JP5024969B2 - 反射特性利用による高速・長距離伝送システムおよびイコライザ - Google Patents
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Description
本発明の高速・長距離伝送システムおよびイコライザ1の基本構成は、高速信号を出力する送信回路10に接続された伝送線路20と、前記伝送線路20と前記高速信号を受信する高入力インピーダンス受信回路50との間にイコライザ30を接続して構成され、反射特性利用による高速・長距離伝送システムおよびイコライザ1である。(本発明の第1実施例に対応:請求項1を第1実施例とし、以下、同様)
本発明の実施例1Aの構成は、高速信号を出力する送信回路であるドライバ回路10Aとシングルエンド伝送線路20Aとイコライザ30A-1と高入力インピーダンス受信回路であるレシーバー50Aで構成される反射特性利用による高速・長距離伝送システムおよびイコライザ1Aである。
ここで、シングルエンド(single end)信号とは、一つの信号線に対して1本の信号線を用いて、信号をその信号のグランドに対する電圧として送る信号をいう。
この場合のイコライザ30A-1は、シングルエンド伝送線路に対応し、シングルエンド伝送線路20Aと前記高速信号を受信するレシーバ50Aとの間に、直列に接続された第1の抵抗31A-1と第1のキャパシタ32A-1からなる第1の並列回路と、第1の並列回路の入力端で、前記並列回路の入力端でグランド(0V)から電源電圧(Vcc)の範囲の値となる電圧源(Vtt)の間に接続された第2の抵抗34Aと第1のインダクタ33Aの直列回路と、前記並列回路の出力端でグランド(0V)から電源電圧(Vcc)の範囲の値となる電圧源(Vtt)の間に接続された第3の抵抗35A-1からなる直列回路で構成されている。
また、低周波領域においては、本発明の図1(B-1)のイコライザ30A-1が、図1(C)の回路に等価され、図に示す。低周波領域においては、第1のキャパシタ32A-1は高インピーダンス、第1のインダクタ33Aは低インピーダンスとなるため、図1(B-1)のイコライザ30A-1が本回路に等価される。図1(C)において、伝送線路端からみたイコライザ30A-1の入力インピーダンスは、第1、第2、第3の抵抗31A-1、34A、35A-1によって決まり、伝送線路の特性インピーダンスと同等の値とすることができ、信号波形劣化を防ぐことが可能である。更に、入力した信号を第1、第3の抵抗31A-1、35A-1により受信回路端において減衰量を調整することが可能である。(本発明の第6実施例に対応)
同様に、本発明の図1(B-1)のイコライザ30A-1は、高周波領域においては、第1のキャパシタ32A-1は、低インピーダンスとなる。また、第1のインダクタ33Aは高インピーダンスとなるため、図1(B-1)のイコライザ30A-1が図1(D)の回路に等価される。図1(D)において、伝送線路端からみたイコライザ30A-1の入力インピーダンスは、第3の抵抗35A-1によって決まり、伝送線路端の電圧値Vin(V)、受信回路端の電圧値Vout(V)、第3の抵抗35A-1の抵抗値R3(Ω)、伝送線路の特性インピーダンスZc(Ω)、反射係数Γは、下記の数式で表される。
次に、イコライザ30A-1において、低周波領域は、シングルエンド伝送線路の特性インピーダンスに整合させることで波形歪を補償し、高周波領域は、反射特性を利用して波形歪を補償することによりジッター(通信機器などにおいて発生する信号の時間的なズレや揺らぎのことである)が減少し、アイパターン(実際の信号のサンプルを多数重ね合わせ、信号の特徴をグラフィカルに提示するもの)の開口を確保することが可能になる。ジッターが減少することにより、スキューマージンが改善する。なお、図1(B−2)は、本発明(B−1)の変形例で,低周波補正の必要がない場合のイコライザ30A-2の回路構成図である。この周波数範囲は、第1のキャパシタ32A-2と第1の抵抗31A-2との関係fc=1/2πCRで決まる。(本発明の第7実施例に対応)
本発明の実施例1Bの構成は、高速・長距離差動信号を出力する差動ドライバ回路10Bと、第1の伝送線路21Bと第2の伝送線路22Bとのペアで構成される差動伝送線路20Bと、差動構成イコライザ30Bと、高入力インピーダンスの差動レシーバ50Bで構成される高速・長距離差動伝送システムおよびイコライザである。ここで、差動信号(differential signal))とは、一つの信号線に対して2本の対等な信号線のペアを用いて、信号をその信号線ペアの間の電位差として送る信号をいう。このように、差動伝送とは、1対の信号線を使ってデータを伝送する方式のことで、対をなす2本の信号線にはそれぞれ逆位相の信号を伝送する。
この場合のイコライザ30Bは、差動(ディファレンシャル)の伝送線路に対応し、第1の伝送線路21Bと高速差動信号を受信する高入力インピーダンスの差動レシーバ50Bの+入力端子との間に、直列に接続された第1の抵抗31Bと第1のキャパシタ32Bからなる第1の並列回路と、第2の伝送線路22Bと高速差動信号を受信する高入力インピーダンスの差動レシーバ50Bの−入力端子との間に、直列に接続された第4の抵抗37Bと第2のキャパシタ36Bからなる第2の並列回路と、第1の並列回路の入力端と第2の並列回路の入力端の間に接続された第2の抵抗34Bと第1のインダクタ33Bの直列回路と、第1の並列回路の出力端と第2の並列回路の出力端との間に接続された第3の抵抗35Bからなる直列回路で構成されている。
また、低周波領域においては、第1、第2のキャパシタ32B、36Bは高インピーダンス、第1のインダクタ33Bは低インピーダンスとなるため、図1(E)のイコライザ30Bが、図1(F)の回路に等価される。図1(F)において、伝送線路端からみたイコライザ30Bの入力インピーダンスは、第1、第2、第3、第4の抵抗31B、34B、35B、37Bによって決まり、伝送線路の特性インピーダンスと同等の値とすることができ、信号波形劣化を防ぐことが可能である。更に、入力した信号を第1、第3、第4の抵抗31B、35B、37Bにより受信回路端において減衰量を調整させることが可能になる。(本発明の第6実施例に対応)
同様に、高周波領域においては、第1、第2のキャパシタ32B、36Bは低インピーダンス、第1のインダクタ33Bは高インピーダンスとなるため、図1(E)のイコライザ30Bが、図1(G)の回路に等価される。図1(G)において、伝送線路端からみたイコライザ30Bの入力インピーダンスは、第3の抵抗35Bによって決まり、伝送線路端の電圧値Vin(V)、受信回路端の電圧値Vout(V)、第3の抵抗35Bの抵抗値R3(Ω)、伝送線路の特性インピーダンスZc(Ω)、反射係数Γについては、前記に記載した数式1が成立する。ここで、R3>ZcとすることでΓ>0となり、受信回路端において反射特性を利用した電圧値とすることが可能になる。
本発明の実施例1Cの構成は、高速信号を出力するドライバ回路10Cと、シングルエンド伝送線路20Cと、イコライザ30Cと、高入力インピーダンスのレシーバ50Cで構成される高速・長距離伝送システムおよびイコライザ1Cである。
この場合のイコライザ30Cは、シングルエンド伝送線路だけでなく自動レベル補正の機能も備え、シングルエンド伝送線路20Cと前記高速信号を受信する高入力インピーダンスのレシーバ50Cとの間に、直列に接続された第1の抵抗31Cと第1のキャパシタ32Cからなる第1の並列回路と、第1の並列回路の入力端で前記並列回路の入力端でグランドとの間に接続された第2の抵抗34Cと第1のインダクタ33Cとからなる第1の直列回路と、前記並列回路の出力端でグランドとの間に接続された第1のダイオード40Cと第3の抵抗35Cからなる第2の直列回路と第2のダイオード41Cと第4の抵抗37Cとからなる第3の直列回路と第5の抵抗38Cからなる第2の抵抗並列回路で構成されている。
また、低周波領域においては、本発明の図2(A)のイコライザ30Cが、図2(B)の回路に等価され、図に示す。低周波領域においては、第1のキャパシタ32Cは高インピーダンス、第1のインダクタ33Cは低インピーダンスとなるため、また、低周波領域の信号のシングルエンド伝送線路20Cにおける減衰は少ないため、伝送線路端での電圧値は第1のダイオード40Cおよび第2のダイオード41Cの順方向電圧値よりも大きく、図2(A)のイコライザ30Cは図2(B)の回路に等価される。図2(B)において、伝送線路端からみたイコライザ30Cの入力インピーダンスは、第1、第2、第3、第4、第5の抵抗31C、34C、35C、37C、38Cによって決まり、伝送線路の特性インピーダンスと同等の値とすることができ、信号波形劣化を防ぐことが可能である。更に、入力した信号を第1、第3、第4、第5の抵抗31C、35C、37C、38Cにより受信回路端において減衰量を調整させることが可能になる。(本発明の第6実施例に対応)
同様に、高周波領域においては、本発明の図2(A)のイコライザ30Cが、図2(C)の回路に等価され、図に示す。高周波領域においては、第1のキャパシタ32Cは低インピーダンス、第1のインダクタ33Cは高インピーダンスとなるため、図2(A)のイコライザ30Cが、図2(C)の回路に等価される。更に、シングルエンド伝送線路20Cにおいて減衰するため、信号の周波数により伝送線路端での電圧値Vin(V)が変化する。したがって、第1のダイオード40Cと第2のダイオード41Cの順方向電圧値Vf1(V)、Vf2(V)、ただしVf1>Vf2、とすると、Vf2>Vinの場合は、図2(D)に示すように等価される。また、Vf1>Vin>Vf2の場合は、図2(E)に示すように等価される。更に、Vin>Vf1の場合は図2(F)に示すように等価される。このように、伝送線路端における電圧値によって入力インピーダンスが変化し、最適な反射特性を得ることが可能になる。(本発明の第5実施例に対応)
次に、本発明の低スキュー差動伝送用多心複合丸型ケーブル1´の構造断面図を図2(G)に示す。本発明の第3実施例としては、伝送線路20である低スキュー差動伝送用多心複合丸型ケーブル1´は、信号線間のスキューが小さい構造とし、高速・長距離伝送を可能とする反射特性利用による高速・長距離伝送システムである。本発明の低スキュー差動伝送用多心複合丸型ケーブル1´は、対間スキューの向上を目的として、対より線の代わりにスキューが安定している同軸信号線を使用したケーブル構造であって、高周波伝送の信号線と電源線からなる高速インターフェースケーブルにおいて、シース10´内に中心介在8´を施し、その周りに、4心以上の偶数本で対を形成した同軸信号線5´をケーブル断面からみて中心介在の中央部からほぼ同一距離すなわち同層になるように配置させ、かつ前記複数本からなる同軸信号線間の隙間に絶縁被覆された1本または複数本からなる細径絶縁電源線7´の+Vccラインを挿入し、従来挿入していた細径絶縁電源線の電源GNDラインは別に設けずに同軸信号線の同軸信号線シールド(同軸GNDライン)に適用させることにより対間の低スキュー化と細径化をはかった構造である。ここで、本発明の同軸信号線5´を2心平行対にして、信号対1、2、3、4、5をそれぞれ形成した。また、本発明の同軸信号線5には、0.127mmで7本よりの導体のすずめっき軟銅線を使用した。更に、細径絶縁電源線の絶縁被覆をした例としては、テープまたはコーティングまたは押出し被覆等その他の絶縁被覆されたものをいう。次に、本発明の第1のポイントとして、スキュー対策として、対より信号線よりもスキューが安定している同軸信号線を使用し、かつ、ケーブル断面からみた介在の中央部からほぼ同一距離すなわち同層になるように配置する。このような配置により、ケーブル長手方向からみた差動伝送用信号線の線長差がほぼ同一となり、結果として、線長差からみた遅延時間は同一となる。このように、伝播遅延時間差を小さくするためには、線長差が小さくなるようにする必要がある。同軸信号線が10心で、信号対が5個の場合の本発明を図に示すがこの本数に限らず、4心以上の偶数本であれば、一向に構わない。次に、第2のポイントとしては、電源線について、前記複数本からなる同軸信号線間の隙間に絶縁被覆された複数本からなる細径絶縁電源線7´の+Vccラインを挿入し、従来挿入していた細径絶縁電源線の電源GNDラインは別に設けずに同軸信号線の同軸信号線シールド(同軸GNDライン)に適用させることにより細径化をはかることが可能になる。細径絶縁電源線は、差動伝送用信号線に使用されている同軸信号線シールド(同軸GNDライン)により、囲まれることによって、低インピーダンスとすることができ、耐ノイズ性能を向上させることが可能になる。また、電源線からのノイズ影響と高域での安定性(特性インピーダンス等)を考慮したコア構造とした。更に、細径絶縁電源線は、隙間に心数を増やすことによって、電流容量の向上を図ることができる(流す電気の量を増やすことができる)このように、ビデオやカメラ等で必要とされる給電電力の向上がはかれるだけでなく、電源線導体を分割することによって省スペースとなり、コンパクト化がはかれる。以上のケーブル構造と本発明の波形劣化の補償という技術的内容を組み合わせ、スキューマージンを改善することにより、更なる高速伝送および長距離伝送を実現するシステムおよびイコライザである。(本発明の第3実施例に対応)
このことから、本発明品は、高周波領域で入力インピーダンスが上がっているため、LVDS(Low Voltage Differential Signaling ;低電圧差動信号) の様な定電流出力回路に接続すると高周波領域で電圧が増幅されるのが明確で、従来品に比べて良好な結果を示していることがわかる。
1B 本発明の高速・長距離差動伝送システムおよびイコライザ
10 送信回路
10A、10C ドライバ回路
10B 差動ドライバ回路
20 伝送線路
20A、20C シングルエンド伝送線路
20B 差動伝送線路
21B 第1の伝送線路
22B 第2の伝送線路
30、30A-1、30A-2 イコライザ
30B、30C イコライザ
31A-1、31A-2、31B、 第1の抵抗
31C 第1の抵抗
32A-1、32A-2、32B, 第1のキャパシタ
32C 第1のキャパシタ
33A、33B、33C 第1のインダクタ
34A、34B、34C 第2の抵抗
35A-1、35A-2、35B、 第3の抵抗
35C 第3の抵抗
36B 第2のキャパシタ
37B、37C 第4の抵抗
38C 第5の抵抗
40C 第1のダイオード
41C 第2のダイオード
50 高入力インピーダンス受信回路
50A、50C レシーバ
50B 差動レシーバ
1´ 低スキュー差動伝送用多心丸型複合ケーブル
2´ 導体
3´ 絶縁体
4´ 同軸信号線シールド(同軸GNDライン)
5´ 同軸信号線
6A´ 信号対1
6B´ 信号対2
6C´ 信号対3
6D´ 信号対4
6E´ 信号対5
7´ 細径絶縁電源線の+Vccライン
8´ 介在
9A´ 外周シールド1
9B´ 外周シールド2
10´ シース
Claims (7)
- 高速信号を出力する送信回路10に接続された伝送線路20と、前記伝送線路20と前記高速信号を受信する高入力インピーダンスの受信回路50との間にイコライザ30を接続することを特徴とする反射特性利用による高速・長距離伝送システム。
- 請求項1において、伝送線路20とイコライザ30との反射特性を利用して信号波形劣化を補償することを特徴とする請求項1に記載の反射特性利用による高速・長距離伝送システム。
- 請求項1において、伝送線路20は、信号線間のスキューが小さい構造とし、高速・長距離伝送を可能とすることを特徴とする請求項1に記載の反射特性利用による高速・長距離伝送システム。
- 請求項1、2、3において、高周波領域においては、伝送線路の特性インピーダンスより受信回路の入力インピーダンスを大きくすることで高周波領域での反射特性を利用し高周波領域での信号波形劣化を補償し、低周波領域においては、伝送線路の特性インピーダンスと同等とすることで信号波形劣化を抑えることを特徴とする請求項1から3の内いずれか1項に記載のイコライザ。
- 請求項1、2、3において、信号波形の劣化具合に応じて、最適な反射特性となる入力インピーダンスを選択することが可能になることを特徴とする請求項1から3の内いずれか1項に記載のイコライザ。
- 請求項1、2、3において、低周波領域の減衰量の調整が可能であることを特徴とする請求項1から3の内いずれか1項に記載のイコライザ。
- 請求項1、2、3において、反射特性の利用により波形歪を補償することでジッターを減らし、スキューマージンを改善することを特徴とする請求項1から3の内いずれか1項に記載のイコライザ。
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