２０、５２０を収容するように構成され得る。その上、相互接続ボードは、この例の入力専用モジュール２００及び２００’並びに二方向モジュール５５０の両方を受けるコネクタを供するように構成され得る。同様に、本発明は信号ごとに単一の伝送線を用いるよう示されているが、耐雑音性（ｎｏｉｓｅ ｉｍｍｕｎｉｔｙ）を改善するために２つの伝送線が互いに反対に動作される差分信号（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）もまた用いられ得る。バイポーラトランジスタ及びダイオードを備える実施例が例示されているが、電界効果トランジスタを含む他のスイッチング装置もまた、該スイッチング装置が非導通モードに入れられる場合に伝送線に対し高いインピーダンスを呈するように構成され得るという条件下で用いられ得る。他のシステム構成及び最適化特徴（ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｆｅａｔｕｒｅ）はこの開示を見ることで当業者にとって明らかであろうし、上記の特許請求の範囲内に含まれるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】プラグインモジュールに適応するための相互接続ボード／ケーブルの先行技術の一例を図示する。
【図２】プラグインモジュールに適応するための相互接続ボード／ケーブルの先行技術と関連する回路図の一例を図示する。
【図３】本発明による絶縁ダイオードを備える相互接続ボード／ケーブルの回路図の一例を図示する。
【図４】本発明による絶縁トランジスタを備える相互接続ボード／ケーブルの回路図の一例を図示する。
【図５】本発明による二方向絶縁トランジスタを備える相互接続ボード／ケーブルの回路図の一例を図示する。
【符号の説明】
１１０コネクタ
１８０伝送線
２００プラグインモジュール
２００’プラグインモジュール
２０１信号Ｖｉｎ
２１０絶縁トランジスタ
２５０出力モジュール
３２０絶縁ダイオード
４００相互接続ボード
４２０絶縁トランジスタ
４４０抵抗

Claims (13)

1. −高周波信号を伝達する１つ以上の伝送線、及び
   −各々がプラグインモジュールを受けるように構成される複数のコネクタを有し、前記複数のコネクタの各コネクタが絶縁装置を介して前記１つ以上の伝送線に動作可能に結合される１つ以上のピンを持つ相互接続ボードであって、各絶縁装置が、該絶縁装置が非導通状態にある場合に前記１つ以上の伝送線に対し低いキャパシタンス負荷を供するように構成される相互接続ボード。
2. 更に各絶縁装置が、該絶縁装置が導通状態にある場合に前記１つ以上の伝送線に対し低いキャパシタンス負荷を供するように構成される請求項１に記載の相互接続ボード。
3. 前記絶縁装置が、前記プラグインモジュールから受ける入力信号によって前記非導通状態へバイアスをされる半導体装置を有する請求項１に記載の相互接続ボード。
4. 更に各絶縁装置が、該絶縁装置が非導通状態にある場合に前記１つ以上の伝送線に対し高いインピーダンス負荷を供するように構成される請求項１に記載の相互接続ボード。
5. 更に各絶縁装置が、該絶縁装置が非飽和導通状態にある場合に前記１つ以上の伝送線に対し高いインピーダンス負荷を供するように構成される請求項４に記載の相互接続ボード。
6. 各絶縁装置が、
   −ベース、コレクタ及びエミッタを持つバイポーラトランジスタ、並びに
   −前記ベースを基準電位に結合する抵抗を含み、
   −前記コレクタ及び前記エミッタが、前記１つ以上の伝送線の対応する伝送線と前記コネクタの前記１つ以上のピンの対応するピンとの間にスイッチパスを形成する請求項１に記載の相互接続ボード。
7. −少なくとも１つの伝送線、複数のコネクタ、及び第１状態にある場合に前記少なくとも１つの伝送線を前記複数のコネクタの各コネクタに動作可能に結合し、第２状態にある場合に前記少なくとも１つの伝送線を前記複数のコネクタの各コネクタから動作可能に切断するように構成される複数の絶縁装置を含む相互接続ボード、並びに
   −前記複数のコネクタの対応するコネクタに接続される場合に前記少なくとも１つの伝送線を介して情報を伝達するように構成される複数のプラグインモジュールを有する通信システム。
8. 前記複数の絶縁装置の各絶縁装置が、該絶縁装置が前記第２状態にある場合に前記少なくとも１つの伝送線に対し低いキャパシタンス負荷を供するように構成される請求項７に記載の通信システム。
9. 更に各絶縁装置が、該絶縁装置が前記第１状態にある場合に前記少なくとも１つの伝送線に対し低いキャパシタンス負荷を供するように構成される請求項８に記載の通信システム。
10. 前記複数の絶縁装置の各絶縁装置が、前記プラグインモジュールから受ける入力信号によって前記第１状態及び前記第２状態へバイアスされる半導体装置を有する請求項７に記載の通信システム。
11. 更に各絶縁装置が、該絶縁装置が非導通状態にある場合に前記少なくとも１つの伝送線に対し高いインピーダンス負荷を供するように構成される請求項７に記載の通信システム。
12. 更に各絶縁装置が、該絶縁装置が非飽和導通状態にある場合に前記少なくとも１つの伝送線に対し高いインピーダンス負荷を供するように構成される請求項１１に記載の通信システム。
13. 各絶縁装置が、
    −ベース、コレクタ及びエミッタを持つバイポーラトランジスタ、並びに
    −前記ベースを基準電位に結合する抵抗を含み、
    各絶縁装置の前記コレクタ及び前記エミッタが、
    −前記トランジスタが前記第１状態へバイアスされる場合に前記少なくとも１つの伝送線を前記複数のコネクタの対応するコネクタの対応するピンに動作可能に結合し、
    −前記トランジスタが前記第２状態へバイアスされる場合に前記少なくとも１つの伝送線を前記対応するコネクタから動作可能に切断するように構成される請求項１１に記載の通信システム。