WO2007091307A1

WO2007091307A1 - 差動信号伝送装置、差動信号送信装置、差動信号受信装置

Info

Publication number: WO2007091307A1
Application number: PCT/JP2006/302127
Authority: WO
Inventors: Yasushi Mizutani
Original assignee: Fujitsu Limited
Priority date: 2006-02-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2007-08-16

Abstract

　送信回路１と受信回路２の間に接続され、２本の伝送線路で差動信号を伝送する差動信号伝送装置であって、伝送線路５ａ，５ｂ毎に備えられ、伝送線路５ａ，５ｂに直列に接続され、送信回路１のオン抵抗値と受信回路２側の終端抵抗６の抵抗値と受信回路２が誤動作しない終端抵抗６の両端の電位差の最小値とに基づいて決定される抵抗値を持つ抵抗１１ａ，１１ｂと、伝送線路５ａ，５ｂ毎に備えられ、抵抗１１ａ，１１ｂと並列に接続され、差動信号の周期と終端抵抗６の抵抗値とに基づいて決定される静電容量を持つコンデンサ１２ａ，１２ｂとを備えた。

Description

明細書

差動信号伝送装置、差動信号送信装置、差動信号受信装置

技術分野

[0001] 本発明は、差動信号の伝送を行う差動信号伝送装置、差動信号送信装置、差動信号受信装置に関するものである。

背景技術

[0002] クロック等の高周波信号を伝送するために、互いに極性の異なる 2つの信号を伝送する差動信号伝送が用いられて、る。

[0003] なお、本発明の関連ある従来技術として、差動クロック信号のための信号伝送回路がある (例えば、特許文献 1参照)。

特許文献 1：特開平 9— 191243号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] しカゝしながら、電圧駆動型の差動送信回路による高速、長距離のクロック伝送において、信号伝搬時の高周波損失が原因で、差動クロック信号の交差が浅くなる。これにより、 DUTY崩れや位相ずれが発生し、クロック動作直後のタイミング問題やクロック抜け等の問題が起こる。また、試験のためにシングルクロックを供給する場合においても、クロック動作直後と同様の問題が発生する。

[0005] 従来、この問題に対して、ボード材料の低損失ィ匕を行う、出力回路の駆動能力コントロールを行う、受信回路にオペアンプのフィードバックループを利用したイコライザ回路の採用を行う、等の対策を行っていたが、これらはコスト、回路の複雑化等の問題があった。

[0006] 図 7は、従来の差動信号伝送装置の構成の一例を示す回路図である。この差動信号伝送装置は、送信回路 1、受信回路 2、伝送線路 5a (正: Positive) , 5b (負： Negati ve)、終端抵抗 6、コンデンサ 10a, 10bを備える。この図に示すように、 ACカップリング用のコンデンサ 10a, 10bをそれぞれ伝送線路 5a, 5bに直列接続すると、波形の直流成分が保持できず、クロック停止状態を得ることが不可能となる。 [0007] 本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、差動信号波形の品質を向上させる差動信号伝送装置、差動信号送信装置、差動信号受信装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0008] 上述した課題を解決するため、本発明は、送信回路と受信回路の間に接続され、 2 本の伝送線路で差動信号を伝送する差動信号伝送装置であって、前記伝送線路毎に備えられ、前記伝送線路に直列に接続され、前記送信回路のオン抵抗値と前記受信回路の終端抵抗の抵抗値と前記受信回路が誤動作しない前記終端抵抗の電位差の最小値とに基づ!ヽて決定される抵抗値を持つ抵抗と、前記伝送線路毎に備えられ、前記抵抗と並列に接続され、前記差動信号の周期と前記終端抵抗の抵抗値とに基づいて決定される静電容量を持つコンデンサとを備えたものである。

[0009] また、本発明に係る差動信号伝送装置にお!ヽて、前記送信回路のオン抵抗値を R on,前記受信回路の終端抵抗の抵抗値を Rt、前記受信回路が誤動作しない前記終端抵抗の電位差の最小値を Vimin、前記送信回路の電源電圧を Vdd、前記送信回路のグランド電圧を Vssとするとき、前記抵抗の抵抗値は、 Vdd XRt/ (2 X (Ron +R) +Rt) >Viminを満たすことを特徴とするものである。

[0010] また、本発明に係る差動信号伝送装置において、更に、前記終端抵抗に流れる電流の最大値を Irmaxとするとき、前記抵抗の抵抗値は、 Vdd/ (2 X (Ron+R) +Rt )く Irmaxを満たすことを特徴とするものである。

[0011] また、本発明に係る差動信号伝送装置において、前記差動信号の周期を Pとするとき、前記コンデンサの静電容量は、 P/2く C XRtく Pを満たすことを特徴とするものである。

[0012] また、本発明に係る差動信号伝送装置において、前記差動信号は差動クロック信号であることを特徴とするものである。

[0013] また、本発明は、 2本の伝送線路を介して受信回路と接続され、差動信号を送信する差動信号送信装置であって、差動信号を送信する送信回路と、前記伝送線路毎に備えられ、前記伝送線路に直列に接続され、前記送信回路のオン抵抗値と前記受信回路の終端抵抗の抵抗値と前記受信回路が誤動作しない前記終端抵抗の電位差の最小値とに基づ!ヽて決定される抵抗値を持つ抵抗と、前記伝送線路毎に備えられ、前記抵抗と並列に接続され、前記差動信号の周期と前記終端抵抗の抵抗値とに基づいて決定される静電容量を持つコンデンサとを備えたものである。

[0014] また、本発明に係る差動信号送信装置にお!ヽて、前記送信回路のオン抵抗値を R on,前記受信回路の終端抵抗の抵抗値を Rt、前記受信回路が誤動作しない前記終端抵抗の電位差の最小値を Vimin、前記送信回路の電源電圧を Vdd、前記送信回路のグランド電圧を Vssとするとき、前記抵抗の抵抗値は、 Vdd XRt/ (2 X (Ron +R) +Rt) >Viminを満たすことを特徴とするものである。

[0015] また、本発明に係る差動信号送信装置において、更に、前記終端抵抗に流れる電流の最大値を Irmaxとするとき、前記抵抗の抵抗値は、 Vdd/ (2 X (Ron+R) +Rt )く Irmaxを満たすことを特徴とするものである。

[0016] また、本発明に係る差動信号送信装置において、前記差動信号の周期を Pとするとき、前記コンデンサの静電容量は、 P/2く C XRtく Pを満たすことを特徴とするものである。

[0017] また、本発明に係る差動信号伝送装置において、前記差動信号は差動クロック信号であることを特徴とするものである。

[0018] また、本発明は、 2本の伝送線路を介して送信回路と接続され、差動信号を受信する差動信号受信装置であって、差動信号を受信する受信回路と、前記伝送線路毎に備えられ、前記伝送線路に直列に接続され、前記送信回路のオン抵抗値と前記受信回路の終端抵抗の抵抗値と前記受信回路が誤動作しない前記終端抵抗の電位差の最小値とに基づ!ヽて決定される抵抗値を持つ抵抗と、前記伝送線路毎に備えられ、前記抵抗と並列に接続され、前記差動信号の周期と前記終端抵抗の抵抗値とに基づいて決定される静電容量を持つコンデンサとを備えたものである。

[0019] また、本発明に係る差動信号受信装置において、前記送信回路のオン抵抗値を R on,前記受信回路の終端抵抗の抵抗値を Rt、前記受信回路が誤動作しない前記終端抵抗の電位差の最小値を Vimin、前記送信回路の電源電圧を Vdd、前記送信回路のグランド電圧を Vssとするとき、前記抵抗の抵抗値は、 Vdd XRt/ (2 X (Ron +R) +Rt) >Viminを満たすことを特徴とするものである。 [0020] また、本発明に係る差動信号受信装置において、更に、前記終端抵抗に流れる電流の最大値を Irmaxとするとき、前記抵抗の抵抗値は、 Vdd/ (2 X (Ron+R) +Rt

)く Irmaxを満たすことを特徴とするものである。

[0021] また、本発明に係る差動信号受信装置において、前記差動信号の周期を Pとするとき、前記コンデンサの静電容量は、 P/2く C XRtく Pを満たすことを特徴とするものである。

[0022] また、本発明に係る差動信号受信装置において、前記差動信号は差動クロック信号であることを特徴とするものである。

図面の簡単な説明

[0023] [図 1]本実施の形態に係る差動信号伝送装置の構成の一例を示す回路図である。

[図 2]本実施の形態に係る Vp, Vnと Rの関係を表す回路図である。

[図 3]本実施の形態に係る挿入回路の実装の一例を示す図である。

[図 4]本実施の形態に係る差動信号伝送装置におけるクロック動作直後のシミュレ一シヨン結果の一例を示す波形である。

[図 5]本実施の形態に係る差動信号伝送装置におけるクロック動作開始後から十分な時間が経過したクロック動作中のシミュレーション結果の一例を示す波形である。

[図 6]本実施の形態に係る差動信号伝送装置におけるシングルクロック時のシミュレーシヨン結果の一例を示す波形である。

[図 7]従来の差動信号伝送装置の構成の一例を示す回路図である。

発明を実施するための最良の形態

[0024] 以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。

[0025] まず、本実施の形態に係る差動信号伝送装置の構成について説明する。

[0026] 図 1は、本実施の形態に係る差動信号伝送装置の構成の一例を示す回路図である。図 1において、図 7と同一符号は図 7に示された対象と同一又は相当物を示しており、ここでの説明を省略する。図 7と比較すると図 1は、コンデンサ 10a, 10bの代わりに挿入回路 3a, 3bを備える。挿入回路 3aは、抵抗 11aとコンデンサ 12aを並列接続したものであり、同様に、挿入回路 3bは、抵抗 l ibとコンデンサ 12bを並列接続したものである。ここで、抵抗 11a, l ibの値を R、コンデンサ 12a, 12bの値を C、終端抵抗 6の値を Rtとする。

[0027] 次に、 Rの値の決定方法について説明する。

[0028] Rの値は、送信回路 1の駆動能力に基づいて、終端抵抗 6におけるクロック動作前（停止状態)の差動信号電位差が十分確保されるような値に決定される。ここで、送信回路 1の電源電圧を Vdd、グランド電圧を Vss、 On抵抗を Ron、終端抵抗 6の両端の電位を Vp (正側）， Vn (負側）、電位差を Vi= (Vp— Vn)、受信回路 2が誤動作しないための Viの最小値を Viminとする。 Rの値は、受信端振幅 Vp—Vnが Viminを超えるように決定される。図 2は、本実施の形態に係る Vp, Vnと Rの関係を表す回路図である。つまり、 Rの値は、以下の式を満足するように決定される。

[0029] Vp-Vn

=VddXRt/ (2 X (Ron+R) +Rt) > Vimin

[0030] また、 Zonと Rの和が伝送線路 5a, 5bのインピーダンス Zoに近い値で、かつ終端抵抗 6に流す電流 Irに制限がある場合、終端抵抗 6に流す電流 Irの最大値 Irmaxは、以下の式を満足するように決定される。

[0031] Vdd/ ( 2 X (Ron + R) + Rt) < Irmax

[0032] 次に、 Cの値の決定方法について説明する。

[0033] Cの値を大きく設定すると、低周波成分まで通過してしまうため、 Rを入れた効果が得られない。従って、送信回路 1内部のクロック DUTYのばらつきも考慮し、時定数力 Sクロックパルスの幅〜クロック周期の範囲を満足するように cの値を決定する。つまり、クロック周期の値を Pとすると、 Cの値は、以下の式を満足するように決定される。

[0034] P/2< C XRt< P

[0035] 次に、挿入回路 3a, 3bの実装方法について説明する。

[0036] コンデンサ 12a, 12bは、低 ESL (Equivalent Series Inductance)タイプのものを選択する。図 3は、本実施の形態に係る挿入回路 3a, 3bの実装の一例を示す図である。波形の高周波成分が通過しやすいように、コンデンサ 12a, 12bの引き出し配線や引き出し Viaのインダクタンス成分を低減することを目的として、以下のような実装を行う。

[0037] 1.引き出し配線や引き出し Viaが最短になるように配置する。 2.引き出しパターン幅を太ぐ短くする。

3.引き出し Via近傍に Vdd Viaと GND Viaを配置する。

[0038] また、両面実装可能な場合は、抵抗をコンデンサの反対側に搭載する。

[0039] ここで、 Vdd = 2. 5V、 Ron= 20 Ω , Rt= 100 Ω , Vp- Vn>0. 7Vを期待値とすると、 Rの値は R= 100 Ωと決定される。また、クロック周期 = 3. 76ns (クロック周波数 = 266MHz)のクロックを伝送すると、 Cの値は 18〜38pFと決定される。

[0040] 図 4は、本実施の形態に係る差動信号伝送装置におけるクロック動作直後のシミュレーシヨン結果の一例を示す波形である。この図は、クロック動作直後の波形を示し、 Cの値が 0. lpF, 18pF, 38pF, 200pFの場合の波形をそれぞれ示す。 C = 0. lp Fの場合、常に振幅が小さいことが分かる。 C = 200pFの場合、ー且振幅が大きくなるもののすぐに振幅が小さくなることが分かる。

[0041] 図 5は、本実施の形態に係る差動信号伝送装置におけるクロック動作中のシミュレーシヨン結果の一例を示す波形である。この図は、クロック動作開始から十分な時間が経過した後の波形を示す。同様に、 C = 0. lpFの場合、常に振幅が小さいことが分かる。

[0042] 図 6は、本実施の形態に係る差動信号伝送装置におけるシングルクロック時のシミユレーシヨン結果の一例を示す波形である。この図は、シングルクロック時の波形を示す。同様に、 C = 0. lpFの場合、常に振幅が小さいことが分かる。

[0043] 一方、 C= 18pF, 38pFは、全てのシミュレーション結果において安定したクロック品質を確保してヽることが分かる。

[0044] 従って、上述した方法で決定される Rと Cの値を用いることにより、クロック動作直後、クロック動作中、シングルクロック時における差動信号の波形は、交差が深く、クロック停止中も差動間の電位差を確保しており、波形の品質が向上する。

[0045] また、本実施の形態に係る差動信号伝送装置、差動信号送信装置、差動信号受信装置は、情報処理装置におけるクロック等の高周波信号伝送に容易に適用することができ、情報処理装置の性能をより高めることができる。ここで、情報処理装置には、例えばサーバ、ワークステーション、パーソナルコンピュータ等が含まれ得る。

産業上の利用可能性以上説明したように、本発明によれば、差動信号波形の品質を向上させることができる。

Claims

請求の範囲

[1] 送信回路と受信回路の間に接続され、 2本の伝送線路で差動信号を伝送する差動信号伝送装置であって、

前記伝送線路毎に備えられ、前記伝送線路に直列に接続され、前記送信回路のオン抵抗値、前記受信回路の終端抵抗の抵抗値及び前記受信回路が誤動作しな!ヽ前記終端抵抗の電位差の最小値とに基づいて決定される抵抗値を持つ抵抗と、前記伝送線路毎に備えられ、前記抵抗と並列に接続され、前記差動信号の周期と前記終端抵抗の抵抗値とに基づいて決定される静電容量を持つコンデンサとを備える差動信号伝送装置。

[2] 請求項 1に記載の差動信号伝送装置にお!、て、

前記送信回路のオン抵抗値を Ron、前記受信回路の終端抵抗の抵抗値を Rt、前記受信回路が誤動作しな!ヽ前記終端抵抗の電位差の最小値を Vimin、前記送信回路の電源電圧を Vdd、前記送信回路のグランド電圧を Vssとするとき、前記抵抗の抵抗値は、 Vdd XRt/ (2 X (Ron+R) +Rt) >Viminを満たすことを特徴とする差動信号伝送装置。

[3] 請求項 2に記載の差動信号伝送装置にお、て、

更に、前記終端抵抗に流れる電流の最大値を Irmaxとするとき、前記抵抗の抵抗値は、 VddZ(2 X (Ron+R) +Rt)く Irmaxを満たすことを特徴とする差動信号伝送装置。

[4] 請求項 2または請求項 3に記載の差動信号伝送装置にお、て、

前記差動信号の周期を Pとするとき、前記コンデンサの静電容量は、 P/2< C XR t< Pを満たすことを特徴とする差動信号伝送装置。

[5] 請求項 1乃至請求項 4のいずれかに記載の差動信号伝送装置において、

前記差動信号は差動クロック信号であることを特徴とする差動信号伝送装置。

[6] 2本の伝送線路を介して受信回路と接続され、差動信号を送信する差動信号送信装置であって、

差動信号を送信する送信回路と、

前記伝送線路毎に備えられ、前記伝送線路に直列に接続され、前記送信回路のオン抵抗値と前記受信回路の終端抵抗の抵抗値と前記受信回路が誤動作しない前記終端抵抗の電位差の最小値とに基づいて決定される抵抗値を持つ抵抗と、前記伝送線路毎に備えられ、前記抵抗と並列に接続され、前記差動信号の周期と前記終端抵抗の抵抗値とに基づいて決定される静電容量を持つコンデンサとを備える差動信号送信装置。

[7] 請求項 6に記載の差動信号送信装置において、

前記送信回路のオン抵抗値を Ron、前記受信回路の終端抵抗の抵抗値を Rt、前記受信回路が誤動作しな!ヽ前記終端抵抗の電位差の最小値を Vimir 前記送信回路の電源電圧を Vdd、前記送信回路のグランド電圧を Vssとするとき、前記抵抗の抵抗値は、 Vdd XRt/ (2 X (Ron+R) +Rt) >Viminを満たすことを特徴とする差動信号送信装置。

[8] 請求項 7に記載の差動信号送信装置において、

更に、前記終端抵抗に流れる電流の最大値を Irmaxとするとき、前記抵抗の抵抗値は、 VddZ(2 X (Ron+R) +Rt)く Irmaxを満たすことを特徴とする差動信号送信装置。

[9] 請求項 7または請求項 8に記載の差動信号送信装置にお、て、

前記差動信号の周期を Pとするとき、前記コンデンサの静電容量は、 P/2< C XR t< Pを満たすことを特徴とする差動信号送信装置。

[10] 請求項 6乃至請求項 9のいずれかに記載の差動信号伝送装置において、

[11] 2本の伝送線路を介して送信回路と接続され、差動信号を受信する差動信号受信装置であって、

差動信号を受信する受信回路と、

前記伝送線路毎に備えられ、前記伝送線路に直列に接続され、前記送信回路のオン抵抗値と前記受信回路の終端抵抗の抵抗値と前記受信回路が誤動作しない前記終端抵抗の電位差の最小値とに基づいて決定される抵抗値を持つ抵抗と、前記伝送線路毎に備えられ、前記抵抗と並列に接続され、前記差動信号の周期と前記終端抵抗の抵抗値とに基づいて決定される静電容量を持つコンデンサとを備える差動信号受信装置。

[12] 請求項 11に記載の差動信号受信装置にお!、て、

前記送信回路のオン抵抗値を Ron、前記受信回路の終端抵抗の抵抗値を Rt、前記受信回路が誤動作しな!ヽ前記終端抵抗の電位差の最小値を Vimir 前記送信回路の電源電圧を Vdd、前記送信回路のグランド電圧を Vssとするとき、前記抵抗の抵抗値は、 Vdd XRt/ (2 X (Ron+R) +Rt) >Viminを満たすことを特徴とする差動信号受信装置。

[13] 請求項 12に記載の差動信号受信装置において、

更に、前記終端抵抗に流れる電流の最大値を Irmaxとするとき、前記抵抗の抵抗値は、 VddZ(2 X (Ron+R) +Rt)く Irmaxを満たすことを特徴とする差動信号受信装置。

[14] 請求項 12または請求項 13に記載の差動信号受信装置において、

前記差動信号の周期を Pとするとき、前記コンデンサの静電容量は、 P/2< C XR t< Pを満たすことを特徴とする差動信号受信装置。

[15] 請求項 11乃至請求項 14のいずれかに記載の差動信号受信装置において、前記差動信号は差動クロック信号であることを特徴とする差動信号受信装置。