KR102362810B1 - 감소된 emi를 갖는 동축 데이터 통신 - Google Patents

Abstract

동축 케이블을 통해 통신할 때 개선된 전자기 간섭(EMI) 제거를 갖는 데이터 통신이 공통 모드 초크 및 소산 요소를 통한 차동 송신 및/또는 수신을 사용함으로써 제공되며, 이는 저비용 방식으로 외부 방사선 간섭에 대한 높은 내성 및 매우 낮은 방사성 방출들을 야기한다.

Description

감소된 EMI를 갖는 동축 데이터 통신

본 발명은 동축 케이블들을 통한 통신에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 개선된 전자기 간섭(electromagnetic interference, EMI) 특성들을 갖는 동축 케이블을 통한 통신에 관한 것이다.

전자 기술들은 유선 상호접속 시스템들, 예컨대, 동축 케이블을 통해 증가된 데이터 송신 속도(대역폭)에 대한 요구를 관철시키고 있다. 데이터 송신들을 위해 동축 케이블 상호접속부들을 사용하는 것의 현재의 문제점들은, 예를 들어, 잡음 유입을 야기하는 접지 루프들, 원치 않는 신호(간섭) 수신 및 방출을 증가시키는 후속하는 원치 않는 안테나 효과들을 갖는 소정의 주파수들에서 공진하는 동축 케이블 길이들, 전자기 간섭(EMI)에 대한 열악한 차폐 유효성, 열악한 공통 모드(common mode) 잡음 제거, 및 예컨대, 자동차 응용들의 경우, 배선 하니스들에서 페라이트 초크(ferrite choke)들을 사용하는 것이 불가능하다는 점이 있지만 이로 제한되지 않는다. 이러한 동축 케이블의 약점들은, 그의 신호 대 잡음 비가 전자기 간섭(EMI)을 받고 있는 동축 케이블에 의해 열화될 때 고속 데이터 통신들의 신뢰성을 감소시킬 수 있다.

따라서, 동축 케이블을 통해 통신할 때 감소된 전자기 간섭(EMI)에 대한 필요성이 존재한다.

일 실시예에 따르면, 중심 전도체 및 차폐부(shield)를 갖는 동축 케이블을 사용하는 송신 회로는, 제1 및 제2 출력부들을 갖는 차동 구동기를 포함할 수 있는 집적 회로; 차동 구동기의 제1 출력부와 동축케이블의 중심 전도체 사이에, 그리고 제1 접지 노드와 동축 케이블의 차폐부 사이에 커플링된 공통 모드 초크(common mode choke); 차동 구동기의 제2 출력부와 제1 접지 노드 사이에 커플링된 종단 임피던스; 및 동축 케이블의 차폐부와 제2 접지 노드 사이에 커플링된 소산 요소(dissipative element)를 포함할 수 있다.

추가 실시예에 따르면, 집적 회로는, 차동 구동기의 제1 및 제2 출력부들과 각각 커플링되도록 구성될 수 있는 제1 및 제2 입력부들을 갖는 차동 수신기를 추가로 포함할 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 접지 평면을 상부에 갖는 인쇄 회로 기판이 제공될 수 있으며, 여기서 집적 회로는 인쇄 회로 기판상에 장착될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 제1 및 제2 송신 라인들이 인쇄 회로 기판상에 제공될 수 있으며, 여기서 제1 송신 라인은 구동기의 제1 출력부와 공통 모드 초크 사이에 커플링될 수 있고, 제2 송신 라인은 구동기의 제2 출력부와 종단 임피던스 사이에 커플링될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 제1 및 제2 송신 라인들과 접지 평면은 마이크로스트립(microstrip) 송신 회로를 형성할 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 제1 및 제2 송신 라인들의 대향 측에 제2 접지 평면이 제공될 수 있으며, 여기서 제1 및 제2 송신 라인들, 접지 평면 및 제2 접지 평면은 스트립라인(stripline) 송신 회로를 형성할 수 있다.

추가 실시 형태에 따르면, 제1 DC-차단 커패시터가 소산 요소와 제2 접지 노드 사이에 커플링될 수 있다. 추가 실시 형태에 따르면, 제2 및 제3 DC-차단 커패시터들이 차동 구동기의 제1 및 제2 출력부들과 공통 모드 초크 사이에 커플링될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 소산 요소는 소산 저항기를 포함할 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 소산 저항기는 약 3 옴(ohm) 내지 약 100 옴일 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 소산 저항기는 약 20 옴 내지 약 45 옴일 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 소산 저항기는 약 33 옴일 수 있다.

추가 실시예에 따르면, 소산 요소는 소산 인덕턴스를 포함할 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 소산 인덕턴스는 페라이트 비드(ferrite bead)일 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 소산 요소는, 소산 저항기 및 인덕터를 포함할 수 있는 소산 임피던스일 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 제1 접지 노드는 디지털 접지 평면에 접속될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 제2 접지 노드는 섀시 접지(chassis ground)에 접속될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 제1 및 제2 접지 노드들은 함께 커플링될 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 중심 전도체 및 차폐부를 각각 갖는 2개의 동축 케이블들을 사용하는 송신 회로는, 제1 및 제2 출력부들을 갖는 차동 구동기, 및 제1 및 제2 입력부들을 갖는 차동 수신기를 포함할 수 있는 집적 회로; 차동 구동기의 제1 출력부와 사이에, 그리고 제1 접지 노드와 동축 케이블들 중 하나의 동축 케이블의 차폐부 사이에 커플링된 제1 공통 모드 초크; 제1 차동 구동기의 제2 출력부와 제1 접지 노드 사이에 커플링된 제1 종단 임피던스; 동축 케이블의 일 단부의 차폐부와 제2 접지 노드 사이에 커플링된 제1 소산 요소; 차동 수신기의 제1 입력부와 다른 하나의 동축 케이블의 중심 전도체 사이에, 그리고 차동 수신기의 제2 입력부와 다른 하나의 동축 케이블의 차폐부 사이에 커플링된 제2 공통 모드 초크; 차동 수신기의 제1 및 제2 입력부들과 제1 접지 노드 사이에 커플링된 제2 종단 임피던스들; 및 다른 하나의 동축 케이블의 차폐부와 제2 접지 노드 사이에 커플링된 제2 소산 요소를 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 중심 전도체 및 차폐부를 갖는 동축 케이블을 통해 정보를 전달하기 위한 시스템은, 데이터 송신 디바이스 - 데이터 송신 디바이스는, 제1 및 제2 출력부들을 갖는 차동 구동기를 포함하는 제1 집적 회로, 차동 구동기의 제1 출력부와 중심 전도체 사이에, 그리고 제1 접지 노드와 동축 케이블의 일 단부의 차폐부 사이에 각각 커플링된 제1 공통 모드 초크, 차동 구동기의 제2 출력부와 제1 접지 노드 사이에 커플링된 제1 종단 임피던스, 및 동축 케이블의 일 단부의 차폐부와 제2 접지 노드 사이에 커플링된 제1 소산 요소를 포함할 수 있음 -; 및 데이터 수신 디바이스 - 데이터 수신 디바이스는, 제1 및 제2 입력부들을 갖는 차동 수신기를 포함하는 제2 집적 회로, 차동 수신기의 제1 및 제2 입력부들과 동축 케이블의 다른 단부의 중심 전도체 및 차폐부 사이에 각각 커플링된 제2 공통 모드 초크, 차동 수신기의 각각의 차동 입력부와 제3 접지 노드 사이에 커플링된 제2 종단 임피던스들, 및 동축 케이블의 다른 단부의 차폐부와 제4 접지 노드 사이에 커플링된 제2 소산 요소를 포함할 수 있음 - 를 포함할 수 있다.

추가 실시예에 따르면, 제2 공통 모드 초크를 통해 동축 케이블의 중심 전도체에 커플링되지 않은 차동 수신기의 차동 입력부와 제3 접지 노드 사이에 무선 주파수 바이패스 커패시터(radio frequency bypass capacitor)가 커플링될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 제1 접지 평면을 상부에 갖는 제1 인쇄 회로 기판이 제공될 수 있으며, 여기서 제1 집적 회로는 제1 인쇄 회로 기판상에 장착될 수 있고; 제2 접지 평면을 상부에 갖는 제2 인쇄 회로 기판이 제공될 수 있으며, 여기서 제2 집적 회로는 제2 인쇄 회로 기판 상에 장착될 수 있다.

추가 실시예에 따르면, 제1 인쇄 회로 기판상에 있는 제1 및 제2 송신 라인들이 차동 구동기의 제1 및 제2 출력부들 각각과 제1 공통 모드 초크 사이에 커플링될 수 있고; 제2 인쇄 회로 기판상에 있는 제3 및 제4 송신 라인들이 차동 수신기의 제1 및 제2 입력부들 각각과 제2 공통 모드 초크 사이에 커플링될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 제1 및 제2 소산 요소들은 제1 및 제2 소산 저항기들을 포함할 수 있다.

추가 실시예에 따르면, 제1 및 제2 DC-차단 커패시터들은 각각 제1 및 제2 소산 저항기들 및 제1 및 제2 접지들과 직렬로 커플링될 수 있다. 추가 실시예에 따르면, 제3 및 제4 DC-차단 커패시터들이 차동 구동기의 제1 및 제2 출력부들과 제1 공통 모드 초크 사이에 커플링될 수 있고; 제5 및 제6 DC-차단 커패시터들이 차동 수신기의 제1 및 제2 입력부들과 제2 공통 모드 초크 사이에 커플링될 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 중심 전도체 및 차폐부를 갖는 동축 케이블을 통해 정보를 양방향으로 전달하기 위한 시스템은, 제1 데이터 송신 디바이스 - 제1 데이터 송신 디바이스는, 제1 및 제2 출력부들을 갖는 제1 차동 구동기, 및 제1 및 제2 입력부들을 갖는 제1 차동 수신기를 포함할 수 있는 제1 집적 회로, 제1 차동 구동기의 제1 출력부, 제1 차동 수신기의 제1 입력부 및 동축 케이블의 일 단부의 중심 전도체 사이에, 그리고 제1 접지 노드와 동축 케이블의 일 단부의 차폐부 사이에 커플링된 제1 공통 모드 초크, 제1 차동 구동기의 제2 출력부와 제1 접지 노드 사이에 커플링된 제1 종단 임피던스, 및 동축 케이블의 일 단부의 차폐부와 제2 접지 노드 사이에 커플링된 제1 소산 요소를 포함할 수 있음 -; 및 제2 데이터 송신 디바이스 - 제2 데이터 송신 디바이스는, 제1 및 제2 출력부들을 갖는 제2 차동 구동기, 및 제1 및 제2 입력부들을 갖는 제2 차동 수신기를 포함할 수 있는 제2 집적 회로, 제2 차동 구동기의 제1 출력부, 제2 차동 수신기의 제1 입력부 및 동축 케이블의 다른 단부의 중심 전도체 사이에, 그리고 제3 접지 노드와 동축 케이블의 다른 단부의 차폐부 사이에 커플링된 제2 공통 모드 초크, 제2 차동 구동기의 제2 출력부와 제3 접지 노드 사이에 커플링된 제2 종단 임피던스, 및 동축 케이블의 다른 단부의 차폐부와 제4 접지 노드 사이에 커플링된 제2 소산 요소를 포함할 수 있음 - 를 포함할 수 있다.

본 발명의 보다 완전한 이해는 첨부 도면과 관련하여 취해진 하기의 설명을 참조함으로써 획득될 수 있다.
도 1은 본 발명의 특정 실시예에 따른, 동축 케이블을 사용하고 감소된 EMI를 갖는 데이터 통신 회로의 개략도를 예시한다.
도 2는 동축 케이블을 사용하는 종래 기술의 데이터 통신 시스템의 개략적인 블록도를 예시한다.
도 3은 도 1에 도시된 동축 케이블 회로를 사용하는 데이터 통신 시스템의 개략적인 블록도를 예시한다.
도 4는 본 발명의 교시에 따른, 더 낮은 주파수들에서의 차동 수신기의 CMRR의 예시적인 그래프를 예시한다.
도 5는 본 발명의 교시에 따른, 더 높은 주파수들에서의 공통 모드 초크의 공통 모드 주파수 응답의 예시적인 그래프를 예시한다.
도 6은 본 발명의 다른 특정 실시예에 따른, 감소된 EMI를 갖고 수신 및 송신을 위한 동축 케이블들 및 별개의 회로 컴포넌트들을 사용하는 제1 데이터 통신 회로의 개략도를 예시한다.
도 7은 본 발명의 다른 특정 실시예에 따른, 감소된 EMI를 갖고 수신 및 송신을 위한 동축 케이블들 및 별개의 회로 컴포넌트들을 사용하는 제2 데이터 통신 회로의 개략도를 예시한다.
본 발명이 다양한 수정들 및 대안 형태들을 허용하지만, 그들의 구체적인 예시적인 실시예들은 도면에 도시되었고 본 명세서에 상세히 기술되어 있다. 하지만, 구체적인 예시적인 실시예들의 본 명세서의 설명은 본 발명을 본 명세서에 개시된 특정 형태들로 제한하고자 하는 것이 아니라, 반대로, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 한정되는 바와 같은 모든 수정들 및 등가물들을 포괄하는 것임을 이해해야 한다.

동축 케이블을 통해 통신할 때 감소된 전자기 간섭(EMI)을 갖고 데이터 송신 속도(정보 대역폭)를 증가시키는 것에 대한 필요성이 존재한다. 동축 케이블 신호 상호접속부들의 현재의 문제점은, 예를 들어, 접지, 접지 루프들, 공진들/안테나 효과들, 차폐 유효성(내성(immunity) 및 방출들), 회로 토폴로지 불균형이 EMI를 야기함, 자동차 와이어 하니스들에서 페라이트 초크들을 사용하는 것이 불가능하다는 점 등이 있지만 이로 제한되지 않는다. 일반적으로, 동축 케이블 신호 상호접속부들을 사용할 때 외부 간섭에 대한 내성을 제공할 뿐만 아니라 전자기 방사선 방출들을 감소시키는 것에 대한 필요성도 고 비트율 통신들 동안 존재한다. 엄격한 자동차 EMI 요건들은, 단일 동축 케이블을 통한 전이중(full-duplex) 통신들의 경우에도, 고 비트율 통신을 제공하면서 저비용으로 충족되어야 한다.

이러한 어려운 기술적 요건들을 충족시키기 위하여, 하기가 달성되어야 한다: 1) 발신(송신된) 데이터로부터 유래되는 발신 전자기 방사선(방출)을 감소시키는 것, 2) 전자 디바이스의 인쇄 회로 기판(PCB) 상의 디지털 회로부로부터 유래되는 전자기 방사선(방출), 예컨대, 디바이스 스위칭 등에 의해 전력/접지 평면들로부터 생성되는 잡음을 감소시키는 것, 3) 공진들, 예컨대, 접속 동축 케이블을 통한 2개 이상의 디바이스들의 하이 Q 인자(high Q-factor) 커플링에 기인하는 공진들의 자극(stimulation)으로부터 유래되는 전자기 방사선(방출)을 감소시키는 것, 4) 동축 케이블을 통한 반이중(half-duplex) 및 전이중 둘 모두에서 고 비트율로 송신 및 수신하는 것, 5) 자동차 응용들의 경우 필요에 따라 우발적인 방사선(벌크 전류(bulk-current) 주입으로 지칭됨)에 대한 높은 내성을 달성하는 것, 및 6) 컴포넌트 및 제조 비용들을 낮게 유지하는 것.

다양한 실시예들에 따르면, 동축 케이블을 사용하는 통신들에 대한 최소 요구되는 회로 토폴로지가 공통 모드 초크, 및 임피던스, 예컨대, 저항기, 인덕터, 및 이들의 조합을 갖는 소산 요소를 사용함으로써 제공되며, 이는 저비용 방식으로 외부 방사선 간섭에 대한 높은 내성 및 매우 낮은 방사성 방출들을 야기한다.

이제 도면들을 참조하면, 구체적인 예시적인 실시예들의 상세사항들이 개략적으로 예시되어 있다. 도면들 내의 동일한 요소들은 동일한 부호로 표현될 것이고, 유사한 요소들은 상이한 소문자 접미사를 갖는 동일한 부호로 표현될 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 특정 실시예에 따른, 동축 케이블을 사용하고 감소된 EMI를 갖는 데이터 통신 회로의 개략도가 도시되어 있다. 본 발명의 교시에 따른 예시적인 실시예는, 데이터 통신들, 예컨대, 네트워킹 기능들을 수행하기 위한 회로들을 갖는 집적 회로(IC)(101)를 포함할 수 있다. IC(101)는 차동 구동기(109) 및, 선택적으로, 차동 수신기(110)를 포함할 수 있다. IC(101)는 디바이스(120)의 섀시(예컨대, 인클로저)(102)의 내부에 포함될 수 있는 인쇄 회로 기판(PCB)(printed circuit board, 106) 상에 배열될 수 있다. 디바이스(120)는 사진 찍고/거나 사운드를 녹음함, 네트워킹, 디스플레이(인간-기계 인터페이스(MMI)), 감지, 제어 등에 대해 사용될 수 있지만 이로 제한되지 않는다. PCB(106)는 또한 디지털 접지 평면(107), 공통 모드 초크(118), 및 소산 요소(122)를 포함할 수 있다.

다른 디바이스들과 통신하기 위하여, 동축 케이블(103)(예컨대, 짧은 동축 케이블)이 디바이스(120)와 다른 디바이스(들)(도시되지 않음) 사이에 접속될 수 있다. 섀시(102)는, 디바이스(120), 예컨대, 디바이스(120)의 일부일 수 있는 디스플레이를 보기 위한 개방부를 갖는 디스플레이를 반드시 완전히 둘러싸지는 않을 수 있다. 섀시(102)는, 바람직하게는, EMI의 방사 또는 수신을 방지하기 위한 전도성 재료로 제조될 수 있다. 디바이스(120)의 용도에 따라, 섀시(102)는, 차량의 섀시 프레임(도시되지 않음)에 그것을 접속시키는 데 사용될 수 있는 섀시-접지 접속부(노드)(108)를 가질 수 있다. 섀시 접지(108)가 디지털 접지 평면(107)에 접속될 수 있다는 것이 또한 고려되고 본 발명의 범주 내에 있다.

동축 케이블(103)은 데이터 통신, 예컨대, 단방향(simplex), 반이중 또는 전이중 모드 중 어느 하나로 데이터를 송신 및/또는 수신하도록 의도된다. 신호들을 송신하기 위하여, 차동 구동기(109)는 그의 출력 노드들(111, 112)에서 상보적 출력 신호를 생성한다. 바람직하게는, 차동 구동기(109)의 출력 노드들(111, 112) 각각은 적절한 소스 종단(도시되지 않음)에 커플링될 수 있다. 바람직하게는, 출력 노드들(111, 112) 상의 출력 신호는, 실질적으로 공통 모드 성분을 갖지 않는 차동형(신호들이 역위상(anti-phase)으로 있음)으로서 구성된다. 하지만, 실제로, 출력 구동기 회로부에서의 작은 불균형으로 인해 존재하는 작은 공통 모드 성분, 또는 작은 레벨의 듀티 사이클 왜곡을 생성하는 비선형성이 항상 존재할 것이다. 출력 노드(111)는, IC(101)로부터 공통 모드 초크(118)로 커플링되는 송신 라인(132)(TL_main)을 구동시킨다. 동축 케이블(103)은 공통 모드 초크(118)에 가깝게 커플링될 수 있다. 출력 노드(112)는, 공통 모드 초크(118)에 또한 커플링된 송신 라인(134)(TLref)을 구동시킨다. AC-커플링이 송신 라인들(132 및/또는 134) 중 하나 또는 둘 모두 내의 임의의 지점에 제공될 수 있다. DC 균형 신호 데이터를 송신할 때, 송신 라인들(132, 134) 둘 모두의 AC-커플링이 바람직하다. 전자 회로 설계에서의 당업자 및 본 발명의 이익을 갖는 자가, DC 전압들이 AC 신호들과 함께 나타나는 것을 차단하기 위해 본 명세서에 개시된 회로들 내의 상이한 위치들에 하나 이상의 DC 차단 커패시터들(AC 커플링 커패시터들)을 배치할 수 있다는 것이 고려되고 본 발명의 범주 내에 있다.

AC 신호 커플링(DC 차단)은 커패시터들(124, 126 및/또는 128)에 의해 제공될 수 있다. 기준 송신 라인(134)은, 디지털 접지 평면(107)에 커플링될 수 있는 직렬 종단 임피던스(예컨대, 저항기)(130)에 의해 추가로 종단될 수 있다. 송신 라인들(132, 134)은, 접지 노드(136)(Via1)를 통해 디지털 접지 평면(107)을 기준으로 할 수 있다. 디지털 접지 평면(107)은 바람직하게는, 송신 라인의 복귀 전류가 존재하는 송신 라인들(132, 134) 바로 아래에 존재하는 접지 평면이다. 디지털 접지 평면(107) 및 송신 라인들(132, 134)을 함께 사용하는 것은 마이크로스트립 송신 라인들을 형성한다. 송신 라인들(132, 134)의 다른 측에 제2 접지 평면(도시되지 않음)을 배치하는 것은 스트립라인 송신 라인들을 형성한다. 마이크로스트립 또는 스트립라인 송신 라인들 중 어느 하나를 사용하는 것은 더 낮은 EMI 방사 및 유입, 및 실질적으로 일정한 송신 임피던스를 제공한다.

접지 노드(136)는, 도 1에서 접속부 4로서 도시된, 공통 모드 초크(118)의 입력부들 중 하나의 입력부에 추가로 커플링될 수 있다. 송신 라인(132a)은, 도 1에서 접속부 1로서 도시된, 공통 모드 초크(118)의 다른 입력부에 커플링될 수 있다. 송신 라인들(132, 134) 둘 모두는 바람직하게는, 가능한 한 대칭 방식으로, 예컨대, 실질적으로 동일한 길이들 및 폭들로 구성되고, 동일한 디지털 접지 평면(107), 예컨대, 동일한 특성 임피던스들 등을 기준으로 한다. 송신 라인들(132, 134) 둘 모두의 시작에서, IC(101)는 바람직하게는 디지털 접지 평면(107)에 대한 접속부를 가질 것이다. 이러한 디지털 접지 평면(107) 접속부는, IC(101)의 차동 수신기(110)가 동축 케이블(103)로부터 나오는 데이터 신호들을 수신하는 데 사용될 때 또한 바람직하다.

공통 모드 초크(118)는, 송신 라인들(132, 134) 둘 모두의 단부에 도달하는 차동 전류가 실질적으로 감쇠되지 않고서 통과할 수 있게 한다. 예를 들어, 차동 구동기(109)가 그의 출력 노드들(111, 112) 각각에서 위상이 180도 다르고 디지털 접지 평면(107)을 기준으로 하는 싱글 엔드형(single-ended) 500 ㎷ 신호들을 송신할 때. 1000 ㎷(1 볼트) 피크 대 피크 차동 신호가 생성될 것이다. 반면, 단지 500 ㎷ 신호가 동축 케이블(103) 내로 그의 중심 전도체(105)와 차폐부(104) 사이로 입사될 것이다. 이 신호 전압의 다른 절반은 종단 임피던스(저항기)(130)에서 종단될 것이다. 공통 모드 초크(118)에 인접하여 이러한 방식으로 차동형을 싱글 엔드형으로의 신호 변환을 행함으로써, 아주 작은 공통 모드 전압들만이 공통 모드 초크에 제시될 것인데, 그 이유는 반대 신호 전류들 둘 모두가 공통 모드 초크의 입력들에 제시되기 때문이다. 듀티 사이클 왜곡으로 인한 공통 모드 신호 생성의 전술한 비이상적인 작은 성분만이 공통 모드 초크(118)에 존재할 수 있지만, 그러한 이미 작은 신호는 공통 모드 신호들과 관련하여 공통 모드 초크(118)의 초킹(choking) 거동에 의해 추가로 감소될 것이다. 또한, 예컨대, IC(101) 및/또는 또한 다른 IC들(도시되지 않음)의 디지털 활동으로 인해 트랜지스터 스위칭 전류들에 의해 야기되는, PCB(106) 상에 존재하는 전압 바운싱(voltage bouncing)은, 공통 모드 초크(118)에 의해 효과적인 방식으로 초킹될 것이다.

공통 모드 초크(118)의 다른 측에서, 출력 접속부들 2 및 3은 동축 케이블(103)의 중심 전도체(105) 및 차폐부(104)에 각각 커플링될 수 있다. 차폐부(104)는, 예를 들어, 저항기 및/또는 인덕터(예컨대, 페라이트 비드)일 수 있지만 이로 제한되지 않는 소산 요소(122)를 통해 섀시(102)에 추가로 커플링될 수 있다. 소산 요소(122)는 복합 임피던스를 볼 때 저항 부분 및 인덕턴스 부분을 가질 수 있다. 또한, 대부분의 경우에, 차폐부(104)와 섀시(102) 사이에 DC 전류가 없는 것이 바람직한데, 이를 위해 소산 요소(122)의 경로에서 AC-커플링(DC 차단) 커패시터(124)를 갖는 직렬 접속된 DC 차단 디바이스를 제공할 것이 권유된다.

소산 요소(122)의 저항 값은 일부 고려사항에 따라 선택되어야 한다. 트레이드오프(trade-off)가 수반된다. 방사선 내성 성능 시험을 수행할 때 동축 케이블(103)의 차폐부(104) 상에 생성되는 입사 벌크 전류 주입 전류를 반영하기 위한 작은 값이 양호하다. 더 큰 저항 값은 벌크 전류 주입파를 소산시키는 경향이 있을 것이고, 소산 요소(122)의 가열을 야기할 것이고, 또한 벌크 전류 중 더 많은 것이 그것을 반영하는 것 대신 디바이스(102) 내로 주입되게 할 것이다. 따라서, 소산 요소(122)에 대한 더 작은 값이 이상적인 것처럼 보이지만, 소산 요소(122)의 저항 값의 다른 기능은, 2개 이상의 디바이스들이 그들 사이의 동축 케이블(103)과 함께 커플링될 때 다른 하이 Q 인자 시스템에서 소산 저항으로서의 역할을 하는 것이다. 하이 Q 인자 시스템을 가질 때, 다수의 공진 주파수들이, 예컨대, PCB(106)로부터 나오는, 최소 입력 신호에 의해 자극될 수 있다. 이러한 신호들 중 하나의 신호 또는 디바이스 섀시(102) 내의 임의의 지점의 신호들 또는 방사선으로부터 유래되는 그의 고조파들 중 임의의 것과의 커플링은, 디바이스(120)를 포함하는 시스템의 방출 스펙트럼에서 원치 않는 방사선 방출 피크를 생성하기에 충분할 수 있다. 따라서, 소산 요소(122)의 저항 및/또는 인덕턴스는 충분히 크게 제조될 때 이러한 유형의 공진들을 감소시킬 것이다. 실제로, 몇 옴 내지 약 100 옴의 값이 작용할 것이고, 더 구체적으로는 약 20 옴 내지 약 45 옴 범위의 저항 값을 갖는 방사선 방출들을 감소시키는 것으로서 양호한 벌크 전류 주입 내성을 달성하기 위한 양호한 결과들이 관찰되었다. 바람직하게는, 저항 값은 약 33 옴일 수 있다.

IC(101)가 공통 모드 초크(118)에 가깝게 커플링될 때, 송신 라인들(132, 134)은 매우 짧은 길이들로 감소될 수 있고, 그에 의해 단지 데이터 송신 회로의 전기 노드들이 될 수 있다. 그 경우에, 바람직한 회로부의 나머지 전부는 동일하게 유지된다. 여전히, 종단 임피던스(130)는, 공통 모드 초크(118) 입력 접속부 4 및 접지 노드(136)에 대한 그의 접속부를 갖고서, 필요에 따라 유지될 것이다. 하지만, 장점들 중 하나는, IC(101)가 반드시 동축 케이블 접속부에 가깝게 위치설정될 필요는 없다는 것이다. 동축 케이블(103)이 적합한 동축 커넥터를 통해 접속될 수 있는 실제적인 경우에, 전자 분야의 당업자 및 본 발명의 이익을 갖는 자가 그러한 접속부들을 그의 다양한 실시예들에 장점을 갖는 방식으로 구현할 수 있다는 것이 고려되고 본 발명의 범주 내에 있다.

디바이스(120)로부터 동축 케이블(103)을 통해 데이터를 단지 송신할 때, 노드들(111, 112) 상의 신호들의 공통 모드 전압은 매우 작을 것인데, 그 이유는 2개의 노드들이 구동기(109)에 의해 역위상 신호들로서 제공되도록 의도되기 때문이다. 동축 케이블(103)의 다른 단부에 있는 디바이스로부터 유래되는 데이터 신호를, 동축 케이블(103)로부터 또한 수신할 때, 이것은 노드들(111, 112) 상의 신호들의 공통 모드 전압에 중첩되는 감소된 데이터 신호로서 보여질 것이다. 따라서, 수신기(110)는, 동축 케이블(103)의 다른 단부로부터 유래되는 데이터를 수신할 목적으로 노드들(111, 112) 상의 공통 모드 신호들을 제거할 수 있다. IC(101)가 수신기로서만 의도되는 경우, 구동기(109)는 송신 라인들(132, 134)의 송신 라인 종단부들로서의 역할을 하는, 그의 소스 종단 저항기들(도시되지 않음)로 감소될 수 있다. 차동 수신기(110)는 어느 경우에도 동일하게 유지될 수 있다.

차동 수신기(110)가 구동기(109)와 동일한 회로 컴포넌트들, 예컨대, 공통 모드 초크(118), 소산 요소(122), 동축 케이블(103) 등을 공유할 수 있거나, 또는 차동 수신기(110) 회로 컴포넌트들이 구동기(109) 회로 컴포넌트들에 독립적일 수 있다는 것이 고려되고 본 발명의 범주 내에 있다. 이것은 적절히 접속된 구동기들, 수신기들 및 동축 케이블들과의 동시 전이중 동작, 및/또는 동시 이중 단방향(dual simplex) 동작을 허용한다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 특정 실시예에 따른, 감소된 EMI를 갖고 수신 및 송신을 위한 동축 케이블들 및 별개의 회로 컴포넌트들을 사용하는 데이터 통신 회로의 개략도가 도시되어 있다. 예컨대, 수신 기능들을 위한 동축 커넥터(652)에 접속되는, 별개의 동축 케이블을 사용할 때, 전술한 송신(구동기(109)) 회로 컴포넌트들이 복제될 수 있다. 수신 공통 모드 초크(618)가 수신 동축 케이블(커넥터(652))과 차동 수신기(110)의 차동 입력부들 사이에 커플링될 수 있다. 수신 소산 요소(622)가 수신 동축 케이블의 차폐부 측과 섀시 접지(108) 사이에 커플링될 수 있고, 종단 임피던스들(646, 648)이 수신기(110)의 차동 입력부들과 디지털 접지 평면(107) 사이에 커플링될 수 있다. 수신 소산 요소(622)에 대한 임피던스 유형들 및 값들은 소산 요소(122)에 대해 전술된 바와 같이 선택될 수 있다. 종단 임피던스들(646, 648)은, 차동 수신기(110) 입력부들을 수신 공통 모드 초크(618)에 커플링시키는 각각의 송신 라인들 각각 및/또는 수신 동축 케이블과 실질적으로 동일한 임피던스 값일 수 있다. 전형적인 값들은, 종단 임피던스들(646, 648) 각각의 경우 약 50 옴, 및 수신 소산 요소(622)의 경우 약 33 옴일 수 있지만 이로 제한되지 않는다. DC 차단 커패시터들(624, 626, 및 628)이 또한 도 6에 도시된 바와 같이 추가될 수 있다. 커패시터(629)는, 선택적으로, 도 6에 도시된 바와 같이 차동 수신기(110)의 입력부들 중 하나의 입력부를 DC 차단하고 무선 주파수 바이패싱하는 데 사용될 수 있다. 유사하게, 커패시터(129)는, 선택적으로, 격리 초크(118)의 하나의 노드를 DC 차단하고 무선 주파수 바이패싱하는 데 사용될 수 있다.

도 7을 참조하면, 도 6과 유사하게 감소된 EMI를 갖고 수신 및 송신을 위한 동축 케이블들과 별개의 회로 컴포넌트들 및 연관된 회로들을 사용하는 또 다른 데이터 통신 회로의 개략도가 도시되어 있다. 다시, 이 실시예는 별개의 동축 케이블들을 사용한다. 하지만, TX(송신) 회로 또는 RX(수신) 회로 중 하나의 회로에서, 커넥터의 동축 차폐부는 도 6의 소산 저항기(122/622)를 사용하지 않고서 접지에 직접 접속될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 커넥터(650)의 차폐부는 소산 요소(122)를 사용하는 대신에 접속부(710)를 통해 접지(108)에 직접 접속되어 있다. 그 외에, 송신기는 도 1 및 도 6의 실시예들과 동일하다. 송신기 커넥터(650)의 차폐부가 접지와 직접 접속될 때, 수신기 회로는 도 6과 관련하여 변하지 않고 유지된다. 다시 말하면, 소산 요소(622) 및 DC 차단 커패시터(624)는 커넥터(652)의 차폐부를 섀시 접지(108)와 커플링시킨다. 그 외에, 회로들은 도 6과 관련하여 동일하게 유지된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 송신기(109) 및 수신기(110)는 단일 디바이스(601) 내에 배열되어 이에 의해 송수신기를 형성할 수 있다. 이어서, 2개의 동축 케이블들을 통해 커플링된 각각의 제2 통신 디바이스는 도 7에 도시된 것과 동일한 배열을 포함할 것이다. 따라서, 동축 케이블의 일 측부만이 차폐부를 섀시 접지와 직접 접속시킬 것이다.

대안적인 실시예에서, 도 7에서 점선으로 나타낸 바와 같이, 송신기 회로는 도 6과 관련하여 변하지 않고 유지되고, 수신기 회로에서의 커넥터(652)의 차폐부는 접속부(715)를 통해 섀시 접지(108)와 직접 접속되어 있다.

추가 실시예들에 따르면, 도 7에 도시된 바와 같이, 커패시턴스들(129, 629)에 병렬로 선택적인 저항기들(720, 730)이 도입될 수 있으며, 이는 특정 교란들에 대한 시간 응답(복구 시간)을 개선시킨다.

도 2를 참조하면, 동축 케이블을 사용하는 종래 기술의 데이터 통신 시스템의 개략적인 블록도가 도시되어 있다. NRZ 코딩은, 단순하고 따라서 비용 효과적인 해결책을 제공하지만, 이는 광대역 여기(excitation)를 야기한다. 매우 낮은 임피던스의 케이블 차폐부/섀시 접지 접속은 (실제 기생 효과들로 인해) 교란들을 증폭시킬 수 있는 다이폴/루프 안테나 효과들을 갖는 하이 Q 구조를 생성한다.

도 3을 참조하면, 도 1에 도시된 동축 케이블 회로를 사용하는 데이터 통신 시스템의 개략적인 블록도가 도시되어 있다. 본 발명의 바람직한 실시예는 회로 Q를 낮추기 위해 신호 루프 내에 소산 요소(122)를 추가한다. 이것은 동축 케이블(103)의 차폐 유효성을 저하시킨다. 이것은, 본 발명의 교시에 따라, 차동 수신기(110)(도 1)의 CMRR과 조합하여 공통 모드 초크(118)를 사용함으로써 보상된다. 공통 모드 초크(118)는 감소된 차폐 유효성에 대항하는(그를 보상하는) 하나의 스테이지이다. 다른 스테이지는 차동 수신기(110)의 CMRR이다. 이것은, 모든 스테이지가 상이한 주파수 범위들을 다루는 2개의 스테이지 접근법이다(CMRR은 저주파 범위 잡음 제거를 포괄하고; 공통 모드 초크는 고주파 잡음 제거를 포괄한다). 다시 말하면, 공통 모드 초크는 차동 수신기(110)의 더 높은 주파수들에서의 감소된 CMRR 유효성을 보상한다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 교시에 따른, 더 낮은 주파수들에서의 차동 수신기의 CMRR의 예시적인 그래프가 도시되어 있다. 차동 수신기들은 수십 ㎐ 내지 수십 ㎒의 주파수들에 대해 높은(80 dB 초과) 레벨의 공통 모드 제거를 나타낼 수 있다. 더 높은 주파수들에서, 공통 모드 제거의 레벨이 감소된다.

도 5에는, 본 발명의 교시에 따른, 더 높은 주파수들에서의 공통 모드 초크의 공통 모드 주파수 응답의 예시적인 그래프가 도시되어 있다. 적합한 공통 모드 초크의 공통 모드 제거는 100 ㎒ 초과의 주파수 범위에서 높은 레벨의 공통 모드 제거(30 dB 초과)를 나타낼 수 있다. 더 낮은 주파수들에 대한 공통 모드 감쇠 효과는 감소되고, 훨씬 더 높은 주파수들(1 ㎓ 이상)에 대한 공통 모드 감쇠 효과는 기생(용량성) 커플링 효과들에 의해 좌우된다.

따라서, 차동 수신기 및 공통 모드 초크 접근법의 이러한 다중 스테이지 조합은, 차동 구동기/수신기(109)의 더 낮은 주파수 공통 모드 제거, 및 공통 모드 초크(118)의 더 높은 주파수 공통 모드 제거를 유리하게 사용함으로써 비감쇠(un-damped) 하이 Q 동축 케이블과 실질적으로 동일한 방출/내성 레벨들을 제공한다.

다른 실시예들이 전자 공학의 당업자에 의해 그리고 본 발명의 이익을 갖는 자에 의해 구성될 수 있다는 것이 고려되고 본 발명의 범주 내에 있다. 본 명세서에 개시된 실시예들이, CMOS BICMOS 및 SiGe BICMOS를 포함하지만 이로 제한되지 않는 임의의 트랜지스터 기술에서 구성될 수 있는 유사한 회로들에 성공적으로 적용될 수 있다는 것이 또한 고려되고 본 발명의 범주 내에 있다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예들은 차동형 또는 싱글 엔드형 구성들 중 어느 하나로서 구현될 때 통신 신호들에 장점을 줄 수 있다.

본 발명의 실시예들이 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조함으로써 도시되고 기술되었고 정의되지만, 그러한 참조들이 본 발명에 대한 제한을 암시하지 않으며, 그러한 어떠한 제한도 추론되지 않는다. 개시된 주제는, 당업자에게 그리고 본 발명의 이익을 갖는 자에게 일어나는 바와 같이, 형태 및 기능에 있어서 상당한 수정, 변경, 및 등가물들이 가능하다. 본 발명의 도시되고 기술된 실시예들은 단지 예들일 뿐이며, 본 발명의 범주를 망라하는 것은 아니다.

Claims (24)

1. 중심 전도체 및 차폐부(shield)를 각각 갖는 2개의 동축 케이블들을 사용하는 송신 회로로서,
   제1 및 제2 출력부들을 갖는 차동 구동기, 및 제1 및 제2 입력부들을 갖는 차동 수신기를 포함하는 집적 회로;
   상기 차동 구동기의 제1 출력부와 상기 동축 케이블의 중심 전도체 사이에, 그리고 상기 차동 구동기의 제2 출력부와 상기 동축 케이블들 중 하나의 동축 케이블의 차폐부 사이에 커플링된 제1 공통 모드 초크(common mode choke);
   상기 차동 구동기의 제2 출력부와 제2 접지 노드 사이에 커플링된 제1 종단 임피던스;
   상기 차동 수신기의 제1 입력부와 다른 하나의 동축 케이블의 중심 전도체 사이에, 그리고 상기 차동 수신기의 제2 입력부와 상기 다른 하나의 동축 케이블의 차폐부 사이에 커플링된 제2 공통 모드 초크; 및
   상기 차동 수신기의 제1 및 제2 입력부들과 상기 제2 접지 노드 사이에 커플링된 제2 종단 임피던스를 포함하고,
   
   상기 하나의 동축 케이블의 차폐부를 제1 접지 노드에 직접 연결시키는 경우에는, 상기 다른 하나의 동축 케이블의 차폐부는 소산 요소(dissipative element)를 통해 상기 제1 접지 노드에 접속하고, 반대로,
   상기 하나의 동축 케이블의 차폐부를 또하나의 소산 요소를 통해 상기 제1 접지 노드에 접속하는 경우에는, 상기 다른 하나의 동축 케이블의 차폐부는 상기 제1 접지 노드에 직접 연결시킴으로써 구성되는, 송신 회로.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 종단 임피던스는 직렬로 커플링된 제1 저항기 및 제1 커패시턴스를 포함하고, 상기 제1 저항기와 상기 제1 커패시턴스 사이의 노드가 상기 제1 공통 모드 초크와 커플링되어 있는, 송신 회로.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 커패시턴스와 병렬로 커플링된 제2 저항기를 추가로 포함하는, 송신 회로.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
   상기 차동 구동기의 제1 및 제2 출력부들과 상기 제1 공통 모드 초크 사이에 커플링된 제1 및 제2 DC-차단 커패시터들, 및
   상기 차동 수신기의 제1 및 제2 입력부들과 상기 제2 공통 모드 초크 사이에 커플링된 제3 및 제4 DC-차단 커패시터들을 추가로 포함하는, 송신 회로.
5. 제4항에 있어서,
   상기 제4 DC-차단 커패시터와 상기 제2 공통 모드 초크 사이의 노드와 상기 제2 접지 노드 사이에 커플링된 제2 커패시턴스를 추가로 포함하는, 송신 회로.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제2 커패시턴스와 병렬로 커플링된 제3 저항기를 추가로 포함하는, 송신 회로.
7. 제1항에 있어서,
   상기 제2 접지 노드는 디지털 접지 평면에 접속되어 있는, 송신 회로.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 접지 노드는 섀시 접지(chassis ground)에 접속되어 있는, 송신 회로.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 접지 노드들은 함께 커플링되어 있는, 송신 회로.
   
10. 삭제
11. 중심 전도체 및 차폐부를 갖는 동축 케이블을 통해 정보를 전달하기 위한 시스템으로서,
    데이터 송신 디바이스 - 상기 데이터 송신 디바이스는,
    제1 및 제2 출력부들을 갖는 차동 구동기를 포함하는 제1 집적 회로,
    상기 차동 구동기의 제1 출력부와 상기 중심 전도체 사이에, 그리고 제1 접지 노드와 상기 동축 케이블의 일 단부의 차폐부 사이에 각각 커플링된 제1 공통 모드 초크, 및
    상기 차동 구동기의 제2 출력부와 상기 제1 접지 노드 사이에 커플링된 제1 종단 임피던스를 포함함 -; 그리고
    데이터 수신 디바이스 - 상기 데이터 수신 디바이스는,
    제1 및 제2 입력부들을 갖는 차동 수신기를 포함하는 제2 집적 회로,
    상기 차동 수신기의 제1 및 제2 입력부들과 상기 동축 케이블의 다른 단부의 중심 전도체 및 상기 차폐부 사이에 각각 커플링된 제2 공통 모드 초크, 및
    상기 차동 수신기의 각각의 차동 입력부와 제3 접지 노드 사이에 커플링된 제2 종단 임피던스들을 포함함 - 를 포함하고,
    
    상기 동축 케이블의 일 단부의 차폐부를 제2 접지 노드에 직접 연결시키는 경우에는, 상기 동축 케이블의 다른 단부의 차폐부는 소산 요소(dissipative element)를 통해 제4 접지 노드에 접속하고, 반대로,
    상기 동축 케이블의 일 단부의 차폐부를 또하나의 소산 요소를 통해 상기 제2 접지 노드에 접속하는 경우에는, 상기 동축 케이블의 다른 단부의 차폐부는 상기 제4 접지 노드에 직접 연결시킴으로써 구성되는, 시스템.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 공통 모드 초크를 통해 상기 동축 케이블의 중심 전도체에 커플링되지 않은 상기 차동 수신기의 차동 입력부와 상기 제3 접지 노드 사이에 커플링된 무선 주파수 바이패스 커패시터(radio frequency bypass capacitor)를 추가로 포함하는, 시스템.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    제1 접지 평면을 상부에 갖는 제1 인쇄 회로 기판 - 상기 제1 집적 회로는 상기 제1 인쇄 회로 기판 상에 장착되어 있음 -; 및
    제2 접지 평면을 상부에 갖는 제2 인쇄 회로 기판 - 상기 제2 집적 회로는 상기 제2 인쇄 회로 기판 상에 장착되어 있음 - 을 추가로 포함하는, 시스템.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 인쇄 회로 기판 상에 있고, 상기 차동 구동기의 제1 및 제2 출력부들 각각과 상기 제1 공통 모드 초크 사이에 커플링된 제1 및 제2 송신 라인들; 및
    상기 제2 인쇄 회로 기판 상에 있고, 상기 차동 수신기의 제1 및 제2 입력부들 각각과 상기 제2 공통 모드 초크 사이에 커플링된 제3 및 제4 송신 라인들을 추가로 포함하는, 시스템.
15. 제11항에 있어서,
    상기 소산 요소는 소산 저항기를 포함하는, 시스템.
16. 제15항에 있어서,
    상기 소산 저항기 및 상기 제4 접지 노드와 직렬로 커플링된 DC-차단 커패시터를 추가로 포함하는, 시스템.
17. 제11항에 있어서,
    상기 차동 구동기의 제1 및 제2 출력부들과 상기 제1 공통 모드 초크 사이에 커플링된 제3 및 제4 DC-차단 커패시터들; 및
    상기 차동 수신기의 제1 및 제2 입력부들과 상기 제2 공통 모드 초크 사이에 커플링된 제5 및 제6 DC-차단 커패시터들을 추가로 포함하는, 시스템.
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