JP6216951B2 - 方向性結合式通信装置 - Google Patents

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Description

本発明は、方向性結合式通信装置に関するものであり、例えば、接触式のコネクタを用いずに、近接した１対の伝送線路の容量結合及び誘導結合を利用して、非接触でモジュール間或いは端末間で高速にデータ通信する構成に関するものである。
従来、モジュールを組み合わせてシステムを構築する場合、各モジュール間の信号配線はコネクタで接続されている。例えば、携帯電話機では、ディスプレイモジュールやカメラモジュールと本体の主基板は、フレキシブル基板の配線とコネクタで接続している。
コネクタで特性インピーダンスが不連続になると、信号の一部は反射して、通過した信号に歪が生じる。これはシンボル間干渉の原因となり、通信の高速化を妨げるという問題を生ずる。また、信号本数を増やすため或いはコネクタを小型化するためにコネクタの端子間隔を狭くすると、信号間のクロストークが増大するため、通信の高速化や機器の小型化が結果的に妨げられることになる。
これらの課題を解決するために、コネクタの材料や製造過程を高度化すると、製造コストが増大する。また、モジュールをコネクタで接続する作業は自動化が難しく、組み立てコストが高くなる。これらは機器の低価格化の妨げとなる。さらに、機器の使用中に振動などでコネクタが外れるなどの事故もあり、機器の信頼性を低下させている。
本発明者は、プリント基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ；ＰＣＢ）や半導体集積回路チップの配線により形成されるコイルの誘導結合、即ち、磁界結合を用いて、実装基板間や半導体集積回路チップ間でデータ通信を行う電子回路を提案している（例えば、非特許文献１乃至非特許文献３参照）。
一方、マイクロストリップラインやバスラインを近接結合させて、容量結合及び誘導結合を利用してデータを無線通信することも提案されている（例えば、特許文献１或いは特許文献２参照）。特許文献１によれば、平行に配置して終端抵抗で整合終端した二本の伝送線路からなる差動伝送線路を互いに同一方向に平行に配置して、２つのモジュール間を無線通信することができる。
また、特許文献２によると、グランドプレーン上に誘電体膜を介して配置して終端抵抗で整合終端した二本のマイクロストリップラインを方向性結合器として用いて、二本のマイクロストリップラインにマイクロ波帯の差動信号を入力して、２つのモジュール間で無線通信することができる。
特開２００８−２７８２９０号公報 特開２００７−０４９４２２号公報
Ｈ．Ｉｓｈｉｋｕｒｏ，Ｔ．Ｓｕｇａｈａｒａ，ａｎｄＴ．Ｋｕｒｏｄａ， "Ａｎ Ａｔｔａｃｈａｂｌｅ Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＣｈｉｐＡｃｃｅｓｓ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｆｏｒ Ａｒｂｉｔｒａｒｙ ＤａｔａＲａｔｅ ｂｙ Ｕｓｉｎｇ Ｐｕｌｓｅ−Ｂａｓｅｄ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ−Ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｔｈｒｏｕｇｈ ＬＳＩ Ｐａｃｋａｇｅ"， ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｌｉｄ−ＳｔａｔｅＣｉｒｃｕｉｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ （ＩＳＳＣＣ‘０７），Ｄｉｇ．Ｔｅｃｈ．Ｐａｐｅｒｓ，ｐｐ．３６０−３６１，６０８， Ｆｅｂ． ２００７ Ｋ．Ｎｉｉｔｓｕ，Ｙ．Ｓｈｉｍａｚａｋｉ，Ｙ．Ｓｕｇｉｍｏｒｉ，Ｙ．Ｋｏｈａｍａ，Ｋ．Ｋａｓｕｇａ，Ｉ．Ｎｏｎｏｍｕｒａ，Ｍ．Ｓａｅｎ，Ｓ．Ｋｏｍａｔｓｕ，Ｋ．Ｏｓａｄａ，Ｎ．Ｉｒｉｅ，Ｔ．Ｈａｔｔｏｒｉ，Ａ．Ｈａｓｅｇａｗａ，ａｎｄＴ． Ｋｕｒｏｄａ，"Ａｎ Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ−Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｌｉｎｋ ｆｏｒ ３Ｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｏｆ ａ ９０ｎｍ ＣＭＯＳ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒａｎｄ ａ ６５ｎｍ ＣＭＯＳ ＳＲＡＭ"，ＩＥＥＥＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｌｉｄ−ＳｔａｔｅＣｉｒｃｕｉｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ （ＩＳＳＣＣ‘０９）， Ｄｉｇ．Ｔｅｃｈ．Ｐａｐｅｒｓ，ｐｐ．４８０−４８１，Ｆｅｂ．２００９ Ｓ．Ｋａｗａｉ，Ｈ．Ｉｓｈｉｋｕｒｏ，ａｎｄＴ．Ｋｕｒｏｄａ，"Ａ ２．５Ｇｂ／ｓ／ｃｈＩｎｄｕｃｔｉｖｅ−Ｃｏｕｐｌｉｎｇ Ｔｒａｎｓｃｅｉｖｅｒ ｆｏｒ Ｎｏｎ−Ｃｏｎｔａｃｔ Ｍｅｍｏｒｙ Ｃａｒｄ"，ＩＥＥＥ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｏｌｉｄ−Ｓｔａｔｅ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ （ＩＳＳＣＣ‘１０），Ｄｉｇ．Ｔｅｃｈ．Ｐａｐｅｒｓ，ｐｐ．２６４−２６５，Ｆｅｂ． ２０１０
こうしたコネクタに関する課題を解決するために、本発明の発明者は、電子回路基板の配線により形成される伝送線路間の容量結合及び誘導結合を利用して、モジュール間（あるいは機器間）で高速に無線データ通信を行う装置を提案している（必要ならば、特願２０１１−０３２８８６号参照）。
図５２は、本発明者が提案したモジュール間通信装置の概念的斜視図であり、結合器を差動構成にして、シングルエンドに比べて同相ノイズに対する耐性を高めたものである。図３４に示すように、帰還線路２２４１，２２４２を信号線路２１２１，２１２２と同じ構成にして差動結合器としたものである。この場合、帰還線路２２４１，２２４２と信号線路２１２１，２１２２とを結合系インピーダンスＺ０−ｃｏｕｐｌｅｄに等しい特性インピーダンスＺ０を有する抵抗２１４１，２１４２で終端する。
この提案の場合には、差動構成なのでシングルエンドに比べて同相ノイズに対する耐性が高く、また、シングルエンドに比べて結合系インピーダンスＺ０−ｃｏｕｐｌｅｄの制御をしやすい。
図５３は、本発明者が提案した他のモジュール間通信装置の概念的斜視図であり、この提案においては、信号線路２１２１，２１２２及び帰還線路２２４１，２２４２の全てに引き出し用の伝送線路２２５１，２２５２，２２６１，２２６２を設けたものである。
この場合も、半導体集積回路装置２１５１，２１５２と伝送線路２２５１，２２５２，２２６１，２２６２と信号線路２１２１，２１２２及び帰還線路２２４１，２２４２がそれぞれインピーダンス整合して接続され、信号線路２１２１，２１２２及び帰還線路２２４１，２２４２の終端もインピーダンス整合されている。
しかしながら、図５２或いは図５３に示した構成では、４つの信号線路（２１２１，２１２２，２２４１，２２４２）と２つの終端抵抗２１４１，２１４２と、図３９の場合には、さらに、４つの引き出し用の伝送線路（２２５１，２２５２，２２６１，２２６２）が必要になり、部品点数が多くまた終端抵抗の容積が大きいので、実装容積が大きくコストが高い、という課題が残った。
また、４つの信号線路（２１２１，２１２２，２２４１，２２４２）が相互に容量・誘導結合しているので、結合系インピーダンスの整合を取ることが比較的難しく、信号の反射が起こりやすい。また、終端抵抗の値を調整できないので、信号の反射が起こりやすい、などの課題が残った。
さらに、伝送された近端クロストークのみが信号受信に用いられ、遠端クロストークは終端抵抗で熱として捨てられるので、受信に利用できる信号のエネルギーが小さい、という課題が残った。
したがって、本発明は、必要な部品数を減らして実装容積を小さくコストを低くし、結合系インピーダンスとして整合を取りやすくしたり終端抵抗の値を調整できるようにして信号の反射をより少なくし、あるいは受信に利用できる信号のエネルギーを増やして、信号強度を高めて通信の信頼性を向上することを目的とする。
（１）上記の課題を解決するために、方向性結合式通信装置において、第１絶縁性基板上に設けられた一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第１結合器を有する第１モジュールと、第２絶縁性基板上に設けられた一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第２結合器を有する第２モジュールとを、前記第１結合器と前記第２結合器とがその少なくとも一部が積層方向から見て投影的に重なって前記第１結合器と前記第２結合器の間に容量結合および誘導結合を用いて信号結合が生じるように前記第１モジュールと前記第２モジュールとを積層したことを特徴とする。
このように、一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に入出力接続線或いは接地線のいずれかに接続された第１結合器と第２結合器との間で電磁界結合を生じさせることによって、結合器を構成する信号線路は２つだけになるので、先願発明に比べて、必要な部品点数を減らして実装容積が小さく低コストになり、結合系インピーダンスの整合を取ることが比較的易しくなる。
（２）また、本発明は、上記（１）において、前記第１結合器に接続された入出力接続線と前記第２結合器に接続された入出力接続線との信号結合が前記第１結合器と前記第２結合器との間の信号結合より弱くなる状態で前記第１モジュールと前記第２モジュールとを積層したことを特徴とする。
このように、実効的に通信に寄与しない第１結合器に接続された入出力接続線と第２結合器に接続された入出力接続線との信号結合は、通信に寄与する第１結合器と第２結合器との間の信号結合より弱くなる状態で積層することが望ましい。
（３）また、本発明は、上記（１）または（２）において、前記第１のモジュール及び前記第２のモジュールの少なくとも一方が、前記入出力接続線に接続された送受信回路を備えた半導体集積回路装置を有していることを特徴とする。
このように、送受信回路を備えた半導体集積回路装置は、第１のモジュール及び前記第２のモジュールの少なくとも一方に設ければ良い。両方に設けた場合には、両者の間の直接通信となり、一方にのみ半導体集積回路装置を設けた場合には、他方は通信の媒介を担うことになる。
（４）また、本発明は、上記（３）において、前記半導体集積回路装置に備えられた前記送受信回路の入出力端子にインピーダンス整合回路が接続されていることを特徴とする。
送受信回路の入出力端子にインピーダンス整合回路を接続することにより、終端抵抗を用いることなく、半導体集積回路装置側で整合終端することができ、それによって、信号の反射を抑制することができる。
（５）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、前記第１結合器の他方の端部に接続されたのが入出力接続線であり、前記第２結合器の他方の端部に接続されたのが入出力接続線であることを特徴とする。
このように構成することによって、結合器の両端から差動信号を入力することで、従来は、熱として捨てていた遠端クロストークが信号を強めるので、通信の信頼性が向上する。つまり、（＋）信号の遠端クロストークは（−）信号の近端クロストークを強め、（−）信号の遠端クロストークは（＋）信号の近端クロストークを強め、受信信号を強める。また、結合器の両端に常に（＋）と（−）の信号が加わるので、コモン信号が変化せず、不要輻射（ノイズ）が小さくなる。
（６）また、本発明は、上記（５）において、前記第１結合器の両方の端部に接続された入出力接続線の接続部が前記第１結合器の長軸方向に延在するとともに、前記第２結合器の両方の端部に接続された入出力接続線の接続部が前記第２結合器の長軸方向に延在することを特徴とする。
このような接続構造を採用することによって、結合器を伝送する信号による電流強度が、第１結合器と第２結合器の幅方向において異なることがないので、精度の高い通信が可能になる。
（７）また、本発明は、上記（５）において、前記第１結合器の両方の端部に接続された入出力接続線の接続部が前記第１結合器の長軸方向に沿った側面の端部に接続されるとともに、前記第２結合器の両方の端部に接続された入出力接続線の接続部が前記第２結合器の長軸方向に沿った側面の端部に接続されることを特徴とする。
このような接続構造を採用することによって、結合器を含めた入出力接続線を小型化することが可能になる。
（８）また、本発明は、上記（５）乃至（７）のいずれかにおいて、前記第１結合器或いは前記第２結合器の少なくとも一方が突起部上に載置させるとともに、前記突起部上に載置された結合器の前記入出力接続線の接続部近傍が前記突起部の側面に沿って配置されることを特徴とする。
このように、少なくとも一方の結合器を突起部上に載置することによって、半導体集積回路装置の厚さを考慮することなく、任意の間隔で第１結合器と第２結合器とを対向させることができる。また、入出力接続線の接続部を突起部の側面に沿って配置することによって、第１結合器に接続された入出力接続線と第２結合器に接続された入出力接続線との信号結合を第１結合器と第２結合器との間の信号結合より弱くすることができる。
（９）また、本発明は、上記（５）において、前記第１結合器に接続する入出力接続線及び前記第２結合器に接続する入出力接続線が、ボンディングワイヤであることを特徴とする。このように、結合器と送受信回路とを接続する入出力接続線としてボンディングワイヤを用いても良い。
（１０）また、本発明は、上記（５）乃至（８）のいずれかにおいて、前記第１結合器に接続する入出力接続線及び前記第２結合器に接続する入出力接続線が、信号線路であることを特徴とする。このように、結合器と送受信回路とを接続する入出力接続線として信号線路を用いても良く、それによって、送受信回路を結合器から離れたところに設置でき、さらに、（＋）信号を印加する入出力接続線と（−）信号を印加する入出力接続線の長さを精度良く等長にすることができる。
（１１）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、前記第１結合器の他方の端部に接続されるのが接地線であり、前記第２結合器の他方の端部に接続されるのが接地線であることを特徴とする。
このように、結合器の他方の端部は接地線に接続しても良く、入力信号は接地線に接続された他端で反射されて逆極性の反射信号が他端から一方の端子に進行するので、結合器の両端から差動信号を入力したときと同様に遠端クロストークが信号を強めるので、通信の信頼性が向上する。
（１２）また、本発明は、上記（１）乃至（１１）のいずれかにおいて、前記第１結合器の長さが、前記第２結合器の長さより長いことを特徴とする。このように、結合器の長さに差を設けることによってモジュールの積層時の位置合わせマージンを大きくすることができる。
（１３）また、本発明は、上記（１）乃至（１２）のいずれかにおいて、前記第１結合器の長軸と、前記第２結合器の長軸とが、互いに非平行であることを特徴とする。このように、結合器の長軸を互いに非平行にすることによっても、モジュールの積層時の位置合わせマージンを大きくすることができる。
（１４）また、本発明は、上記（５）において、前記第１結合器及び前記第２結合器が両端が近づくように複数回屈曲する形状であることを特徴とする。このように、結合器は矩形である必要はなく、両端が近づくように複数回屈曲する形状、例えば、コ字状に屈曲させても良く、それによって、全体構成をコンパクトにし、入出力信号線を等長にしたり短くすることが容易にできる。
（１５）また、本発明は、上記（１）乃至（１４）において、前記第１絶縁性基板の前記第１結合器を配置した面と反対側の面或いは前記第２絶縁性基板の前記第２結合器を配置した面と反対側の面の少なくとも一方に電磁シールド層を有することを特徴とする。このように、電磁シールド層を設けることによって、外部から電磁界ノイズが侵入することを低減することができ、それによって、ノイズ耐性をより高めることができる。
（１６）また、本発明は、上記（１５）において、前記電磁シールド層が、前記第１結合器或いは前記第２結合器に対向する位置に欠落部を有することを特徴とする。このように、電磁シールド層に欠落部を設けることによって、結合器間に電気力線を集中させることができ、結合器の結合度が向上する。また、両モジュールを対向して積層せずに、同じ向きに積層する場合には必須になる。
（１７）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第３結合器が設けられ、絶縁性基板上に一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第４結合器を設けた第３モジュールを、前記第３結合器と前記第４結合器が少なくとも一部が積層方向から見て投影的に重なり前記第３結合器と前記第４結合器との間に容量結合および誘導結合を用いて信号結合が生じるように積層したことを特徴とする。
このように、モジュールは２つに限られるものではなく、３つ以上のモジュールを設けても良いものである。
（１８）また、本発明は、上記（１７）において、前記第３結合器の両端部と第１結合器の両端部が等長配線で接続され、前記第１のモジュールは、前記第２のモジュールと前記第３のモジュール間の通信を媒介することを特徴とする。
この場合第１モジュールはインターポーザ或いはマザーボード的に使用されて、第２モジュールと第３モジュールとの間の通信を媒介することが可能になる。
（１９）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、前記第１のモジュールの前記第１絶縁性基板に設けられた第１結合器が少なくとも２個の結合器に対応する長さを有し、絶縁性基板上に一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第４結合器を設けた第３モジュールを、
前記第１結合器と前記第４結合器が少なくとも一部が積層方向から見て投影的に重なり、前記第１結合器と前記第４結合器との間に容量結合および誘導結合を用いて信号結合が生じるように積層したことを特徴とする。
このように、第３結合器を設ける代わりに、第１結合器が少なくとも２個の結合器に対応する長さを有するように構成しても良く、複数のモジュールと通信するマルチドロップバスを構成することができる。
（２０）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、前記第１の絶縁性基板の前記第２モジュールが積層された面と反対の面に、絶縁性基板上に一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第３結合器を設けた第３モジュールを、前記第１結合器と前記第３結合器との間容量結合および誘導結合を用いて信号結合が生じるように積層したことを特徴とする。
このように構成することによっても、複数のモジュール間の通信が可能になる。なお、この場合、第２結合器と第３結合器との間の直接的な通信は第１結合器が遮蔽物として作用するので遮断される。
（２１）また、本発明は、上記（１７）、（１９）或いは（２０）のいずれかにおいて、前記第１のモジュールが半導体集積回路装置としてマイクロプロセッサを搭載しており、前記第２のモジュール及び前記第３のモジュールが半導体集積回路装置として前記マイクロプロセッサとの間で通信を行う半導体記録装置を搭載していることを特徴とする。
このように、３つ以上のモジュールを用いた通信の典型例としては、１個のマイクロプロセッサと、マイクロプロセッサにより制御される複数の半導体集積回路装置との間の通信が挙げられる。
（２２）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、 前記第１結合器と前記第２結合器との間に、電磁界結合を強める板状の誘電体を挿入したことを特徴とする。このように、板状の誘電体を第１結合器と第２結合器との間に挿入することによって、第１結合器と第２結合器との間隔を多少広くとっても電磁界結合させることが可能になる。
（２３）また、本発明は、上記（１７）または（１８）において、前記第１結合器及び前記第３結合器がそれぞれ２つの結合器と、前記２つの結合器を連結する終端抵抗により構成されていることを特徴とする。このように、閉回路を構成している第１結合器及び第３結合器をそれぞれ２つの結合器と、２つの結合器を連結する終端抵抗により構成することで結合度の平坦性を広帯域で維持することができ、信号の歪を低減することができる。
（２４）また、本発明は、上記（１）または（４）のいずれかにおいて、前記第１結合器及び第２結合器が同じ曲率半径を有する円弧状結合器であることを特徴とする。このように、第１結合器及び第２結合器を円弧状結合器とすることで、第１モジュール及び第２モジュールの引出し伝送線路を自由な角度に引き出すことができる。
（２５）また、本発明は、上記（２４）において、前記第２モジュールの前記第２結合器の中心が前記第１モジュールの前記第１結合器の中心と一致しており、前記第２モジュールが前記第１モジュールに対して回転自在に設けられていることを特徴とする。このように、回転自在に設けることによって、稼働部材同士の電磁界結合による通信が可能になる。
（２６）また、本発明は、上記（２４）または（２５）において、前記第２結合器の円弧の長さが、前記第１結合器の円弧の長さより短いことを特徴とする。このように、円弧状結合器とした場合には、各結合器の円弧の長さが同じでなくても良好な結合度を維持することができる。
（２７）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、第３絶縁性基板上に設けられた一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第３結合器を有する第３モジュールとをさらに設け、前記第１結合器と前記第２結合器と前記第３結合器がその少なくとも一部が積層方向から見て投影的に重なって前記第１結合器と前記第２結合器と前記第３結合器との間に容量結合および誘導結合を用いて信号結合が生じるように前記第１モジュール乃至前記第３モジュールを積層したことを特徴とする。
この様に、３つのモジュールを結合器同士が投影的に重なるように積層することで、どれか一つのモジュールをバスとするマルチドロップバスを構成することができる。その結果、バスとなるモジュールから他の２つのモジュールに対して同時に通信することが可能になる。
（２８）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、前記第１絶縁性基板の前記第１モジュールを積層した面と反対側の面に、前記第１結合器の長手方向と第３結合器の長手方向が直交するように第３結合器を備えた第３モジュールを積層したことを特徴とする。このように、第３結合器を同一基板の裏面に設けても第１結合器と第３結合器との間の電磁干渉を防止することができる。
（２９）また、本発明は、方向性結合式通信方法において、第１絶縁性基板上に設けられた一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された弧状の第１結合器と、一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された弧状の第２結合器とを有し、前記第２結合器の結合器の直径は前記第１結合器の結合器の直径より小さく、前記第２結合器が、前記第１結合器の内側に前記第１結合器に対して同心円状に回転自在に組み込まれていることを特徴とする。このように、第２結合器を第１結合器の内部に同心円状に回転自在に組み込むことによって、回転部の電磁界コネクタとして作用させることができる。
（３０）また、本発明は、上記（２６）または（２９）において、前記第１結合器及び前記第２結合器が、開閉自在の筐体のヒンジ部に設けられていることを特徴とする。このように、回転部の電磁界コネクタとしては、開閉自在の筐体のヒンジ部に設けるコネクタが典型的なものである。
開示の方向性結合式通信装置によれば、結合系インピーダンスとして整合を取りやすくして反射をより少なくし、通信チャネルを誘導結合よりも高速（広帯域）にするとともに、信号強度を高めて通信の信頼性を向上することが可能になる。
本発明の実施の形態の方向性結合式通信装置の概念的構成図である。 本発明の実施の形態の方向性結合式通信装置の概略的部分構成図である。 本発明の実施の形態の方向性結合式通信装置の概略的断面図である。 本発明の実施の形態の方向性結合式通信装置の動作原理（１）の説明図である。 本発明の実施の形態の方向性結合式通信装置の動作原理（２）の説明図である。 本発明の実施の形態の方向性結合式通信装置の動作原理（３）の説明図である。 本発明の実施例１の方向性結合式差動通信装置の構成説明図である。 本発明の実施例１に用いる結合器要素の構成説明図である。 本発明の実施例１に用いる結合器要素の積層状態の断面図である。 本発明の実施例１に用いる送受信回路の回路図である。 本発明の実施例２の方向性結合式差動通信装置の説明図である。 本発明の実施例３の方向性結合式差動通信装置を構成する結合器要素の説明図である。 本発明の実施例４の方向性結合式差動通信装置を構成する結合器要素の平面図である。 本発明の実施例５の方向性結合式差動通信装置を構成する結合器要素の説明図である。 本発明の実施例６の方向性結合式差動通信装置を構成する結合器要素の説明図である。 本発明の実施例７の方向性結合式差動通信装置を構成する結合器要素の結合状態を示す平面図である。 本発明の実施例８の方向性結合式差動通信装置を構成する結合器要素の説明図である。 本発明の実施例９の方向性結合式差動通信装置を構成する結合器要素近傍の断面図である。 本発明の実施例１０の方向性結合式差動通信装置に用いる送受信回路の回路図である。 本発明の実施例１１の方向性結合式差動通信装置の概念的構成図である。 本発明の実施例１１の方向性結合式差動通信装置の概略的構成図である。 本発明の実施例１１の方向性結合式差動通信装置の具体的構成を示す断面図である。 第１モジュール及び第２モジュールを半導体チップで構成した場合の説明図である。 本発明の実施例１２の方向性結合式差動通信装置の断面図である。 本発明の実施例１３の方向性結合式差動通信装置の概略的構成図である。 本発明の実施例１４の方向性結合式差動通信装置の構成説明図である。 本発明の実施例１５の方向性結合式差動通信装置の概念的構成図である。 本発明の実施例１５の方向性結合式差動通信装置の具体的構成を示す断面図である。 本発明の実施例１６の方向性結合式差動通信装置の概念的構成図である。 本発明の実施例１６の方向性結合式差動通信装置の具体的構成を示す断面図である。 本発明の実施例１７の方向性結合式差動通信装置の概念的構成図である。 本発明の実施例１７の方向性結合式差動通信装置の具体的構成を示す断面図である。 本発明の実施例１８の方向性結合式通信装置を構成するモジュールの構成説明図である。 本発明の実施例１８の方向性結合式通信装置の動作原理（１）の説明図である。 本発明の実施例１８の方向性結合式通信装置の動作原理（２）の説明図である。 本発明の実施例１８の方向性結合式通信装置の動作原理（３）の説明図である。 本発明の実施例１８の方向性結合式通信装置の動作原理（４）の説明図である。 本発明の実施例１９の方向性結合式差動通信装置の構成説明図である。 本発明の実施例２０の方向性結合式差動通信装置の構成説明図である。 電磁界シミュレーション結果の説明図である。 本発明の実施例２１の方向性結合式差動通信装置の概念的構成図である。 本発明の実施例２２の方向性結合式差動通信装置の概念的構成図である。 本発明の実施例２３の方向性結合式差動通信装置の概念的構成図である。 本発明の実施例２４の方向性結合式差動通信装置の概念的構成を示す断面図である。 本発明の実施例２５の方向性結合式差動通信装置の説明図である。 引出し伝送線路の引出し方向の説明図である。 本発明の実施例２６の方向性結合式差動通信装置の概略的構成図である。 本発明の実施例２７の方向性結合式差動通信装置の概略的構成図である。 結合度の角度θ依存性の説明図である。 本発明の実施例２８の方向性結合式差動通信装置の概略的構成図である。 本発明の実施例２９の方向性結合式差動通信装置の概略的構成図である。 本発明者が提案したモジュール間通信装置の概念的斜視図である。 本発明者が提案した他のモジュール間通信装置の概念的斜視図である。
ここで、図１乃至図６を参照して、本発明の実施の形態の方向性結合式通信装置を説明する。図１は本発明の実施の形態の方向性結合式通信装置の概念的構成図であり、第１結合器１２１と送受信回路１５１とを備えた第１モジュール１０１と、第２結合器１２２と送受信回路１５２とを備えた第２モジュール１０２とを、第１結合器１２１と第２結合器１２２とが少なくとも投影的に一部が重なるように積層して、第１結合器１２１と第２結合器１２２とを電磁界結合、即ち、容量結合及び誘導結合により信号結合を生じさせる。なお、必須ではないが、送受信回路１５１及び送受信回路１５２の入出力インピーダンスを第１結合器１２１と第２結合器１２２が結合状態の時の間の結合系インピーダンスＺ０−ｃｏｕｐｌｅｄに等しくしてインピーダンス整合しておくことが望ましい。
本発明の適用対象は分布定数回路として取り扱う分野であり、各結合器が、信号波長より長い長さ、典型的には信号波長の１／１０以上の長さを有していることを前提としており、集中定数回路として取り扱うコイルとは全く対象が異なる。
図２は、本発明の実施の形態の方向性結合式通信装置の概略的部分構成図であり、図２（ａ）は第１モジュールの平面図であり、図２（ｂ）は第２モジュールの平面図であり、図２（ｃ）は、第２モジュールを表裏反転させて積層した場合の透視平面図である。図２（ａ）に示すように、第１絶縁性基板１１１上に第１結合器１２１が形成されて、第１結合器１２１の両方の端部に入出力接続線１３１，１４１が接続されている。また、第２モジュール１０２も、図２（ｂ）に示すように、第１モジュール１０１と同様に、第２絶縁性基板１１２上に第２結合器１２２が形成されて、第２結合器１２２の両方の端部に入出力接続線１３２，１４２が接続されている。この場合、入出力接続線１３２，１４２は実効的に通信に寄与しない部分であるので、通信に寄与する第１結合器１２１と第２結合器１２２との電磁界結合よりも結合状態が弱くなるように配置する。
図２（ｃ）は、第２モジュールを表裏反転させて積層した場合の透視平面図であり、第１モジュール１０１の入出力接続線１３１，１４１の引き出し方向と第２モジュール１０２の入出力接続線１３２，１４２の引き出し方向が互いに逆方向になるようにしているので、入出力接続線１３１，１４１と入出力接続線１３２，１４２との間の電磁界結合を大幅に低減することができる。
なお、ここでは、入出力接続線１３１，１４１と入出力接続線１３２，１４２を分布定数回路が適用される信号線路として構成しているが、ボンディングワイヤを用いても良い。また、第１結合器１２１及び第２結合器１２２の長軸方向に入出力接続線１３１，１４１と入出力接続線１３２，１４２の接続部が延在しているが、入出力接続線１３１，１４１と入出力接続線１３２，１４２は、それぞれ、第１結合器１２１及び第２結合器１２２の長軸の沿った側面の端部に接続しても良い。
また、第１結合器１２１と第２結合器１２２の長さは等しい必要はなく互いに異なった長さにしても良いし、或いは、第１結合器１２１と第２結合器１２２の長軸を互いに非平行にしても良く、それによって、積層時の位置合わせマージンを大きくすることができる。また、第１結合器１２１と第２結合器１２２の形状は矩形である必要はなく、例えば、コ字状に２回屈曲した形状でも良く、或いは、コ字の両端を更に２回屈曲して合計４回屈曲した形状でも良い。このように、結合器の両端が近づく形状にすることにより、結合器と入出力接続線との接続箇所が近接しているので、同じ結合長の結合器をコンパクトに構成することができる。
図３は、本発明の実施の形態の方向性結合式通信装置の概略的断面図であり、比誘電率がε２の第１絶縁性基板１１１及び第２絶縁性基板１１２の背面にはそれぞれ電磁シールド層１６１，１６２が形成されており、ここでは、結合度を大きくするために、電磁シールド層１６１，１６２の第１結合器１２１及び第２結合器１２２との対向部に欠落部１７１，１７２を形成している。
また、第１絶縁性基板１１１及び第２絶縁性基板１１２の表裏には保護のための比誘電率がε３のカバーレイ１８１，１８２，１９１，１９２が形成されている。第１モジュール１０１と第２モジュール１０２とは空隙或いは比誘電率がε１の絶縁膜を介して対向するように積層する。
第１絶縁性基板１１１、第２絶縁性基板１１２、カバーレイ１８１，１８２，１９１，１９２及び絶縁膜の材質はポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂或いはアクリル樹脂等の樹脂を用いれば良く、ここでは、ε１＜ε２＜ε３に設定することが望ましい。比誘電率を任意に設定するためには、ベース樹脂の種類と添加物で調整すれば良い。なお、基板としては、上述のような樹脂をベースとしたフレキシブル基板（ＦＰＣ）は、柔らかくて基板の厚さが７５μｍ程度に薄いので、携帯電話のような小さな装置に実装しやすいが、ＦＰＣに限られるものではなく、プリント回路基板（ＰＣＢ）でも半導体基板でもパッケージ内の基板でも良い。
結合器線路間の誘電体率が結合器線路のその他周辺の誘電率よりも低いと、近端クロストークが小さくなり遠端クロストークが大きくなるため、遠端クロストークを利用することで通信の信頼性を確保できる。その結果、例えば、２つのモジュールを近接配置して隙間を残しても構わず、モジュールの接続が簡便で安価にできる利点がある。あるいは、絶縁膜を挟んで近接接続する際の絶縁膜の選択をより広くすることができる。
次に、図４乃至図６を参照して、本発明の実施の形態の方向性結合式通信装置の動作原理を説明する。まず、図４（ａ）に示すように、第１結合器１２１の（＋）１信号の入力端をＡ１端とし、第１結合器１２１の（−）１信号の入力端をＢ１端とする。同様に、第２結合器１２２の（＋）１信号の出力端をＡ２端とし、第２結合器１２２の（−）２信号の出力端をＢ２端とする。
図４（ｂ）は、（＋）１信号の一例を示す波形図であり、図４（ｃ）は、（＋）１信号に対応する逆極性の（−）１信号の波形図であり、（＋）１信号と（−）１信号とで差動信号を構成する。なお、信号波形はそれぞれＲＴ時間だけの立ち上がり或いは立下り時間があるものとする。
信号（＋）１が第１結合器１２１のＡ１端からＢ１端に向けて伝搬するとき、伝搬する信号の波頭では電流と電圧が変化する。第１結合器１２１と第２結合器１２２の間には、相互キャパシタンスＣと相互インダクタンスＭが連続して存在するので、ｉ＝Ｃ（ｄｖ／ｄｔ）およびｖ＝Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）の結合作用により、容量結合性電流と誘導結合性電流が第２結合器１２２に誘起して流れる。
容量結合性電流は、第１結合器１２１から第２結合器１２２へ変位電流が流れた後、その点から左右方向に見た第２結合器１２２のインピーダンスが等しいので、左右に等しく分かれて両端に分流する。つまり容量結合性電流の半分は近端（Ａ２端）へ後戻りし、半分は遠端（Ｂ２端）へ前進する。いずれの電流も流れる先にある終端抵抗で正の電圧信号を生じる。なお、整合終端するための終端抵抗は図１に示した送受信回路１５１，１５２に存在している。
近端（Ａ２端）に逆戻りする信号は、その電流信号源である波頭が第１結合器１２１をＡ１端からＢ１端に向けて前進しながら同じ速度で第２結合器１２２をＡ２端に向けて逆戻りするので、図５（ａ）に示す波形となる。
つまり、第１結合器１２１を伝搬する信号の波頭がＡ１端に入力されてから波の立ち上り時間ＲＴ後に第１結合器１２１に完全に入り、Ｂ１端に向けて伝搬する間は、Ｂ１端に向けて前進する電流信号源から出た変位電流の半分がＡ２端を目指して同じ速度で逆戻りするので、Ａ２端では一定電流値となる。信号（＋）１がＡ１端からＢ２端に伝搬する時間をＴＤとすると、Ｂ１端に到達した時点で第２結合器１２２に移った変位電流の半分は、更に時間ＴＤをかけて第２結合器１２２のＡ２端に戻るので、Ａ２端に現れる結合信号（＋）２は図５（ａ）に示すように２ＴＤの時間幅のパルス信号となる。
また、B２端を目指して前進する残り半分の電流は、電流信号源がＢ１端に向けて前進するので、それと共に電流量を積み重ねながらＴＤ後にＢ２端に到達して、図５（ｂ）に示すような波形となる。
一方、誘導結合性電流は、誘導結合で第２結合器１２２に誘起される電圧源によって流れる電流であるが、その向きは第１結合器１２１の電流ループの向きと逆回りになり、巨視的にはＢ２端からＡ２端に向かい、図５（ｃ）に示す波形となる。従って誘導結合でＡ２端に生じる信号は容量結合でＡ２端に生じる信号と同じ符号になって強め合い、図５（ｅ）に示す波形となる。
また、Ｂ２端に生じる信号は、図５（ｄ）に示すように容量結合でＢ２端に生じる信号と反対の符号になって弱め合い、結果的にＢ２端では、多くの場合、図５（ｆ）に示すように、負の信号が伝搬する。
つまり、Ａ１端から入力した信号（＋）１は、結合器によって、Ａ２端に同じ極性の結合信号（＋）２を乗じると共に、Ｂ２端に逆の極性の結合信号（＋）２を生じる。一方、Ｂ１端から入力した信号（−）１は、結合器によって、Ａ２端に図６（ａ）に示す逆の極性の結合信号（−）２と、Ｂ２端に図６（ｂ）に示す同じ極性の結合信号（−）２とを生じる。
したがって、Ａ２端では結合信号（＋）２と結合信号（−）２が両方とも信号（＋）１と同じ極性となって強め合い、重ね合わせにより図６（ｃ）の信号を生成する。同様に、Ｂ２端では結合信号（＋）２と結合信号（−）２が両方とも信号（＋）１と逆の極性となって強め合い、重ね合わせにより図６（ｄ）の信号を生成する。その結果、差動信号（＋）２−（−）２の中央付近で極性を判定すれば、第１モジュール１０１に入力されたデジタル信号を第２モジュール１０２で受信できる。
ここで、Ａ１端から入力した信号（＋）１が、結合器によって、Ａ２端に生じる同じ極性の結合信号（＋）２を近端クロストークと呼び、Ｂ２端に生じる逆の極性の結合信号（＋）２を遠端クロストークと呼ぶ。つまり、Ｂ１端から入力した信号（−）１が、結合器によって、Ａ２端に生じる逆の極性の結合信号（−）２は遠端クロストークであり、Ｂ２端に生じる同じ極性の結合信号（−）２は近端クロストークである。
従来の差動結合器では、近端クロストークだけを利用して通信を行い、遠端クロストークは終端抵抗で熱となって消費され通信に利用できなかった。一方、本発明の実施の形態の方向性結合式差動通信装置では、互いに逆の極性となる差動信号の遠端クロストークも利用しているので、受信信号を大きくすることができる。
なお、結合器は、例えば、基板の両面に形成された厚さが２０μｍ程度の銅箔と基板を貫通するビアを印刷加工して信号の伝送線路としても良い。伝送線路の特性インピーダンスは５０Ωが一般的であるが、他の値でも構わない。
携帯電話のディスプレイモジュールとマザーボードの間のデータ通信への応用を想定すれば、通信距離（結合器間の距離）は０．１ｍｍ前後となるが、数ｍｍから数ｃｍの距離の場合も同様である。
２つのモジュールの接続が典型的な例であるが、モジュールの数は３つ以上でも構わない。例えば、後述する実施例１５に示すように、ＰＣＢの両面に２つの半導体チップが装着され、ＰＣＢ上に設けた結合器を構成する伝送線路と２つの半導体チップ上の伝送線路が結合して、ＰＣＢ上に設けた伝送線路に接続された半導体チップと合わせて３つの半導体チップが通信する場合なども本発明に含まれる。なお、この場合の半導体チップはどのような組み合わせでも良いが、例えば、ＰＣＢに設けた伝送線路に接続された半導体チップをマイクロプロセッサとし、他の半導体チップをメモリチップとすることができる。
なお、第１結合器と第２結合器との間の結合効率を高めるために、第１結合器と第２結合器との間に板状の誘電体を挿入しても良く、第１結合器と第２結合器との間隔を多少広くとっても電磁界結合させることが可能になる。
また、第１絶縁性基板上に第３結合器を設けて閉回路を構成する場合に、第１結合器及び第３結合器をそれぞれ２つの結合器とそれらを連結する終端抵抗により構成することによって、定在波を減衰させて結合度の平坦性を広帯域で維持することができ、信号歪の除去が可能になる。
また、前記第１結合器及び第２結合器を同じ曲率半径を有する円弧状結合器とすることで、第１モジュール及び第２モジュールの引出し伝送線路を自由な角度に引き出すことができる。
この場合、第２モジュールの第２結合器の中心が第１モジュールの第１結合器の中心に対して一致しており、第２モジュールを第１モジュールに対して回転自在に設けることによって、稼働部材同士の電磁界結合による通信が可能になる。
また、弧状結合器とする場合には、第２結合器の弧の長さを、第１結合器の弧の長さより短くしても良く、各結合器の弧の長さが同じでなくても良好な結合度を維持することができる。
また、第３絶縁性基板上に設けられた一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第３結合器を有する第３モジュールとをさらに設け、第１結合器と第２結合器と第３結合器がその少なくとも一部が積層方向から見て投影的に重なって第１結合器と第２結合器と第３結合器との間に容量結合および誘導結合を用いて信号結合が生じるように第１モジュール乃至第３モジュールを積層しても良い。
この様に、３つのモジュールを結合器同士が投影的に重なるように積層することで、どれか一つのモジュールをバスとするマルチドロップバスを構成することができる。その結果、バスとなるモジュールから他の２つのモジュールに対して同時に通信することが可能になる。
また、第１絶縁性基板の裏面に第３結合器を設ける場合に、第１結合器の長手方向と第３結合器の長手方向が直交するように第３結合器を備えた第３モジュールを積層しても良く、第１結合器と第３結合器との間の電磁干渉を防止することができる。
また、第１絶縁性基板上に設けられた一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された弧状の第１結合器の内側に、一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された弧状の第２結合器を、第１結合器に対して同心円状に回転自在に組み込んでも良く、回転部の電磁界コネクタとして作用させることができる。
この場合、回転部の電磁界コネクタとしては、第１結合器及び第２結合器は、開閉自在の筐体のヒンジ部に設けるコネクタが典型的なものである。
以上を纏めると、本発明の実施の形態の方向性結合式通信装置によれば、下記の作用効果が得られる。
１）従来は４つの信号線路と２つの終端抵抗が必要であった結合器を２つの信号線路で構成できる。
２）容量・誘導結合している線路が２つなので、従来の４つの信号線路が相互に容量・誘導結合している場合に比べて結合系インピーダンスの整合を取ることが比較的易しくなる。３）送受信回路が備える可変抵抗を用いて整合終端できるので信号の反射が起こらない。
４）遠端クロストークが信号を強めるので、通信の信頼性が向上する。
５）結合器の両端に常に（＋）と（−）の信号が加わるので、コモン信号が変化せず、不要輻射（ノイズ）が小さくなる。
次に、図７乃至図９を参照して、本発明の実施例１の方向性結合式差動通信装置を説明する。図７は、本発明の実施例１の方向性結合式差動通信装置の構成説明図であり、図７（ａ）は概略的斜視図であり、ここでは、主基板（マザーボード）と子基板のモジュール間のインタフェースを実現した例である。例えば、携帯電話の主基板４０にＦＰＣ４２１，４２２を用いた結合器要素４１１，４１２が設置されていて、ディスプレイモジュール（子基板）５０の裏面にＦＰＣ５２１，５２２を用いた結合器要素５１１，５１２が設置されている。
各結合器要素４１１，４１２，５１１，５１２には、結合器４３１，４３２，５３１，５３２が設けられており、引出し伝送線路４４１，４４２，４５１，４５２，５４１，５４２，５５１，５５２を介して送受信回路４６，５６にそれぞれ接続されている。ここで、主基板４０に設けたテラス部材６１１，６１２を利用して結合器要素４１１，４１２に設けた結合器４３１，４３２が結合器要素５１１，５１２に設けた結合器５３１，５３２に近接設置するように構成する。なお、主基板４０と子基板５０は、支持部材６２を用いて積層する。なお、この実施例１も含めて下記の各実施例においては、互いに対向する結合器同士の電磁界結合において、結合系インピーダンスＺ０−ｃｏｕｐｌｅｄの整合を取るよう設定する。
図８及び図９は、本発明の実施例１に用いる結合器要素の説明図であり、図８（ａ）は主基板側に設ける結合器要素の平面図であり、図８（ｂ）は子基板側に設ける結合器要素の平面図であり、図８（ｃ）は子基板側の結合器要素を反転して重ね合わせた場合の透視平面図である。結合器要素４１においては、一方の面の銅箔をパターン形成して結合器４３と引出し伝送線路４４,４５を作り、他方の面にプレーン４７を形成する。
結合器４３の寸法は基板がＦＰＣの場合とＰＣＢの場合で異なり、通信距離や通信速度に応じても変わるが、一例をあげると長さが５ｍｍで幅が０．５ｍｍである。引出し伝送線路４４，４５の寸法は、一例をあげると幅が０．３ｍｍで、２つの引出し伝送線路４４，４５が幅の３倍以内の間隔で近接配置されているところでは密に結合することになる。
送信側の結合器の両端には差動信号が入力し、受信側の結合器の両端からは差動信号が出力する。送信器と結合器を接続する引出し伝送線路や結合器と受信器を接続する引出し伝送線路は、信号の遅延が等しくなるように等長であることが望ましい。引出し伝送線路４４，４５が結合器４３の両端から屈曲して結合器４３の中央に戻る際は、結合器４３と引出し伝送線路４４，４５が容量・誘導結合しないように十分に、目安としては、幅の３倍程度以上間隔を空ける。例えば、結合器４３の幅が０．５ｍｍで引出し伝送線路４４，４５の幅が０．３ｍｍの場合は、１ｍｍから１．５ｍｍ以上間隔を空けるのが望ましい。
一方、間隔を空け過ぎると、結合器４３と引出し伝送線路４４，４５がコイルの形状になってインダクタンス成分を持つようになり、寄生容量と共振する。共振周波数を十分に高くして通信に利用できる帯域を広げたい場合は、インダクタンス成分が小さくなるように、結合器４３と引出し伝送線路４４，４５で囲まれる面積を小さくすることが有効である。コイルが四角形の場合は短辺でインダクタンスが決まるので、結合器４３と引出し伝送線路４４，４５の間隔を狭くすることが有効である。
また、反対側の面に設けたプレーン４７は、結合器４３に対向する箇所だけ抜いた欠落部４８を設ける。そのことにより、結合器４３の結合度を強くすることができる。なお、ＰＣＢの場合は基板が厚いので、２つの結合器が十分に近く配置された場合はプレーンからの影響は十分に小さくなり、結合器の反対面のプレーンを切り抜く必要がない。
図８（ｂ）に示すように、子基板側に設ける結合器要素も、図８（ａ）に示した結合器要素と同じ形状に形成する。図８（ｃ）に示す様に、子基板と親基板とを積層する場合には、引出し伝送線路４４，４５と引出し伝送線路５４，５５間の結合を十分に小さくするために、両引出し伝送線路４４，４５，５４，５５が互いに離れるように設置し、互いに投影的に重ならないようにする。
図９は、子基板と親基板とを積層した状態の断面図であり、ＦＰＣ４２，５２の両面には、保護のためのカバーレイ４９１，４９２，５９１，５９２を設けており、空隙を介して対向配置する。空隙の間隔は０ｍｍ乃至数ｃｍである。なお、隙間を空けずに、例えばＦＰＣのカバーレイやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの材料でできた絶縁膜を挟んで、結合器４３と結合器５３が投影的に重なるように接着剤等で張り合わせても良い。
図１０は、本発明の実施例１に用いる送受信回路の回路図であり、上側が送信回路を構成し、下側が受信回路を構成する。送信回路はＮＲＺ（ＮｏｎＲｅｔｕｒｎ ｔｏ Ｚｅｒｏ）波形を送信する。
図１１は、本発明の実施例２の方向性結合式差動通信装置の説明図であり、ここでは、実施例１との相違点のみを説明する。図１１（ａ）は、テラス部材近傍の斜視図であり、図１１（ｂ）は図１１（ａ）における矢印方向の断面図である。図に示すように、親基板側に設ける結合器要素４１の引出し伝送線路４４，４５の接続部近傍をテラス部材６１の側面に這わせる。
一方、子基板側の結合器要素５１の引出し伝送線路５４，５５は、図７と同じ状態であるので、引出し伝送線路４４，４５の延在方向と引出し伝送線路５４，５５の延在方向が異なる。したがって、引出し伝送線路４４，４５と引出し伝送線路５４，５５との間の距離が離れるので両者の結合度を大幅に低減することができる。
次に、図１２を参照して、本発明の実施例３の方向性結合式差動通信装置を説明する。図１２は、本発明の実施例３の方向性結合式差動通信装置を構成する結合器要素の説明図であり、図１２（ａ）は主基板側に設ける結合器要素の平面図であり、図１２（ｂ）は子基板側に設ける結合器要素の平面図であり、図１２（ｃ）は子基板側の結合器要素を反転して重ね合わせた場合の透視平面図である。
この実施例３においては、図１２（ａ）或いは図１２（ｂ）に示すように、引出し伝送線路４４，４５，５４，５５を結合器４３，５３の長軸に沿った側面の端部に接続したものである。このように、構成することにより、図１２（ｃ）に示すように結合器要素４１，５１を重ねた場合に、引出し伝送線路４４，４５と引出し伝送線路５４，５５が投影的に全く重ならなくなるので引出し伝送線路間の結合をより小さくできる利点がある。
但し、一方で、結合器４３，５３と引出し伝送線路４４，４５，５４，５５の接続点の近傍で電流が流れる場所が結合器４３と結合器５３では異なるために、結合器４３，５３の端と中央でインピーダンスが等しくならない可能性がある。逆に、交差部分の実効的な幅が交差部の中央で広くなり両側で狭くなるので、広帯域にすることが可能である。
次に、図１３を参照して、本発明の実施例４の方向性結合式差動通信装置を説明する。図１３は、結合器要素の平面図であり、結合器４３３の両端が近づくように結合器４３３をコ字状に折り曲げたものである。以下の説明ではコ字状に結合器４３３を２回屈曲した場合を取り上げるが、屈曲数をさらに増やした場合も含めて、結合器４３３の両端が近づくように屈曲した事例は本実施例に含まれる。
このように、結合器４３３を折り曲げることで結合器４３３の占有面積を小さくできる。例えば、結合器４３３の全長が５ｍｍの場合、折り曲げることで長さＬを２．５ｍｍ程度に小さくできる。但し、折り曲げた結合器４３３の間隔Ｓは、結合器４３３の対向する箇所で容量結合及び誘導結合しないように、結合器４３３の幅Ｗの３倍以上に離すことが望ましい。例えば、Ｗ＝０．５ｍｍの場合、Ｓ＝１．５ｍｍであるので、中心線の長さで考えると結合器４３３の中央部の長さは２．０ｍｍ（＝１．５ｍｍ＋０．５ｍｍ×２）となり、また、両脇の長さＬは１．５ｍｍ〔＝（５ｍｍ−２ｍｍ）／２）〕になる。なお、ここでは、親基板側の結合器として説明しているが、子基板側に設ける結合器も同様の構成とし、結合器が完全に重なるように積層する。
また、この実施例４においては、差動信号線である引出し伝送線路４４，４５を結合器４３３に接続するのが容易になる。即ち、図１３で下方から来る引出し伝送線路４４，４５を結合器４３３に接続する際に、実施例１に示すように結合器がコの字型でなく一直線であると、結合部の両端に差動信号線を等長配線で接続するために、結合器に直接接続する部分である上部端子より信号到来方向からの距離が近い下部端子への接続線は余分に迂回する必要が生ずるが、コの字型にすることで迂回する部分を大幅に短縮することができる。
次に、図１４を参照して、本発明の実施例５の方向性結合式差動通信装置を説明する。図１４は、本発明の実施例５の方向性結合式差動通信装置を構成する結合器要素の説明図であり、図１４（ａ）は主基板側に設ける結合器要素の平面図であり、図１４（ｂ）は子基板側に設ける結合器要素の平面図であり、図１４（ｃ）は子基板側の結合器要素を反転して重ね合わせた場合の透視平面図である。
ここでは、図１４（ａ）に示すように、主基板側に設ける結合器要素４１としては実施例１の構造を採用し、図１４（ｂ）に示すように主基板側に設ける結合器要素５１としては実施例３の構造を採用するとともに、結合器４３の長さを結合器５３の長さより長くしたものである。
このように、一方の結合器４３を長くしておくと、他方の結合器５３はその長さの中であればどこに配置しても良くなり、位置合わせの制約が少なくなる。或いは、モジュールを移動して通信したり、移動しながら通信することができる。なお、結合器の長さの大小関係は逆でも良い。同様に一方の結合器の幅を太くして、幅方向に合わせ位置の自由度を高めることもできる。
次に、図１５を参照して、本発明の実施例６の方向性結合式差動通信装置を説明する。図１５は、本発明の実施例６の方向性結合式差動通信装置を構成する結合器要素の説明図であり、図１５（ａ）は主基板側に設ける結合器要素の平面図であり、図１５（ｂ）は子基板側に設ける結合器要素の平面図であり、図１５（ｃ）は子基板側の結合器要素を反転して重ね合わせた場合の透視平面図である。
この実施例６においては、図１５（ｃ）に示すように、結合器要素を重ね合わせた際に、結合器４３と結合器５３の長軸が非平行になるように、結合器要素４１と結合器要素５１を構成したものである。一定の幅でインピーダンスも均一な結合器４３，５３が斜めに交差すると、交差部分の幅が交差部の中央で広くなり両側で狭くなるので、広帯域になる。更に、結合器４３，５３の相対位置が平面のいかなる方向にずれたとしても、交差部分の形状は一定となるため、モジュールの位置ずれによらず結合特性が一定になる効果もある。
このように、本発明の実施例６においては、結合器４３，５３を斜めに交差させて配置しているので、広帯域な無線通信路を実現できる。また、結合器要素４１と結合器要素５１の相対位置がずれても通信路の特性が変化しない特長がある。
次に、図１６を参照して、本発明の実施例７の方向性結合式差動通信装置を説明する。図１６は、本発明の実施例７の方向性結合式差動通信装置を構成する結合器要素の結合状態を示す平面図であり、図７と同様に各基板に２つの結合器４３１，４３２，５３１，５３２を設けて重ね合わせたものである。
この場合、電磁界は結合器線路に沿って直交方向に発生するので、複数の結合器４３１，４３２，５３１，５３２を結合器の長軸方向、即ち、線路長方向に配置する。このような配置にすることによって、結合器間の干渉が小さくなって信頼性が高くなり、また、図１６に示すように、近接配置が可能になるので、実装密度を高めることができる。
次に、図１７を参照して、本発明の実施例８の方向性結合式差動通信装置を説明する。図１７は、本発明の実施例８の方向性結合式差動通信装置を構成する結合器要素の説明図であり、図１７（ａ）は主基板側に設ける結合器要素の平面図であり、図１７（ｂ）は子基板側に設ける結合器要素の平面図であり、図１７（ｃ）は子基板側の結合器要素を反転して重ね合わせた場合の透視平面図である。
この実施例８においては、引出し伝送線路がなく短いボンディングワイヤ６３１，６３２，６４１，６４２を用いて送受信回路を備えた半導体集積回路装置６５，６６と結合器４３，５３と接続する。
次に、図１８を参照して、本発明の実施例９の方向性結合式差動通信装置を説明する。図１８は、本発明の実施例９の方向性結合式差動通信装置を構成する結合器要素近傍の断面図であり、基本的な構造は、図９に示した構造と同じである。
ここでは、結合器間の隙間の比誘電率ε１（間隙が空隙である場合には、比誘電率はε０＝１となる）が、結合器線路のその他周辺の誘電率ε２よりも低くしている。例えば、ＦＰＣのベース樹脂であるポリイミドの比誘電率は３．２でありポリイミドに添加物を添加したカバーレイの比誘電率は３.４である。一方、空気の比誘電率が１.０でありＰＥＴの誘電率が３．０である。したがって、２つの結合器４３，５３の間が隙間を空隙にしたり或いはＰＥＴ等の比誘電率が３．２よりも低い材料でできた絶縁膜を介在させる。
このように、結合器線路間の誘電体率が結合器線路のその他周辺の誘電率よりも低いと、近端クロストークが小さくなり遠端クロストークが大きくなる。その理由は、誘導結合性電流による遠端での伝搬信号は上記の図５（ｄ）に示したように、容量性結合で生じる信号と反対の符号になって弱め合い、結局遠端においては、多くの場合、図５（ｆ）に示すように、負の信号が伝搬することになる。つまり、遠端クロストークは誘導結合による信号から容量結合による信号を差し引いた信号であり、結合器線路間の誘電体率を低くすると容量結合による信号が小さくなって、遠端クロストークが大きくなるからである。
この実施例９においても、他の実施例と同様に、遠端クロストークも利用しているので、通信の信頼性を確保できる。その結果、例えば２つのモジュールを近接配置して隙間を残しても構わず、モジュールの接続が簡便で安価にできる利点がある。或いは、絶縁膜を挟んで近接接続する際の絶縁膜の選択をより広くすることができる。
次に、図１９を参照して、本発明の実施例１０の方向性結合式差動通信装置を説明するが、この実施例１０は送受信回路に関する実施例であり、他の構成は実施例１乃至実施例１０と同様である。
図１９は、本発明の実施例１０の方向性結合式差動通信装置に用いる送受信回路の回路図であり、終端抵抗を複数並べてスイッチで接続を切り替えることにより、抵抗値を調整できるインピーダンス整合回路を入出力端側に設けている。
このように、送受信回路側にインピーダンス整合回路を設けることによって、結合器に接続していた終端用の抵抗部材が不要になり安価で実装容積を小さくできる。また、通信距離がばらついたり或いは位置合わせがずれて結合器のインピーダンスがばらついても、回路で抵抗値を調整できるので、信号の反射を抑えることができる。なお、上述の先願発明においては、終端用の抵抗部材が必要で、インピーダンスの調整ができなかった。
また、インピーダンスの調整回路は図１９に示すようにデジタル回路で実現することもできるし、アナログ回路で実現することもできる。例えば、受信信号を図１９に示すようにトランジスタのゲートに入力せずにソースに入力すると、トランジスタのゲートのバイアスの与え方によってソースから見た入力インピーダンスを変えることができる。
次に、図２０乃至図２３を参照して、本発明の実施例１１の方向性結合式差動通信装置を説明する。図２０は、本発明の実施例１１の方向性結合式差動通信装置の概念的構成図であり、第１モジュール７０と第２モジュール８０を２つの結合器９２，９３を設けた第３モジュール９０を介して通信するものである。
この場合、第１モジュール７０及び第２モジュール８０は上記の子基板の構成と同様であり、それぞれ結合器７２，８２が設けられており、送受信回路を備えた半導体集積回路装置７５，８５と引出し伝送線路７３，７４，８３，８４により接続されている。
一方、第３モジュール９０は、２つの結合器９２，９３を備え、この２つの結合器９２，９３を引出し伝送線路９４，９５で接続したものである。ここで、引出し伝送線路９４と引出し伝送線路９５とは等長とする。
図２１は、本発明の実施例１１の方向性結合式差動通信装置の概略的構成図であり、図２１（ａ）は第３モジュールの平面図であり、図２１（ｂ）は第１モジュール及び第２モジュールの平面図であり、図２１（ｃ）は第１モジュール及び第２モジュールを反転して重ね合わせた場合の透視平面図である。
図２２は、本発明の実施例１１の方向性結合式差動通信装置の具体的構成を示す断面図であり、第３モジュール９０の基板としては、ＰＣＢ基板であるＦＲ４基板９９を用いる。ここでもＦＲ４基板９９の裏面には電磁シールド用のプレーン９６を設けるとともに、表裏にカバーレイ９７，９８を設ける。
第１モジュール７０及び第２モジュール８０を構成する結合器７２，８２及び引出し伝送線路７３，７４，８３，８４は、ＰＣＢ或いはＦＰＣの配線またはパッケージ内の基板もしくは半導体チップの配線を利用して形成する。
この場合、第１モジュール７０と第２モジュール８０とは、第３モジュール９０に設けた結合器９２，９３と容量結合及び誘導結合することで、第１モジュール７０と第２モジュール８０の間でデータ通信する。
図２３は、第１モジュール及び第２モジュールを半導体チップで構成した場合の説明図であり、図２３（ａ）は半導体チップを下向きにした場合の断面図であり、図２３（ｂ）は半導体チップを上向きにした場合の断面図である。
図２３（ａ）に示すように、第１モジュール及び第２モジュールを半導体チップ７７,８７で構成した場合には、半導体チップの配線を利用して結合器７２，８２を形成し、バンプ７８，８８を用いて第３モジュール９０に接続する。この場合、半導体基板を介さずに短い距離で結合器が対向するので、結合度が大きくなる。
一方、図２３（ｂ）に示すように、半導体チップ７７，８７を上向きにした場合には、ボンディングワイヤ７９，８９により第３モジュール９０に接続する。この場合は、半導体基板を介して結合することになるので、結合度が多少小さくなる。
次に、図２４を参照して、本発明の実施例１２の方向性結合式差動通信装置を説明する。図２４は、本発明の実施例１２の方向性結合式差動通信装置の断面図であり、ここでは、第３モジュール９０の基板としてＦＰＣ９１を用い、第１モジュール７０及び第２モジュール８０を半導体チップ７７，８７で構成するとともに、この半導体チップ７７,８７をＰＣＢ１００にボンディングワイヤ７９，８９で接続した。なお、ＰＣＢ１００はＦＲ４基板１０１を用い、背面にプレーン１０２を形成するとともに、表裏にカバーレイ１０３，１０４を設ける。この場合も、図２３（ａ）の場合と同様に、半導体基板を介さずに結合する。
次に、図２５を参照して、本発明の実施例１３の方向性結合式差動通信装置を説明する。図２５は、本発明の実施例１３の方向性結合式差動通信装置の概略的構成図であり、図２５（ａ）は第３モジュールの平面図であり、図２５（ｂ）は第１モジュール及び第２モジュールの平面図であり、図２５（ｃ）は第１モジュール及び第２モジュールを反転して重ね合わせた場合の透視平面図である。
この実施例１３は、上記の実施例１１の等長配線を結合器９２，９３を横方向にずらして配置したものに相当する。即ち、引出し伝送線路９４と引出し伝送線路９５が等長であれば、どのように配線を引きまわしても問題はない。
次に、図２６を参照して、本発明の実施例１４の方向性結合式差動通信装置を説明する。図２６は、本発明の実施例１４の方向性結合式差動通信装置の構成説明図であり、図２６（ａ）は第３モジュールの平面図であり、図２６（ｂ）は第１モジュール及び第２モジュールの平面図である。
この実施例１４は、図１３に示した実施例４に対応するものであり、各結合器７２，８２，９２，９３をコ字状に屈曲させたものである。実施例１１に示したように、半導体チップの配線で結合器７２，８２を形成する場合、結合器７２，８２の全長がチップの一片に収まらない場合に問題になる。例えば、結合器７２，８２の全長が５ｍｍで半導体チップの一片が４ｍｍの場合は、半導体チップの配線で直線状の結合器７２，８２を形成することはできない。また、半導体チップの一片が結合器７２，８２の全長より大きい場合でも、結合器７２，８２の両端と送受信回路６７，６８の差動信号端を接続する配線が長くなり、配線長が等しくないことで、差動信号の位相が１８０°からずれたり、ノイズを拾いやすいなどの問題がある。
この様な問題は、結合器７２，８２を図２６に示すように折り曲げて、その両端が近づくような形状にすることで解決できる。また、送受信回路６７，６８と接続するために配線を短くすることができるので、精度良く等長配線とすることができる。
次に、図２７及び図２８を参照して、本発明の実施例１５の方向性結合式差動通信装置を説明する。図２７は、本発明の実施例１５の方向性結合式差動通信装置の概念的構成図であり、第１モジュール１２０、第２モジュール１３０及び第３モジュール１４０のそれぞれに送受信回路を備えた半導体集積回路装置１２４，１３４，１４４と結合器１２１，１３１，１４１を設けて第１モジュール１２０と第２モジュール１３０との間及び第１モジュール１２０と第３モジュール１４０との間の通信を行うものである。
この場合、第１モジュール１２０乃至第３モジュール１４０はそれぞれ、結合器１２１，１３１，１４１と半導体集積回路装置１２４，１３４，１４４との間が引出し伝送線路１２２，１２３，１３２，１３３，１４２，１４３により接続されている。なお、ここでは、半導体集積回路装置１２４をマイクロプロセッサとし、半導体集積回路装置１３４，１４４を半導体記憶装置（メモリ）とする。
図２８は、本発明の実施例１５の方向性結合式差動通信装置の具体的構成を示す断面図であり、第１モジュール１２０の基板としては、ＰＣＢ基板であるＦＲ４基板１２５を用いる。ここでもＦＲ４基板１２５の表面にカバーレイ１２６を設ける。
第２モジュール１３０は、結合器１３１が第１モジュール１２０の結合器１２１と積層方向において投影的に重なるように表面側に積層する。一方、第３モジュール１４０は、結合器１４１が第１モジュール１２０の結合器１２１と積層方向において投影的に重なるように裏面側に積層する。
この場合、一方のメモリ（１３４，１４４）とだけ通信するときは、他方のメモリ（１４４，１３４）がそのことを認識して通信内容を無視すれば良い。一方、各メモリ（１３４，１４４）からマイクロプロセッサ（１２４）へは時分割でそれぞれ個別に通信するようにする。
なお、この実施例１５においては、結合器１２１がＦＲ４基板１２５の表面にあるために、結合器１２１と結合器１３１の間の距離は結合器１２１と結合器１４１の間の距離よりも短く、結合器１２１と結合器１３１の結合度は結合器１２１と結合器１４１の結合度よりも強くなっている。しかし、ＦＲ４基板１２５として多層配線基板を用いて結合器１２１をＦＲ４基板１２５の内部の配線で構成することで、結合器１２１と結合器１３１の間の距離を結合器１２１と結合器１４１の間の距離と大体等しくして、結合器１２１と結合器１３１の結合度を結合器１２１と結合器１４１の結合度と大体等しくするようにしても良い。
次に、図２９及び図３０を参照して、本発明の実施例１６の方向性結合式差動通信装置を説明する。図２９は、本発明の実施例１６の方向性結合式差動通信装置の概念的構成図であり、第１モジュール１５０、第２モジュール１３０及び第３モジュール１４０のそれぞれに送受信回路を備えた半導体集積回路装置１５４，１３４，１４４と結合器１５１１，１５１２，１３１，１４１を設けて第１モジュール１５０と第２モジュール１３０との間及び第１モジュール１５０と第３モジュール１４０との間の通信を行うものである。
この場合、第１モジュール１５０は、２つの結合器１５１１，１５１２を接続伝送線路１５５により直列接続し、引出し伝送線路１５２，１５３により半導体集積回路装置１５４と接続されている。
第２モジュール１３０と第３モジュール１４０は上記の実施例１５と同様であり、それぞれ、結合器１３１，１４１と半導体集積回路装置１３４，１４４との間が引出し伝送線路１３２，１３３，１４２，１４３により接続されている。なお、ここでも、半導体集積回路装置１５４をマイクロプロセッサとし、半導体集積回路装置１３４，１４４を半導体記憶装置（メモリ）とする。
図３０は、本発明の実施例１６の方向性結合式差動通信装置の具体的構成を示す断面図であり、第１モジュール１５０の基板としては、ＰＣＢ基板であるＦＲ４基板１５６を用いる。ここでもＦＲ４基板１５６の裏面には電磁シールド用のプレーン１５７を設けるとともに、表裏にカバーレイ１５８，１５９を設ける。
第２モジュール１３０は、結合器１３１が第１モジュール１５０の結合器１５１１と積層方向において投影的に重なるように積層する。一方、第３モジュール１４０は、結合器１４１が第１モジュール１５０の結合器１５１２と積層方向において投影的に重なるように積層する。
この場合も上記の実施例１５と同様にマイクロプロセッサ（１５４）から２つのメモリ（１３４，１４４）に同時に通信でき、各メモリ（１３４，１４４）からマイクロプロセッサ（１５４）へは時分割で通信を行う。但し、結合器で信号が減衰するのと、半導体集積回路装置１５４，１３４，１４４内に設けられた送受信器と結合器１５１１，１５１２，１３１，１４１の間の信号長が異なるので、各結合器１５１１，１５１２，１３１，１４１の両端に入力される差動信号の振幅及び位相がズレて信号伝達性能は結合器が１つの場合より劣化することになる。
なお、図においては、第１モジュール１５０には２つの結合器１５１１，１５１２を設けているが、３つ以上の結合器を設けても良く、その場合には、結合器の数に応じた数のモジュールを結合することが可能になる。但し、結合器の数が増えるほど、信号伝達性能は劣化することになる。
次に、図３１及び図３２を参照して、本発明の実施例１７の方向性結合式差動通信装置を説明する。図３１は、本発明の実施例１７の方向性結合式差動通信装置の概念的構成図であり、第１モジュール１６０、第２モジュール１３０及び第３モジュール１４０のそれぞれに送受信回路を備えた半導体集積回路装置１６４，１３４，１４４と結合器１６１，１３１，１４１を設けて第１モジュール１６０と第２モジュール１３０との間及び第１モジュール１６０と第３モジュール１４０との間の通信を行うものである。
この場合、第１モジュール１６０は、２つの結合器１３１，１４１に対応できる長さを有し、引出し伝送線路１６２，１６３により半導体集積回路装置１６４と接続されている。第２モジュール１３０と第３モジュール１４０は上記の実施例１５と同様であり、それぞれ、結合器１３１，１４１と半導体集積回路装置１３４，１４４との間が引出し伝送線路１３２，１３３，１４２，１４３により接続されている。なお、ここでも、半導体集積回路装置１６４をマイクロプロセッサとし、半導体集積回路装置１３４，１４４を半導体記憶装置（メモリ）とする。
図３２は、本発明の実施例１７の方向性結合式差動通信装置の具体的構成を示す断面図であり、第１モジュール１６０の基板としては、ＰＣＢ基板であるＦＲ４基板１６５を用いる。ここでもＦＲ４基板１６５の裏面には電磁シールド用のプレーン１６６を設けるとともに、表裏にカバーレイ１６７，１６８を設ける。
第２モジュール１３０は、結合器１３１が第１モジュール１６０の結合器１６１の一部と積層方向において投影的に重なるように積層する。一方、第３モジュール１４０は、結合器１４１が第１モジュール１６０の結合器１６１の他の部分と積層方向において投影的に重なるように積層する。
この場合も上記の実施例１６と同様にマイクロプロセッサ（１６４）から２つのメモリ（１３４，１４４）に同時に通信でき、各メモリ（１３４，１４４）からマイクロプロセッサ（１６４）へは時分割で通信を行う。但し、結合器１５１１，１５１２で信号が減衰するのと、半導体集積回路装置１６４，１３４，１４４内に設けられた送受信器と結合器１６１，１３１，１４１の間の信号長が異なるので、各結合器１６１，１３１，１４１の両端に入力される差動信号の振幅及び位相がズレて信号伝達性能は劣化することになる。
なお、図においては、第１モジュール１６０では結合器１６１の長さを２つの結合器に対応する長さにしているが、３つ以上の結合器に対応する長さにしても良く、その場合には、結合器の長さに応じた数のモジュールを結合することが可能になる。但し、結合器の数が増えるほど、信号伝達性能は劣化することになる。
次に、図３３乃至図３７を参照して、本発明の実施例１８の方向性結合式通信装置を説明する。図３３は、本発明の実施例１８の方向性結合式通信装置を構成するモジュールの構成説明図であり、図３３（ａ）は第１モジュールの平面図であり、図３３（ｂ）は第２モジュールの平面図であり、図３３（ｃ）は第２モジュールを反転させて重ね合わせた場合の透視平面図である。
図３３（ａ）或いは図３３（ｂ）に示すように、各モジュール１１０１，１１０２はＦＰＣ１１１１，１１１２に結合器１１２１，１１２２を形成し、結合器１１２１，１１２２の一端に引出し伝送線路１１３１，１１３２を接続するとともに、他端を終端線１１４１，１１４２に接続する。なお、ＦＰＣ１１１１，１１１２の背面にはプレーン１１５１，１１５２が設けられており、結合器１１２１,１１２２に対向する部分はプレーンの欠落部１１６１，１１６２が形成されている。
次に、図３４乃至図３７を参照して、本発明の実施例１８の動作原理を説明するが、図４乃至図６で説明した動作原理と基本的には同じである。まず、図３４（ａ）に示すように、結合器１１２１の（＋）１信号の入力端をＡ１端とし、結合器１１２１の終端線１１４１との接続点をＢ１端とする。同様に、結合器１１２２の信号の出力端をＡ２端とし、結合器１１２２の終端線１１４２との接続点をＢ２端とする。
図３４（ｂ）は、（＋）１信号の一例を示す波形図であり、図３４（ｃ）は、Ｂ１端での反射波の波形図である。Ｂ１端は終端線１１４１と接続して終端電位（ＶＴＴ）に接地されているので、Ｂ１端の電位は常に終端電位（ＶＴＴ）であり変化しない。したがって、（＋）１信号がＢ１端に到達すると、Ｂ１端の電位が一定であるように逆極性の波形が反射波として形成されてＡ１端に向かって進行する。この場合、反射波は（＋）１信号がＢ１端に到達するまでの時間ＴＤが経ってから発生する。
信号（＋）１が結合器１１２１のＡ１端からＢ１端に向けて伝搬するとき、図４乃至図６で説明した動作原理と全く同様にｉ＝Ｃ（ｄｖ／ｄｔ）およびｖ＝Ｌ（ｄｉ／ｄｔ）の結合作用により、容量結合性電流と誘導結合性電流が結合器１１２２に誘起して流れ、Ａ２端では図３５（ａ）に示した波形の容量結合信号が現れる。また、Ｂ２端では図３５（ｂ）に示した容量結合信号が現れる。
一方、誘導結合性電流も、図４乃至図６で説明した動作原理と全く同様に、図３５（ｃ）に示す波形となり、容量結合信号との重ね合わせにより図３５（ｅ）に示す波形となる。
また、Ｂ２端に生じる信号は、図３５（ｄ）に示すように容量結合でＢ２端に生じる信号と反対の符号になって弱め合い、結果的にＢ２端では、多くの場合、図３５（ｆ）に示すように、負の信号が伝搬する。
一方、Ｂ１端から反射波によって、図４乃至図６で説明した動作原理と同様の原理により、Ａ２端に図３６（ａ）に示す逆の極性の反射波の結合信号と、Ｂ２端に図３６（ｂ）に示す同じ極性の結合信号とを生じる。なお、Ａ２端に現れる結合信号は（＋）１信号が結合器１１２１の往復に要する時間２ＴＤ経った後で現れることになる。一方、Ｂ２端に現れる結合信号は、Ｂ１端で反射が始まったと同時に発生するため、ＴＤの時間を要する。
したがって、Ａ２端では図３５（ｅ）に示す結合信号と図３６（ａ）に示す結合信号の重ね合わせにより図３６（ｃ）の信号を生成する。同様に、Ｂ２端では図３５（ｆ）に示す結合信号と図３６（ｂ）に示す結合信号の重ね合わせにより図３６（ｄ）の信号を生成する。
図３６（ｄ）に示したＢ２端に達した結合信号は、Ｂ２端が終端線１１４２に接続して短絡しているので、逆極性の反射波となってＡ２端に図３７（ａ）に示す波形となって現れる。この反射波による信号は結合器１１２２を伝搬する時間であるＴＤだけ遅延し、全体で２ＴＤだけ遅延する。
したがって、Ａ２端には、図３７（ａ）に示した波形と、図３６（ｃ）に相当する図３７（ｂ）に示した波形の重ね合わせにより、図３７（ｃ）に示す波形が現れることになる。したがって、この実施例１８においても、遠端クロストークに相当するＢ２端に現れる結合信号を通信のために利用しているので、信号伝送の信頼性を高めることができる。
なお、図３４の結合器１１２１，１１２２の長さを図４の結合器１２１，１２２の長さの半分にすると、図３５乃至図３７に関して説明した波形が結合器の一端から他端に到達するまでの時間はＴＤ／２となり、往復に要する時間はＴＤとなる。したがって、図３７（ｃ）における２ＴＤは半分のＴＤとなるので、図３７（ｃ）の波形は図６（ｃ）の波形と等しくなる。即ち、この実施例１８の結合器は、実施例１の結合器の半分の長さで、同じ信号を通信することができ、結合器を小さくすることができる。但し、差動信号ではなくシングルエンド信号なので、同相ノイズに対する耐性は低くなる。
次に、図３８を参照して、本発明の実施例１９の方向性結合式差動通信装置を説明するが、実施例１の方向性結合式差動通信装置の改善例である。図３８は、本発明の実施例１９の方向性結合式差動通信装置の構成説明図であり、図３８（ａ）は概略的斜視図であり、図３８（ｂ）は概略的側面図である。ここでは、主基板（マザーボード）と子基板のモジュール間のインタフェースを実現する際に、子基板の表面に結合器を直接設けたものである。
実施例１と同様に主基板４０にＦＰＣ４２１，４２２を用いた結合器要素４１１，４１２が設置されていて、各結合器要素４１１，４１２には、結合器４３１，４３２が設けられており、引出し伝送線路４４１，４４２，４５１，４５２を介して送受信回路４６に接続されている。
一方、ディスプレイモジュール（子基板）５０の表面に結合器５３１，５３２を直接設けて、引出し伝送線路５４１，５４２，５５１，５５２を介して送受信回路５６に接続されている。ここで、主基板４０に設けたテラス部材６１１，６１２を利用して結合器要素４１１，４１２に設けた結合器４３１，４３２が子基板５０に設けた結合器５３１，５３２に近接設置するように構成する。なお、主基板４０と子基板５０は、支持部材６２を用いて積層する。ここでも、互いに対向する結合器同士の電磁界結合において、結合系インピーダンスＺ０−ｃｏｕｐｌｅｄの整合を取るよう設定する。
このように、本発明の実施例１９においては子基板上の配線で結合器と引出し伝送線路を形成することができ、ＦＰＣが不要になるので低コスト化が可能になる。また、実施例１の場合には、ＦＰＣを小さな曲率半径で曲げる必要があるが、実施例１９においてはＦＰＣを用いないので製造工程を簡素化することができる。
次に、図３９を参照して、本発明の実施例２０の方向性結合式差動通信装置を説明するが、実施例１９の方向性結合式差動通信装置の改善例である。図３９は本発明の実施例１９の方向性結合式差動通信装置の構成説明図であり、図３９（ａ）は概略的斜視図であり、図３９（ｂ）は概略的側面図である。ここでは、主基板（マザーボード）と子基板のモジュール間のインタフェースを実現する際に、親基板及び子基板の表面に結合器を直接設けるとともに、誘電体を用いて電磁界結合を強くしたものである。
主基板４０の表面に直接結合器４３１，４３２が設けられており、引出し伝送線路４４１，４４２，４５１，４５２を介して送受信回路４６に接続されている。一方、ディスプレイモジュール（子基板）５０の表面に結合器５３１，５３２を直接設けて、引出し伝送線路５４１，５４２，５５１，５５２を介して送受信回路５６に接続されている。
ここで、結合器４３１，４３２と結合器５３１，５３２との間に比誘電率が１より高い物質、例えば、ＢａＯ−Ｒ２Ｏ２−ＴｉＯ２等からなる誘電体セラミックス等の誘電体６９１，６９２を設けて、結合器４３１，４３２と結合器５３１，５３２との間の電磁界結合を強める。なお、主基板４０と子基板５０は、支持部材６２を用いて積層する。ここでも、互いに対向する結合器同士の電磁界結合において、結合系インピーダンスＺ０−ｃｏｕｐｌｅｄの整合を取るよう設定する。
このように、本発明の実施例２０においては親基板及び子基板上の配線で結合器と引出し伝送線路を形成することができ、テラス部材及びＦＰＣが不要になるので低コスト化が可能になる。また、実施例１の場合には、ＦＰＣを小さな曲率半径で曲げる必要があるが、実施例２０においてはＦＰＣを用いないので製造工程を簡素化することができる。
次に、図４０及び図４１を参照して、本発明の実施例２１の方向性結合式差動通信装置を説明するが、この実施例２１は上述の実施例１１の改善例である。即ち、実施例１１においては、電磁界シミュレーションの結果、図２１（ａ）に示した閉回路において、結合器９２，９３の長さが長い場合に、閉回路内に定在波が存在して信号が歪むことが分かった。
図４０は電磁界シミュレーション結果の説明図であり、結合器の長さＬが２．５ｍｍの場合には平坦な特性が得られるが、長さが５．０ｍｍ、７．５ｍｍ、１０．０ｍｍになった場合に、結合度にこぶが現れ平坦性が失われる。因みに、Ｌ＝５．０ｍｍ、７．５ｍｍ、１０．０ｍｍの場合のピーク値は０．６３８ｄＢ＠７．０００ＧＨｚ、０．６９９ｄＢ＠５．１００ＧＨｚ、０．６７３ｄＢ＠４．０５０ＧＨｚである。
図４１は、本発明の実施例２１の方向性結合式差動通信装置の概略的構成図であり、図４１（ａ）は第３モジュールの平面図であり、図４１（ｂ）は第１モジュール及び第２モジュールの平面図であり、図４１（ｃ）は第１モジュール及び第２モジュールを反転して重ね合わせた場合の透視平面図である。
この実施例２１においては、図４１（ａ）に示すように、第３モジュール９０に設けた２つの結合器を夫々２つの結合器９２１，９２２及び２つの結合器９３１，９３２とそれらを連結する終端抵抗９２３，９３３で構成する。ここで、引出し伝送線路９４と引出し伝送線路９５とは等長とする。終端抵抗９２３，９３３の抵抗値は引出し伝送線路９４と引出し伝送線路９５の特性インピーダンスに整合させる。
なお、第１モジュール７０及び第２モジュール８０は上記の実施例１１と同様であり、それぞれ結合器７２，８２が設けられており、送受信回路を備えた半導体集積回路装置と引出し伝送線路７３，７４，８３，８４により接続されている。
このように、本発明の実施例２１においては、閉回路内に終端抵抗を挿入し、信号を整合終端させることで、定在波を減衰させ、信号歪を除去することが可能になる。
次に、図４２を参照して、本発明の実施例２２の方向性結合式差動通信装置を説明するが、この実施例２２は上述の実施例１３の改善例である。即ち、実施例１３においても実施例１１と同様に、第３モジュールを構成する閉回路において、結合器９２，９３の長さが長い場合に、閉回路内に定在波が存在して信号が歪むことが分かった。
図４２は、本発明の実施例２２の方向性結合式差動通信装置の概略的構成図であり、図４２（ａ）は第３モジュールの平面図であり、図４２（ｂ）は第１モジュール及び第２モジュールの平面図であり、図４２（ｃ）は第１モジュール及び第２モジュールを反転して重ね合わせた場合の透視平面図である。
この実施例２２においては、図４２（ａ）に示すように、第３モジュール９０に設けた２つの結合器を夫々２つの結合器９２１，９２２及び２つの結合器９３１，９３２とそれらを連結する終端抵抗９２３，９３３で構成する。ここで、引出し伝送線路９４と引出し伝送線路９５とは等長とする。終端抵抗９２３，９３３の抵抗値は引出し伝送線路９４と引出し伝送線路９５の特性インピーダンスに整合させる。
なお、第１モジュール７０及び第２モジュール８０は上記の実施例１３と同様であり、それぞれ結合器７２，８２が設けられており、送受信回路を備えた半導体集積回路装置と引出し伝送線路７３，７４，８３，８４により接続されている。
このように、本発明の実施例２２においても、閉回路内に終端抵抗を挿入し、信号を整合終端させることで、定在波を減衰させ、信号歪を除去することが可能になる。
次に、図４３を参照して、本発明の実施例２３の方向性結合式差動通信装置を説明するが、この実施例２３は上述の実施例１４の改善例である。即ち、実施例１４においても実施例１１と同様に、第３モジュールを構成する閉回路において、結合器９２，９３の長さが長い場合に、閉回路内に定在波が存在して信号が歪むことが分かった。
図４３は、本発明の実施例２３の方向性結合式差動通信装置の概略的構成図であり、図４３（ａ）は第３モジュールの平面図であり、図４３（ｂ）は第１モジュール及び第２モジュールの平面図である。
この実施例２３においては、図４３（ａ）に示すように、第３モジュール９０に設けた２つの結合器を夫々２つの結合器９２１，９２２及び２つの結合器９３１，９３２とそれらを連結する終端抵抗９２３，９３３で構成する。ここで、引出し伝送線路９４と引出し伝送線路９５とは等長とする。終端抵抗９２３，９３３の抵抗値は引出し伝送線路９４と引出し伝送線路９５の特性インピーダンスに整合させる。
なお、第１モジュール７０及び第２モジュール８０は上記の実施例１４と同様であり、それぞれ結合器７２，８２が設けられており、それぞれ送受信回路６７，６８と引出し伝送線路７３，７４，８３，８４により接続されている。
このように、本発明の実施例２３においては、閉回路に設ける結合器を２つの結合器とそれらを連結する終端抵抗により構成しているので実施例２１或いは実施例２２と同様に結合度特性を平坦にすることができ、それによって信号歪を除去することができる。
次に、図４４を参照して、本発明の実施例２４の方向性結合式差動通信装置を説明する。この実施例２４は、上記の実施例１１の方向性結合式差動通信装置における第１モジュール７０及び第２モジュール８０をパッケージにより形成したものであり、それ以外の結合器同士の結合状態等は実施例１１と同様である。
図４４は、本発明の実施例２４の方向性結合式差動通信装置の概念的構成を示す断面図であり、パッケージの内部には半導体集積回路チップが実装されている。
図４４に示すように、第１モジュール及び第２モジュールをパッケージ１７０１，１７０２で構成した場合には、パッケージ１７０１，１７０２の配線を利用して結合器１７２１，１７２２を形成し、基板１７１１，１７１２の裏面に形成したバンプ１７４１，１７４２を用いて第３モジュール９０に接続する。
本発明の実施例２４においては、パッケージの配線で結合器を作れるので、半導体チップの配線を使って結合器を作る場合よりも第３モジュールの結合器端の近くに配置でき、結合度を強くできる。なお、図においては、基板１７１１，１７１２の半導体チップ搭載面側の配線を用いて結合器を形成しているが、基板１７１１，１７１２の裏面側の配線を用いて結合器を形成しても良い。
次に、図４５及び図４６を参照して、本発明の実施例２５の方向性結合式差動通信装置を説明する。この実施例２５は、上記の実施例１５の方向性結合式差動通信装置をマルチドロップバスとして用いるために設計変更したものである。
図４５は、本発明の実施例２５の方向性結合式差動通信装置の説明図であり、各結合器要素１８０１，１８０２，１８０３を重ねて実装してマルチドロップバスを構成する。なお、各結合器要素１８０１，１８０２，１８０３は、それぞれ、ＦＰＣ１８１１，１８１２,１８１３の表面に結合器１８２１，１８２２，１８２３を設け、引出し伝送線路１８３１，１８４１，１８３２，１８４２，１８３３，１８４３に接続されている。また、ＦＰＣ１８１１，１８１２，１８１３の裏面には、結合器１８２１，１８２２，１８２３に対応する部分を欠落部１８６１，１８６２,１８６３とするプレーン１８５１，１８５２，１８５３が設けられている。
また、ＦＰＣ１８１１，１８１２，１８１３の表裏両面には、保護のためのカバーレイ１８７１，１８８１，１８７２，１８８２，１８７３，１８８３を設けており、空隙を介して対向配置する。空隙の間隔は０ｍｍ乃至数ｃｍである。なお、隙間を空けずに、例えばＦＰＣのカバーレイやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの材料でできた絶縁膜を挟んで、結合器１８２１，１８２２，１８２３が投影的に重なるように接着剤等で張り合わせても良い。また、ＦＰＣに限られるものではなく、プリント回路基板（ＰＣＢ）、半導体基板、或いは、パッケージ内の基板でも良い。
図４６は引出し伝送線路の引出し方向の説明図であり、図４６（ａ）は下層に配置する結合器要素１８０１及び上層に配置する結合器要素１８０３の平面図であり、図４６（ｂ）は中間に配置する結合器要素１８０２の平面図である。また、図４６（ｃ）は図４５のように積層した場合の一部透視平面図である。この時、中間の結合器要素１８０２の引出し伝送線路１８３２，１８４２の引出し方向に対して、上下の結合器要素１８０１，１８０３の引出し伝送線路１８３１，１８４１，１８３３，１８４３の引出し方向を反対にして、引出し伝送線路間の結合を小さくする。
本発明の実施例２５においては、３つの結合器を積層方向で投影的に重ねているので、真ん中の結合器要素１８０２をバスとするマルチドロップバスを構成して、結合器１８２２から結合器１８２１及び結合器１８２３へ同時に通信することができる。また、下の結合器要素１８０１をバスとするマルチドロップバスを構成して、結合器１８２１から結合器１８２２及び結合器１８２３へ同時に通信することも可能になる。
次に、図４７を参照して、本発明の実施例２６の方向性結合式差動通信装置を説明する。図４７は、本発明の実施例２６の方向性結合式差動通信装置の概略的構成図であり、図４７（ａ）は第３モジュールの上面図であり、図４７（ｂ）は第３モジュールの底面図であり、図４７（ｃ）は第３モジュール要部透視平面図である。図４７（ｃ）に示すように、絶縁性基板１９０の表裏に設ける結合器１９１１，１９１２を互いに直交方向に配置することによって、結合器１９１１と結合器１９１２との間の干渉が起こらないようにしたものである。なお、図面における符号１９２１，１９２２，１９３１，１９３２は引出し伝送線路である。なお、図における符号１９４１，１９４２、１９５１，１９５２はそれぞれプレーン及びプレーンの欠落部である。
したがって、結合器１９１１と第１モジュールの結合器を結合させ、結合器１９１２と第２モジュールの結合器を結合させても、第１モジュールと第２モジュールとの間の結合は起こらないので、クロストークが発生することがない。
次に、図４８及び図４９を参照して、本発明の実施例２７の方向性結合式差動通信装置を説明するが、この実施例２７は上述の実施例１の変形例である。図４８は、本発明の実施例２７の方向性結合式差動通信装置の概略的構成図であり、図４８（ａ）は第１モジュールの結合器要素の平面図であり、図４８（ｂ）は第２モジュールの結合器要素の平面図である。また、図４８（ｃ）は第２モジュールを表裏反転させて積層した場合の透視平面図である。
この実施例２７においては、図４８（ａ）に示すように、第１モジュールの結合器要素４１に設けた結合器４３を円弧状結合器とする。また、図４８（ｂ）に示すように、第２モジュールに設けた結合器要素５１に設ける結合器５３も、結合器４３と同じ形状の円弧状結合器とする。ここでは、図４８（ｃ）に示すように、第２モジュールを角度θ回転させた状態で積層する。なお、ここでは、第２モジュールの表裏を反転させて積層しているが、反転させずに積層しても良い。
図４９は、結合度の角度θ依存性の説明図であり、図４９（ａ）はθ＝０°の場合の結合度の説明図であり、図４９（ｂ）はθ＝９０°の場合の結合度の説明図であり、図４９（ｃ）はθ＝１８０°の場合の結合度の説明図である。図に示すように、θ＝０°〜θ＝１８０°の間で安定した結合度が得られることが電磁界シミュレーションにより分かった。
したがって、第１モジュール及び第２モジュールの引出し伝送線路４４，４５，５４，５５を自由な角度に引出すことができ、設計自由度を大きくすることができる。なお、第１モジュール及び第２モジュールに対して回転自在に設置することによって、回転部に用いる電磁界結合コネクタとすることができる。
次に、図５０を参照して、本発明の実施例２８の方向性結合式差動通信装置を説明するが、この実施例２８は上述の実施例２７の変形例である。図５０は、本発明の実施例２８の方向性結合式差動通信装置の概略的構成図であり、図５０（ａ）は第１モジュールの結合器要素の平面図であり、図５０（ｂ）は第２モジュールの結合器要素の平面図である。また、図５０（ｃ）は第２モジュールを積層した場合の透視平面図である。なお、ここでは、第２モジュールの表裏を反転させて積層しているが、反転させずに積層しても良い。
この実施例２８においては、図５０（ａ）に示すように、第１モジュールの結合器要素４１に設けた結合器４３を実施例２７と同様にほぼ円状の円弧状結合器とする。一方、図５０（ｂ）に示すように、第２モジュールの結合器要素５１に設ける結合器５３は三日月状の円弧状結合器とする。
図５０（ｃ）に示すように、一方の結合器を三日月状の円弧状結合器としても、どのような角度θで結合させても結合度はほとんど変わらないので、回転部に用いる電磁界結合コネクタとすることができる。
次に、図５１を参照して、本発明の実施例２９の方向性結合式差動通信装置を説明する。図５１は、本発明の実施例２９の方向性結合式差動通信装置の概略的構成図であり、回転部に用いる電磁界結合コネクタとして好適な構造としたものである。図５１（ａ）は装置の一部透視要部斜視図であり、図５１（ｂ）及び図５１（ｃ）は電磁界結合コネクタの斜視図である。
図５１（ａ）に示すように、ＰＣ本体部２０１とＰＣディスプレイ２０２との結合部のヒンジ２０３に引出し伝送線路２０５１，２０６１に接続された弧状結合器２０４１を固定して設け、引出し伝送線路２０５２，２０６２に接続された弧状結合器２０４２を弧状結合器２０４１の内部に回転自在に入れ子状に組み込んで電磁界コネクタを形成する。
図５１（ｂ）に示すように、弧状結合器２０４１，２０４２はヒンジ２０３の延在方向に沿って厚みを有している。弧状結合器２０４２は弧状結合器２０４１の内部に同心円状に回転自在に入れ子状に込みこまれている。なお、図５１（ｂ）はＰＣディスプレイ２０２を開いた状態の構成として示している。
或いは、図５１（ｃ）に示すように、ヒンジ２０３の延在方向の長さを長くして、長さ方向、即ち、ヒンジ２０３の延在方向に信号を流すようにしても良い。
このように、本発明の実施例２９においては、ヒンジ部に電磁界結合コネクタを設けているので、ＰＣ本体部２０１とＰＣディスプレイ２０２を配線で接続する必要がなくなる。
１０１ 第１モジュール
１０２ 第２モジュール
１１１ 第１絶縁性基板
１１２ 第２絶縁性基板
１２１ 第１結合器
１２２ 第２結合器
１３１，１３２，１４１，１４２ 入出力接続線
１５１，１５２ 送受信回路
１６１，１６２ 電磁シールド層
１７１，１７２ 欠落部
１８１，１８２，１９１，１９２ カバーレイ
４０ 主基板
４１，４１１，４１２，５１，５１１，５１２ 結合器要素
４２，４２１，４２２，５２，５２１，５２２ ＦＰＣ
４３，４３１，４３２，４３３，５３，５３１，５３２ 結合器
４４，４４１，４４２，４５，４５１，４５２，５５，５４１，５４２，５５１，５５２ 引出し伝送線路
４６，５６ 送受信回路
４７，４７１，４７２，５７，５７１，５７２ プレーン
４８，４８１，４８２，５８，５８１，５８２ 欠落部
４９１，４９２，５９１，５９２ カバーレイ
５０ 子基板
６１，６１１，６１２ テラス部材
６２ 支持部材
６３１，６３２，６４１，６４２ ボンディングワイヤ
６５，６６ 半導体集積回路装置
６７，６８ 送受信回路
６９１，６９２ 誘電体
７０ 第１モジュール
７１，８１，９１：ＦＰＣ
７２，８２，９２，９２１，９２２，９３，９３１，９３２ 結合器
７３，７４，８３，８４，９４，９５ 引出し伝送線路
７５，８５ 半導体集積回路装置
７６，８６，９６ プレーン
７７，８７ 半導体チップ
７８，８８ バンプ
７９，８９ ボンディングワイヤ
８０ 第２モジュール
９０ 第３モジュール
９２３，９３３ 終端抵抗
９７，９８ カバーレイ
９９ ＦＲ４基板
１００ ＰＣＢ
１０１ ＦＲ４基板
１０２ プレーン
１０３，１０４ カバーレイ
１１０１，１１０２ モジュール
１１１１，１１１２ ＦＰＣ
１１２１，１１２２ 結合器
１１３１，１１３２ 引出し伝送線路
１１４１，１１４２ 終端線
１１５１，１１５２ プレーン
１１６１，１１６２ 欠落部
１２０，１５０，１６０ 第１モジュール
１２１，１３１，１４１，１５１１，１５１２，１６１ 結合器
１２２，１２３，１３２，１３３，１４２，１４３ 引出し伝送線路
１２４，１３４，１４４，１５４，１６４ 半導体集積回路装置
１２５，１５６，１６５ ＲＦ４基板
１２６，１５８，１５９，１６７，１６８ カバーレイ
１３０ 第２モジュール
１４０ 第３モジュール
１５２，１５３，１６２，１６３ 引出し信号線路
１５５ 接続伝送線路
１７０１，１７０２ パッケージ
１７１１，１７１２ 基板
１７２１，１７２２ 結合器
１７３１，１７３２ キャップ
１７４１，１７４２ バンプ
１８０１，１８０２，１８０３ 結合器要素
１８１１，１８１２，１８１３ ＦＰＣ
１８２１，１８２２，１８２３ 結合器
１８３１，１８３２，１８３３，１８４１，１８４２，１８４３ 引出し伝送線路
１８５１，１８５２，１８５３ プレーン
１８６１，１８６２，１８６３ 欠落部
１８７１，１８７２，１８７３，１８８１，１８８２，１８８３ カバーレイ
１９０ 絶縁性基板
１９１１，１９１２ 結合器
１９２１，１９２２，１９３１，１９３２ 引出し伝送線路
１９４１，１９４２ プレーン
１９５１，１９５２ 欠落部
２０１ ＰＣ本体部
２０２ ＰＣディスプレイ
２０３ ヒンジ
２０４１，２０４２ 弧状結合器
２０５１，２０５２，２０６１，２０６２ 引出し伝送線路
２１０１，２１０２ モジュール
２１１１，２１１２ 基板
２１２１，２１２２ 信号線路
２１４１，２１４２ 抵抗
２１５１，２１５２ 半導体集積回路装置
２２４１，２２４２ 帰還線路
２２５１，２２５２，２２６１，２２６２ 伝送線路

Claims (30)

  1. 第１絶縁性基板上に設けられた一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第１結合器を有する第１モジュールと、
    第２絶縁性基板上に設けられた一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第２結合器を有する第２モジュールとを、
    前記第１結合器と前記第２結合器とがその少なくとも一部が積層方向から見て投影的に重なって前記第１結合器と前記第２結合器の間に容量結合および誘導結合を用いて信号結合が生じるように前記第１モジュールと前記第２モジュールとを積層したことを特徴とする方向性結合式通信装置。
  2. 前記第１結合器に接続された入出力接続線と前記第２結合器に接続された入出力接続線との信号結合が前記第１結合器と前記第２結合器との間の信号結合より弱くなる状態で前記第１モジュールと前記第２モジュールとを積層したことを特徴とする請求項１に記載の方向性結合式通信装置。
  3. 前記第１のモジュール及び前記第２のモジュールの少なくとも一方が、前記入出力接続線に接続された送受信回路を備えた半導体集積回路装置を有していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の方向性結合式通信装置。
  4. 前記半導体集積回路装置に備えられた前記送受信回路の入出力端子にインピーダンス整合回路が接続されていることを特徴とする請求項３に記載の方向性結合式通信装置。
  5. 前記第１結合器の他方の端部に接続されるのが入出力接続線であり、
    前記第２結合器の他方の端部に接続されるのが入出力接続線であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方向性結合式通信装置。
  6. 前記第１結合器の両方の端部に接続された入出力接続線の接続部が前記第１結合器の長軸方向に延在するとともに、前記第２結合器の両方の端部に接続された入出力接続線の接続部が前記第２結合器の長軸方向に延在することを特徴とする請求項５に記載の方向性結合式通信装置。
  7. 前記第１結合器の両方の端部に接続された入出力接続線の接続部が前記第１結合器の長軸方向に沿った側面の端部に接続されるとともに、前記第２結合器の両方の端部に接続された入出力接続線の接続部が前記第２結合器の長軸方向に沿った側面の端部に接続されることを特徴とする請求項５に記載の方向性結合式通信装置。
  8. 前記第１結合器或いは前記第２結合器の少なくとも一方が突起部上に載置させるとともに、前記突起部上に載置された結合器の前記入出力接続線の接続部の近傍が前記突起部の側面に沿って配置されることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の方向性結合式通信装置。
  9. 前記第１結合器に接続する入出力接続線及び前記第２結合器に接続する入出力接続線が、ボンディングワイヤであることを特徴とする請求項５に記載の方向性結合式通信装置。
  10. 前記第１結合器に接続する入出力接続線及び前記第２結合器に接続する入出力接続線が、信号線路であることを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の方向性結合式通信装置。
  11. 前記第１結合器の他方の端部に接続されるのが接地線であり、
    前記第２結合器の他方の端部に接続されるのが接地線であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方向性結合式通信装置。
  12. 前記第１結合器の長さが、前記第２結合器の長さより長いことを特徴とする請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の方向性結合式通信装置。
  13. 前記第１結合器の長軸と、前記第２結合器の長軸とが、互いに非平行であることを特徴とする請求項１乃至請求項１２のいずれか１項に記載の方向性結合式通信装置。
  14. 前記第１結合器及び前記第２結合器が、結合器の両端が近づくように複数回屈曲した形状であることを特徴とする請求項５に記載の方向性結合式通信装置。
  15. 前記第１絶縁性基板の前記第１結合器を配置した面と反対側の面或いは前記第２絶縁性基板の前記第２結合器を配置した面と反対側の面の少なくとも一方に電磁シールド層を有することを特徴とする請求項１乃至請求項１４のいずれか１項に記載の方向性結合式通信装置。
  16. 前記電磁シールド層が、前記第１結合器或いは前記第２結合器に対向する位置に欠落部を有することを特徴とする請求項１５に記載の方向性結合式通信装置。
  17. 前記第１のモジュールの前記第１絶縁性基板に一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第３結合器が設けられ、
    絶縁性基板上に一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第４結合器を設けた第３モジュールを、
    前記第３結合器と前記第４結合器が少なくとも一部が積層方向から見て投影的に重なり前記第３結合器と前記第４結合器との間に容量結合および誘導結合を用いて信号結合が生じるように積層したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方向性結合式通信装置。
  18. 前記第３結合器の両端部と第１結合器の両端部が等長配線で接続され、
    前記第１のモジュールは、前記第２のモジュールと前記第３のモジュール間の通信を媒介することを特徴とする請求項１７に記載の方向性結合式通信装置。
  19. 前記第１のモジュールの前記第１絶縁性基板に設けられた第１結合器が少なくとも２個の結合器に対応する長さを有し、
    絶縁性基板上に一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第４結合器を設けた第３モジュールを、
    前記第１結合器と前記第４結合器が少なくとも一部が積層方向から見て投影的に重なり、前記第１結合器と前記第４結合器との間に容量結合および誘導結合を用いて信号結合が生じるように積層したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方向性結合式通信装置。
  20. 前記第１の絶縁性基板の前記第２モジュールを積層した面と反対側の面に、
    絶縁性基板上に一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第３結合器を設けた第３モジュールを、
    前記第１結合器と前記第３結合器との間容量結合および誘導結合を用いて信号結合が生じるように積層したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方向性結合式通信装置。
  21. 前記第１のモジュールが半導体集積回路装置としてマイクロプロセッサを搭載しており、
    前記第２のモジュール及び前記第３のモジュールが半導体集積回路装置として前記マイクロプロセッサとの間で通信を行う半導体記録装置を搭載していることを特徴とする請求項１７、請求項１９或いは請求項２０のいずれか１項に記載の方向性結合式通信装置。
  22. 前記第１結合器と前記第２結合器との間に、電磁界結合を強める板状の誘電体を挿入したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方向性結合式通信装置。
  23. 前記第１結合器及び前記第３結合器がそれぞれ、２つの結合器と、前記２つの結合器を連結する終端抵抗により構成されていることを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の方向性結合式通信装置。
  24. 前記第１結合器及び第２結合器が同じ曲率半径を有する円弧状結合器であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方向性結合式通信装置。
  25. 前記第２モジュールの前記第２結合器の中心が前記第１モジュールの前記第１結合器の中心と一致しており、前記第２モジュールが前記第１モジュールに対して回転自在に設けられていることを特徴とする請求項２４に記載の方向性結合式通信装置。
  26. 前記第２結合器の円弧の長さが、前記第１結合器の円弧の長さより短いことを特徴とする請求項２４または請求項２５に記載の方向性結合式通信装置。
  27. 第３絶縁性基板上に設けられた一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第３結合器を有する第３モジュールとをさらに設け、
    前記第１結合器と前記第２結合器と前記第３結合器がその少なくとも一部が積層方向から見て投影的に重なって前記第１結合器と前記第２結合器と前記第３結合器との間に容量結合および誘導結合を用いて信号結合が生じるように前記第１モジュール乃至前記第３モジュールを積層したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方向性結合式通信装置。
  28. 前記第１絶縁性基板の前記第１モジュールを積層した面と反対側の面に、前記第１結合器の長手方向と第３結合器の長手方向が直交するように第３結合器を備えた第３モジュールを積層したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の方向性結合式通信装置。
  29. 第１絶縁性基板上に設けられた一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された弧状の第１結合器と、
    一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された弧状の第２結合器とを
    有し、
    前記第２結合器の結合器の直径は前記第１結合器の結合器の直径より小さく、前記第２結合器が、前記第１結合器の内側に前記第１結合器に対して同心円状に回転自在に組み込まれていることを特徴とする方向性結合式通信装置。
  30. 前記第１結合器及び前記第２結合器が、開閉自在の筐体のヒンジ部に設けられていることを特徴とする請求項２６または請求項２９に記載の方向性結合式通信装置。
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