JPS5846891B2

JPS5846891B2 - デ−タデンソウソウチ

Info

Publication number: JPS5846891B2
Application number: JP50021001A
Authority: JP
Inventors: 信一小川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1975-02-21
Filing date: 1975-02-21
Publication date: 1983-10-19
Also published as: JPS5197313A

Description

【発明の詳細な説明】本発明はデータ伝送装置、特に送信部のパルス信号を特
性インピーダンスを持ったケーブルを用いてパルス信号
を遠方へ伝送するためのデータ伝送装置に関する。

従来、計算機、データ伝送装置などのディジタル機器に
用いられている論理ＩＣ１例えばＴＴＬの出力から得ら
れるパルス信号を遠方の受信装置へ伝送する場合、次の
ような欠点がある。

（１）第１図は伝送装置１から得られるパルス信号２を
受信装置３へ伝送する方法の一例である。

この図番こおいて伝送装置１は出力部のＩＣ１受信装置
３は入力部のＩＣのみを表わしている。

伝送ケーブルには特性インピーダンス１００Ωのツィス
テッド・ペア線４を用いている。

この方法においてケーブルの長さｌが２〜３ｍの場合は
反射雑音か目立たないためパルス信号２をそのまま伝送
することが可能であるが、ケーブル長が５ｍ以上になる
と反射雑音が大きくなるためＳＮ比（信号対雑音比）が
悪くなる。

即ち振動を持った反射雑音が重畳されるため、パルス信
号としては第２図に示すような信号となる。

一般にＴＴＬ、ＩＣの出力インピーダンスは数百Ω、入
力インピーダンスは数にΩ、スレッシュホールド電圧は
２■前後である。

従って第１図の方法ではインピーダンスマツチングがと
れていないので反射雑音が発生し、その大きさがスレッ
シュホールド電圧に達すると受信側のＩＣ５は誤動作す
る。

（２）第１図においてケーブルが長い場合、例えば５ｍ
以上の場合、インピーダンスマツチングをとるため受信
端６〜７間に終端抵抗（１００，Ｑ）を接続する方法が
ある。

しかしながら、この方法は反射雑音を小さくすることが
できるが送信側のＩＣ８の出力から得られるパルス信号
２の振幅が無負荷時に約４■であることと出力インピー
ダンスが数百Ωであることから線路抵抗が零の時受信端
６−１におけるパルス信号２の振幅は約２ｖになる。

従って、ケーブルが長くなり線路抵抗が増加した場合に
は、更にパルス信号２の振幅が下がり、ＩＣ５のスレッ
シュホールド電圧値以下になるため受信装置を駆動する
ことができなくなる。

また、この方法においてはＴＴＬ、ＩＣの出力インピ
ーダンスが数１００Ωであることから、ケーブルは特性
インピーダンスが１００Ω程度のものに限定され、他の
特性インピーダンスを持ったケーブルが使えないため不
便を生じる。

（３）第３図はパルス駆動用のトランジスタ９と駆
動用電源１０を°用い、負荷抵抗１１．１２の値をペア
線４の特性インピーダンス１００Ωに合わせてパルス信
号３７を伝送する方法である。

第４図はペア線４の長さを１００ｍにして実験した受（
ｉｉ１３１４におけるパルス信号３７の観測波形である
。

なお、パルス巾は１μｓ、電源１０の電圧は＋５ｖにな
っている。

そして、この方法では次の問題点があった。

まず、送信側においてトランジスタ９がＯＦＦのとき、
送信端１５へ電源１０の＋５ｖが抵抗１１（１００Ω）
を通して加えられるため整合がとられるが、トランジス
タ９がＯＮになると送信端１５−１６間は零Ωにな・る
ので整合がとれない。

このため受信端１３−１４において第４図に示すような
反射雑音が発生する。

また、トランジスタ９がＯＮ時には出力電流Ｉｏが負荷
抵抗１２を通して端子１３から端子１５へ流れるため、
ペア線４の線路抵抗（端子１３−１５間）による電圧降
下を生じる。

実験では線路抵抗が２６Ωあったので受信端１３−１４
間に約１■の電圧が発生した。

即ち、第４図に示すようにパルス信号３７の零レベル期
間にオフセット電圧を生じる。

そして、このオフセット電圧は反射雑音と同じく、ＳＮ
比を悪化させる原因となる。

なお、電源１０の電圧を上げることによりパルスの振幅
を増加させることができるが、線路抵抗による電圧降下
も増すためＳＮ比を改善するための解決策にはならない
。

（４）第５図はＩＣ８の出力へトランジスタ１７による
エミッタフォロワー増幅器を接続してパルス信号３８を
伝送する方法である。

ここでは伝送ケーブルに同軸ケーブル１８を用いている
。

抵抗１９はケーブル１８の終端抵抗である。

この方法は次の欠点がある。

まずトランジスタ１７はエミッタフォロワーとして動作
しているので電圧増幅の作用はなく、送信端２０−２１
間に得られるパルス信号３８の振幅はＩＣ８の出力に得
られるパルス信号２の振幅とほぼ同じか、それ以下の大
きさである。

また、この増幅度は電源１０の電圧を上げても変わらな
い。

従って、長距離伝送の場合はケーブル１８の線路抵抗が
大きくなるので受信端２２−２３間におけるパルス信号
３８の振幅は小さくなる。

そして、この振幅はＩＣ５のスレッシュホールド電圧以
下の場合には受信装置を駆動することができなくなる。

また、ケーブルの芯線が誤って接地間とショートした場
合には過大電流が流れるためトランジスタ１１が横規す
る場合がある。

本発明の目的は以上の欠点を取り除いた新規なデータ伝
送装置を提供することである。

即ち、本発明の主な目的は次の通りである。

■ インピーダンスマツチングを正しくとり、反射雑音
をなくす。

■ 伝送ケーブルの線路抵抗によるパルス信号の損失分
を補って長距離伝送を可能にする。

■ 任意の特性インピーダンスを持ったケーブルに対し
て使用を可能（こする。

■ オフセット電圧をなくす。

■ 低消費電力の装置で実現する。

等である。

本発明は上記目的を達成するために、伝送すべきパルス
信号によって相補的に開閉する第１、第２のスイッチを
電源アース間直列接続し、その２つのスイッチの接続点
とアース間を、抵抗素子と一方向素子の並列回路を介し
て、伝送路に結合するドライブ回路を有するパルス信号
伝送装置において、上記ドライブ回路の電源を上記伝送
すべきパルス信号を得る論理回路の電位と独立に設ける
と共に、上記電源側に接続された第１のスイッチは上記
電源とアース間に接続され上記パルスの一方のレベルに
対し定電流回路となり、他方のレベルにより非導通とな
る第１のトランジスタと、上記電源と上記並列回路との
間に接続され上記第１のトランジスタが導通となったと
き上記電源の電圧に応じた電流を流し、第１のトランジ
スタが非導通となったとき非導通となる第２のトランジ
スタとで構成したものである。

この構成によって、送信部と伝送路のインピーダンスマ
ツチングをとり、伝送すべきパルスがＯのときでも、不
要な直流成分が生じることがないと同時にパルス信号処
理の論理回路構成上の制限を受けることなく、伝送すべ
きパルスの振幅を任意に設定でき、Ｓ／Ｎ比の向上と、
種々の特性インピーダンスの伝送線路に適用できること
になる。

以下本発明を実施例によって詳細に説明する。

第６図は本発明によるデータ伝送装置の一実施例の構成
を示す回路図で、点線内が本発明の要部である。

ここでは伝送ケーブルに特性インピーダンス１００Ωの
ツィステッド・ペア線４が用いられている。

電源４４は駆動用電源である。トランジスタ２４．２５
は、一方がＯＮのとき、他方がＯＦＦとなるように交互
に動作するスイッチングトランジスタである。

トランジスタ２６はトランジスタ２４をＯＮ、ＯＦＦｇ
せるための制御用トランジスタである。

ダイオード２７は内部抵抗の低いシリコンダイオードで
ある。

抵抗２８．２９は整合用抵抗、抵抗３９は終端抵抗でこ
れらを伝送ケーブルの特性インピーダンスの値に合わせ
る。

抵抗３０はトランジスタ２６のコレクタ電流を決めるた
めのものである。

抵抗３１はトランジスタ２６の負荷抵抗である。

また抵抗３２はトランジスタ２５のベース電流値を決め
るための抵抗、コンデンサ３３はスピードアンプコンデ
ンサである。

そして入力端子３４と３５へは第１図のＩＣ８の出力及
び入力に得られるパルス信号２とパルス信号３６が加え
られる。

なおパルス信号２はパルス信号３６に比べてＴＴＬ、Ｉ
Ｃの伝搬遅延時間（実施例ではＩｏｎｓ以下）だけのわ
ずかな時間遅れがあるが、パルス信号２のパルス巾（実
施例では１μＳ）に比べて十分小さいので、ここでは両
パルス信号は相補信号であるものとする。

まず端子３４においてパルス信号２の零レベル、つまり
論理「Ｏ」の場合について考える。

この状態においてトランジスタ２６はベース電流が流れ
ないのでＯＦＦである。

またトランジスタ２４もベース電流（トランジスタ２６
のコレクタ電流）が流れないので同様にＯＦＦである。

この時入力端子３５には論理「１」が加えられるのでト
ランジスタ２５はＯＮになっている。

故に端子４０は整合用抵抗２９を通して接地されている
ことになる。

この時シリコンダイオード２１が接地きれているが、こ
れの立上り電圧が約０．６Ｖあり、しかもトランジスタ
２５のコレクタ・エミ゛ツタ間の電圧は零であるのでダ
イオード２７は無いものと考えてよい。

また整合用抵抗２８もトランジスタ２４がＯＦＦとなっ
ているので無いものと考えてよい。

従って抵抗２９の抵抗値はペア線４の特性インピーダン
スに等しく合わせであるのでパルス信号２の零レベルの
期間は整合がとれていることになる。

次に端子３４においてパルス信号２の＋４Ｖレベルｌ理
ｒｉｄ）の場合について考える。

この状態ではトランジスタ２６はベース電流が流れるの
でコレクタ電流が負荷抵抗３１を通して流れる。

従ってトランジスタ２４はベース電流が流れてＯＮにな
る。

一方、端子３５においては零レベル（論理「Ｏ」）にな
っているのでトランジスタ２５はＯＦＦになっている。

従って電源４４は整合用抵抗２８及びダイオード２７を
通して端子４０へ加えられ、信号電流Ｉｓが矢印の方向
へ流れる。

このＩｓはダイオード２１を通して流れるが、これの順
方向の抵抗が極めて小さい（１Ω以下）ためほぼ導通状
態とみてよく、抵抗２９は無関係となる。

以上からパルス信号２の＋４ｖレベルの期間も整合がと
れていることになる。

そして信号電流Ｉｓは抵抗２９による電圧降下が無いた
め効率よくケーブル側に送られ、受信側の終端抵抗３９
へ流れる。

上に述べたトランジスタ２４．２５が交互にＯＮ、ＯＦ
Ｆするスイッチング動作を原理図で示すと第７図のよう
になる。

なお、ダイオード２７は第６図に示すようなスイッチン
グトランジスタ４５で代用することも可能である。

また整合用抵抗２８はトランジスタ２４のエミッタ側に
付加しても同様の動作が得られる。

次に受信端４２−４３に得られるパルス信号４６の電圧
Ｖｐは次式で表わせる。

ここでＲｚは整合用抵抗、Ｒｒはケーブルの線路抵抗、
■８は電源４４の電圧、ｖＴはトランジスタ２４の飽和
電圧、ｖＤはダイオード２７の順方向電圧の値を示す。

実施例ではＲｚ＝１００Ω。Ｒｒ＝２６ΩｅＶｓ＝
１２Ｖ、ＶＴ＝０．４Ｖ、ＶＤ−〇、６Ｖであるのでｖ
ｐ＝４．８７Ｖテアル。

第８図は受信端４２−４３間におけるパルス信号４６の
観測波形である。

この図からもわかるように本発明では反射雑音やオフセ
ント電圧の無い、きれいな波形が得られている。

以上の構成方法により本発明は更に次のような２つの特
長を得ている。

まず第１の特長はトランジスタ２４．２５のスイッチン
グ動作において、一方がＯＮのとき他方がＯＦＦ、また
はこれと逆の状態となるが、トランジスタのスイッチン
グスピードの違いによりＯＮからＯＦＦあるいはＯＦＦ
からＯＮへの切り換え時点において、瞬間的（実施例で
は１０ｎｓ以下）に両トランジスタが同時に導通状態に
なることがある。

この時、両トランジスタを通じて電源４４から接地側に
スパイク電流が流れるが整合用抵抗２８があるために過
大電流にはならない。

従って両トランジスタを横坑から防ぐことができる。

これは端子３４および３５に加えられる相補信号のいず
れかに時間的な遅れがあって、スパイク電電が流れる場
合に対しても同様な効果がある。

実施例の場合、スパイク電流の値は１２（Ｖ）／ｌｏ。

（Ω）＝０．１２（Ａ）であった。

この値は信号電流１２（Ｖ）／２００（Ω）＝０．０６
（Ａ）に対して２倍の値であり、これに耐え得るトラン
ジスタを選定することは容易である。

また伝送ケーブルの芯線が誤って接地間と導通状態にな
っても上記と同様にトランジスタ２４．２５を保護する
ことができる。

このように抵抗２８は整合用だけでなく過大電流の防止
にも役立っている。

以上説明した本発明の効果をまとめると次のようになる
。

（１）インピーダンスマツチングについては受信側に終
端抵抗３９が接続されている時、送信側においてパルス
信号２の零レベル期間および＋４Ｖレベル期間に信号源
抵抗として抵抗２８または抵抗２９が付加されるので正
確に整合がとれる。

その結果、反射雑音を無くすことができる。（２）受信
端４２−４３間に必要とするパルス信号の電圧Ｖｐは式
（１）によって簡単に求められる。

従って、ケーブルが長くなって線路抵抗が増加しても電
源４４の電圧を上げることにより損失分を補うことがで
きる。

また長距離伝送時のＳＮ比に対しても有利である。

即ち、ケーブルに誘起される外来雑音のレベルは変わら
ないものとして、受信端の信号レベルをスレッシュホー
ルド電圧以上の一定値になるように電源４４の電圧を設
定すれば、ケーブル芯線の信号電位は受信端よりも送信
端に近い方が必ず高いため雑音の影響を受けにくくなる
。

（３）抵抗２８．２９．３９を使用するケーブルの特性
インピーダンスに選べば整合がとれるので、任意の特性
インピーダンスを持ったケーブルに適用することができ
る。

実験では特性インピーダンスが５０Ω、７５Ω、１００
Ω、２００Ω。

３００Ωの各ケーブルについて試みてみたが、いずれも
受信端４２−４３において反射雑音の無い、きれいな波
形が得られた。

（４）第３図で説明した線路抵抗によるオフセット電圧
が無いためＳＮ比の高いパルス信号が得られる。

即ち、電源４４の電圧を上げることによリオフセット電
圧は発生しないで信号分のみを増加させることができる
。

（５）駆動用トランジスタ２４および２５をスパイク電
流及び過負荷（送信端のショート）に対して保護するこ
とができるので回路の信頼性を向上させることができる
。

このように本発明は無調整で整合がとれ、かつパルス信
号のレベルを自由に設定できるため、大変使いやすい回
路ｌこなっている。

またＩＣ化にも適しているので工業上の利益は極めて犬
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術の一例を示す図、第２図は第１図の受
信端６−７間に得られるパルス信号２の波形図、第３図
は従来技術の一例を示す図、第４図は第３図において、
ペア線４の長さが１００ｍの場合の受信端１３−１４間
に得られるパルス信号３７の波形図、第５図は従来技術
の一例を示す図、第６図は本発明の一実施例図、第７図
は本発明の原理図、第８図は第６図の本発明において、
ペア線の長さが１００ｍの場合の受信端４２−４３間に
得られるパルス信号４６の波形図。１・・・伝送装置、２・・・第１図において伝送される
パルス信号、３・・・受信装置、４・・・ツィステッド
・ペア線、５・・・受信装置の入力ＩＣ，６，７・・・
受信端、８・・・伝送装置の出力ＩＣ，９・・・駆動用
トランジスタ、１０・・・駆動用電源、１１・・・整合
用抵抗、１２・・・整合用抵抗、１３・・・受信端、１
４・・・受信端、１５・・・送信端、１６・・・送信端
、１１・・・エミッタフォロワー増幅器、１８・・・同
軸ケーブル１９・・・ケーブルの終端抵抗、２０・・
・送信端、２１・・・送信端、２２・・・受信端、２３
・・・受信端、２４・・・駆動用トランジスタ、２５・
・・駆動用トランジスタ、２６・・・駆動用トランジス
タ２４をＯＮ、ＯＦＦｇせるための制御用トランジスタ
、２７・・・内部抵抗の低いシリコン・ダイオード、２
８・・・整合用抵抗、２９・・・整合用抵抗、３０・・
・トランジスタ２６のエミッタ電流（コレクタ電流）値
を決めるための抵抗、３１・・・トランジスタ２６の負
荷抵抗、３２・・・トランジスタ２５のベース電流値を
決めるための抵抗、３３・・・スピードアップコンデン
サ、３４・・・本発明の入力端子、３５・・・本発明の
入力端子、３６・・・ＩＣ８の入カヘ加えられるパルス
信号、３７・・・第３図において伝送されるパルス信号
、３８・・・第５図において伝送されるパルス信号、３
９・・・ケーブルの終端抵抗、４０・・・送信端、４１
・・・送信端、４２・・・受信端、４３・・・受信端、
４４・・・駆動用電源。４５・・・シリコン・ダイオード２７の代用をするスイ
ッチングトランジスタ、４６・・・第６図において伝送
されるパルス信号。

Claims

【特許請求の範囲】

１直列接続された第１のスイッチ素子と第１の抵抗素
子からなる直列回路と上記直列回路に直列に接続された
第２のスイッチ素子と送信すべきパルス信号によって、
上記第１及び第２のスイッチ素子を相補的に開閉する駆
動回路と、一方向性伝導素子と第２の抵抗素子が並列に
接続され、その一端が上記直列回路と第２スイツチの接
続点に接続された並列回路と、上記直列に接続された直
列回路と上記第２のスイッチ素子の両端ｌこ第１電源を
接続する手段と、上記並列回路の他端と上記第２スイツ
チ素子の第１電源に接続される端子とを出力端子として
伝送路に接続する手段を有してなるデータ伝送装置にお
いて、上記電源は上記パルス信号を発生する論理回路の
第２電源と独立に設けられると共に、上記第１のスイッ
チ素子は上記第１電源とアース間に接続されコレクタお
よびエミッタがそれぞれ抵抗を介して上記パルスの一方
のレベルに対し定電流回路となり、他方のレベルに対し
て非導通となる第１のトランジスタと、エミッタおよび
コレクタがそれぞれ上記第１電源および上記第１の抵抗
素子との間に接続され、ベースが上記第１のトランジス
タのコレクタに接続され第１のトランジスタが定電流回
路となったとき上記第１電源の電圧に応じた電流を流し
、上記第１のトランジスタが非導通となったとき非導通
となる第２のトランジスタからなり、かつ上記第１およ
び第２の抵抗素子が、上記伝送路の特性インピーダンス
と等しい値に設定されて構成されたこと特徴とするデー
タ伝送装置。