JP7133486B2 - 信号伝送装置、信号伝送システム - Google Patents
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Description
本発明の第2の態様における信号伝送システムは、信号伝送装置と、カメラと、前記カメラからの信号を送信する送信部とを備えるカメラ部と、信号伝送装置と、前記信号を受信する受信部と、前記カメラへ電力を供給する電源部とを備える制御部と、を有し、前記カメラ部と前記制御部とは、同軸ケーブルを介して接続され、前記信号は、前記カメラ部の前記信号伝送装置における前記信号配線と、前記同軸ケーブルと、前記制御部の前記信号伝送装置における前記信号配線とを介して、前記送信部から前記受信部へ伝送され、前記電源部は、前記制御部の前記信号伝送装置における前記電源配線、前記信号・電源分離フィルタ、前記分岐配線、前記幅広配線および前記信号配線と、前記同軸ケーブルと、前記カメラ部の前記信号伝送装置における前記信号配線、前記幅広配線、前記分岐配線、前記信号・電源分離フィルタおよび前記電源配線とを介して、前記カメラへ前記電力を供給する。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態の説明により明らかにされる。
本実施形態を説明する前に、本実施形態と対比される比較例について説明する。
図1は比較例における信号伝送装置の構成図である。信号伝送装置は、信号配線1の中央で分岐して、インダクタ部品2-1~2-3により構成される信号・電源分離フィルタを介して電源配線10に接続される。図1に示すように、インダクタ部品2-1~2-3は、サイズおよび特性の異なる複数の部品を使った構成をとることが多い。
第1の実施形態における信号伝送装置20について図面を参照して説明する。信号伝送装置20は、車載機器のカメラとECU(エレクトロニック・コントロール・ユニット)の間の通信を代表に、その他の情報機器、インフラ用制御機器など、信号線に電源を重畳して伝送する様々な製品分野に適用可能である。
さらに、本実施形態では、基板にパターン配線を施すことによりフィルタを構成できるため、追加コストを抑えることができる。
次に、第2の実施形態における信号伝送装置について説明する。なお、第1の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。
図5(A)に示すように、基板11は多層配線基板であり、L1層~L7層により構成される。信号配線1のリターン経路はL2層のグランド配線7-1である。図5(B)に示す幅広配線3の部分に対応して、図5(A)に示すように、L2層のグランド配線からグランドビア6を介して下のL4層のグランド配線7-2にリターン経路を変更する。すなわち、幅広配線3と基板11の下層におけるグランド配線7-2との距離は、信号配線1と基板11の下層におけるグランド配線7-1との距離よりも離れている。このように、グランド配線7-2を幅広配線3から離すことにより、特性インピーダンスの調整を行う。
λ=v/f = Tv = 10 [ps] x 3x108[m/s] /√3=1.73[mm] (1)
ここで、vは電磁波の伝搬速度、fは周波数、Tは周期である。式(1)により計算される値より幅広配線3を長くするとインピーダンスの不連続の影響が発生する。
第3の実施形態における信号伝送装置20について、図6、図7を参照して説明する。なお、第1の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。第3の実施形態では、第1の実施形態で説明した信号伝送装置20のフィルタの周波数範囲を更に拡大する。
第4の実施形態における信号伝送装置20について、図8、図9(A)、図9(B)を参照して説明する。なお、第3の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。第3の実施形態では、オープンスタブ配線の長さで周波数を決めているので、基板11上に広い実装面積を必要とする。そこで、本実施形態では、スルーホールを利用した高密度なオープンスタブ構造(以降、ビアスタブ配線と称する)を提供する。
図9(A)は、本実施形態における配線の基板透視斜図を、図9(B)は、基板断面図を示す。図9(A)に示すように、オープンスタブ配線4-1は、基板11の上面の配線13-1、13-2と、基板11の裏面の配線14-1、14-2とを複数のスルーホール15-1~15-4で接続することにより構成される。図9(B)に示すように、基板11のトップ層とボトム層の間をスルーホールで往復させることでスタブ長を稼いで、オープンスタブ共振周波数を低くする特徴がある。
第5の実施形態における信号伝送装置について、図10を参照して説明する。なお、第3の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態では、高速信号の伝送特性をより改善するために配線パターンを改良した。
第6の実施形態における信号伝送装置について、図11を参照して説明する。なお、第5の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態では、信号伝送装置を高密度に配置した例を示す。
第7の実施形態における信号伝送装置について、図12を参照して説明する。なお、第3の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。第7の実施形態では、差動信号配線への電源重畳に信号伝送装置を活用したものであり、活用形態として、例えばPoDL(Power over Data Line)がある。
換言すれば、信号伝送装置は、信号配線1-1と幅広配線3-1とオープンスタブ配線4-1~4-2とを有する第1の信号伝送回路12-1と、信号配線1-1と信号配線1-2とが互いに隣接して第1の信号伝送回路12-1と対称に配置された第2の信号伝送回路12-2を備える。第2の信号伝送回路12-2は、信号配線1-2と幅広配線3-2とオープンスタブ配線4-3~4-4とを有する。
第8の実施形態における信号伝送装置について、図13を参照して説明する。なお、第6の実施形態と同一の個所には同一の符号を付してその説明を省略する。本実施形態では、差動信号配線への電源重畳に信号伝送装置を活用したものであり、信号伝送装置を高密度に配置した例を示す。
第9の実施形態における信号伝送装置の適用例について図14を参照して説明する。
図14は、カメラ部24と制御部25とを同軸ケーブル23で接続した信号伝送装置の一例を示す。同軸ケーブル23を用いて、制御部25からカメラ部24へ電源を供給するとともに、同じ同軸ケーブル23を介して、主にカメラ部24から制御部25に対して高速に信号を伝送する。
(1)信号伝送装置20は、信号配線1、11-1、11-2と、信号配線1、11-1、11-2の一方および他方に連続して形成され、信号配線1、11-1、11-2の少なくとも一方または他方の配線幅よりも広い配線幅を有する幅広配線3、3-1~3-4と、幅広配線3、3-1~3-4から分岐した分岐配線26を介して信号・電源分離フィルタが接続される電源配線10と、分岐配線26に接続され、先端が開放されているオープンスタブ配線4-1~4-4とを備えた。これにより、フィルタ周波数の範囲を高周波側に広げることが可能になる。
2-1~2-3 インダクタ部品
3、3-1~3-4 幅広配線
4-1~4-4 オープンスタブ配線
5、5-1~5-4 グランド配線パターン
6、6-1、6-2 グランドビア
7-1~7-2 グランド配線
9-1~9-2 ケーブル用コネクタ
10 電源配線
11 基板
12-1~12-2 信号伝送回路
13-1~13-2、14-1~14-2 接続配線
15-1~15-4 スルーホール
16-1~16-2 差動ケーブル用コネクタ
20 信号伝送装置
23 同軸ケーブル
24 カメラ部
21 カメラ
24-1 画像IC
24-2 シリアライザ
24-3 コンデンサ
24-4、25-1 配線部
24-5、25-5 DCDCコンバータ
25 制御部
25-2 コンデンサ
25-3 デシリアライザ
25-4 制御IC
26 分岐配線
Claims (12)
- 信号配線と、
前記信号配線に連続して形成され、前記信号配線の配線幅よりも広い配線幅を有する幅広配線と、
前記幅広配線から分岐して形成された分岐配線と、
前記分岐配線と接続された信号・電源分離フィルタと、
前記信号・電源分離フィルタを介して前記分岐配線と接続された電源配線と、
前記分岐配線における前記幅広配線と前記信号・電源分離フィルタとの間に一端側が接続され、他端側の先端が開放されているオープンスタブ配線とを備えた信号伝送装置。 - 請求項1に記載の信号伝送装置において、
前記信号配線、前記幅広配線、前記分岐配線および前記オープンスタブ配線はプリント配線基板上にそれぞれ形成される信号伝送装置。 - 請求項2に記載の信号伝送装置において、
前記プリント配線基板は、前記信号配線および前記幅広配線の層よりも下層に配置されて前記信号配線のリターン経路を形成するグランド配線を有し、
前記プリント配線基板における前記幅広配線と前記グランド配線との距離は、前記信号配線と前記グランド配線との距離よりも離れている信号伝送装置。 - 請求項2または3に記載の信号伝送装置において、
前記オープンスタブ配線は、前記プリント配線基板の最上層の配線と最下層の配線をつなぐスルーホールを用いて、前記最上層と前記最下層を複数回往復させることで形成される信号伝送装置。 - 請求項4に記載の信号伝送装置において、
前記オープンスタブ配線を複数有し、
複数の前記オープンスタブ配線は、前記配線の長さと前記スルーホールの合計数とが互いにそれぞれ異なる信号伝送装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の信号伝送装置において、
前記分岐配線と逆側に、前記信号配線に隣接してリターン電流が流れるグランド配線パターンを設けた信号伝送装置。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の信号伝送装置において、
前記オープンスタブ配線は、長さの異なる複数の前記オープンスタブ配線を含む信号伝送装置。 - 請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の信号伝送装置において、
前記信号配線、前記幅広配線、前記分岐配線、前記信号・電源分離フィルタ、前記オープンスタブ配線および前記電源配線を有する第1の信号伝送回路と、
前記信号配線、前記幅広配線、前記分岐配線、前記信号・電源分離フィルタ、前記オープンスタブ配線および前記電源配線を有する第2の信号伝送回路とを備え、
前記第1の信号伝送回路と前記第2の信号伝送回路は、それぞれの前記信号配線が互いに隣接するように対称に配置される信号伝送装置。 - 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の信号伝送装置において、
前記幅広配線の配線幅は前記信号配線の配線幅の少なくとも2倍以上である信号伝送装置。 - 請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の信号伝送装置において、
前記幅広配線の幅広部分は、前記電源配線の側に突き出た台形形状である信号伝送装置。 - 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の信号伝送装置において、
前記幅広配線の幅広部分の長さは、前記信号配線を伝送する信号の周期の1/10の時間に相当する波長よりも短い信号伝送装置。 - 請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の信号伝送装置と、カメラと、前記カメラからの信号を送信する送信部とを備えるカメラ部と、
請求項1から請求項11のいずれか一項に記載の信号伝送装置と、前記信号を受信する受信部と、前記カメラへ電力を供給する電源部とを備える制御部と、を有し、
前記カメラ部と前記制御部とは、同軸ケーブルを介して接続され、
前記信号は、前記カメラ部の前記信号伝送装置における前記信号配線と、前記同軸ケーブルと、前記制御部の前記信号伝送装置における前記信号配線とを介して、前記送信部から前記受信部へ伝送され、
前記電源部は、前記制御部の前記信号伝送装置における前記電源配線、前記信号・電源分離フィルタ、前記分岐配線、前記幅広配線および前記信号配線と、前記同軸ケーブルと、前記カメラ部の前記信号伝送装置における前記信号配線、前記幅広配線、前記分岐配線、前記信号・電源分離フィルタおよび前記電源配線とを介して、前記カメラへ前記電力を供給する信号伝送システム。
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