JPH0946295A

JPH0946295A - 信号伝送装置

Info

Publication number: JPH0946295A
Application number: JP7195380A
Authority: JP
Inventors: Kunio Yoshihara; 邦夫吉原
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1997-02-14

Abstract

(57)【要約】【課題】負荷から戻ってくる高周波のリターン電流を
減少させ、高周波特性を向上させた信号伝送装置を提供
すること。【解決手段】入力信号に応じた差動信号Ｉｏ１，Ｉｏ
２を一対の出力端子Ｓ１，Ｓ２からそれぞれ出力する差
動信号出力回路１を有する送信手段と、前記差動信号出
力回路１の一対の出力端子Ｓ１，Ｓ２に一端がそれぞれ
接続され、該一対の出力端子Ｓ１，Ｓ２から出力された
差動信号Ｉｏ１，Ｉｏ２をそれぞれ他端に伝送する伝送
線路対ＬＩＮＥ０１，ＬＩＮＥ０２を有する伝送手段
と、前記伝送線路対ＬＩＮＥ０１，ＬＩＮＥ０２から伝
送された前記差動信号Ｉｏ１，Ｉｏ２を単相信号に変換
するインピーダンス素子回路網Ｚｌ０〜Ｚｌ２，Ｚｉを
有する信号変換手段とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レーザダイオード
あるいは受信回路等の負荷を駆動する信号を伝送する信
号伝送装置に係り、特に、高速ディジタル信号を伝送す
る信号伝送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光通信システムの光電変換部などに使用
されるレーザダイオードなどの電気・光変換素子あるい
は増幅回路等の負荷をディジタルパルス信号で駆動する
場合、駆動信号の出力回路から負荷に対し、良好な飽和
特性を持つ出力波形すなわちハイレベルとローレベルの
はっきりした出力波形を伝達することが要求される。こ
のため例えば従来のレーザダイオードを負荷とする信号
伝送装置では、一定電流の出力信号を安定して得るため
に、通常一個のレーザダイオードの駆動にあたり差動ト
ランジスタ対および定電流発生回路を備えた差動出力段
を使用している。

【０００３】図１０は、従来のこの種の信号伝送装置の
一例を示す図であり、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）
Ｐ１，Ｐ２および定電流源Ｉeeを備えたドライバＩＣ１
０１から差動信号の出力を行なう。ＦＥＴＰ１のドレイ
ンはドライバＩＣ１０１の外へボンディングワイヤなど
を介して引き出され、適当な伝送線路ＬＩＮＥを通って
レーザダイオードＬＤに供給される。このとき伝送線路
ＬＩＮＥの特性インピーダンスＺ０とレーザダイオード
ＬＤとの整合をとるため、しばしば整合抵抗Ｒｍが挿入
される。また、一般的に電源Ｖｂは高周波的に理想とは
ほど遠いため、ドライバＩＣ１０１やレーザダイオード
ＬＤの近くには、デカップリングキャパシタＣｄが接続
される。

【０００４】ドライバＩＣ０１から出力された信号電流
は、ワイヤ接合部のインダクタＬｗ３、伝送線路ＬＩＮ
Ｅ、整合抵抗Ｒｍ、レーザダイオードＬＤの順に通過し
第１の電源端Ｖccまで到達した後、デカップリングキャ
パシタＣｄを通って第２の電源端Ｖeeへ戻ってくる。す
なわち、負荷を流れる電流はすべてリターン電流として
デカップリングキャパシタＣｄを通ることになる。

【０００５】ところで、上記したデカップリングキャパ
シタＣｄが理想的な周波数特性を持ち、他に余分な寄生
成分を持たなければ、上記信号伝送装置は全く問題なく
動作する。

【０００６】しかしながら、一般には高周波特性に優れ
たマイクロ波用途のキャパシタは小容量のためリアクタ
ンスを無視できないという不具合がある。逆に、大容量
のキャパシタは誘電体等による損失増加が激しく、高周
波大電流を流すにはインピーダンスが大きすぎてしま
う。また、デカップリングキャパシタＣｄの接続方法、
例えばワイヤボンディング法では、直列にインダクタＬ
ｗが入りやすく、高周波電流を阻止する方向に働いてし
まう。さらに、ドライバＩＣ１０１と電源系との接続部
のインダクタＬｗ１，Ｌｗ２などの特性とあいまって、
従来の信号伝送装置におけるデカップリングキャパシタ
Ｃｄは、しばしば信号経路（Ｐ１→ＬＩＮＥ→Ｒｍ→Ｌ
Ｄ）以上に高周波特性を制限してしまうという問題があ
る。

【０００７】図１１は、従来の信号伝送装置の別の例を
示す図であり、差動出力回路１〜４およびレーザダイオ
ードＬＤ４０１〜ＬＤ４０４についてそれぞれ四個の並
列（アレイ）化され、ドライバアレイＩＣ１０２および
ＬＤアレイ１０３が構成されている。ここで、差動出力
回路１０１ａ〜１０１ｄおよびレーザダイオードＬＤ１
〜ＬＤ４は、基本的には一対一にひとつのチャンネルと
して独立に動作するものであるが、ドライバアレイＩＣ
１０２、ＬＤアレイ１０３ともに、その製法上一体のも
のとして製造されることが多く、また近接して配置する
ことによりその実装密度を上げたいとする要求を満たす
ため、それぞれを一体に形成している。

【０００８】しかし、このような信号伝送装置において
は、負荷に伝送した高周波電流Ｉｏ１１，Ｉｏ２１，Ｉ
ｏ３１，Ｉｏ４１はリターン電流として必ずドライバア
レイＩＣ１０２に戻ってくる。そのためドライバアレイ
ＩＣ１０２，ＬＤアレイ１０３，デカップリングキャパ
シタＣｄは、それぞれ一つのレーザダイオードを駆動す
る場合に比べて四倍の高周波電流を処理しなければなら
ない。さらに、これら各チャンネルの高周波電流は、伝
送経路が共通になる部分、すなわちＩＣチップ上のコモ
ン配線、ＬＤアレイ１０３内のレーザダイオードＬＤ４
０１〜ＬＤ４０４におけるコモン電極（主に裏面の薄い
金属膜）による寄生抵抗Ｒｐ１〜Ｒｐ３ようなインピー
ダンスが大きくなる所でお互いに干渉しあい、チャンネ
ル間のクロストークとして悪影響を及ぼすという問題が
ある。

【０００９】また、もう一方の差動出力Ｉｏ１２，Ｉｏ
２２，Ｉｏ３２，Ｉｏ４２は第１の電源端Ｖccへ直接接
続されるため、上記のようにアレイ化された場合、差動
出力電流Ｉｏ１２，Ｉｏ２２，Ｉｏ３２，Ｉｏ４２の合
計がかなり大きくなり、この合成電流が第１の電源端Ｖ
ccを流れるチップ上の他の電流と一緒になることから、
出力回路以外の内部回路へ与える電圧変動や、出力信号
の前段への戻り、ひいては発振などの誤動作の原因とも
なっていた。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の信号伝送装置では、負荷から戻ってくる高周波のリタ
ーン電流により、高周波特性が制限されるという問題が
あった。さらに、複数チャンネルをアレイ化したもので
は、各チャンネルの高周波電流の伝送経路が共通になる
部分で互いに干渉しあい、チャンネル間のクロストーク
として悪影響を及ぼす問題があった。また、各チャンネ
ルの高周波電流が合成され電圧変動を引き起こし、これ
が誤動作の原因ともなっていた。

【００１１】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
のであり、負荷から戻ってくる高周波のリターン電流を
減少させ、高周波特性を向上させた信号伝送装置を提供
することを目的とする。

【００１２】また、本発明は、負荷から戻ってくる高周
波のリターン電流を減少させ、チャンネル間のクロスト
ークや誤動作を回避できる信号伝送装置を提供すること
を目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明（請求項１）は、
入力信号に応じた差動信号を一対の出力端子からそれぞ
れ出力する差動信号出力回路を有する送信手段と、前記
差動信号出力回路の一対の出力端子に一端がそれぞれ接
続され、該一対の出力端子から出力された差動信号をそ
れぞれ他端に伝送する伝送線路対を有する伝送手段と、
前記伝送線路対から伝送された前記差動信号を単相信号
に変換するインピーダンス素子回路網を有する信号変換
手段とを備えたことを特徴とする。

【００１４】本発明では、まず、入力信号に基づいて差
動信号出力回路の一対の端子から差動信号が出力され
る。差動信号出力回路から出力された差動信号は、差動
信号出力回路の一対の端子にそれぞれ接続されている伝
送線路対によって伝送される。伝送経路対のそれぞれの
他端は、インピーダンス素子回路網に接続されている。

【００１５】このインピーダンス素子回路網は、伝送線
路対から伝送された差動信号を単相信号へ変換する。変
換された単相信号は負荷に供給される。または、インピ
ーダンス素子回路網を構成するいずれかの回路素子自体
を負荷とすることもできる。

【００１６】また、インピーダンス素子回路網は、上記
の変換を行なうとともに、差動信号を合流させて信号電
流における交流成分の除去を行なう。このように、本発
明によれば、差動信号を単相信号へ変換することで、差
動信号の双方の成分を負荷あるいは回路素子自体に対し
て供給することができる。このため、従来のように差動
信号における信号の片方のみを伝送させて負荷に供給す
る方法に比べて、信号電流を負荷に対して無駄無く有効
に供給することができる。

【００１７】また、差動信号の双方の成分を伝送させる
ことで、差動信号を合流させて信号の交流成分を除去す
ることができる。つまり、伝送線路対から伝送された差
動信号が互いに打ち消し合うことでリターン電流の交流
成分は除去され、交流のリターン電流が電源系等に全く
戻らないか、もしくは著しく減少する。

【００１８】したがって、リアクタンスの大きいキャパ
シタや寄生インダクタンスなどが存在しても、高周波動
作上の特性を維持・向上できる。本発明（請求項２）
は、電源線に接続された電気・光変換素子を駆動する信
号を伝送する信号伝送装置において、入力信号に応じた
差動信号を一対の出力端子からそれぞれ出力する差動信
号出力回路と、前記差動信号出力回路の一対の出力端子
に一端がそれぞれ接続され、該一対の出力端子から出力
された差動信号をそれぞれ他端に伝送する伝送線路対と
を備え、前記伝送線路対の一方の前記一端を、前記電気
・光変換素子の他端側に接続するとともに、該伝送線路
対の他方の前記他端を、該電気・光変換素子の他端側に
接続することを特徴とする。

【００１９】電気・光変換素子は例えばレーザダイオー
ドであり、この場合、電気・光変換素子の一端とはカソ
ード、他端とはアノードに相当する。本発明では、ま
ず、入力信号に基づいて差動信号出力回路の一対の端子
から差動信号が出力される。差動信号出力回路から出力
された差動信号は、差動信号出力回路の一対の端子にそ
れぞれ接続されている伝送線路対によって伝送される。
伝送線路対の一方からの信号は、電気・光変換素子の一
端（例えばカソード）に伝えられ、電気・光変換がなさ
れる。そして、この信号は、電気・光変換素子の他端側
（例えばアノード側）で伝送線路対の他方からの信号と
合流される。つまり、２つの差動信号は電気・光変換素
子を挟んだ形で合流され、交流成分は打ち消されて電源
線へは流れ込まず、電源線へ流れる電流は直流成分のみ
となる。

【００２０】このように、本発明によれば、差動信号の
双方の成分を伝送させ、伝送線路対から伝送された差動
信号を互いに打ち消し合うことでリターン電流の交流成
分を除去させるようにしたので、交流のリターン電流が
電源系等に全く戻らないか、もしくは著しく減少させる
ことができる。

【００２１】したがって、リアクタンスの大きいキャパ
シタや寄生インダクタンスなどが存在しても、高周波動
作上の特性を維持・向上できる。なお、伝送線路対の一
方の他端は、電気・光変換素子の一端側（例えばカソー
ド側）に、整合抵抗を介して接続しても良い。伝送線路
対の他方の他端は、電気・光変換素子の他端側（例えば
アノード側）に、直接接続しても良いし、整合抵抗ある
いは容量性素子を介して接続しても良い。

【００２２】また、電気・光変換素子の他端（例えばア
ノード）は、電源線に、直接接続しても良いし、誘導性
素子を介して接続しても良い。誘導性素子を介して接続
した場合、誘導性素子により交流のリターン電流はさら
に減少する。

【００２３】本発明（請求項３）は、入力信号に応じた
差動信号を一対の出力端子からそれぞれ出力する差動信
号出力回路を、複数個アレイ化したドライバアレイと、
前記ドライバアレイの各々の差動信号出力回路の一対の
出力端子に一端がそれぞれ接続され、各々の一対の出力
端子から出力された差動信号を各々の他端に伝送する複
数の伝送線路対と、前記複数の伝送線路対の各々の他端
間に接続された複数個の電気・光変換素子をアレイ化す
るとともに、各々の電気・光変換素子の一端を電源線に
接続してなる電気・光変換アレイとを備えたことを特徴
とする。

【００２４】本発明では、差動信号それぞれが電気・光
変換アレイ内部の電気・光変換素子に直接供給される。
すなわち、差動信号の交流成分が、電気・光変換アレイ
の各々の電気・光変換素子のコモン電極等の寄生抵抗を
またぐようには流れないので、高周波のリターン電流は
なくなり、チャンネル間クロストークの発生を回避する
ことができ、誤動作も防止することができる。

【００２５】本発明（請求項４）は、複数の負荷にそれ
ぞれ与える信号を伝送する信号伝送装置において、入力
信号に応じた差動信号を一対の出力端子からそれぞれ出
力する差動信号出力回路を、複数個アレイ化したドライ
バアレイと、前記ドライバアレイの各々の差動信号出力
回路の一対の出力端子の一方に一端がそれぞれ接続さ
れ、各々の出力端子から出力された一方の差動信号を各
々の他端に伝送する複数の信号線と、前記ドライバアレ
イの各々の差動信号出力回路の他方の出力端子すべてに
共通して一端が接続され、各々の出力端子から出力され
た他方の差動信号すべてを重畳して他端に伝送する、前
記複数の信号線に沿わせて敷設された敷設線とを備え、
前記敷設線の他端と電源線とを、前記信号線を入力する
負荷と該電源線との接続点の近傍で接続することを特徴
とする。

【００２６】本発明では、差動信号がそれぞれの負荷に
直接供給され、各々の差動信号の交流成分は互いに打ち
消し合い、高周波のリターン電流はなくなるので、チャ
ンネル間クロストークの発生を回避することができ、誤
動作も防止することができる。

【００２７】さらに、各チャンネルの一方の差動信号を
１つにまとめ、敷設線により伝送するので、各チャンネ
ルごとに伝送線路対を使用するものに比べて信号線は半
分ですむ。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながらこの発
明の実施の形態を説明する。（第１の実施の形態）まず、第１の実施の形態を説明す
る。本実施形態は、負荷を駆動する信号として差動信号
を発生し、これをほぼ対称な２本の配線により伝送し、
伝えられてきた差動信号を負荷端近傍に設けたインピー
ダンス素子回路網により単相信号に変換し、変換された
単相信号を単相負荷へ与えるようにしたものである。

【００２９】図１に、本実施形態に係る信号伝送装置の
回路構成を示す。図１に示すように、差動出力回路１に
おいて入力端子ＩＮ１は図示されていない公知の入力回
路に接続され、電源端子Ｖ１，Ｖ２は図示されていない
公知の電源装置の電源供給線Ｖｃ，Ｖｅにそれぞれ接続
され、出力端子Ｓ１，Ｓ２は適当な伝送線路ＬＩＮＥ０
１，ＬＩＮＥ０２の一端にそれぞれ接続されている。一
方、伝送線路ＬＩＮＥ０１，ＬＩＮＥ０２の他端には、
インピーダンス素子回路網が接続されている。

【００３０】インピーダンス素子回路網は、インピーダ
ンス素子Ｚｌ０，Ｚｌ１，Ｚｌ２，Ｚｉからなり、伝送
線路ＬＩＮＥ０１，ＬＩＮＥ０２の他端間にインピーダ
ンス素子Ｚｌ０が接続されるとともに、伝送線路ＬＩＮ
Ｅ０１，ＬＩＮＥ０２の他端には、それぞれ終端ＣＯＭ
１，ＣＯＭ２で終端されたインピーダンス素子Ｚｌ１，
Ｚｌ２が接続される。終端ＣＯＭ１，ＣＯＭ２は、回路
動作により電源供給線Ｖｃ，Ｖｅもしくは接地パターン
に等に接続される。また、伝送線路ＬＩＮＥ０１の他端
は、インピーダンス素子Ｚｉを介して負荷端子Ｔに接続
されている。

【００３１】ここで、差動出力回路１の出力端子Ｓ１，
Ｓ２から負荷に至る経路の中には原則として直流成分を
遮断する素子、例えばキャパシタなどを含まず、負荷に
対しては交流信号に直流成分を重畳させた信号が供給さ
れるものとする。

【００３２】図１では、負荷端子Ｔに、負荷として負荷
回路２を接続してある。負荷回路２の電源端子Ｖ３，Ｖ
４は図示されていない公知の電源装置の電源供給線Ｖ
ｃ，Ｖｅにそれぞれ接続され、出力端子Ｓ３，Ｓ４から
差動出力が出力される。なお、負荷回路２の一例として
差動出力回路を示してあるが、負荷回路２はどのような
回路であっても構わない。

【００３３】さらに、電源系に高周波電流が流れること
を防止するために、デカップリングキャパシタＣｄを接
続している。なお、インダクタＬｃ，Ｌｗ１〜Ｌｗ４は
接続によるインダクタを示す。

【００３４】上記したほぼ対称な配線としての伝送線路
ＬＩＮＥ０１，ＬＩＮＥ０２には、フィーダ線などの平
衡伝送線路を用いるものとする。伝送線路ＬＩＮＥ０
１，ＬＩＮＥ０２からなる平衡伝送線路は、偶モードの
特性インピーダンスＺｏｏと、夫々の奇モードの特性イ
ンピーダンスＺｅ１，Ｚｅ２を有している。これらの素
子の定数は、反射を起こさずに伝送エネルギーを効率良
く負荷へ伝える役目を果たすよう決定するのが好まし
い。なお、若干の反射があっても負荷へ有効な信号が多
く伝達されるように決定してもよい。その際、当然、入
力回路のインピーダンスも考慮する。

【００３５】次に、本実施形態の信号伝送装置の動作を
説明する。本実施形態においては、入力端子ＩＮ１には
負荷に与えるべき信号波形が入力される。例えば、二値
論理の信号が入力される。この入力信号に応じて差動出
力回路１から信号電流Ｉｏ１，Ｉｏ２が出力される。信
号電流Ｉｏ１，Ｉｏ２は伝送線路ＬＩＮＥ０１，ＬＩＮ
Ｅ０２により伝送される。伝送線路ＬＩＮＥ０１，ＬＩ
ＮＥ０２により伝送された信号電流Ｉｏ１，Ｉｏ２は、
インピーダンス素子Ｚｌ０，Ｚｌ１，Ｚｌ２，Ｚｉによ
り単相電流に変換されて負荷回路２に供給される。

【００３６】一方、伝送された信号電流Ｉｏ１，Ｉｏ２
は、終端ＣＯＭ１，ＣＯＭ２を介して合流される。ここ
で、信号電流Ｉｏ１，Ｉｏ２は位相の１８０度異なる差
動信号なので互いの交流成分を打ち消し合い、その結
果、合成電流Ｉｏ１＋Ｉｏ２はその直流成分のみにな
る。

【００３７】このような本実施形態によれば、信号電流
Ｉｏ１，Ｉｏ２の双方を差動出力回路２に対して供給す
ることで、従来のように差動信号の片方しか伝送させな
い方式に比べて信号電流が無駄無く有効に伝送されるこ
とになる。

【００３８】また、位相が１８０度異なる信号電流Ｉｏ
１，Ｉｏ２を共に負荷端子Ｔ近傍の終端ＣＯＭ１，ＣＯ
Ｍ２において合流させ、それぞれに含まれる交流成分を
打ち消し合わせている。そのため、終端ＣＯＭ１，ＣＯ
Ｍ２を介して接続された電源供給線等には交流のリター
ン電流は全く戻らないか、もしくは著しく減少する。す
なわち、デカップリングキャパシタＣｄ等にも交流のリ
ターン電流は全く戻らないか、もしくは著しく減少す
る。したがって、デカップリングキャパシタＣｄに高周
波電流が流れることにより発生する問題が解消される。
あわせて、接続によるインダクタＬｃ，Ｌｗ１〜Ｌｗ４
における高周波電流の阻止の問題もなくなるので、本実
施形態の信号伝送装置は高周波特性に優れ、さらに差動
出力回路１の誤動作等を防止することができる。

【００３９】なお、上記では負荷として負荷端子Ｔに負
荷回路２を接続するものであったが、その代りに、イン
ピーダンス素子Ｚｌ０，Ｚｌ１，Ｚｌ２，Ｚｉのいずれ
かを負荷とすることもできる。この場合も、上記と同様
の作用効果を得ることができる。

【００４０】（第２の実施の形態）次に、第２の実施の
形態を説明する。図２に、本発明の第２実施形態に係る
信号伝送装置の回路構成を示す。

【００４１】図２に示すように、本実施形態では、ＦＥ
ＴＰ１，Ｐ２および定電流源Ｉeeから差動出力回路１が
構成されている。ＦＥＴＰ１，Ｐ２のゲートは図示され
ていない公知の差動出力回路に接続され、ソースは定電
流源Ｉeeの一端に共通接続され、ドレインはそれぞれ伝
送線路ＬＩＮＥ０１，ＬＩＮＥ０２の一端に接続されて
いる。定電流源Ｉeeの他端は、電源Ｖｂにおける第２の
電源端Ｖeeに接続されている。なお、ＦＥＴＰ１，Ｐ２
には、ＧａＡｓＦＥＴ、ＭＯＳＦＥＴを用いると好まし
い。また、ＦＥＴＰ１，Ｐ２をＮＰＮバイポーラトラン
ジスタに置き換えてもよい。その際、ＦＥＴＰ１，Ｐ２
のゲート、ソース、ドレインは、ＮＰＮバイポーラトラ
ンジスタにおけるベース、エミッタ、コレクタにそれぞ
れ相当する。

【００４２】伝送線路ＬＩＮＥ０１，ＬＩＮＥ０２は、
それぞれ独立した伝送線路であり、例えばマイクロスト
リップ線路が使用される。なお、伝送線路ＬＩＮＥ０
１，ＬＩＮＥ０２には、同軸ケーブルを使用しても良い
し、フィーダ線などの平衡伝送線路を使用しても良い。
伝送線路ＬＩＮＥ０１，ＬＩＮＥ０２のそれぞれの他端
は、負荷であるレーザダイオードＬＤおよび整合抵抗Ｒ
ｍに接続されている。伝送線路ＬＩＮＥ０１，ＬＩＮＥ
０２は、接続点Ａで終端され、電源Ｖｂにおける第１の
電源端Ｖccに接続されている。整合抵抗Ｒｍは、２つの
伝送線路ＬＩＮＥ０１，ＬＩＮＥ０２の特性インピーダ
ンスとレーザダイオードＬＤとの整合をとるために設け
られたものである。

【００４３】第１の電源端Ｖccと第２の電源端Ｖeeとの
間には、電源系に高周波電流が流れることを防止するた
めのデカップリングキャパシタＣｄが接続されている。
インダクタＬｗ１〜Ｌｗ４は、接続によるインダクタを
示す。

【００４４】次に、本実施形態の信号伝送装置の動作を
説明する。差動出力回路１におけるＦＥＴＰ１，Ｐ２の
ゲートには、差動信号が入力される。例えば、レーザダ
イオードＬＤをディジタル信号で駆動する場合は、一方
がハイレベル、他方がローレベルの二値論理の信号の系
列が入力される。この入力信号に応じて差動出力回路１
から信号電流Ｉｏ１，Ｉｏ２が出力される。本実施形態
では、信号電流Ｉｏ１，Ｉｏ２をＦＥＴＰ１，Ｐ２のド
レインから直接引き出して、直流成分と交流成分の和
（ＤＣ＋ＡＣ）の信号電流が得られるようにしている。

【００４５】差動出力回路１により出力された信号電流
Ｉｏ１，Ｉｏ２は、伝送線路ＬＩＮＥ０１，ＬＩＮＥ０
２により夫々伝送される。しかして、伝送線路ＬＩＮＥ
０１により伝送され負荷（ＬＤおよびＲｍ）を流れた信
号電流Ｉｏ１は、接続点ＡにおいてＬＩＮＥ０２により
伝送された信号電流Ｉｏ２と合流する。２つの信号電流
Ｉｏ１，Ｉｏ２は、差動信号であり、互いに逆位相（互
いに１８０度前後する位相）の関係にあるので、接続点
Ａにおいて信号電流Ｉｏ１，Ｉｏ２に含まれる交流成分
は互いに打ち消し合い、交流成分は電源端Ｖccへ流れ込
まない。すなわち、電源端Ｖccへ流れる電流は、直流成
分Ｉeeのみとなる。

【００４６】このように、信号電流Ｉｏ１，Ｉｏ２を接
続点Ａにおいて合流させ交流成分を打ち消し合わせるこ
とで、合計のＩｏ１＋Ｉｏ２は直流成分Ｉeeのみとな
り、電源端Ｖccには交流のリターン電流は全く戻らない
か、もしくは著しく減少する。つまり、電源系およびデ
カップリングキャパシタＣｄへは大きな高周波負荷電流
は流れず、直流成分のみをを取り扱えば良いことにな
り、ひいてはデカップリングキャパシタＣｄ，インダク
タＬｃ，Ｌｗ１〜Ｌｗ４における高周波電流の阻止の問
題も解消される。

【００４７】したがって、本実施形態によれば、リアク
タンスの大きいキャパシタや寄生インダクタンスなどが
存在しても、高周波動作上の特性を維持・向上できる。（第３の実施の形態）図３は、本発明の第３実施形態に
係る信号伝送装置の回路構成を示す図である。図３に示
すように本実施形態は、図２に示した第２実施形態にお
けるＦＥＴををＰＮＰ型バイポーラトランジスタに置き
換えたものであり、ＦＥＴ１，ＦＥＴ２はそれぞれ図３
におけるバイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２に対応して
いる。ＰＮＰ型バイポーラトランジスタＱ１，Ｑ２はＰ
チャンネル型ＭＯＳＦＥＴにしても良い。

【００４８】図３では、伝送線路ＬＩＮＥ０１，ＬＩＮ
Ｅ０２として、それぞれ独立した伝送線路を示している
が、伝送線路ＬＩＮＥ０１，ＬＩＮＥ０２を平衡伝送線
路としてもよい。

【００４９】このように本発明は、差動出力回路にＭＯ
ＳＦＥＴを使用する場合にもバイポーラトランジスタを
使用する場合にも適用することが可能であり、伝送線路
に独立した伝送線路を使用する場合にも平衡伝送線路を
使用する場合にも適用可能である。この点は以下に説明
する他の実施形態においても同様であり、夫々の実施形
態で示すＦＥＴをバイポーラトランジスタに変え、バイ
ポーラトランジスタをＦＥＴに変え、もしくはＦＥＴを
バイポーラトランジスタ双方を組み合わせて構成するこ
とが可能であり、また、独立した伝送線路を平衡伝送線
路に変え、もしくは平衡伝送線路を独立した伝送線路に
変えて構成するこうが可能であることはいうまでもな
い。

【００５０】次に、図４〜図９を参照して本発明の他の
実施形態を説明する。なお、以降の実施形態においては
図２と相対応する部分に同一符号を付して、第２実施形
態等との相違点を中心に述べる。

【００５１】（第４の実施の形態）図４は、本発明の第
４実施形態に係る信号伝送装置の回路構成を示す図であ
る。本実施形態は、第２実施形態と同様、差動信号増幅
回路１のＦＥＴ２のドレイン電流を直接引き出すことに
より交流成分と直流成分の和の信号電流を得る構成に加
え、ＦＥＴＰ２のドレインに直流バイアス電流源Ｉｂを
接続したものである。

【００５２】伝送線路は例えばフィーダ線のような平衡
伝送線路ＬＩＮＥＳとして構成され、この平衡伝送線路
ＬＩＮＥＳには、負荷として、整合抵抗Ｒｍ１、整合抵
抗Ｒｍ２およびレーザダイオードＬＤが夫々接続されて
いる。

【００５３】接続点Ａと第１の電源端Ｖccとの間には、
高周波に対してリアクタンスの大きい素子として交流阻
止インダクタＬbkが接続されている。交流阻止インダク
タＬbkには、インピーダンス調節のために抵抗素子を直
列または並列に接続することができる。また、並列共振
を利用するためにキャパシタを接続することもできる。

【００５４】本実施形態においては、上記のように独立
した伝送線路ではなく平衡伝送線路ＬＩＮＥＳにより信
号が伝達される。今、平衡伝送線路ＬＩＮＥＳの偶モー
ドインピーダンスを負荷に合わせて適当な値、例えば５
０Ωにに設定したとする。この場合、レーザダイオード
ＬＤの内部抵抗が１０Ωであるとすれば、整合抵抗Ｒｍ
１＝１５Ω、整合抵抗Ｒｍ２＝２５Ωとし、平衡伝送線
路ＬＩＮＥＳの偶モードインピーダンスと一致させるこ
とにより、接続点Ａでの反射を最も少なくすることがで
きる。

【００５５】さらに、一般に平衡伝送線路ＬＩＮＥＳで
は、奇モードインピーダンスは偶モードインピーダンス
よりも高く設計しやすく、従って接続点Ａから第１の電
源端Ｖccへ接続する交流阻止インダクタＬbkは、交流を
遮断しながら奇モードインピーダンスに整合を取ること
も容易である。奇モードインピーダンスが高いと言うこ
とはその成分の電流が少ないことを意味しているので、
たとえ整合がとれなくとも全体の動作に与える影響も少
なくてすむ。

【００５６】また、単相信号を独立に取り扱うのではな
く、差動信号そのものをレーザダイオードＬＤに供給し
ているので、交流（高周波）信号電流は、第２実施形態
に比べほぼ倍になり、信号電流を効果的にとり出すこと
に成功している。

【００５７】ところで、レーザダイオードＬＤはいわゆ
るダイオード特性としての非線形性を持っているので、
交流信号のピーク値からピーク値までの大きさの半分よ
りも直流電流成分が大きくなるように、レーザダイオー
ドＬＤに供給される電流には交流成分に直流成分を重畳
したもの信号を用いている。ところが、信号電流Ｉｏ１
の大きさによってはＦＥＴＰ２のドレイン電流の直流成
分のみでは不足し、信号電流Ｉｏ１の交流成分がレーザ
ダイオードＬＤを逆方向から流れた際、レーザダイオー
ドＬＤがオフ（電流がゼロ）となってしまう場合が考え
られる。

【００５８】これに対して、本実施形態においては、Ｆ
ＥＴＰ２のドレインを流れる電流に直流バイアス電流Ｉ
ｂを加えるようにしたので、信号電流Ｉｏ２の直流成分
は信号電流Ｉｏ１の直流成分と同じかそれより大きくな
り、信号電流Ｉｏ１によってレーザダイオードＬＤがオ
フすることがなく、安定した動作をすることができる。

【００５９】また、レーザダイオードＬＤに流すべき駆
動電流が大きい場合、整合抵抗を一つしか接続しないと
すると、整合抵抗による電圧降下が大きくなり、高い電
源電圧が必要となってくる。しかるに本実施形態におい
ては、整合抵抗を整合抵抗Ｒｍ１，整合抵抗Ｒｍ２と分
けたことで、レーザダイオードＬＤに流す駆動電流が大
きくなっても、整合抵抗Ｒｍ１，Ｒｍ２の配分を変更す
なわち整合抵抗Ｒｍ１を大きくしながら整合抵抗Ｒｍ２
を小さくすることで、平衡伝送線路ＬＩＮＥＳには同じ
く整合をとりながら、電源Ｖｂの配分を整合抵抗Ｒｍ２
ではなくレーザダイオードＬＤに回すことができる。な
お、整合抵抗Ｒｍ１をゼロとし、レーザダイオードＬＤ
のカソードを直接交流阻止インダクタＬbkに接続するこ
ともできる。これは、レーザダイオードＬＤと整合抵抗
Ｒｍ２の電圧効果が同等のときがこれに該当する。

【００６０】また、交流阻止インダクタＬbkによって、
電源系やデカップリングキャパシタＣｄを流れる高周波
電流はさらに減少させることができる。（第５の実施の形態）図５は、本発明の第５実施形態に
係る信号伝送装置の回路構成を示す図である。図５に示
すように本実施形態は、図４で示した第４実施形態にお
ける整合抵抗Ｒｍ１をキャパシタＣｘで置き換えたもの
である。なお、インダクタＬｘは、キャパシタＣｘの接
続によるインダクタである。

【００６１】本実施形態においては、信号電流Ｉｏ１の
交流成分のみがレーザダイオードＬＤのアノードに供給
される。先の第４実施形態では、信号電流Ｉｏ１に直流
成分および交流成分が含まれているときには、接続点Ａ
に供給される信号電流Ｉｏ１は常にマイナスの値であっ
た。

【００６２】しかし、本実施形態では、信号電流Ｉｏ１
の直流成分をカットしたことで、接続点Ａに供給される
信号は第１の電源端Ｖccの電位を中心としたプラス・マ
イナスに振れる交流信号になる。すなわち、信号電流Ｉ
ｏ１に直流成分および交流成分が含まれているときに比
べ、等価的に電源Ｖｂの電圧が上昇したことになる。

【００６３】このためレーザダイオードＬＤに流れる直
流成分を確保しやすく、直流バイアス回路の簡略化、低
消費電力化等が可能となる。また、キャパシタＣｘの値
を調節することによって、広帯域ディジタル信号の通過
において、帯域上で特性を伸ばすためのピーキングをか
けることができる。

【００６４】（第６の実施の形態）図６は、本発明の第
６実施形態に係る信号伝送装置の回路構成を示す図であ
る。図６に示すように本実施形態は、前述した第２実施
形態における差動出力回路１にＦＥＴＰ３，Ｐ４および
抵抗Ｒ０〜Ｒ２からなるソースフォロワ回路を設けると
ともに、定電流源をＰ３および抵抗Ｒ３によって構成し
たものである。

【００６５】ＦＥＴＰ１〜Ｐ５は、ＮＰＮ型バイポーラ
トランジスタでも良い。また、伝送線路ＬＩＮＥ０１，
ＬＩＮＥ０２を平衡伝送線路として構成し、あるいは図
４に示した第４実施形態における交流阻止インダクタＬ
bkを設けるなどの変形を施すことが可能である。

【００６６】このように本発明は、差動信号Ｉｏ１，Ｉ
ｏ２の出力をソースフォロワ回路を用いて実施すること
もできる。（第７の実施の形態）図７は、本発明の第７実施形態に
係る信号伝送装置の回路構成を示す図である。本実施形
態は、第２実施形態において示したものと同様の構成を
複数チャンネル分アレイ化したものである。なお、本実
施形態では、４チャンネル分アレイ化した構成を一例と
して示しているが、アレイ化する差動出力回路およびレ
ーザダイオードのチャンネル数は任意に構成することが
できる。

【００６７】図７に示すように、差動出力回路１ａ〜１
ｄおよびレーザダイオードＬＤ１〜ＬＤ４を、それぞれ
が一対一に一つのチャンネルとして独立に動作するよう
にアレイ化してドライバアレイＩＣ１１およびＬＤアレ
イ１２として一体化形成し、それぞれ平衡伝送線路ＬＩ
ＮＥＳ１〜ＬＩＮＥＳ４によって接続したものである。
なお、寄生抵抗Ｒｐ１〜Ｒｐ３はコモン電極の寄生抵抗
を示し、図中では整合抵抗Ｒｍは省略している。なお、
伝送線路は、各々独立した伝送線路、例えばマイクロス
トリップ線路等に置き換えても良い。

【００６８】図８は、本実施形態の信号伝送装置の実装
構造を示す斜視図である。図８に示すように、誘電性基
板２１上にドライバアレイＩＣ１１，平衡伝送線路ＬＩ
ＮＥＳ１〜ＬＩＮＥＳ４，フェイスダウン実装されたＬ
Ｄアレイ１２がそれぞれ設けられている。誘電性基板２
１の裏面は接地導体膜２２となっている。ここで、ドラ
イバアレイＩＣ１１の表面に形成された差動端子につな
がる電極１１１，１２１，１３１，１４１と１１２，１
２２，１３２，１４２は平衡伝送線路ＬＩＮＥＳ１〜Ｌ
ＩＮＥＳ２の一方の端部にワイヤでそれぞれ接続されて
いる。電極１１１，１２１，１３１，１４１から出力さ
れる信号を伝送する平衡伝送線路ＬＩＮＥＳ１〜ＬＩＮ
ＥＳ４の端部は、ＬＤアレイ１２の表面に形成されたバ
ンプ電極に接続されている。電極１１２，１２２，１３
２，１４２から出力される信号を伝送する平衡伝送線路
ＬＩＮＥＳ１〜ＬＩＮＥＳ４の端部はＬＤアレイ１２の
裏面に形成された内部回路につながる電極２２１〜２２
４にワイヤにより接続されている。また、ＬＤアレイ１
２の裏面に形成された電極２２５は、チップキャパシタ
Ｌｐの表面に形成された電極２２６にワイヤにより接続
されている。なお、電極２２１〜２２５の代りに、ＬＤ
アレイ１２の裏面全体に電極を形成して、この電極にワ
イヤを接続しても良い。

【００６９】本実施形態においては、信号電流（図７中
のＩｏ１１〜Ｉｏ４１，Ｉｏ１２〜Ｉｏ４２）は、それ
ぞれがＬＤアレイ１２内部のレーザダイオードＬＤ１〜
ＬＤ４に直接供給され、それぞれの接続点Ａ１〜Ａ４で
合流した際に差動成分同士が打ち消しあって直流成分の
みになる。そのため、信号電流の交流成分はコモン電極
である各チャンネルのアノード電極間、すなわち寄生抵
抗Ｒａ１〜Ｒａ３をまたぐようには流れない。そのため
高周波のリターン電流はなくなり、チャンネル間クロス
トークも発生せず、高周波特性の向上および電源系の配
線の簡略化が可能となる。

【００７０】（第８の実施の形態）図９は、本発明の第
８実施形態に係る信号伝送装置の回路構成を示す図であ
る。図９に示すように本実施形態は、本発明をＬＳＩの
高速ディジタルインターフェースに適用したものであ
る。すなわち、第２実施形態において示したものと同様
の構成の差動出力回路１ａ〜１ｄをアレイ化してドライ
バアレイＬＳＩ３１として一体化した出力回路が構成さ
れ、同様にシングルエンドの入出力を持つレシーバ５ａ
〜５ｄをアレイ化してレシーバＬＳＩ３２として一体化
した負荷が構成されている。

【００７１】ドライバアレイＬＳＩ３１とレシーバＬＳ
Ｉ３２との接続において、信号電流Ｉｏ１１〜Ｉｏ４１
は、それぞれ信号線ＬＩＮＥ１１〜ＬＩＮＥ４４を介し
てレシーバ５ａ〜５ｄへ伝送され、信号電流Ｉｏ１２〜
Ｉｏ４２は、第１の電源端Ｖccとは別端子で取り出され
信号線ＬＩＮＥ１１〜ＬＩＮＥ４４と平行に沿わせてレ
シーバＬＳＩ３２付近まで敷設され第１の電源端Ｖccに
接続された敷設線ＬＩＮＥ００により伝送される。

【００７２】ここで、シングルエンドの入出力を持つ従
来のディジタルＬＳＩにおいて、出力電流オン・オフに
伴う弊害として同時スイッチングノイズがある。これに
対し、出力回路構成を差動に変更するだけで同時スイッ
チングノイズをかなり防げることが知られている。しか
し信号配線に差動を適用すると、信号線数が二倍となっ
て、複雑なディジタル信号伝送装置では許容できない問
題となる。

【００７３】しかるに本実施形態においては、信号電流
Ｉｏ１１〜Ｉｏ４１および信号電流Ｉｏ１２〜Ｉｏ４２
は互いに打ち消し合い、高周波のリターン電流はデカッ
プリングキャパシタＣｄにほとんど流れることがない。
そのためレシーバ５ａ〜５ｄにおけるスイッチングノイ
ズを押さえることができることに加え、信号電流Ｉｏ１
２〜Ｉｏ４２を伝送する敷設線ＬＩＮＥ００は束ねられ
ているので、上記した第１〜第７実施形態に比べて使用
する伝送線路の総量が減少し、複雑なディジタル信号伝
送装置においても容易に適用が可能となる。本発明は、
上述した実施の形態に限定されるものではなく、その技
術的範囲において種々変形して実施することができる。

【００７４】

【発明の効果】本発明によれば、差動信号出力回路の差
動出力の双方を負荷の近傍まで伝送線路対により伝送し
て該負荷に与えるとともに、負荷の近傍で差動出力の双
方を合流させるようにしたので、高周波のリターン電流
を著しく減少させることができ、高周波動作上の特性を
維持・向上することが可能となる。また、チャンネル間
クロストークや誤動作の発生も防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る信号伝送装置
の回路構成を示す図

【図２】本発明の第２の実施の形態に係る信号伝送装置
の回路構成を示す図

【図３】本発明の第３の実施の形態に係る信号伝送装置
の回路構成を示す図

【図４】本発明の第４の実施の形態に係る信号伝送装置
の回路構成を示す図

【図５】本発明の第５の実施の形態に係る信号伝送装置
の回路構成を示す図

【図６】本発明の第６の実施の形態に係る信号伝送装置
の回路構成を示す図

【図７】本発明の第７の実施の形態に係る信号伝送装置
の回路構成を示す図

【図８】本発明の第７の実施の形態に係る信号伝送装置
の実装構造を示す斜視図

【図９】本発明の第８の実施の形態に係る信号伝送装置
の回路構成を示す図

【図１０】従来の信号伝送装置の回路構成を示す図

【図１１】従来の別の信号伝送装置の回路構成を示す図

【符号の説明】

ＩＮ１，ＩＮ２…入力端子Ｖ１〜Ｖ４…電源端子Ｖｃ，Ｖｅ…電源供給線Ｓ１，Ｓ２…出力端子Ｔ…負荷端１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…差動出力回路２…負荷回路ＬＩＮＥ０１，ＬＩＮＥ０２…伝送線路Ｚｏｏ，Ｚｅ１，Ｚｅ２…特性インピーダンスＺｌ０〜Ｚｌ２，Ｚｉ…インピーダンス素子ＣＯＭ１〜ＣＯＭ２…終端Ｃｄ…デカップリングキャパシタＬｃ，Ｌｗ１〜Ｌｗ４…インダクタＩｏ１，Ｉｏ１１，Ｉｏ２１，Ｉｏ３１，Ｉｏ４１…信
号電流Ｉｏ２，Ｉｏ１２，Ｉｏ２２，Ｉｏ３２，Ｉｏ４２…信
号電流Ｐ１〜Ｐ５…電界効果トランジスタＩee…定電流源ＬＤ，ＬＤ１〜ＬＤ４…レーザダイオードＲｍ，Ｒｍ１，Ｒｍ２…整合抵抗Ｖｂ…電源Ｖcc…第１の電源端Ｖee…第２の電源端Ａ，Ａ１〜Ａ４…接続点Ｑ１，Ｑ２…バイポーラトランジスタＩｂ…直流バイアス電流源ＬＩＮＥＳ…平衡伝送線路Ｌbk…交流阻止インダクタＣｘ…キャパシタＬｘ…インダクタＲ０〜Ｒ３…抵抗１１…ドライバアレイＩＣ１２…ＬＤアレイＲｐ１〜Ｒｐ３…寄生抵抗ＬＩＮＥＳ１〜ＬＩＮＥＳ４…平衡伝送線路Ｌｂ…インダクタ２１…誘電性基板２２…接地導体膜１１１，１１２，１２１，１２２，１３１，１３２，１
４１，１４２，２２１〜２２６…電極５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ…レシーバ３１…ドライバＬＳＩ３２…レシーバＬＳＩＬＩＮＥＬ１１〜ＩＮＥ４４…信号線ＬＩＮＥ００…敷設線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｂ 10/04 Ｈ０４Ｌ 25/02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号に応じた差動信号を一対の出力端
子からそれぞれ出力する差動信号出力回路を有する送信
手段と、前記差動信号出力回路の一対の出力端子に一端がそれぞ
れ接続され、該一対の出力端子から出力された差動信号
をそれぞれ他端に伝送する伝送線路対を有する伝送手段
と、前記伝送線路対から伝送された前記差動信号を単相信号
に変換するインピーダンス素子回路網を有する信号変換
手段とを備えたことを特徴とする信号伝送装置。
【請求項２】電源線に接続された電気・光変換素子を駆
動する信号を伝送する信号伝送装置において、入力信号に応じた差動信号を一対の出力端子からそれぞ
れ出力する差動信号出力回路と、前記差動信号出力回路の一対の出力端子に一端がそれぞ
れ接続され、該一対の出力端子から出力された差動信号
をそれぞれ他端に伝送する伝送線路対とを備え、前記伝送線路対の一方の前記他端を、前記電気・光変換
素子の一端側に接続するとともに、該伝送線路対の他方
の前記他端を、該電気・光変換素子の他端側に接続する
ことを特徴とする信号伝送装置。
【請求項３】入力信号に応じた差動信号を一対の出力端
子からそれぞれ出力する差動信号出力回路を、複数個ア
レイ化したドライバアレイと、前記ドライバアレイの各々の差動信号出力回路の一対の
出力端子に一端がそれぞれ接続され、各々の一対の出力
端子から出力された差動信号を各々の他端に伝送する複
数の伝送線路対と、前記複数の伝送線路対の各々の他端間に接続された複数
個の電気・光変換素子をアレイ化するとともに、各々の
電気・光変換素子の一端を電源線に接続してなる電気・
光変換アレイとを備えたことを特徴とする信号伝送装
置。
【請求項４】複数の負荷にそれぞれ与える信号を伝送す
る信号伝送装置において、入力信号に応じた差動信号を一対の出力端子からそれぞ
れ出力する差動信号出力回路を、複数個アレイ化したド
ライバアレイと、前記ドライバアレイの各々の差動信号出力回路の一対の
出力端子の一方に一端がそれぞれ接続され、各々の出力
端子から出力された一方の差動信号を各々の他端に伝送
する複数の信号線と、前記ドライバアレイの各々の差動信号出力回路の他方の
出力端子すべてに共通して一端が接続され、各々の出力
端子から出力された他方の差動信号すべてを重畳して他
端に伝送する、前記複数の信号線に沿わせて敷設された
敷設線とを備え、前記敷設線の他端と電源線とを、前記信号線を入力する
負荷と該電源線との接続点の近傍で接続することを特徴
とする信号伝送装置。