JPWO2019111354A1

JPWO2019111354A1 - 信号伝送システム

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Publication number: JPWO2019111354A1
Application number: JP2019557924A
Authority: JP
Inventors: 崇桑原; 大和田　哲; 哲大和田; 洋板倉
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2020-04-09
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Abstract

送信部（１０）は、デジタル信号源（１１）とパルス生成回路（１４）を備える。デジタル信号源（１１）は矩形波信号を発生する。パルス生成回路（１４）はショートスタブ（１４１）とオープンスタブ（１４２）とからなり、矩形波信号に対応したパルス信号を生成する。受信部（３０）では、送信部（１０）からのパルス信号を損失性伝送路（２０）を介して受信する。ヒステリシス機能を有した比較回路（３２）は、受信したパルス信号を矩形波信号に変換する。

Description

この発明は、メタル線といった損失性伝送路を用いた信号伝送システムに関し、特に、その通信特性を改善するようにしたものである。

ケーブルやプリント基板配線など損失性の伝送路を用いた信号伝送では、高周波数領域の伝送路損失が顕著となるため、受信端における波形振幅が減少する、あるいは受信波形が歪むなどの特性劣化が課題となる。このような問題が発生した場合、送信されたデータの１／０（例えば電圧のＨｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベル）を受信側で判定する際に、伝送路の損失の影響を受けて受信端で判別できなくなるか、判別誤り（ビットエラー）が起きることにより信号伝送の信頼性が低下する。

伝送路の表皮効果及び誘電損失は伝送信号の周波数に依存した損失量を持つため、受信端での波形歪みとジッタ（時間軸誤差）の増加を招き、通信品質劣化の要因となる。表皮効果は周波数が比較的高い交流電流が導体を流れるときに、電流密度が導体の表面で高く、表面から内部に向かって低くなる現象のことであり、周波数が高くなるほど表皮効果の影響は増加し、導体損の一因である。また、誘電損失とは誘電体に交流電場を加えたとき、誘電体の中で電気エネルギが熱エネルギとして失われる現象のことであり、高周波領域で大きくなる傾向をもつ。こうした周波数依存の損失に伴うジッタは、通信に用いられるデジタル信号のビット列に依存するため、データ依存ジッタ(ＤＤＪ：ＤａｔａＤｅｐｅｎｄｅｎｔＪｉｔｔｅｒ)と称される。

こうしたデータ依存ジッタを抑制するために用いられる従来技術として、受信部に配置されるイコライザや送信部に配置されるプリエンファシスが知られている。イコライザ（ｅｑｕａｌｉｚｅｒ）とは、データ伝送で使われるシグナルコンディショニング（信号調整）技術の一つであり、伝送信号の周波数特性を最適化するため、フィルタ回路などを使ってその特性を調整する補償回路である（例えば、特許文献１参照）。また、プリエンファシス(ｐｒｅ―ｅｍｐｈａｓｉｓ)とは、こちらもシグナルコンディショニング技術の一つであり、伝送路固有の高周波数における減衰特性に応じて、伝送信号の高周波領域側を増幅して送信側から送出し、受信側で受ける信号の周波数特性を改善する変調回路である。いずれの従来技術も、伝送路損失の周波数特性に対して、逆特性（高域通過フィルタと等価）の波形補償の処理を施して周波数特性の平坦化を得ることで、振幅の減少やジッタを抑制するものである。

特表平９−５０７９７８号公報

しかしながら、従来のイコライザやプリエンファシスを用いたシステムでは、波形補償のための追加回路が必要となり、回路規模やコストが増加するという問題があった。また、伝送路の周波数特性に対し正確な逆特性を得られない場合は、データ依存ジッタの抑制効果が低く、通信性能が改善されないという問題があった。

この発明は、かかる問題を解決するためになされたもので、伝送路損失の周波数特性に強く依存することなく、データ依存ジッタを抑制することのできる信号伝送システムを提供することを目的とする。

この発明に係る信号伝送システムは、信号を送出する送信部と、送信部からの信号を損失性伝送路を介して受信する受信部とを有し、送信部は、矩形波信号を発生する信号源と、伝搬時間が矩形波信号の遷移時間の１／４に相当するショートスタブとオープンスタブとからなり、矩形波信号に対応したパルス信号を生成して損失性伝送路に出力するパルス生成回路とを備え、受信部は、ヒステリシス機能を有し、損失性伝送路を介して受信したパルス信号を矩形波信号に変換する比較器を備えたものである。

この発明に係る信号伝送システムは、伝搬時間が矩形波信号の遷移時間の１／４に相当するショートスタブとオープンスタブとからなり、矩形波信号に対応したパルス信号を生成して損失性伝送路に出力するパルス生成回路を備えたので、伝送路損失の周波数特性に強く依存することなく、データ依存ジッタを抑制することができる。

この発明の実施の形態１の信号伝送システムの構成図である。この発明の実施の形態１の信号伝送システムにおける矩形波信号とパルス信号とを示す説明図である。図３Ａは、この発明の実施の形態１の信号伝送システムにおける送信部の出力波形、図３Ｂは受信部の入力信号と波形再生信号を示す説明図である。この発明の実施の形態２の信号伝送システムを示す構成図である。この発明の実施の形態３の信号伝送システムにおけるパルス生成回路を示す斜視図である。この発明の実施の形態４の信号伝送システムにおけるパルス生成回路を示す断面図である。この発明の実施の形態５の信号伝送システムを示す構成図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態による信号伝送システムを示す構成図である。
図示の信号伝送システムは、送信部１０、損失性伝送路２０、受信部３０を備える。送信部１０はデジタル信号を送出し、このデジタル信号が損失性伝送路２０を介して受信部３０で受信されるよう構成されている。送信部１０は、デジタル信号源１１、バッファ回路１２、出力抵抗１３、パルス生成回路１４、主線路１５を備えている。デジタル信号源１１はデジタル信号に対応した矩形波信号を発生するものである。バッファ回路１２は、デジタル信号源１１からの矩形波信号を必要に応じて増幅しバッファリングするための回路である。出力抵抗１３はバッファ回路１２の出力側の抵抗であり、パルス生成回路１４の入力側の線路の抵抗に相当する。パルス生成回路１４はショートスタブ１４１とオープンスタブ１４２からなり、接続点１４０で主線路１５に接続されている。これらショートスタブ１４１及びオープンスタブ１４２は、伝搬時間がパルス生成回路１４に入力される矩形波信号の遷移時間の１／４となるよう構成され、矩形波信号に対応したパルス信号を生成し、主線路１５を介して損失性伝送路２０に送出する。主線路１５はバッファ回路１２の出力からパルス生成回路１４を介して送信部１０の出力までの線路を構成する線路である。

損失性伝送路２０は、送信部１０と受信部３０間でデータ通信を行うためのメタル線等からなる伝送路である。また、受信部３０は、終端抵抗３１、比較回路３２、増幅器３３からなる。終端抵抗３１は、一端が損失性伝送路２０と比較回路３２の入力端子との間に接続され、他端が接地された抵抗であり、損失性伝送路２０の特性インピーダンスと同じ値を有し、受信部３０における終端処理を行うための抵抗である。比較回路３２はヒステリシス機能を有し、受信したパルス信号からデジタル矩形波信号を生成する回路である。増幅器３３は、比較回路３２で変換された矩形波信号を増幅する回路である。

次に、実施の形態１の信号伝送システムの動作について説明する。
図２は、デジタル信号源１１から出力され、パルス生成回路１４に入力される矩形波信号とパルス生成回路１４から出力されるパルス信号を示す説明図である。
デジタル信号源１１は、デジタル信号に対応した矩形波信号を発生し、この矩形波信号はバッファ回路１２を介してパルス生成回路１４に入力される。これを図２では入力信号１０１として示す。図２に示す入力信号１０１は、デジタル値：１０１００１…に対応した矩形波信号である。パルス生成回路１４は、入力される矩形波信号に対し、矩形波信号が立ち上がる際には正極の狭パルス信号を出力し、入力される矩形波信号が立ち下がる際には負極の狭パルス信号を出力する。これを図２ではパルス信号１０２として示す。その後、このパルス信号１０２は主線路１５から損失性伝送路２０へ出力される。

パルス生成回路１４の具体的な動作についてさらに説明する。
ここでは矩形波信号の遷移ＬｏｗからＨｉｇｈへ立ち上がるときについて記載する。パルス生成回路１４は、図２で示される入力信号１０１が、ショートスタブ１４１とオープンスタブ１４２の接続点１４０にて、主線路１５とショートスタブ１４１とオープンスタブ１４２に３方向に分岐されて伝搬する。この際、配線が３分岐されているため、並列抵抗の原理から、ショートスタブ１４１とオープンスタブ１４２と主線路１５に向かう信号電圧はその分下がる。ショートスタブ１４１とオープンスタブ１４２は同じ長さで伝搬時間が矩形波信号の立ち上がり時間（遷移時間）Ｔｒの１／４である。矩形波信号が接続点１４０に到達し矩形信号が３方向に分岐する時刻を０とした場合、時刻Ｔｒ／４に、両スタブの先端に到達する。このときショートスタブ１４１の先端では、スタブがグラウンドに接続されているため、ショートスタブ１４１の特性インピーダンスをＺ１［Ω］とした場合、反射係数Γ＝（０−Ｚ１）／（０＋Ｚ１）＝−１の、負の反射（逆相反射）波が発生する。一方、オープンスタブ１４２の先端では、オープンスタブの特性インピーダンスをショートスタブと同じくＺ１［Ω］とした場合、反射係数Γ＝（∞−Ｚ１）／∞＋Ｚ１）≒＋１の正の反射（同相の反射）波が発生する。

時刻Ｔｒ／４＊２になると、両スタブからの反射波が接続点１４０に戻って来る。このとき接続点１４０では、主線路１５とスタブ２個が付与されていることによりインピーダンス不整合による反射と透過が発生する。但し、オープンスタブ１４２からの正の反射波と、ショートスタブ１４１からの負の反射波が同時刻に接続点１４０へ到来するため、両スタブ先端からの反射はお互いキャンセルされることにより、接続点１４０の電圧は時刻０からＴｒ／２までの立ち上がり方を継続する。
時刻Ｔｒ／２以降は、最初に両スタブ先端で発生した反射波は接続点１４０を通過して反対側のスタブへと伝搬し、時刻Ｔｒ／４＊３のときに、反対側のスタブ先端に到達する。このとき、最初にオープンスタブ１４２先端で反射した信号が接続点１４０を通過してショートスタブ１４１先端に到達し、一方、最初にショートスタブ１４１先端で反射した信号が接続点１４０を通過してオープンスタブ１４２先端に到達することとなる。
時刻Ｔｒ／４＊４のとき、つまりデジタル信号源１１からの矩形波が立ち上がりきった時刻Ｔｒのときに、オープンスタブ１４２先端→ショートスタブ１４１先端の経路を伝搬してきた信号と、ショートスタブ１４１先端→オープンスタブ１４２先端の経路を伝搬してきた信号が接続点１４０に２回目で戻ることで、２経路を伝搬してきた信号それぞれが負の反射と正の反射の影響を受けているため、パルス生成回路１４からの出力信号はこの時刻から立ち下がり始める。つまり、パルス生成回路１４から出力される狭パルス信号は時刻Ｔｒのときが電圧のピークとなり、パルス生成回路１４から出力される狭パルス信号の立ち上がり時間も同じＴｒとなる。この際、立ち下がる際の電圧降下の傾きは、立ち上がり際の電圧上昇の傾きと逆符号ではあるが角度（電圧変化量／時間）の絶対量は同じである。

なお、時刻２Ｔｒのときに、両スタブの特性インピーダンスと、出力抵抗１３と損失性伝送路２０の特性インピーダンスが等しくない場合は、接続点１４０にて不整合による反射と透過が再び発生するため、時刻２Ｔｒでパルス生成回路１４からの出力される狭パルス信号は０Ｖに収束せず、両スタブ先端への往復を繰り返して次第に０Ｖに収束する。両スタブの特性インピーダンスが出力抵抗１３と損失性伝送路２０の特性インピーダンスと同じ場合は、実施の形態２にて後述する。

また、矩形波信号が立ち下がる場合も原理は同様であり、前述の立ち上がり時との違いは、パルス生成回路１４の出力が負極（負の電圧ピーク）になることである。なお、通常、矩形波信号の遷移時間、すなわち、立ち上がり時間Ｔｒと立ち下がり時間Ｔｆの関係はＴｒ＝Ｔｆである。その後は、矩形波信号が次の遷移を行うまで、パルス生成回路１４の出力電圧は０Ｖである。

ショートスタブ１４１とオープンスタブ１４２を用いた本実施の形態のパルス生成回路１４は、１／４λ（λは基本周波数ｆ０＝伝送レートの半分の周波数に対応する波長）スタブを用いたＢＰＦ（ＢａｎｄＰａｓｓＦｉｌｔｅｒ：帯域通過フィルタ）やＢＳＦ（ＢａｎｄＳｔｏｐＦｉｌｔｅｒ：帯域除去フィルタ）による周波数領域を考慮したフィルタ設計手法とは異なる。本実施の形態における設計パラメータは、矩形波信号の遷移時間に従属するため、伝送レートの速度には依存しない。つまり、λが設計パラメータにはならない。たとえ矩形波信号の伝送レートがどんなに低くても（ｆ０が低い、またはλが長くなっても）、矩形波信号の遷移時間（立ち上がり／立ち下がり）時間が伝送レートと比較して短い場合、本実施の形態で用いるショートスタブ１４１とオープンスタブ１４２の長さもそれに応じて短くなる。

また、本実施の形態は、マイクロ波の世界で用いられるような目的のフィルタではなく、キャパシタを直列に接続した微分回路でもないため、パルス生成回路１４の出力信号は微分波形にはならない。つまり微分回路に必要なＲ素子やＣ素子が不要である。もし矩形波信号の立ち上がり／立ち下がり時の電圧遷移が線形ならば、パルス生成回路１４の出力波形のＬｏｗ→Ｈｉｇｈ及びＨｉｇｈ→Ｌｏｗへの電圧遷移も線形である。

次に、信号伝送システムにおける受信部３０の動作について説明する。受信部３０は、送信部１０から出力された狭パルス信号を受信し、ヒステリシスが付与された比較回路３２によって矩形のデジタル信号を成形する。比較回路とは、入力される二つの電圧（または電流）を比較し、その結果によって出力が切り替わる回路のことである。ヒステリシスの付与とは、例えば電圧に関してＨｉｇｈ側とＬｏｗ側に閾値を設定することである。つまり、入力信号がＨｉｇｈ側の閾値を上回ればＨｉｇｈ判定として設定した電圧を出力し、Ｌｏｗ側の閾値を下回ればＬｏｗ判定として設定した電圧を出力する。この機能はデジタル波形の成形に一般的に用いられる。なお、受信部３０には、損失性伝送路２０の特性インピーダンスと同じ値となる終端抵抗３１が接続されているため、受信端における信号反射は発生しない。

図３Ａは送信部１０からの出力波形、図３Ｂは受信部３０における比較回路３２の入力信号と出力信号を示す説明図である。
受信部３０における比較回路３２は、図３Ａに示す狭パルス信号が送信部１０から出力された場合、損失性伝送路２０を介して伝送された狭パルス信号３０１を受信し、その信号の電圧レベルが予め設定されたＨｉｇｈ側の電圧閾値Ｖ_ＴＨを上回ればＶ_Ｈを出力し続け、Ｌｏｗ側の電圧閾値Ｖ_ＴＬを下回ればＶ_Ｌを出力する（出力信号３０２参照）。
すなわち、パルス生成回路１４から出力される狭パルス信号は正極パルスまたは負極パルスとなるため、受信部３０では、正極パルスまたは負極のパルスの電圧が比較回路３２のコンパレータ閾値を越えたら、パルス信号の受信を認識する。
これにより、送信部１０における元信号の伝送レートを再現した矩形デジタル信号が受信部３０の比較回路３２から出力される。

以上のような構成を用いたことにより、実施の形態１では次のような効果が得られる。すなわち、従来の伝送システムでは、矩形デジタル信号を送信するため、ケーブル伝送系などの損失性伝送路に接続された際に隣接ビットからの影響を受けやすく、伝送レートが高くなるほど周波数帯域も広くなり、さらに使用周波数上限も高くなるため、ジッタが増加してしまうという問題点を有していた。これに対し、本実施の形態では、送信部１０にパルス生成回路１４を備え、損失性伝送路２０に出力される送信波形を狭パルス信号とすることにより、損失性伝送路２０に起因した伝送損失に周波数特性があっても、隣接ビットからの影響を受けない。この理由は、隣接する狭パルス信号に時間的な間隔ができることになるからである。結果として、受信端での波形歪みが生じず、データ配列に依存したジッタの劣化を抑えられる狭パルス信号生成が、二つのスタブ構造によりもたらされる。
また、パルス生成回路１４から出力される狭パルス信号は矩形波信号の伝送レートに依存せず、矩形波信号の遷移時間（ＴｒまたはＴｆ）のみにしか依存しない。

さらに、パルス生成回路１４内において、ショートスタブ１４１とオープンスタブ１４２を有する構造であるため、遅延素子や符号反転素子などの部品を用いない。よって、回路規模やコストの増加、また素子毎の特性ばらつきなどの問題をも解消することができる。

また、パルス生成回路１４内において、バッファ回路１２から出力された信号はショートスタブ１４１にてグラウンドに接続されているため、ＤＣ（直流）的には、または集中定数的にはグラウンド短絡されていることになる。このため、信号伝送路にてＤＣオフセットが生じないことから、受信部３０の入口に直列にＤＣカット用コンデンサを備える必要も無いという効果がある。

以上説明したように、実施の形態１の信号伝送システムによれば、信号を送出する送信部と、送信部からの信号を損失性伝送路を介して受信する受信部とを有し、送信部は、矩形波信号を発生する信号源と、伝搬時間が矩形波信号の遷移時間の１／４に相当するショートスタブとオープンスタブとからなり、矩形波信号に対応したパルス信号を生成して損失性伝送路に出力するパルス生成回路とを備え、受信部は、ヒステリシス機能を有し、損失性伝送路を介して受信したパルス信号を矩形波信号に変換する比較器を備えたので、伝送路損失の周波数特性に強く依存することなく、データ依存ジッタを抑制することができる。

実施の形態２．
実施の形態２は、ショートスタブとオープンスタブの特性インピーダンスを、出力抵抗の抵抗値と損失性伝送路の特性インピーダンスと同じ値とするようにしたものである。

図４は、実施の形態２の信号伝送システムの構成図である。
図示の信号伝送システムは、送信部１０ａと受信部３０とが損失性伝送路２０を介して接続されている。実施の形態２の送信部１０ａではパルス生成回路１４ａを構成するショートスタブ１４１ａとオープンスタブ１４２ａの特性インピーダンスが、出力抵抗１３の抵抗値（Ｚ０）と損失性伝送路２０の特性インピーダンス（Ｚ０）と等しくなるよう構成されている。その他の構成は図１に示した実施の形態１と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

次に、実施の形態２におけるパルス生成回路１４ａの動作について説明する。
実施の形態２のパルス生成回路１４ａでは、ショートスタブ１４１ａとオープンスタブ１４２ａの先端にて発生する反射波は、接続点１４０にそれぞれが戻った時に（時刻Ｔｒ／２）、出力抵抗１３方向、損失性伝送路２０方向、反対側のスタブ方向の３方向へ分岐することに起因するインピーダンス不整合による反射が生じる。すなわち、反射係数Γ＝（Ｚ０／３−Ｚ０）／（Ｚ０／３＋Ｚ０）＝−０．５の反射が生じる。その際、半分は今まで伝搬してきたスタブの先端へ戻る反射成分であり、残りの半分は前記の３方向へ透過する。ここで、実施の形態１とは異なるのは、接続点１４０での反射係数Γが−０．５という点であり、透過する量と反射で戻る量が同じであるため、ショートスタブ１４１ａ先端に起因する負の反射とオープンスタブ１４２ａ先端に起因する正の反射が同じであり、接続点１４０ではちょうど相殺され、接続点１４０の電圧は時刻０からＴｒ／２までの立ち上がり方そのまま時刻Ｔｒまで継続する。

時刻Ｔｒ／２以降は、最初に両スタブ先端で発生した反射波は接続点１４０を通過して反対側のスタブへと伝搬し、時刻Ｔｒ／４＊３に反対側のスタブ先端に到達する。このとき、最初にオープンスタブ１４２ａの先端で反射した信号が接続点１４０を通過してショートスタブ１４１ａの先端に到達し、一方、最初にショートスタブ１４１ａの先端で反射した信号が接続点１４０を通過してオープンスタブ１４２ａの先端に到達することとなる。

時刻Ｔｒ／４＊４のとき、つまりデジタル信号源１１からの矩形波信号が立ち上がりきった時刻Ｔｒのときに、オープンスタブ１４２ａ先端→接続点１４０地点通過→ショートスタブ１４１ａ先端の経路を伝搬してきた信号と、ショートスタブ１４１ａ先端→接続点１４０地点→オープンスタブ１４２ａ先端の経路を伝搬してきた信号が接続点１４０地点に２回目で戻ることで、２経路を伝搬してきた信号それぞれが負の反射と正の反射の影響を受けているため、パルス生成回路１４ａからの出力信号はこの時刻から時間Ｔｒをかけて立ち下がり始める。つまり、パルス生成回路１４ａから出力される狭パルス信号は時刻Ｔｒのときが電圧のピークとなり、パルス生成回路１４ａから出力される狭パルス信号の立ち上がり時間も同じＴｒとなる。

ここで、実施の形態２では、両スタブの特性インピーダンス＝出力抵抗１３の抵抗値＝損失性伝送路２０の特性インピーダンスであるため、前述したように、反射係数Γ＝−０．５となり、狭パルス信号の立ち下がりはＴｒで０Ｖとなる。よって、パルス生成回路１４ａからの狭パルス出力時間は、立ち上がり時間Ｔｒ＋立下り時間Ｔｒ＝２Ｔｒとなる特徴がある。このとき、パルス生成回路１４から出力される狭パルス信号は、パルス生成回路１４ａへの入力信号の立ち上がり／立下り時の傾きが直線の場合、パルス生成回路１４ａの出力信号の立ち上がり／立下り時の傾きも直線となり、二等辺三角形のようにピーク電圧時刻を境に線対称のような波形となる。なお、矩形波信号が立ち下がる場合も原理は同様であり、前述の立ち上がり時との違いは、パルス生成回路１４ａの出力が負極（負の電圧ピーク）になることである。

このように、実施の形態２では、パルス生成回路１４ａからの出力される狭パルス信号の時間幅は、矩形波信号の伝送レートにかかわらず、矩形波信号の遷移時間（ＴｒまたはＴｆ）の２倍で済み、それ以降は入力信号における次の遷移までは０Ｖとなる。これにより、パルス信号に時間的な間隔が生まれる。矩形波信号のＴｒＴｆと、パルス生成回路１４ａから出力される狭パルス信号のピーク値までの遷移時間もＴｒＴｆとなるため、本狭パルス信号の周波数成分が矩形波信号よりも高くなることはない。つまり、狭パルス信号を生成するために、より高速かつ広帯域な矩形デジタル信号源や受動素子を用意する必要が無いという効果がある。

以上説明したように、実施の形態２の信号伝送システムによれば、ショートスタブとオープンスタブの特性インピーダンスを、ショートスタブとオープンスタブの接続点と信号源との間の抵抗値と損失性伝送路の特性インピーダンスと同じ値としたので、実施の形態１の効果に加えて、高速かつ広帯域な矩形デジタル信号源や受動素子を必要とせず、低コスト化を図ることができる。

実施の形態３．
実施の形態３は、パルス生成回路のショートスタブ１４１とオープンスタブ１４２を基板内のマイクロストリップライン（ＭＳＬ：ＭｉｃｒｏＳｔｒｉｐＬｉｎｅ）やストリップライン（ＳＬ：ＳｔｒｉｐＬｉｎｅ）で構成したものである。
図５は、実施の形態３の信号伝送システムにおけるパルス生成回路を示す斜視図である。図示のパルス生成回路は、基板４０の表面に主線路１５とショートスタブ１４１とオープンスタブ１４２とグラウンド領域４１が設けられている。また、主線路１５は、基板４０の両端にて、例えば同軸コネクタ４２が実装され、出力抵抗１３と損失性伝送路２０とを接続する。実施の形態３では、実施の形態１と同様にパルス生成回路内にショートスタブ１４１とオープンスタブ１４２とを備え、ショートスタブ１４１とオープンスタブ１４２は、例えば、ＭＳＬ（ＭｉｃｒｏＳｔｒｉｐＬｉｎｅ）やＳＬ（ＳｔｒｉｐＬｉｎｅ）のような基板配線で実現できるため、高価な遅延素子や遅延回路が不要であり、低コスト化を図ることができる。

なお、実施の形態３のパルス生成回路を構成するショートスタブ１４１とオープンスタブ１４２は、同軸ケーブルを用いても実現することができる。例えば、同軸ケーブルの伝搬遅延時間が５ｎｓ／ｍであるとした場合、矩形波信号の遷移時間が２０ｎｓの場合、その１／４スタブに相当する同軸ケーブル長は１ｍ＝１００ｃｍとなる。同様に、矩形波信号の遷移時間が３０ｎｓの場合の同軸ケーブル長は１５０ｃｍ、矩形波信号の遷移時間が５０ｎｓの場合の同軸ケーブル長は２５０ｃｍとなる。また、ショートスタブ１４１に該当する同軸ケーブルの先端に、例えばＧＮＤ短絡端子を接続すれば良い。オープンスタブ１４２に該当する同軸ケーブルの先端は、そのままにしておいて何も接続しなければ先端開放になる。

なお、上記例では実施の形態１のパルス生成回路１４に適用した例を説明したが、実施の形態２のパルス生成回路１４ａに適用してもよい。

以上説明したように、実施の形態３の信号伝送システムによれば、パルス生成回路は、ショートスタブ及びオープンスタブのうち、少なくともいずれかを、基板内の配線、マイクロストリップライン、ストリップラインのうちのいずれかで構成するようにしたので、高価な遅延素子や遅延回路が不要なため、低コスト化を図ることができる。

実施の形態４．
実施の形態４は、パルス生成回路のショートスタブとオープンスタブを基板内のビア（スルーホール）で構成したものである。
図６は実施の形態４の信号伝送システムにおけるパルス生成回路を示す断面図である。
実施の形態４では、ショートスタブ５１ａとオープンスタブ５１ｂとを基板５０のビア（スルーホール）を利用して構成する。ショートスタブ５１ａは主線路１５を構成する信号線とグラウンド領域５２とを接続するビアで実現され、オープンスタブ５１ｂは主線路１５を構成する信号線に接続され、かつ、グラウンド領域５２とは接続されないビアで実現される。なお、スタブ長が基板５０の厚さよりも短い場合はバックドリルなどを行えば実現可能である。

以上説明したように、実施の形態４の信号伝送システムによれば、パルス生成回路は、ショートスタブ及びオープンスタブのうち、少なくともいずれかを、基板のビアで構成するようにしたので、スタブ配線の実装面積を削減することができる。

実施の形態５．
実施の形態５は、矩形波信号の遷移時間を調整するための遷移時間調整用バッファを設けたものである。
図７は、実施の形態５の信号伝送システムの構成図である。
実施の形態５の信号伝送システムでは、送信部１０ｂに遷移時間調整用バッファ１６を備えている。この遷移時間調整用バッファ１６はバッファ回路１２と出力抵抗１３との間に接続されており、矩形波信号の遷移時間すなわち立ち上がり時間と立ち下がり時間とを変化させる機能を有している。これ以外の構成は図１に示した実施の形態１の構成と同様であるため、対応する部分に同一符号を付してその説明を省略する。

実施の形態５では、例えば、デジタル信号源１１から送出される矩形波信号の立ち上がり／立ち下がり時間がショートスタブ１４１やオープンスタブ１４２の長さよりも短い（非常に高速な立ち上がり／立ち下がりである）場合、遷移時間調整用バッファ１６によって、その立ち上がり／立ち下がり時間を長くするよう調整する。あるいは、ショートスタブ１４１とオープンスタブ１４２の長さに合わせた遷移時間調整用バッファ１６を選定する。その他の動作については実施の形態１と同様である。

なお、上記例では実施の形態１の信号伝送システムに適用した例を説明したが、実施の形態２の信号伝送システムに適用してもよい。

以上説明したように、実施の形態５の信号伝送システムによれば、送信部は、信号源とパルス生成回路との間に、矩形波信号の遷移時間を変化させる遷移時間調整用バッファを設けたので、例えば矩形波信号の遷移時間が非常に短い場合でもパルス生成回路から出力されるパルス信号の電圧が小さくなることを避けることができる。または、ショートスタブとオープンスタブの長さに合わせた遷移時間調整用バッファを選定することにより、パルス幅や振幅の調整が可能になる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

以上のように、この発明に係る信号伝送システムは、矩形波信号をパルス信号に変換して損失性伝送路に送出し、受信部でパルス信+号を矩形波信号に変換する構成に関するものであり、ケーブルやプリント基板配線などの損失性伝送路を用いた信号伝送における通信特性を改善するのに適している。

１０，１０ａ，１０ｂ送信部、１１デジタル信号源、１２バッファ回路、１３出力抵抗、１４，１４ａパルス生成回路、１５主線路、１６遷移時間調整用バッファ、２０損失性伝送路、３０受信部、３１終端抵抗、３２比較回路、３３増幅器、４０，５０基板、４１，５２グラウンド領域、４２同軸コネクタ、１４０接続点、５１ａ，１４１，１４１ａショートスタブ、５１ｂ，１４２，１４２ａオープンスタブ。

Claims

信号を送出する送信部と、当該送信部からの信号を損失性伝送路を介して受信する受信部とを有し、
前記送信部は、
矩形波信号を発生する信号源と、
伝搬時間が前記矩形波信号の遷移時間の１／４に相当するショートスタブとオープンスタブとからなり、前記矩形波信号に対応したパルス信号を生成して前記損失性伝送路に出力するパルス生成回路とを備え、
前記受信部は、
ヒステリシス機能を有し、前記損失性伝送路を介して受信したパルス信号を前記矩形波信号に変換する比較器を備えたことを特徴とする信号伝送システム。
前記ショートスタブと前記オープンスタブの特性インピーダンスは、当該ショートスタブとオープンスタブの接続点と前記信号源との間の抵抗値と前記損失性伝送路の特性インピーダンスと同じ値であることを特徴とする請求項１記載の信号伝送システム。
前記パルス生成回路は、
前記ショートスタブ及び前記オープンスタブのうち、少なくともいずれかを、基板内の配線、マイクロストリップライン、ストリップラインのうちのいずれかで構成することを特徴とする請求項１記載の信号伝送システム。
前記パルス生成回路は、
前記ショートスタブ及び前記オープンスタブのうち、少なくともいずれかを、基板のビアで構成することを特徴とする請求項１記載の信号伝送システム。
前記送信部は、
前記信号源と前記パルス生成回路との間に、前記矩形波信号の遷移時間を変化させる遷移時間調整用バッファを設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の信号伝送システム。