JP2006173986A

JP2006173986A - 電子回路

Info

Publication number: JP2006173986A
Application number: JP2004362460A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Kuroda; 忠広黒田; Daisuke Mizoguchi; 大介溝口; Noriyuki Miura; 典之三浦
Original assignee: Keio University
Current assignee: Keio University
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2006-06-29
Also published as: US20060176676A1; US7546106B2

Abstract

【課題】少ない消費電力で誘導結合による基板間の通信を行うことができる電子回路を提供すること。
【解決手段】増幅器１０ａの増幅率が１であるのに対して、増幅器１０ｂ〜ｄのそれはそれぞれ２、４、８であり、これらを組み合わせて全体として１〜１５（＝１＋２＋４＋８）の増幅率で増幅する。送信電力制御レジスタ２１は、送信先である受信コイルを有する基板までの距離（すなわち、送信コイルと受信コイル間の距離）に応じた送信電力となるように、より具体的にはその距離に比例した送信電力にする増幅率となるように、各増幅器１０ａ〜１０ｄにオン・オフ信号を出力して、増幅器１０ａ〜１０ｄの組合せを選択する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＩＣ（Integrated Circuit）ベアチップやＰＣＢ（プリント基板）などの基板間の通信を好適に行うことができる電子回路に関する。

本発明者らは、チップを３次元実装し、チップ間を誘導性結合により電気的に接続する方法によって、ＬＳＩ（Large Scale Integration）の１パッケージに複数のベアチップを封入するシステムインパッケージ（SiP）を実現することを提案している（特許文献１参照）。

図５は、先願発明の電子回路の構成を示す図である。この電子回路は、第１〜第３ＬＳＩチップ３１ａ〜３１ｃから成る。ＬＳＩチップが３層にスタックされ、３チップにまたがるバスを形成する例である。すなわち、３者間（３つのＬＳＩチップ間）で互いに通信可能な１つの通信チャネルを構成している。第１〜第３ＬＳＩチップ３１ａ〜３１ｃが縦に積まれ、各チップは接着剤で互いに固定されている。第１〜第３ＬＳＩチップ３１ａ〜３１ｃ上には、それぞれ、送信に用いる第１〜第３送信コイル３３ａ〜３３ｃが配線により形成され、また、それぞれ、受信に用いる第１〜第３受信コイル３５ａ〜３５ｃが配線により形成される。これら３ペアの送受信コイル３３、３５の開口の中心が一致するように、第１〜第３ＬＳＩチップ３１ａ〜３１ｃ上で配置されている。これにより、３ペアの送受信コイル３３、３５は誘導性結合を形成し、通信が可能となる。第１〜第３送信コイル３３ａ〜３３ｃにはそれぞれ第１〜第３送信回路３２ａ〜３２ｃが接続され、第１〜第３受信コイル３５ａ〜３５ｃにはそれぞれ第１〜第３受信回路３４ａ〜３４ｃが接続される。送受信コイル３３、３５は、プロセス技術の多層配線を利用し、通信に許される面積内で、３次元的に１回巻き以上のコイルとして実装される。送受信コイル３３、３５には、通信に最適な形状が存在し、最適なまき数、開口、線幅をとる必要がある。一般的に、送信コイル３３が受信コイル３５より小さい。
特願２００４−０３７２４２

ここで、各送信回路の送信電力を同一で一定にすると、最も離れた基板間の距離に合わせた送信電力にすることになり、消費電力もそれだけ多くなってしまう。

本発明は、上記問題点に鑑み、少ない消費電力で誘導結合による基板間の通信を行うことができる電子回路を提供することを目的とする。

本発明の電子回路は、基板上の配線により形成され信号を受信する第１受信コイルと、該第１受信コイルから信号を入力する第１受信回路とを有する第１基板と、基板上の配線により形成され信号を受信する第２受信コイルと、該第２受信コイルから信号を入力する第２受信回路とを有する第２基板と、基板上の配線により前記第１及び第２受信コイルと対応する位置に形成され第１及び第２受信コイルと誘導結合して通信チャネルを構成し信号を送信する送信コイルと、第１受信コイルに送信する場合には第１送信電力で、第２受信コイルに送信する場合には第１送信電力と異なる第２送信電力で該送信コイルに信号を出力する送信回路とを有する第３基板とを備える。

また、前記第１基板は、複数の第１受信コイルを有し、前記第２基板は、複数の第２受信コイルを有し、前記第３基板は、それぞれ前記第１及び第２受信コイルと対応する位置に形成され第１及び第２受信コイルと誘導結合して通信チャネルを構成し信号を送信する複数の送信コイルを有することで、これら並列通信チャネルが存在する場合に上述の電力制御を適用することになり、そのクロストークの影響を少なくすることができる。

また、前記送信回路は、前記送信コイルと送信先である前記第１又は第２受信コイルとの距離に比例する送信電力で前記送信コイルに信号を出力することで、必要最小限の消費電力で基板間の通信を実現することができる。

本発明によれば、少ない消費電力で誘導結合による基板間の通信を行うことができる。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の実施例による電子回路における送信回路の構成を示す図ある。この送信回路は、増幅器１０ａ〜１０ｄ、送信電力制御レジスタ２１、及びコンデンサ２３を有し、４つの増幅器１０ａ〜１０ｄは送信電力制御レジスタ２１によってオン・オフを制御されて、送信コイル２２を駆動する。４つの増幅器１０ａ〜１０ｄはいずれも同じ回路構造からなり、異なる増幅率のものである。増幅器１０ａの増幅率が１であるのに対して、増幅器１０ｂ〜ｄのそれはそれぞれ２、４、８であり、これらを組み合わせて全体として１〜１５（＝１＋２＋４＋８）の増幅率で増幅することができる。その内の１つである例えば増幅器１０ｄは、ＮＯＴ１１、ＮＯＴ１２、ＮＡＮＤ１３、ＮＯＲ１４、及びトランジスタＴ１、Ｔ２から成る。トランジスタＴ１及びトランジスタＴ２はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）構造のインバータを形成して、バッファとして機能し、送信コイル２２を駆動する。例えば、これらトランジスタＴ１、Ｔ２のチャネル幅Ｗを変えることによって増幅器１０ｄなどの増幅率を変えることができる。コンデンサ２３はＭＯＳトランジスタの容量性を用いることで、簡易に製造することができる。この増幅器１０ｄを使って送信する時、すなわち、送信電力制御レジスタ２１から増幅器１０ｄにハイが出力されている時に、入力される送信データＴｘｄａｔａがローからハイになると、トランジスタＴ１はオンからオフになると共に、トランジスタＴ２はオフからオンになり、送信コイル２２には電流ＩＴが流れコンデンサ２３をマイナスに充電する。コンデンサ２３が十分に充電されると電流ＩＴは止まり、結局、送信コイル２２には三角波形状のパルス電流が流れることになる。つぎに、送信データＴｘｄａｔａがハイからローになると、トランジスタＴ１はオフからオンになると共に、トランジスタＴ２はオンからオフになり、送信コイル２２には電流ＩＴが逆に流れコンデンサ２３を放電する。コンデンサ２３が十分に放電されると電流ＩＴは止まり、送信コイル２２には逆極性の三角波形状のパルス電流が流れることになる。

送信電力制御レジスタ２１は、送信先である受信コイルを有する基板までの距離（すなわち、送信コイルと受信コイル間の距離）に応じた送信電力となるように、より具体的にはその距離に比例した送信電力にする増幅率となるように、各増幅器１０ａ〜１０ｄにオン・オフ信号を出力して、増幅器１０ａ〜１０ｄの組合せを選択する。

図２は、通信距離と送信電力との関係を示す図である。本実施例において通信速度を１Ｇｂ／ｓとして、通信距離Ｘ＝１５、２８、３６、４３、５９［μｍ］に対して、送信電力ＰTX＝３〜２０［ｍＷ］とした時に通信が可能か（「パス：Ｐ」と表示）、不可能か（「フェイル：×」と表示）を示した。これから、通信距離Ｘ＝１５、２８、４３［μｍ］に必要な最小送信電力は、それぞれＰTX＝４、９、１９［ｍＷ］であることが分かる。送信電力制御レジスタ２１（図１）は、これら通信距離に必要な最小送信電力に設定するものである。このように、通信距離に応じた送信電力とすることで、全体として消費電力を少なくすることができる。

図３は、本発明の実施例によるクロストークを示す図である。本発明がクロストークに及ぼす影響を調べるために、本発明による送信電力制御をする場合と制御をしない場合についてのクロストークを試験した。試験条件は次のとおりである。５０μｍ×５０μｍの大きさの送信及び受信コイルを縦３×横１２９（横の中央を１番として両横側に６５番まで）にアレイ状に並べてチャネルアレイとし、縦横の中央の送信及び受信コイルをテストチャネルとする。テストチャネルの送信コイルからは信号を送信し、他の送信コイルからは疑似ランダム２値信号（ＰＲＢＳ：Pseudo Random Binary Sequence）を送信する。他の送信コイルの内、最初は中央のチャネル（２つの１番チャネル）から送信して、次第に両横に３＋３チャネルずつ送信する送信コイルを増やしていき、最後にはすべての送信コイルから送信した。通信速度は１Ｇｂ／ｓである。縦横方向の隣接チャネルは時分割駆動して原理的にクロストークがないようにした。試験した結果、本発明に従い各通信距離に必要な最小送信電力で送信した場合には、すなわち、通信距離Ｘ＝１５、２８、４３［μｍ］に対して、それぞれ送信電力ＰTX＝４、９、１９［ｍＷ］とした場合には、図示のように、通信距離Ｘ＝５９［μｍ］の場合を除いて、すべてのチャネルが送信した場合でもテストチャネルにおいて正常に通信を行うことができた。

図４は、本発明によらないクロストークを示す図である。すべての送信電力ＰTX＝１９［ｍＷ］としたことを除いて、上述と同一の試験条件で試験をした。通信距離Ｘ＝４３［μｍ］においては正常に通信を行うことができるが、通信距離Ｘ＝１５、２８［μｍ］においては通信する他チャネルを多くしていくと、通信チャネルが所定の数以上のときにクロストークのために通信できなくなることが分かる。

このように、並列に複数のチャネルを設ける場合には、距離に応じた送信電力とすることでクロストークの影響を少なくすることができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

１つの基板から遠近複数の基板に同時に信号を送信する場合には、最も遠い通信先である基板までの距離に対応する送信電力で送信するように制御してもよい。この場合には、近距離基板間でかつ近いチャネルの通信を休止すると、クロストークを少なくすることができる。

本発明の実施例による電子回路における送信回路の構成を示す図ある。通信距離と送信電力との関係を示す図である。本発明の実施例によるクロストークを示す図である。本発明によらないクロストークを示す図である。先願発明の電子回路の構成を示す図である。

符号の説明

１０ａ〜ｄ増幅器
１１ＮＯＴ
１２ＮＯＴ
１３ＮＡＮＤ
１４ＮＯＲ
２１送信電力制御レジスタ
２２送信コイル
２３コンデンサ
３１ＬＳＩチップ
３２送信回路
３３送信コイル
３４受信回路
３５受信コイル
Ｔ１、Ｔ２トランジスタ
Ｔｘｄａｔａ送信データ

Claims

基板上の配線により形成され信号を受信する第１受信コイルと、該第１受信コイルから信号を入力する第１受信回路とを有する第１基板と、
基板上の配線により形成され信号を受信する第２受信コイルと、該第２受信コイルから信号を入力する第２受信回路とを有する第２基板と、
基板上の配線により前記第１及び第２受信コイルと対応する位置に形成され第１及び第２受信コイルと誘導結合して通信チャネルを構成し信号を送信する送信コイルと、第１受信コイルに送信する場合には第１送信電力で、第２受信コイルに送信する場合には第１送信電力と異なる第２送信電力で該送信コイルに信号を出力する送信回路とを有する第３基板と
を備えることを特徴とする電子回路。
前記第１基板は、複数の第１受信コイルを有し、
前記第２基板は、複数の第２受信コイルを有し、
前記第３基板は、それぞれ前記第１及び第２受信コイルと対応する位置に形成され第１及び第２受信コイルと誘導結合して通信チャネルを構成し信号を送信する複数の送信コイルを有する
ことを特徴とする請求項１記載の電子回路。
前記送信回路は、前記送信コイルと送信先である前記第１又は第２受信コイルとの距離に比例する送信電力で前記送信コイルに信号を出力することを特徴とする請求項１又は２記載の電子回路。