JPH09507978A - 高速度伝送システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高速度信号伝送システム（１０）は、平衡チャンネル（１４）を横断してデータ伝送をする。平衡チャンネル（１４）は、差動送信機（１２）の出力から差動信号を伝送する。イコライザ（１８）は、信号のタイミングジッタを減らすために平衡チャンネル内の歪みを補償する。この信号は、正確に信号をディジタルデータに変換するために差動データに固有の正確な量子化閾値を利用する差動受信機（２０）の入力に印加される。差動受信機（２０）はまた、ディジタルデータを局部クロックに位相合わせするためにディジタル移行検出と共に既知の周波数基準を使用する。デューティサイクル制限は、平衡チャンネル（１４）によって伝送される信号には課せられず、それ故、差動送信機（１２）及び差動受信機（２０）は、信号を符号化する必要はない。差動受信機（２０）によってみられる信号対ノイズ比は、正確な量子化のために充分であるので、量子化器（１８）は、アナログリタイミング回路の必要性をなくすようにジッタ低減のために最適化される。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の名称 高速度伝送システム 発明の技術分野 本発明は、一般的には、大設備システム内の高速度電気信号伝送システムに関 し、そして特に、電気通信クロスコネクト装置内で使用されるようなシステムに 関する。 発明の背景 従来の信号伝送システムは、通信チャンネルによって接続された送信機及び受 信機を包含している。この受信機は、信号をディジタル形に変換する量子化器を 包含している。この受信機は、所望のビットエラーレベルを維持するために、こ の量子化器を適切な信号対ノイズ比を持つものにする必要がある。 シングルエンディッド、即ち不平衡チャンネルの場合に、信号は、ノイズだけ でなく、シングルエンディッド量子化器に固有の閾値不確実性を克服するのに十 分強くなければならない。受動及び能動フィルタ回路網がチャンネル誘発ひずみ を補償して、各ビットセル時間の中間で信号対ノイズ比を改善するために使用さ れた。これらのフィルタ回路網は、ビットセルのエッジのタイミング不確実性を 増し、それ故、共振タンク回路又はフェーズロックドループのような”リタイミ ング回路”と呼ばれるアナログ回路を付加することによって除去する必要のある ジッタを生じる。 アナログリタイミング回路は、典型的には、タイミング情報を伝送する最少の 移行密度を保証するように、信号は符号化される必要がある。ランダムバイナリ データのＮＲＺと表記されるものは、実現が最も簡単であるけれども、移行密度 を保証することはできない。量子化器によって、決定閾値として使用される平均 信号電圧を見い出すのを可能にする符号化がまた必要である。アナログリタイミ ング回路は、エンコーダ及びデコーダ論理回路と一緒になって、伝送システムを かなり複雑にする。 符号化及びリタイミングの複雑さは、数百或いは数千もの信号伝送を必要とす る大設備の場合に、特に望ましいものではない。しかしながら、高信号速度で、 より簡単な同期伝送技術によっては、信号損失、ひずみ、及びタイミングゆがみ が生じる。 前述のことから、高密度のそして物理的に分散しているもっと最新の装置、特 に電気通信クロスコネクトシステムのために適している高速度信号伝送技術に対 する必要性が認められるであろう。 本発明の要約 本発明によると、従来の電気通信システムデータ伝送と関連した欠点及び問題 をかなり取り除き或いは減少させる高速度伝送システムが提供される。 本発明の一実施例によると、アナログリタイミング回路又はエンコード／デコ ード回路を使用せず、かつ共通クロック周波数基準を有する大設備システムの構 成部分間で使用することを意図している高速度信号伝送システムが提供される。 この高速度伝送システムは、時々の移行の位置を検出することによって受信ビッ ト流の相対位相を決定し、かつ正確な周波数基準が供給されるときディジタルデ ータをリタイミングする確立したディジタル技術を使用する。周波数同位相のデ ィジタルリタイミング回路は、アナログリタイミング回路を使用することなく、 ビットセルのエッジでのタイミング不確実性を非常に低くするディジタル信号を 提供する。 この実施例によると、高速度伝送システムは、撚り対ケーブルによって提供さ れる差動、即ち平衡伝送チャンネルを包含している。平衡送信機及び受信機がま た提供される。さらに、平衡フィルタ回路、又はイコライザが、このチャンネル と受信機の間に備えられる。 本発明の平衡受信機は、量子化処理における閾値不確実性を減少させ、それ故 、信号対ノイズ比を改善する。大設備システム内の径間距離の制限と組み合わさ れて（通常３００フイートに制限）、ビットセルの中間での振幅を改善するため にフィルタ回路を必要とすることなく正確な量子化を確立する十分な信号対ノイ ズ比が受信機において提供される。それ故、本発明は、量子化器にもたらされる 信号ゼロクロスのジッタを減らすことによって、ビットセルのエッジのタイミン グ不確実性を減少させる平衡フィルタ回路、又はイコライザを提供する。 本発明の高速度信号伝送システムは、従来技術よりも種々の技術的利点を提供 する。送信機及び受信機は非常に簡単であり、アナログ要素に対する必要性が比 較的に少なく、それ故、数百又は数千もの信号伝送に適した高密度実装を安価に 提供する。別の利点は、この方法が、量子化器にもたらされる信号を最小ジッタ に最適化するために数十又は数百フィートの長さのケーブル上を伝送される平衡 信号と共に利用可能の十分な信号対ノイズ比を活用し、局部クロック源に再生デ ータをリタイミングする高密度の、安価なディジタル技術の使用を可能にすると いうことである。 図面の簡単な説明 本発明及びその利点のより完全な理解のために、添付図面と関連してなされる 次の説明の参照がなされ、この図面で、同じ参照数字は、同じ部分を表している 。 図１は、高速度伝送システムのブロック図を示している。 図２は、高速度伝送システムにおいて使用されるイコライザのブロック図を示 している。 図３は、等化無しの高速度伝送システム上を伝送される信号応答のグラフを示 している。 図４は、等化有りの高速度伝送システム上を伝送される信号応答のグラフを示 している。 発明の詳細な説明 図１は、高速度伝送システム１０のブロック図である。高速度伝送システム１ ０は、平衡チャンネル１４に差動出力を提供する差動送信機１２を包含している 。差動送信機１２の各差動出力からの信号は、平衡チャンネル１４上に進む前に 終端抵抗器１６に結合される。平衡チャンネル１４は、イコライザ１８に結合さ れる。イコライザ１８は、差動受信機２０に結合される。受信機終端抵抗器２ ２は、差動受信機２０の差動入力間に接続される。差動受信機２０は、受信信号 をディジタルリタイミング回路２３に供給する。 高速度伝送システム１０の差動性質及びイコライザ１８の使用は、データ伝送 と関連した複雑性をおおいに減少させる。どんなデューティサイクルの制限も、 この差動信号には課せられない。差動受信機で信号対ノイズ比を最大にするため に差動送信機ではエンコードは実行されない。高密度、高速度回路網内に高速度 伝送システム１０を適用することによって、差動受信機２０での最大信号対ノイ ズ比は必要とされない。差動信号のゼロ交差によって、量子化レベルが生じて、 差動送信機１２と差動受信機２０の間のＤＣオフセットの問題を軽減する。イコ ライザ１８は、ノイズ及びジッタを除去することにより差動信号のゼロ交差が検 出されるのを確実にする。 差動送信機１２は好ましくは、３．３ボルトＤＣ電源からバイアスされたＤタ イプフリップフロップである。差動送信機１２に対して、縦方向終端（longitud inal termination）は必要とされない。しかしながら、差動送信機１２の差動出 力における逆終端（reverse termination）は、ライン上の反射信号も除去する ために使用することができる。送信機終端抵抗器１６は、差動送信機１２の差動 出力で逆終端を提供する。送信機終端抵抗器１６はまた、差動送信機１２からの 出力電流を制限する。送信機終端抵抗器１６の特別の値は、好ましくは平衡チャ ンネル１４の出力インピーダンスの１／２である。このように、平衡チャンネル １４上の１００オームの出力インピーダンスに対して、送信機終端抵抗器１６は 、略５０オームの値を有している。差動送信機１２からのデータは、平衡チャン ネル１４を横断する差動ワイヤ対を通って差動的に移動する。 平衡チャンネル１４は、好ましくは撚り対ソリッドワイヤの、低クロストーク 、低損失ケーブルであるが、同軸ケーブルがまた使用できる。低損失を達成する ために、低消失係数のポリエチレン又はポリプロピレン誘電体を含むポリマー材 料が平衡チャンネル１４に使用される。ポリ塩化ビニールは高い消失係数を有し ており、これは、平衡チャンネル１４内の信号を等化するのを困難又は不可能に する。しかしながら、ポリ塩化ビニールは、平衡チャンネル１４のための外部被 覆として使用することができる。このワイヤ対は、２６ＡＷＧドレーンワイヤと 共に縦方向マーラー／アルミニウム箔内に包まれる。低クロストークにするため に、平衡チャンネル１４は好ましくは、７０ＭＨｚで最大３０ｄＢの近端クロス トークを、そして、そこから、対数周波数目盛りで−１５ｄＢの直線的傾斜を有 している。平衡チャンネル１４は、好ましくは、送信機−受信機極性に相当する ように配線されている。適切な極性を確実にするために、差動送信機１２の正の 出力は、差動受信機２０の正の入力に結合される。 ディジタルリタイミング回路２３は、差動受信機２０からの受信ディジタルビ ット流の相対位相を決定するための確立したディジタル技術を使用する。この相 対位相は、ディジタルビット流における時々の低ジッタ移行の位置を検出するこ とによって、かつ局部クロック信号を通してディジタルデータをリタイミングす ることによって決定される。イコライザ１８は、信号のゼロ交差におけるジッタ を減らすことによって、ビットセルのエッジでのタイミング不確実性が非常に低 いディジタルデータをディジタルリタイミング回路２３に供給する。それ故、エ ンコーダ及びフィルタ回路の必要性もなく、正確な量子化レベルを確立し、かつ 閾値不確実性を減少させて、閾値検出のためのビットセルにおける振幅を改善す るに十分な信号対ノイズ比が差動受信機２０にもたらされる。 図２は、イコライザ１８のブロック図である。イコライザ１８は、キャパシタ Ｃ１と並列に抵抗器Ｒ１、キャパシタＣ２と並列に抵抗器Ｒ４、インダクタＬ１ と直列に抵抗器Ｒ２、及びインダクタＬ２と直列に抵抗器Ｒ３を含んでいる。イ コライザ１８は、平衡チャンネル１４の平衡トポロジーに基づいているが、ここ で、差動信号の２電圧は、接地電圧に対するものではなく、相互に対するもので ある。イコライザ１８の回路周波数応答は、平衡チャンネル１４のそれとは反対 である。このように、平衡チャンネル１４の減衰は、周波数と共に減衰し、イコ ライザ１８は、低周波数でより減衰する。このような関係は、イコライザ１８の 応答は、高域通過フィルタと同様なものであるということを示している。しかし ながら、イコライザ１８は、平衡チャンネル１４を通して差動信号のジッタ性能 に基づいた時間変域原理で設計されている。時間変域原理を使うことによって、 イコライザ１８は、平衡チャンネル１４によって伝送される差動信号上のジッタ を減少させるための最良の結果を提供するが、しかし、周波数変域では必ずしも 最良の結果ではない。 イコライザ１８は、７ｄＢのＤＣ減衰、及び１００オームの入力出力インピー ダンスを有している。イコライザ１８内の各成分の好ましい値が表Ｉに示されて いる。 平衡チャンネル１４は、好ましくは３００フィートまでの長さにすることがで き、かつその長さでもイコライザ１８によって十分に等化される。イコライザ１ ８は、平衡チャンネルに沿ってどこにでも位置させることができる。しかしなが ら、信号対ノイズ比の利点を可能にするために、イコライザ１８は、平衡チャン ネル１４の差動受信機２０端に位置決めされる。ブロードバンド（broadband） システムにおいて使用するために、平衡チャンネル１４は、５１．８４Ｍｂ／ｓ ｅｃの周波数で信号を伝送する１２撚り対を有している。ワイドバンド（wideba nd）システムに対して、平衡チャンネル１４は、６８．６７２Ｍｂ／ｓｅｃの周 波数で信号を伝送する８撚り対を有している。 差動受信機２０は好ましくは、＋５ボルトＤＣ電源で動作し、かつＴＴＬコン パチブル出力信号を供給する。差動受信機２０の入力で、平衡チャンネル１４は 、受信機終端抵抗器上で終端される。受信機終端抵抗器２２は好ましくは１／８ ワットで１００オーム＋／−１％の値を有している。 図３は、イコライザ１８の恩恵なしで、平衡チャンネル上を伝送される差動受 信機２０の出力での差動信号のグラフを示している。等化なしで、このグラフは 、平衡チャンネル１４によって伝送される信号上のノイズ及びジッタを示してい る。このノイズ及びジッタは、差動信号のゼロ交差の間のウインド−エリア２４ によて識別される間隔を事実上減少させ、そして、これは、差動受信機２０によ る検出及び処理に、また差動受信機２０に接続された装置の行うディジタル決定 に影響する。 図４は、イコライザ１８を取り付けた平衡チャンネル１４上の差動信号のグラ フを示している。イコライザ１８は、平衡チャンネル１４の各ワイヤ対毎に取り 付けられる。等化によって、ノイズ及びジッタは減少し、かつウインド−エリア ２４は増加する。適切なパルス識別のために、ウインド−エリア２４は、差動信 号のゼロ交差の間に最小長さの値を有している。この最小長さの値は、差動受信 機２０に接続された装置のために適切なクロック動作を確実にする。好ましくは 、ウインド−エリア２４の最小長さの値は、ブロードバンドシステムに対して略 １０．７ｎｓであり、かつワイドバンドシステムに対して７．８ｎｓである。こ の最小長さの値は、設計要求に依存して調整することができる。 要するに、高速度伝送システムは、電気通信システムのブロードバンド及びワ イドバンド速度で高周波数信号を伝送するために平衡チャンネルを使用する。イ コライザは、この平衡チャンネルにより、信号応答を改善し、かつノイズ及びジ ッタを減少させた高周波数信号の伝送を可能にする。 このように、本発明によると、前述の利点を満足する高速度伝送システムが提 供されるということが明らかである。好ましい実施例について詳細に説明したけ れども、種々の変化、置換、変更をなすことができるということが理解されるで あろう。例えば、他のタイプの差動受信機及び送信機、及び異なる値のイコライ ザ要素が、平衡チャンネルを横断する同様な信号応答で、使用することができる 。他の例が当業者には容易に確かめることができ、かつ特許請求の範囲によって 限定された本発明の精神及び範囲から離れることなくなすことができるであろう 。

【手続補正書】 【提出日】１９９６年１１月２８日 【補正内容】 明細書を次のとおり補正致します。 １．特許請求の範囲を次のとおり補正します（請求項の数は１０減って１０とな ります）。 特許請求の範囲 １．差動信号を送信するための差動送信機と、 該差動信号を受信するための差動受信機と、 前記差動送信機及び差動受信機に結合されて、前記差動送信機から前記差動受 信機に前記差動信号を伝送するための平衡チャンネルと、 前記平衡チャンネルに結合されて、該平衡チャンネルにより伝送される前記差 動信号上のタイミングジッタを減少させるためのイコライザと、から成り、 前記差動送信機が非符号化送信機であり、かつデューティサイクル制限が前記 差動信号に課せられない高速度伝送システム。 ２．前記平衡チャンネルが差動同軸ケーブルである請求項１に記載の高速度伝送 システム。 ３．差動送信機と、 差動受信機と、 前記差動送信機から前記差動受信機への通信のために前記差動送信機及び前記 差動受信機に結合される撚り対ケーブルと、 前記撚り対ケーブルに結合されて、該撚り対ケーブルによって伝送される信号 上のジッタノイズを減少させるためのケーブルイコライザと、 前記差動受信機に結合されて、該差動受信機からのディジタルデータを、該デ ィジタルデータから離れたデータ速度に相当する局部クロック信号に再位相合わ せするディジタルリタイミング回路とから成り、 前記ディジタルリタイミング回路が、時々の低ジッタ移行を検出することによ って前記ディジタルデータの位相を決定する高速度伝送システム。 ４．前記差動送信機において前記撚り対ケーブルに結合されて、前記撚り対ケー ブル上の反射信号を取り除くために前記差動送信機の出力で逆終端を形成するた めの送信機終端抵抗器をさらに備え、該送信機終端抵抗器は、前記差動送信機の 出力電流を制限する請求項３に記載の高速度伝送システム。 ５．前記差動受信機で前記撚り対ケーブルに結合されて、前記差動受信機の入力 で終端を形成するための受信機終端抵抗器をさらに備える請求項３に記載の高速 度伝送システム。 ６．前記ケーブルイコライザが、信号対ノイズの利益のために前記差動受信機の 近辺で前記撚り対ケーブルの一端に位置決めされている請求項３に記載の高速度 伝送システム。 ７．前記ケーブルイコライザが時間変域原理に基づいて設計されている請求項３ に記載の高速度伝送システム。 ８．前記撚り対ケーブルが、７０ＭＨｚで３０ｄＢの最大近端クロストーク、か つ対数周波数目盛りでそこから−１５ｄＢの傾斜の直線に沿ったクロストーク仕 様を有する請求項３に記載の高速度伝送システム。 ９．前記ケーブルイコライザが、前記受信機の出力で差動信号のゼロ交差の間に 最小の間隔を維持する請求項３に記載の高速度伝送システム。 １０．前記最小間隔が、ワイドバンドシステムに対して７．８ｎｓであり、かつ ブロードバンドシステムに対して１０．７ｎｓである請求項９に記載の高速度伝 送システム。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．差動信号を送信するための差動送信機と、 該差動信号を受信するための差動受信機と、 前記差動送信機及び差動受信機に結合されて、前記差動送信機から前記差動受 信機に前記差動信号を伝送するための平衡チャンネルと、 前記平衡チャンネルに結合されて、該平衡チャンネルにより伝送される前記差 動信号上のタイミングジッタを減少させるためのイコライザと、から成り、 前記差動送信機が非符号化送信機であり、かつデューティサイクル制限が前記 差動信号に課せられない高速度伝送システム。 ２．前記差動受信機からのディジタルデータを、該ディジタルデータから離れた データ速度に相当する局部クロック信号に再位相合わせするために前記差動受信 機に結合されたディジタルリタイミング回路を備え、該ディジタルリタイミング 回路は時々の低ジッタ移行を検出することによって前記ディジタルデータの位相 を決定する請求項１に記載の高速度伝送システム。 ３．前記平衡チャンネルが差動同軸ケーブルである請求項１に記載の高速度伝送 システム。 ４．前記イコライザが前記差動信号のゼロ交差の間の最小間隔を維持して、前記 差動信号のディジタル形態の適切な検出を確実にする請求項１に記載の高速度伝 送システム。 ５．前記イコライザが、時間変域原理に基づいた前記差動信号のタイミングジッ タ性能を最少化する請求項１に記載の高速度伝送システム。 ６．差動送信機と、 差動受信機と、 前記差動送信機から前記差動受信機への通信のために前記差動送信機及び前記 差動受信機に結合される撚り対ケーブルと、 前記撚り対ケーブルに結合されて、該撚り対ケーブルによって伝送される信号 上のジッタノイズを減少させるためのケーブルイコライザと、 前記差動受信機に結合されて、該差動受信機からのディジタルデータを、該デ ィジタルデータから離れたデータ速度に相当する局部クロック信号に再位相合わ せするディジタルリタイミング回路とから成り、 前記ディジタルリタイミング回路が、時々の低ジッタ移行を検出することによ って前記ディジタルデータの位相を決定する高速度伝送システム。 ７．前記差動送信機において前記撚り対ケーブルに結合されて、前記撚り対ケー ブル上の反射信号を取り除くために前記差動送信機の出力で逆終端を形成するた めの送信機終端抵抗器をさらに備え、該送信機終端抵抗器は、前記差動送信機の 出力電流を制限する請求項６に記載の高速度伝送システム。 ８．前記送信機終端抵抗器が前記撚り対ケーブルの出力インピーダンスの１／２ の値を有する請求項７に記載の高速度伝送システム。 ９．前記差動受信機で前記撚り対ケーブルに結合されて、前記差動受信機の入力 で終端を形成するための受信機終端抵抗器をさらに備える請求項６に記載の高速 度伝送システム。 １０．前記ケーブルイコライザが、信号対ノイズの利益のために前記差動受信機 の近辺で前記撚り対ケーブルの一端に位置決めされている請求項６に記載の高速 度伝送システム。 １１．前記ケーブルイコライザが時間変域原理に基づいて設計されている請求項 ５に記載の高速度伝送システム。 １２．前記撚り対ケーブルが事実上ゼロ消失係数を持つ誘電体材料から成るワイ ヤ絶縁を有している請求項５に記載の高速度伝送システム。 １３．前記誘電体材料が、ポリエチレン又はポリプロピレンのいずれかを含む高 速度伝送システム。 １４．前記撚り対ケーブルが、７０ＭＨｚで３０ｄＢの最大近端クロストーク、 かつ対数周波数目盛りでそこから−１５ｄＢの傾斜の直線に沿ったクロストーク 仕様を有する請求項５に記載の高速度伝送システム。 １５．前記差動送信機から前記差動受信機に全二重通信するために前記差動送信 機及び前記差動受信機に結合され、かつブロードバンド及びワイドバンド周波数 範囲で高周波数信号を伝送する撚り対ケーブルと、 前記撚り対ケーブル上の反射信号を除去するために前記差動送信機の出力で逆 終端を形成するため前記差動送信機において前記撚り対ケーブルに結合され、か つ前記差動送信機の出力電流を制限する送信機終端抵抗器と、 前記差動受信機の入力で終端を形成するため前記差動受信機で前記撚り対ケー ブルに結合された受信機終端抵抗器と、 前記撚り対ケーブルによって伝送される信号上のジッタノイズを減少させるた め前記撚り対ケーブルに結合され、かつ時間変域原理に基づいた設計を有するケ ーブルイコライザと、 から成る高速度伝送システム。 １６．前記ケーブルイコライザが、前記受信機の出力で差動信号のゼロ交差の間 に最小の間隔を維持する請求項１５に記載の高速度伝送システム。 １７．前記最小間隔が、ワイドバンドシステムに対して７．８ｎｓであり、かつ ブロードバンドシステムに対して１０．７ｎｓである請求項１６に記載の高速度 伝送システム。 １８．前記ケーブルイコライザが、信号対ノイズ比要求を高めるために前記差動 受信機の近辺で前記撚り対ケーブルの一端に位置決めされている請求項１５に記 載の高速度伝送システム。 １９．前記撚り対ケーブルが、対数周波数目盛りで７０ＭＨｚの周波数で３０ｄ Ｂの値から−１５ｄＢの傾斜で直線に沿って最大近端クロストーク仕様を有して いる請求項１５に記載の高速度伝送システム。 ２０．前記差動受信機からのディジタルデータを、該ディジタルデータのデータ 速度に相当する局部クロック信号に再位相合わせするために前記差動受信機に結 合されたディジタルリタイミング回路をさらに備え、そして、該ディジタルリタ イミング回路は、時々の低ジッタ移行を検出することによって前記ディジタルデ ータの位相を決定する請求項１５に記載の高速度伝送システム。