JP2009130610A - Data transmitter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プリント基板間でデータを転送するモジュール型計測器のデータ伝送装置に関し、特に、電気的な絶縁を必要とするプリント基板間でギガビットパーセコンド(Gbps)帯の信号を伝送できるモジュール型計測器のデータ転送装置に関する。 The present invention relates to a data transmission device for a modular measuring instrument that transfers data between printed circuit boards, and in particular, a module type capable of transmitting a gigabit second (Gbps) band signal between printed circuit boards that require electrical insulation. The present invention relates to a data transfer device for a measuring instrument.
数百[V]を超える高電圧の電圧波形や、1[mV]に満たない微小電圧の電圧波形の測定
に使用されるモジュール型測定器では、測定データを取得する電気部品が実装されたプリント基板(測定用モジュール)と、この測定データのデータ処理を行なう電気部品が実装されたプリント基板(マザーボード)間の電気的な絶縁が重要である。
In module type measuring instruments used for measuring voltage waveforms of high voltage exceeding several hundreds [V] and voltage waveforms of minute voltage less than 1 [mV], printed with electrical parts for acquiring measurement data It is important to electrically insulate the circuit board (measurement module) and the printed circuit board (motherboard) on which electrical components for processing the measurement data are mounted.
例えば、高電圧波形の測定では、絶縁することによりデータ処理部側の保護、ユーザの安全性を確保できる。 For example, in the measurement of a high voltage waveform, it is possible to secure the protection on the data processing unit side and the safety of the user by insulation.
一方、モジュール型測定器の場合には、測定用モジュールは、被測定対象の種類により適切なものに差し替えられ、この差し替えはマザーボードとの間でコネクタを介して行なわれる。このような絶縁伝送構造を備えたデータ転送装置の先行技術文献としては次のようなものがある。 On the other hand, in the case of a module-type measuring instrument, the measurement module is replaced with an appropriate one depending on the type of object to be measured, and this replacement is performed between the mother board and the motherboard via a connector. Prior art documents of such a data transfer device having an insulated transmission structure include the following.
図4は、従来のモジュール型測定器データ伝送装置の構成図である。入力ボード1には、例えば測定データを取得する電気部品が実装されている。FPGA(Field Programmable Gate Array)2は、LVDS(Low Voltage Differential Signaling)などの差動信号(例:300Mbps)やシリアルバスなどの信号を出力する。パターン3は、例えば作動LVDS信号を伝送する。コネクタ4は、入力ボード1の端面に実装され、信号レベルがGbps帯の場合にはコネクタ自体もインピーダンスコントロールされたものが使用される。 FIG. 4 is a block diagram of a conventional modular measuring instrument data transmission apparatus. For example, an electrical component for acquiring measurement data is mounted on the input board 1. An FPGA (Field Programmable Gate Array) 2 outputs a differential signal (eg, 300 Mbps) such as LVDS (Low Voltage Differential Signaling) or a serial bus. Pattern 3 transmits, for example, an operating LVDS signal. The connector 4 is mounted on the end face of the input board 1, and when the signal level is in the Gbps band, the connector itself is also impedance-controlled.
コネクタ5は、コネクタ4と嵌合し、コネクタ4と同様にインピーダンスコントロールされたものが使用される。マザーボード6には、入力ボード1で取得されたデータのデータ処理を行なう電気部品が実装されている。FPGA7は、パターン3、コネクタ4、5を介して信号が入力され、データ処理を行なう。
The connector 5 is fitted with the connector 4 and is impedance controlled similarly to the connector 4. The
このように、従来のモジュール型測定器のデータ伝送装置は、プリント基板(入力ボード1とマザーボード6)間の信号の伝送にインピーダンスコントロールされたコネクタ4、5を用いていた。 As described above, the conventional data transmission device of the modular measuring instrument uses the connectors 4 and 5 whose impedances are controlled to transmit signals between the printed circuit boards (the input board 1 and the mother board 6).
しかし、Gbps帯の信号を伝送する場合、プリント基板間を接続するコネクタ4、5は、インピーダンスコントロールされた高価なものが必要となる。また、パラレル配線が多いとコネクタ4、5のピン数も多くなり、コネクタ4、5が大型化してより高価なものが必要となる。 However, when transmitting signals in the Gbps band, the connectors 4 and 5 for connecting the printed circuit boards need expensive impedance-controlled connectors. Moreover, if there are many parallel wirings, the number of pins of the connectors 4 and 5 will increase, and the connectors 4 and 5 will become larger and more expensive.
特に、モジュール型の計測器においては、頻繁に着脱が行なわれるため、通常の金属製のコネクタを使用した場合には、磨耗により接触抵抗が増加したり嵌合が悪くなったりすることがある他、高周波帯域の場合には接触抵抗がノイズ源となる。 In particular, module-type measuring instruments are frequently attached and detached, so when a normal metal connector is used, the contact resistance may increase due to wear or the fitting may deteriorate. In the case of a high frequency band, the contact resistance becomes a noise source.
本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、電気的な絶縁を必要とするプリント基板間でギガビット帯の信号を伝送できるモジュール型測定器のデータ転送装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a data transfer device for a modular measuring instrument that can transmit a gigabit band signal between printed circuit boards that require electrical insulation. And
このような課題を達成するために請求項1記載の発明は、
Gbps帯の信号をプリント基板間で伝送させるデータ伝送装置において、
前記プリント基板の端部に設けられ、表面に絶縁膜が施された一対のコネクタと、
この一対のコネクタの一方に設けられた半導体レーザと、
前記一対のコネクタの他方に設けられ、前記半導体レーザから入射された光を受光するフォトダイオードと
を設ける。
In order to achieve such a problem, the invention described in claim 1
In a data transmission device that transmits signals in the Gbps band between printed circuit boards,
A pair of connectors provided at an end of the printed circuit board and having an insulating film on the surface;
A semiconductor laser provided on one of the pair of connectors;
A photodiode provided on the other of the pair of connectors and receiving light incident from the semiconductor laser is provided.
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載のデータ伝送装置において、
前記レーザを駆動するドライバと、前記フォトダイオードから出力された電圧を増幅するリミッティングアンプを備える。
According to a second aspect of the present invention, in the data transmission device according to the first aspect,
A driver for driving the laser; and a limiting amplifier for amplifying the voltage output from the photodiode.
また、請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載のデータ伝送装置において、
前記レーザから出力した光を集光するレンズを設ける。
The invention according to claim 3 is the data transmission device according to
A lens for condensing the light output from the laser is provided.
さらに、請求項4記載の発明は、請求項1から3のいずれかに記載のデータ伝送装置において、
前記レーザはVCSELアレイであり、前記フォトダイオードはフォトダイオードアレイである。
Furthermore, the invention according to claim 4 is the data transmission apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The laser is a VCSEL array, and the photodiode is a photodiode array.
本発明では、次のような効果がある。プリント基板間を光信号でデータ転送するので、電気的な絶縁を必要とするプリント基板間でギガビット帯の信号を伝送できるモジュール型計測器のデータ転送装置を提供できる。 The present invention has the following effects. Since data is transferred between printed boards using optical signals, it is possible to provide a data transfer device for a modular measuring instrument that can transmit a gigabit band signal between printed boards that require electrical insulation.
以下、本発明のデータ伝送装置を説明する。図1は本発明によるモジュール型測定器のデータ伝送装置の構成例である。FPGA10は、ASICでも差し支えなく、パラレルにLVDS、CML(カレント・モード・ロジック)、LVPECL(Low-Voltage Pseudo Emitter-Coupled Logic)などの差動信号をパラレルに出力する。ここで、これらの作動信号はGbps帯の信号であるものとする。ドライバIC20は、FPGA10から信号が入力され、後述するVCSELアレイ31を駆動する。
The data transmission apparatus of the present invention will be described below. FIG. 1 shows an example of the configuration of a data transmission device for a modular measuring instrument according to the present invention. The
コネクタ30は、後述するコネクタ40と嵌合して使用され、端面には絶縁膜が施されている。VCSELアレイ31(Vertical Cavity Surface Emitting LASER)(垂直共振器面発光レーザ)は、半導体レーザの一種であり、他の半導体レーザに比べて比較的安価に製造が可能である。レンズアレイ32は、集光レンズであり、VCSELアレイ31から出力された光を集光して出力する。
The
なお、これらレーザとレンズの組み合わせは、少なくとも信号ラインの数と同じ数だけ必要となる。また、FPGA10、ドライバIC20、コネクタ30が実装されたプリント基板は図示を省略している。
Note that at least as many combinations of these lasers and lenses as the number of signal lines are required. The printed circuit board on which the
コネクタ40は、コネクタ30と嵌合して使用され、端面には絶縁膜が施されている。PDアレイ41(Photodiode)は光が入射すると電圧を生ずる。ここで、PDアレイ41とVCSELの間の信号の受け渡しは光信号で行なうので、コネクタ30とコネクタ40は電気的に接続されておらず絶縁が保たれている。
The
リミッティングアンプ50は対数アンプであり、PDアレイ41から出力された電圧を増幅する。FPGA60は、ASICでも差し支えなく、パラレルに差動信号が入力され、データ処理を行なう。なお、コネクタ40、リミッティングアンプ50、FPGA60を実装しているプリント基板は図示を省略している。
The
このように、絶縁膜を施したコネクタ30、40同士を接続すると共に、プリント基板間の信号の受け渡しはVCSELアレイ31とPDアレイ41を介して行なうので、プリント基板間の絶縁を保ったままGbps帯の信号の伝送ができる。
In this way, the
また、これらの部品を用いて信号の受け渡しを行なうので、Gbps帯に対応した高価なコネクタを用いる必要がなく、安価にデータ伝送装置を構成できる。また、コネクタ部分でGbps帯の信号の減衰量を低減できるので、差動信号のアイパターンの開口度の向上が期待できる。 Further, since signals are transferred using these components, it is not necessary to use an expensive connector corresponding to the Gbps band, and a data transmission apparatus can be configured at a low cost. Further, since the attenuation amount of the signal in the Gbps band can be reduced at the connector portion, an improvement in the opening degree of the differential signal eye pattern can be expected.
さらに、頻繁に着脱が行なわれても、接触抵抗が増加しないので、高周波帯域におけるノイズが軽減される。 Furthermore, even if the attachment and detachment is performed frequently, the contact resistance does not increase, so that noise in the high frequency band is reduced.
なお、図1以外の構成であっても、電気的な絶縁を必要とし、かつ高速なシリアル伝送を行なうものであれば本発明を適用できる。また、電気的な絶縁が必要でない場合には高周波用のコネクタの代わりとして使用できる。 Note that the present invention can be applied to configurations other than those shown in FIG. 1 as long as electrical insulation is required and high-speed serial transmission is performed. Moreover, when electrical insulation is not required, it can be used as a substitute for a high frequency connector.
次に、本発明の応用例を説明する。図2は本発明の応用例である。コネクタ70にはLVDS、CML、LVPECLなどの差動信号が入力され、端面には絶縁膜が施されている。レーザドライバ71は、信号ライン分用意され、図1と相違しコネクタ70の中に設けられる。レーザ72も信号ライン分必要となり、図1と同様にVCSELが用いられる。なお、レーザ72の出力側に集光レンズも必要となるが図示を省略している。
Next, application examples of the present invention will be described. FIG. 2 shows an application example of the present invention. A differential signal such as LVDS, CML, and LVPECL is input to the connector 70, and an insulating film is applied to the end face. The laser driver 71 is prepared for the signal line, and is provided in the connector 70 unlike FIG. The
このように、レーザドライバ71をコネクタ70の内部に設け、フォトダイオード81をコネクタ80の内部に設けることもできる。 As described above, the laser driver 71 can be provided inside the connector 70 and the photodiode 81 can be provided inside the connector 80.
次に、本発明の他の応用例を説明する。図3は本発明の他の応用例である。コネクタ100は、LD部101、PD部102、通常のピン103、PD部104、LD部105で構成される。一方、コネクタ110は、PD部111、LD部112、通常のピン113、LD部114、PD部115で構成される。このように双方向通信を行なうこともできる。
Next, another application example of the present invention will be described. FIG. 3 shows another application example of the present invention. The connector 100 includes an LD unit 101, a
つづいて、各構成の接続関係を説明する。LD部101から出力された光信号はPD部111で受光される。LD部112から出力された光信号はPD部102で受光される。なお、これらの光素子を用いる信号はGbps帯の場合である。
Next, the connection relationship of each component will be described. The optical signal output from the LD unit 101 is received by the
一方、通常のピン103は通常のピン113と接続されるが、これらのピンで用いられる信号は、電源ラインの他、速度が100Mbps以下の信号である。なお、LD部114から出力された光信号はPD部104で受光され、LD部105から出力された光信号はPD部115で受光される。
On the other hand, the normal pins 103 are connected to the normal pins 113. The signals used for these pins are signals having a speed of 100 Mbps or less in addition to the power line. The optical signal output from the
このように、高速なシリアル伝送は光を使用すると共に、電源ラインや100Mbps以下の伝送の場合には通常のピンを使用する構成としたので、図示を省略しているレーザドライバやアンプを含めてコネクタ周りの部品を揃えても、Gbps帯に対応しているコネクタと比べて安価にデータ伝送装置を構成できる。 As described above, since high-speed serial transmission uses light and uses a normal pin for power lines and transmissions of 100 Mbps or less, it includes a laser driver and an amplifier not shown. Even if the parts around the connector are arranged, the data transmission device can be configured at a lower cost than the connector corresponding to the Gbps band.
10 FPGA
20 ドライバIC
30 コネクタ
31 VCSELアレイ
32 レンズアレイ
40 コネクタ
41 PDアレイ
50 リミッティングアンプ
60 FPGA
70 コネクタ
71 レーザ
80 コネクタ
81 フォトダイオード
82 リミッティングアンプ
10 FPGA
20 Driver IC
30 Connector 31
70 Connector 71 Laser 80 Connector 81 Photodiode 82 Limiting Amplifier
Claims (4)
前記プリント基板の端部に設けられ、表面に絶縁膜が施された一対のコネクタと、
この一対のコネクタの一方に設けられた半導体レーザと、
前記一対のコネクタの他方に設けられ、前記半導体レーザから入射された光を受光するフォトダイオードと
を設けたことを特徴とするデータ伝送装置。 In a data transmission device that transmits signals in the Gbps band between printed circuit boards,
A pair of connectors provided at an end of the printed circuit board and having an insulating film on the surface;
A semiconductor laser provided on one of the pair of connectors;
A data transmission device comprising a photodiode provided on the other of the pair of connectors and receiving light incident from the semiconductor laser.
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