WO2021205775A1

WO2021205775A1 - 信号伝送装置および信号伝送回路

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Publication number: WO2021205775A1
Application number: PCT/JP2021/007450
Authority: WO
Inventors: 植松　裕
Original assignee: 日立Astemo株式会社
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2021-10-14
Also published as: CN115380477A; JP2021168442A; DE112021000952T5; US20230179255A1

Abstract

信号側電極と、前記信号側電極の一方側と繋がる第１の信号線と、前記信号側電極の他方側と繋がる第２の信号線と、前記信号側電極と対をなし、少なくともインダクタ成分を含む電子部品を介して前記信号側電極に接続される電源側電極と、前記電源側電極とグランド配線もしくは電源配線とを容量結合する容量結合部と、を有し、前記第１の信号線と前記信号側電極と前記第２の信号線は、電気信号を伝送する伝送路を形成し、前記第１の信号線および前記第２の信号線は、前記信号側電極、前記電子部品、および前記電源側電極を介して電力を伝送する信号伝送装置。

Description

信号伝送装置および信号伝送回路

　本発明は、信号伝送装置および信号伝送回路に関する。

　特許文献１によれば、モニタ用回路とカメラ用回路の間を同軸ケーブルで接続し、同軸ケーブルに信号と電源とを重畳させて伝送している。信号ラインの経路には送受信用ＩＣの直近に直流カット用のコンデンサを配置し、また電源ラインには信号ラインとの接続点にアクティブフィルタを挿入することで、フィルタ周波数の範囲に応じて信号と電源の分離を行っている。

米国特許出願公開第２０１３/０１８７４４５号明細書

　フィルタ周波数の範囲を高周波側に広げることが困難であった。

　本発明の第１の態様による信号伝送装置は、信号側電極と、前記信号側電極の一方側と繋がる第１の信号線と、前記信号側電極の他方側と繋がる第２の信号線と、前記信号側電極と対をなし、少なくともインダクタ成分を含む電子部品を介して前記信号側電極に接続される電源側電極と、前記電源側電極とグランド配線もしくは電源配線とを容量結合する容量結合部と、を有し、前記第１の信号線と前記信号側電極と前記第２の信号線は、電気信号を伝送する伝送路を形成し、前記第１の信号線および前記第２の信号線は、前記信号側電極、前記電子部品、および前記電源側電極を介して電力を伝送するのが好ましい。
　本発明の第２の態様による信号伝送装置は、第１の電極と、前記第１の電極の一方側と繋がる第１の信号線と、前記第１の電極の他方側と繋がる第２の信号線と、第２の電極と、前記第２の電極の一方側と繋がる第３の信号線と、前記第２の電極の他方側と繋がる第４の信号線と、前記第１の電極および前記第２の電極と対をなし、少なくともインダクタ成分を含む電子部品を介して前記第１の電極と第２の電極に接続される第３の電極および第４の電極と、前記第３の電極とグランド配線もしくは電源配線とを容量結合する第１の容量結合部と、前記第４の電極と前記グランド配線もしくは前記電源配線とを容量結合する第２の容量結合部と、を有し、前記第１の信号線と前記第２の信号線は第１の差動配線を構成し、前記第３の信号線と前記第４の信号線は第２の差動配線を構成し、前記第１の差動配線と前記第１の電極、および第２の差動配線と前記第２の電極は、電気信号を伝送する伝送路を形成し、前記第１の差動配線と前記第２の差動配線は、前記第３の電極と前記第４の電極から前記第１の電極と前記第２の電極を介して電力を伝送するのが好ましい。

　本発明によれば、フィルタ周波数の範囲を高周波側に広げることが可能になる。
　上記した以外の課題、構成および効果は、以下の発明を実施するための形態の説明により明らかにされる。

比較例における信号伝送装置の構成図である。（Ａ）（Ｂ）比較例における信号伝送装置の等価回路およびインピーダンスプロファイルを示す図である。第１の実施形態における信号伝送装置の構成を示す図である。（Ａ）（Ｂ）第１の実施形態における基板上にフィルタ部品を配置した状態のプリント基板断面図である。（Ａ）（Ｂ）第１の実施形態における信号伝送装置の等価回路、信号伝送装置のＳパラメータプロファイルを示す図である。（Ａ）（Ｂ）第１の実施形態における信号通過特性（Ｓ_２１）、フィルタ特性（Ｓ_３１）を示す図である。第１の実施形態における信号伝送装置を示す斜視図である。第２の実施形態における信号伝送装置の構成を示す図である。（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）第２の実施形態における信号伝送装置の電場の変化を示す図、信号通過特性（Ｓ_２１）、フィルタ特性（Ｓ_３１）を示す図である。第３の実施形態における信号伝送装置の構成を示す図である。第４の実施形態における信号伝送装置の構成を示す図である。第５の実施形態における信号伝送装置の構成を示す図である。第６の実施形態における信号伝送装置の構成を示す図である。第７の実施形態における信号伝送装置の構成を示す図である。第８の実施形態における信号伝送装置の構成を示す図である。第９の実施形態における信号伝送回路の回路構成を示す図である。（Ａ）（Ｂ）第１０の実施形態における基板上にフィルタ部品を配置した状態のプリント基板断面図である。

　以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の記載および図面は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施する事が可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。
　図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。

　同一あるいは同様な機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。ただし、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。

［比較例]
　本実施形態を説明する前に、本実施形態と対比される比較例について説明する。
　図１は比較例における信号伝送装置の構成図である。信号伝送装置は、図中左側の信号線１－１と図中右側の信号線１－２の中央で分岐して、フィルタ部品２－１～２－３により構成される信号・電源分離フィルタを介して電源配線５に接続される。信号線１－１、１－２は、電気信号を伝送する伝送路を形成し、通信LSI等のデバイスに接続される。フィルタ部品２－１は、信号側電極３と電源側電極４との間にPoCフィルタ部品を配置して成る。PoCはPower over Coaxial cableの略である。PoCフィルタ部品は、少なくともインダクタ成分を含む電子部品である。フィルタ部品２－２～２－３も同様の構成であるが、サイズおよび特性の異なるPoCフィルタ部品を使った構成をとることが多い。フィルタ部品２－１の信号側電極３は、信号線１－１、１－２に接続される。フィルタ部品２－１の電源側電極４は、フィルタ部品２－２～２－３を介して電源配線５に接続される。

　図２（Ａ）は、信号伝送装置の等価回路を示す。図２（Ｂ）は、信号伝送装置のインピーダンスプロファイルを示す。図２（Ｂ）において、横軸は周波数、縦軸はインピーダンスである。

　図２（Ａ）に示すとおり、フィルタ部品は単純なインダクタンスではなく、インダクタンスに直列に入った抵抗成分、さらには寄生容量成分がインダクタンスに並列に入った回路で表現される。すなわち、フィルタ部品２－１～２－３は、並列ＬＣ回路である。図２（Ｂ）に示すように、インダクタンスＬと容量Ｃで決まる反共振周波数でインピーダンスの極大値をとるような山型のインピーダンスプロファイルを有する。フィルタ部品２－１～２－３のインピーダンスプロファイルはそれぞれ、Ｌ１～Ｌ３であり、信号・電源分離フィルタの合成インピーダンスプロファイルはＬである。

　信号・電源分離フィルタの役割は、信号線１に対して十分に高いインピーダンスとなる部品を電源配線５との接続点に挿入することで、電源配線５側にエネルギーが伝わることを防ぐ役割がある。信号・電源分離フィルタの機能として、信号のエネルギーが存在するフィルタ周波数範囲（信号伝送用周波数範囲）を基準インピーダンスZ0以上のインピーダンスになるようにする必要がある。一方で単一のフィルタ部品のインピーダンスでは幅広い周波数範囲をカバーできないため、反共振周波数の異なる部品を複数用いることでフィルタ周波数範囲を広げる。図２（Ｂ）は、３つのフィルタ部品２－１～２－３を使うことでフィルタ周波数範囲を広げた例を示す。反共振周波数が最も高いフィルタ部品２－１を信号線１－１、１－２との接続点に設けることで、高周波のエネルギー漏れを防ぐ役割を果たす。

　しかしながら、この比較例において、高周波側にフィルタ周波数範囲を広げようとすると、反共振周波数の高い部品の活用が必須になるが、フィルタ部品２－１～２－３の構造上、反共振周波数を高めることに限界があり、例えば、１０GHzレベルのフィルタ周波数範囲までフィルタを構成することが困難であった。

　以下に説明する各実施形態によれば、このような信号伝送装置において、例えば、１０Gbpsを超えるような高速信号に対応した信号・電源分離フィルタを低コストにプリント配線基板上に形成する構造を提供することができる。

［第１の実施形態]
　図３は、第１の実施形態における信号伝送装置１００の構成を示す図である。
　図３に示すように、基板１１上に信号線１－１、１－２をプリント配線により形成する。この信号線１－１、１－２は、電気信号を伝送する伝送路を形成し、通信LSI等のデバイスに繋がる配線である。この信号線１－１と信号線１－２の間には、信号・電源分離フィルタを構成するフィルタ部品２－１が接続され、さらに、フィルタ部品２－１を介して電源配線５へ接続される。電源配線５は不図示の電源ＩＣと接続される。なお、本実施形態および以降の実施形態においては、説明を簡単にするために、信号・電源分離フィルタはフィルタ部品２－１のみを図示する場合があるが、必要に応じて、比較例で示したフィルタ部品２－２～２－３等を含めてもよい。

　フィルタ部品２－１は、信号側電極３と、信号側電極３と対をなし、少なくともインダクタ成分を含む電子部品２を介して信号側電極３に接続される電源側電極４を備える。信号線１－１は信号側電極３の一方側に繋がり、信号線１－２は信号側電極３の他方側に繋がる。電源側電極４には、電源側電極４の両側に、それぞれ、電極パターン６－１、６－２が、電極パターン６－１、６－２よりも細い配線パターン７－１、７－２を介して接続される。

　信号線１－１、１－２は、信号側電極３、電子部品２および電源側電極４を介して電源配線５に繋がっている。これにより、電源ＩＣから出力される電源用の電力が、電源配線５、電源側電極４、信号側電極３および電子部品２を経由して伝送信号線１－１、１－２に伝達され、伝送信号線１－１、１－２を介して、これらの接続先にあるLSI等のデバイスに供給される。すなわち、伝送信号線１－１、１－２は、信号側電極３、電子部品２、および電源側電極４を介して、電源ＩＣと接続先のデバイスとの間で電力を伝送する。

　信号側電極３、電子部品２、電源側電極４よりなるフィルタ部品２－１は、基板１１上のグランド配線の除去部９に配置される。一方、電源側電極４の両側に設けられた電極パターン６－１、６－２は、基板１１のグランド配線８－１（図４参照）に対向して配置される。すなわち、電極パターン６－１、６－２は、電源側電極４とグランド配線８－１とを容量結合する容量結合部６として機能する。換言すれば、容量結合部６は、第１の容量結合部（電極パターン６－１）と第２の容量結合部（電極パターン６－２）を備える。そして、第１の容量結合部は、信号側電極３と信号線１－１との接続箇所ａよりも外側に設けられ、電源側電極４とグランド配線８－１とを容量結合する。第２の容量結合部は、信号側電極３と信号線１－２との接続箇所ｂよりも外側に設けられ、電源側電極４とグランド配線８－１とを容量結合する。

　図４は、基板１１上にフィルタ部品２－１を配置した状態の断面図であり、図４（Ａ）は、その側面図を、図４（Ｂ）は、その後面図を示す。図４（Ａ）は、図３のＸ-Ｘ線の断面図、図４（Ｂ）は、図３のＹ-Ｙ線の断面図である。
　基板１１は多層配線基板であり、基板１１の表層がフィルタ部品２－１の搭載面であり、その直下にグランド配線層８－１がある。図４（Ａ）ではグランド配線層８－１の更に下層もグランド配線層８－２を設けた例で記載したが、この層は信号層であってもよい。図４（Ａ）に示すように、信号側電極３、電子部品２、電源側電極４の直下は、不要な寄生容量が発生しないようにグランド配線の除去部９を設けている。

　一方で、図４（Ｂ）に示すように、電源側電極４の両側に設けられた電極パターン６－１、６－２の直下には、グランド配線層８－１が存在する。すなわち、電極パターン６－１、６－２は、グランド配線層８－１と平行平板を形成して容量結合部６として機能する。

　図５（Ａ）は、信号伝送装置１００の等価回路を示す。図５（Ｂ）は、信号伝送装置１００のＳパラメータプロファイルを示す。図５（Ｂ）において、横軸は周波数、縦軸はＳパラメータである。

　本実施形態では、図５（Ａ）に示すように、初段のフィルタ部品２－１の電源側電極４に容量結合部６を追加する。これにより、フィルタ部品２－１の寄生容量を介して電源側に漏洩する高周波電流の流入を防ぐことでフィルタ性能を広帯域化する。

　本実施形態によれば、図５（Ｂ）に示すように、容量結合部６を初段のフィルタ部品２－１の電源側電極４に追加することで、信号通過特性（Ｓ_２１）は、比較例と比較してもほとんど影響を与えない。そして、フィルタ特性（Ｓ_３１）は、比較例と比較して高周波のフィルタ周波数範囲に拡大することができる。

　図６（Ａ）は、信号通過特性（Ｓ_２１）を、図６（Ｂ）は、フィルタ特性（Ｓ_３１）を示す図である。
　図６（Ａ）に示すように、本実施形態によれば、容量結合部６を初段のフィルタ部品２－１の電源側電極４に追加することで、信号通過特性（Ｓ_２１）は、ほとんど影響を与えない。そして、図６（Ｂ）に示すように、フィルタ特性（Ｓ_３１）が改善していく傾向が確認できる。

　図７は本実施形態における信号伝送装置１００を示す斜視図である。
　図７に示すように、電極パターン６－１、６－２をグランド配線８と対向させることで、平行平板型のコンデンサを形成し、容量結合部６を実現する。電極パターン６－１は、図示を省略しているが、電源側電極４の両側に、それぞれ、電極パターン６－１、６－２が、電極パターン６－１、６－２よりも細い配線パターン７－１、７－２を介して接続される。容量結合部６を設けることにより追加する容量としては０．１pF～数 pF程度であり、１０GHz帯のフィルタ性能改善に寄与する。また、電極パターン６－１、６－２の位置は信号線１－１、１－２側にそれぞれ近いほうが望ましい。また、電源側電極４の両側に設ける電極パターン６－１、６－２は左右対称であることが望ましい。これらの配置の理由については第２の実施形態の中で電磁界解析の結果も含めて説明する。

　本実施形態によれば、フィルタ周波数の範囲を高周波側に広げることが可能になり、しかも、基板１１のパターン配線のみで容量結合部６を構成でき、また非常に小さいパターン配線であることから基板１１の面積への影響もほとんどなく、追加コストもかからない。

［第２の実施形態]
　図８および図９を参照して第２の実施形態について説明する。第１の実施形態と同一の個所には同一の符号を附してその説明を省略する。第１の実施形態では、電源側電極４の両側に、電極パターン６－１、６－２を設けたが、第２の実施形態では、電源側電極４の両側に、電極パターン６－１、６－２、６－３、６－４を設ける。これにより、フィルタ性能をさらに改善することができる。

　高周波領域の特性改善のため容量結合部６の電極パターンのサイズを大きくすると、電極パターンの大きさに応じた共振が発生するため、小さい電極パターンを複数設けることが望ましい。このため、第２の実施形態では、図８に示すように、電極パターン６－１、６－２、６－３、６－４を電源側電極４の左右に２個ずつ計４個設ける。そして、電極パターン６－１、６－２、６－３、６－４をグランド配線８－１（図４参照）と対向させることで、平行平板型のコンデンサを形成し、容量結合部６を実現する。なお、電極パターンは４個に限らず、より多くの電極パターンを設けてもよい。

　図９（Ａ）は、本実施形態において、信号線１－１、１－２に高周波電流が流れた時の電場の変化を示す図である。電磁界解析により求めた電場Ｅの変化を点線で示す。

　信号線１－１、１－２を流れる電流が信号側電極３に到達したとき、電場Ｅの乱れが生じる。これは、信号側電極３の存在により配線幅が大きく変わったこと、また信号側電極３のインピーダンス整合のために信号側電極３直下にグランド配線の除去部９を設けているためリターン電流が不連続となることに因る。この電場Ｅの乱れは直近にある電源側電極４への結合となり、高周波電流の漏洩となる。この漏洩電流を即座にグランド配線に流すために両端に配置した容量結合部６が効果を発揮する。信号線１－１、１－２上の高周波電流は双方向に流れ、電源側電極４の両側で結合が起こるため、容量結合部６は電源側電極４の両側に対称に配置する必要がある。また、信号側電極３からの結合のため、電源側電極４の容量結合部６は信号線１－１、１－２側にあることが望ましい。例えば、第１の実施形態で示したように電極パターン６－１、６－２が２個の場合は、図３に示すように、電極パターン６－１、６－２を信号線１－１、１－２側に配置する。電極パターンが複数の場合も、可能な限り電極パターンを信号線１－１、１－２側に配置する。

　図９（Ｂ）は、信号通過特性（Ｓ_２１）を、図９（Ｃ）は、フィルタ特性（Ｓ_３１）を示す図である。

　図９（Ｂ）に示すように、本実施形態によれば、容量結合部６を複数の電極パターンで構成することで、信号通過特性（Ｓ_２１）は、ほとんど影響を与えない。そして、図９（Ｃ）に示すように、フィルタ特性（Ｓ_３１）が改善していく傾向が確認できる。

［第３の実施形態]
　図１０を参照して第３の実施形態について説明する。第１の実施形態と同一の個所には同一の符号を附してその説明を省略する。

　本実施形態では、電源側電極４の幅Ｗを広げることで容量結合部６を形成する。電源側電極４の幅Ｗは、グランド配線の除去部９の幅よりも大きくする。これにより、グランド配線と重なる電源側電極４の両端部がグランド配線と対向することで、平行平板型のコンデンサとなり、容量結合部６（６－５、６－６）を形成する。

　電源側電極４のサイズより僅かに、例えば１０%程度、その幅Ｗを広げるだけでも０．１～０．３pF程度の容量を形成できるため、単純な構成で顕著な効果が出る。信号側電極３はグランド配線の除去部９の幅に収まるサイズとする。換言すれば、電源側電極４の幅Ｗを信号側電極３の幅よりも大きくする。また、フィルタ部品２－１の長手方向の長さは第１の実施形態と同じである。

［第４の実施形態]
　図１１を参照して第４の実施形態について説明する。第１の実施形態と同一の個所には同一の符号を附してその説明を省略する。

　本実施形態では、図１１に示すように、電源側電極４および信号側電極３の幅は、第１の実施形態と同じく変わらないが、電源側電極４の直下のグランド配線の除去部９が信号側電極３の直下のグランド配線の除去部９よりも幅が狭い。これにより、グランド配線と重なる電源側電極４の両端部６－５、６－６がグランド配線と対向することで、平行平板型のコンデンサとなり、容量結合部６を形成する。信号側電極３はグランド配線の除去部９の幅に収まるサイズとする。また、フィルタ部品２－１の長手方向の長さは第１の実施形態と同じである。
　本実施形態によれば、グランド配線を工夫するだけの単純な構成で顕著な効果が出る。

［第５の実施形態]
　図１２を参照して第５の実施形態について説明する。第１の実施形態と同一の個所には同一の符号を附してその説明を省略する。

　本実施形態では、第３の実施形態と同様に電源側電極４のサイズを大きくすることで容量結合部６を形成する。この場合、電源側電極４の信号線１－１、１－２に近い側の面積が幅広になるように電源側電極４を台形の形状とする。電源側電極４は、台形の幅広部分６－５、６－６がグランド配線の除去部９の幅よりも大きくする。これにより、グランド配線と重なる電源側電極４の幅広部分６－５、６－６がグランド配線と対向することで、平行平板型のコンデンサとなり、容量結合部６を形成する。
　本実施形態によれば、電源側電極４を台形の形状とする単純な構成で顕著な効果が出る。

［第６の実施形態]
　図１３を参照して第６の実施形態について説明する。第１の実施形態と同一の個所には同一の符号を附してその説明を省略する。

　本実施形態では、第３の実施形態と同様に電源側電極４のサイズを大きくすることで容量結合部６を形成する。この場合、電源側電極４の信号線１－１、１－２に近い側の面積が幅広になるように電源側電極４に突起部６－５、６－６を形成する。電源側電極４は、突起部６－５、６－６がグランド配線の除去部９の幅よりも大きくする。これにより、グランド配線と重なる電源側電極４の突起部６－５、６－６がグランド配線と対向することで、平行平板型のコンデンサとなり、容量結合部６を形成する。
　本実施形態によれば、電源側電極４を突起部６－５、６－６とする単純な構成で顕著な効果が出る。

［第７の実施形態]
　図１４を参照して第７の実施形態について説明する。第１の実施形態と同一の個所には同一の符号を附してその説明を省略する。
　本実施形態では、差動信号線への電源重畳に信号伝送装置１００を活用したものであり、このような活用形態として、例えばPoDL(Power over Data Line)がある。

　信号側電極３－１、電子部品２－１、電源側電極４－１よりなるフィルタ部品２１は、基板１１上のグランド配線の除去部９－１に配置される。そして、信号側電極３－１はＰ側配線１－１、１－２に接続される。電源側電極４－１の両側に設けられた電極パターン６－１、６－２は、基板１１のグランド配線８－１（図４参照）に対向して配置される。すなわち、電極パターン６－１、６－２は、電源側電極４－１とグランド配線８－１とを容量結合する容量結合部６として機能する。

　信号側電極３－２、電子部品２－２、電源側電極４－２よりなるフィルタ部品２２は、基板１１上のグランド配線の除去部９－２に配置される。そして、信号側電極３－２はＮ側配線１－３、１－４に接続される。電源側電極４－２の両側に設けられた電極パターン６－３、６－４は、基板１１のグランド配線８－１（図４参照）に対向して配置される。すなわち、電極パターン６－３、６－４は、電源側電極４－２とグランド配線とを容量結合する容量結合部６として機能する。
　本実施形態によれば、信号伝送装置１００を差動信号線への電源重畳に活用することができる。

［第８の実施形態]
　図１５を参照して第８の実施形態について説明する。第１の実施形態と同一の個所には同一の符号を附してその説明を省略する。

　本実施形態は、より高周波な差動配線向けのPoDLに対応した例である。より高周波では、Ｐ側配線１－１、１－２とＮ側配線１－３、１－４に個別のフィルタ部品を用いると、フィルタ部品のばらつきによる部品間特性差によりコモンモード成分を発生する可能性があるため、４端子の単一フィルタ部品１０を活用する。

　図１５に示すように、第１の電極３－１の一方側と繋がる第１の信号線１－１と、第１の電極３－１の他方側と繋がる第２の信号線１－２とを備える。さらに、第２の電極３－２の一方側と繋がる第３の信号線１－３と、第２の電極３－２の他方側と繋がる第４の信号線１－４とを備える。第１の信号線１－１と第２の信号線１－２はＰ側配線である。第３の信号線１－３と第４の信号線１－４はＮ側配線である。

　単一フィルタ部品１０は、第１の電極３－１および第２の電極３－２と対をなし、少なくともインダクタ成分を含む電子部品を介して第１の電極３－１および第２の電極３－２に接続される第３の電極４－１および第４の電極４－２を備える。

　単一フィルタ部品１０は、グランド配線の除去部９に配置される。そして、第３の電極４－１とグランド配線とを容量結合する第１の容量結合部６－１、６－２と、第４の電極４－２とグランド配線とを容量結合する第２の容量結合部６－３、６－４とを備える。第３の電極４－１の両側に設けられた第１の容量結合部６－１、６－２は、基板１１のグランド配線８－１（図４参照）に対向して配置され、第３の電極４－１とグランド配線とを容量結合する。第４の電極４－２の両側に設けられた第２の容量結合部６－３、６－４は、基板１１のグランド配線８－１（図４参照）に対向して配置され、第４の電極４－２とグランド配線とを容量結合する。

　第１の信号線１－１と第２の信号線１－２は第１の差動配線を構成し、第３の信号線１－３と第４の信号線１－４は第２の差動配線を構成する。そして、第１の差動配線と第１の電極３－１、および第２の差動配線と第２の電極３－２は、電気信号を伝送する伝送路を形成し、第１の差動配線と第２の差動配線は、第３の電極４－１と第４の電極４－２から第１の電極３－１と第２の電極３－２を介して電力を伝送する。

　本実施形態では、単一フィルタ部品１０を一個設けた例で説明したが、単一フィルタ部品１０を直列に複数個接続して電源配線５－１、５－２へ接続してもよい。この場合、第１の差動配線と第２の差動配線に接続される初段の単一フィルタ部品１０は第１の容量結合部６－１、６－２および第２の容量結合部６－３、６－４を備えているが、後段の単一フィルタ部品１０は容量結合部を備えていない。

　本実施形態によれば、単一フィルタ部品１０を用いたので、フィルタ部品１０を複数用いるのに比較して、部品のばらつきによる部品間特性差によるコモンモード成分を抑えることができる。

［第９の実施形態]
　図１６は、信号伝送回路１０００の回路構成を示す図である。本実施形態における信号伝送回路１０００は、第１～第８の実施形態で説明した信号伝送装置１００を適用したものである。

　図１６に示すように、信号伝送回路１０００は、カメラ部１９とＥＣＵモジュール２０とを同軸ケーブル１８で接続して構成される。同軸ケーブル１８を用いて、ＥＣＵモジュール２０からカメラ部１９へ電源を供給するとともに、同軸ケーブル１８を介して、主にカメラ部１９からＥＣＵモジュール２０に対して高速に信号を伝送する。

　カメラ部１９は、カメラ１６、画像ＩＣ１３－１、シリアライザ１４、コンデンサ１２－１を備える。カメラ１６で撮像された画像データは画像ＩＣ１３－１で画像処理され、シリアライザ１４でシリアルデータに変換され、直流遮断用のコンデンサ１２－１を介して、同軸ケーブル１８へ伝送される。一方、同軸ケーブル１８を介して供給された電源は、信号伝送装置１００を介してＤＣＤＣコンバータ１７－１へ供給される。ＤＣＤＣコンバータ１７－１は、カメラ１６、画像ＩＣ１３－１およびシリアライザ１４へ電力を供給する。信号伝送装置１００は上述した各実施形態で示した容量結合部６を備えている。

　ＥＣＵモジュール２０は、コンデンサ１２－２、デシリアライザ１５、制御ＩＣ１３－２を備える。ＥＣＵモジュール２０へ伝送された信号は直流遮断用のコンデンサ１２－２を介してデシリアライザ１５へ伝送され、デシリアライザ１５でパラレルデータに変換され制御ＩＣ１３－２へ入力される。一方、ＤＣＤＣコンバータ１７－２はバッテリー等からの給電を受けて所定の電源を、信号伝送装置１００を介して同軸ケーブル１８へ供給する。信号伝送装置１００は上述した各実施形態で示した容量結合部６を備えている。

　本実施形態によれば、カメラ部１９およびＥＣＵモジュール２０の双方に、容量結合部６を備えた信号伝送装置１００を用いたので、例えば、１０Gbps級のPoC対応の高速通信を実現することができる。

［第１０の実施形態]
　図１７は、基板１１上にフィルタ部品２－１を配置した状態の断面図であり、図１７（Ａ）は、その側面図を、図１７（Ｂ）は、その後面図を示す。図４に示す第１の実施形態と同一の個所には同一の符号を附してその説明を省略する。第１の実施形態とは、多層配線構造の基板１１の構成が相違する。

　図１７（Ａ）に示すように、基板１１の表層がフィルタ部品２－１の搭載面であり、その直下に電源配線層２３がある。さらに、電源配線層２３の下層にグランド配線層８を設けている。このような多層配線構造の基板１１の場合、電源配線層２３とグランド配線層８の間が非常に大きな平行平板で容量を持つため、高周波において低インピーダンスで接続されていることと等価である。このような構成の基板１１では、フィルタ部品２－１の直下に電源配線の除去部９を設けても、第１の実施形態等で述べたと同等の効果を得ることができる。

　図１７（Ｂ）に示すように、電源側電極４の両側に設けられた電極パターン６－１、６－２の直下には、電源配線層２３が存在する。すなわち、電極パターン６－１、６－２は、電源配線層２３と平行平板を形成して容量結合部６として機能する。

　本実施形態は、第１の実施形態のみならず、第２の実施形態～第９の実施形態にも同様に適用することができる。

　本実施形態によれば、フィルタ部品の組合せのみでは到達が困難な１０GHz超の周波数範囲をカバーする信号伝送装置１００を実現することができる。さらに、プリント配線基板のパターン配線のみで構成できるため、低コスト、高密度で高性能化を実現できる。このような信号伝送装置１００は、車載機器のカメラと制御部の間の通信を代表に、その他の情報機器、インフラ用制御機器など、信号ラインに電源重畳して伝送する様々な製品分野に適用可能である。

　以上説明した実施形態によれば、次の作用効果が得られる。
（１）信号伝送装置１００は、信号側電極３と、信号側電極３の一方側と繋がる第１の信号線１－１と、信号側電極３の他方側と繋がる第２の信号線１－２と、信号側電極３と対をなし、少なくともインダクタ成分を含む電子部品２を介して信号側電極３に接続される電源側電極４と、電源側電極４とグランド配線８－１、８－２もしくは電源配線２３とを容量結合する容量結合部６と、を有し、第１の信号線１－１と信号側電極３と第２の信号線１－２は、電気信号を伝送する伝送路を形成し、第１の信号線１－１および第２の信号線１－２は、信号側電極３、電子部品２、および電源側電極４を介して電力を伝送する。これにより、フィルタ周波数の範囲を高周波側に広げることが可能になる。

（２）信号伝送装置１００は、第１の電極３－１と、第１の電極３－１の一方側と繋がる第１の信号線１－１と、第１の電極３－１の他方側と繋がる第２の信号線１－２と、第２の電極３－２の一方側と繋がる第３の信号線１－３と、第２の電極３－２の他方側と繋がる第４の信号線１－４と、第１の電極３－１および第２の電極３－２と対をなし、少なくともインダクタ成分を含む電子部品を介して第１の電極３－１および第２の電極３－２に接続される第３の電極４－１および第４の電極４－２と、第３の電極４－１とグランド配線もしくは電源配線とを容量結合する第１の容量結合部６－１、６－２と、第４の電極４－２とグランド配線もしくは電源配線とを容量結合する第２の容量結合部６－３、６－４とを有し、第１の信号線１－１と第２の信号線１－２は第１の差動配線を構成し、第３の信号線１－３と第４の信号線１－４は第２の差動配線を構成し、第１の差動配線と第１の電極３－１、および第２の差動配線と第２の電極３－２は、電気信号を伝送する伝送路を形成し、第１の差動配線と第２の差動配線は、第３の電極４－１と第４の電極４－２から第１の電極３－１と第２の電極３－２を介して電力を伝送する。これにより、フィルタ周波数の範囲を高周波側に広げることが可能になる。

　本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の特徴を損なわない限り、本発明の技術思想の範囲内で考えられるその他の形態についても、本発明の範囲内に含まれる。また、上述の各実施形態を組み合わせた構成としてもよい。

　１－１、１－２・・・信号線、２、２－１、２－２、２－３・・・フィルタ部品（電子部品）、３、３－１、３－２・・・信号側電極、４、４－１、４－２・・・電源側電極、５・・・電源配線、６－１、６－２、６－３、６－４・・・電極パターン、６、６－５、６－６・・・容量結合部、７－１、７－２・・・配線パターン、８－１、８－２・・・グランド配線、９・・・グランド配線もしくは電源配線の除去部、１１・・・基板、１２－１、１２－２・・・コンデンサ、１３－１・・・画像ＩＣ、１３－２・・・制御ＩＣ、１４・・・シリアライザ、１５・・・デシリアライザ、１６・・・カメラ、１８・・・同軸ケーブル、１９・・・カメラ部、２０・・・ＥＣＵモジュール、２２・・・フィルタ部品、２３・・・電源配線、１００・・・信号伝送装置、１０００・・・信号伝送回路。

Claims

　信号側電極と、
　前記信号側電極の一方側と繋がる第１の信号線と、
　前記信号側電極の他方側と繋がる第２の信号線と、
　前記信号側電極と対をなし、少なくともインダクタ成分を含む電子部品を介して前記信号側電極に接続される電源側電極と、
　前記電源側電極とグランド配線もしくは電源配線とを容量結合する容量結合部と、を有し、
　前記第１の信号線と前記信号側電極と前記第２の信号線は、電気信号を伝送する伝送路を形成し、前記第１の信号線および前記第２の信号線は、前記信号側電極、前記電子部品、および前記電源側電極を介して電力を伝送する信号伝送装置。
　請求項１に記載の信号伝送装置において、
　前記容量結合部は、前記信号側電極と前記第１の信号線との接続箇所よりも外側に設けられ、前記電源側電極と前記グランド配線もしくは前記電源配線とを容量結合する第１の容量結合部と、前記信号側電極と前記第２の信号線との接続箇所よりも外側に設けられ、前記電源側電極と前記グランド配線もしくは前記電源配線とを容量結合する第２の容量結合部と、を備える信号伝送装置。
　請求項２に記載の信号伝送装置において、
　前記第１の容量結合部および前記第２の容量結合部は、前記グランド配線もしくは前記電源配線と対向するそれぞれの電極パターンにより構成される信号伝送装置。
　請求項３に記載の信号伝送装置において、
　前記電極パターンは、前記電極パターンよりも細い配線パターンにより前記電源側電極と接続される信号伝送装置。
　請求項４に記載の信号伝送装置において、
　前記第１の容量結合部および前記第２の容量結合部は、それぞれ、複数の前記電極パターンと各電極パターンを接続する複数の前記配線パターンとにより構成される信号伝送装置。
　請求項２に記載の信号伝送装置において、
　前記第１の容量結合部および前記第２の容量結合部は、それぞれ、前記電源側電極の幅を前記信号側電極の幅よりも大きくすることで形成される信号伝送装置。
　請求項６に記載の信号伝送装置において、
　前記第１の容量結合部および前記第２の容量結合部は、前記電源側電極の形状を前記第１の信号線および前記第２の信号線の配線側が幅広になる台形とすることで形成される信号伝送装置。
　請求項６に記載の信号伝送装置において、
　前記第１の容量結合部および前記第２の容量結合部は、前記電源側電極の両側であって、前記第１の信号線および前記第２の信号線の配線側が幅広になる突起部により形成される信号伝送装置。
　請求項２に記載の信号伝送装置において、
　前記第１の容量結合部および前記第２の容量結合部は、それぞれ、前記電源側電極の直下の前記グランド配線もしくは前記電源配線の除去部が前記信号側電極の直下の前記グランド配線もしくは前記電源配線の除去部よりも幅が狭いことで形成される信号伝送装置。
　請求項１から請求項９までの何れか一項に記載の信号伝送装置において、
　前記第１の信号線および前記第２の信号線が差動配線を形成する信号伝送装置。
　第１の電極と、
　前記第１の電極の一方側と繋がる第１の信号線と、
　前記第１の電極の他方側と繋がる第２の信号線と、
　第２の電極と、
　前記第２の電極の一方側と繋がる第３の信号線と、前記第２の電極の他方側と繋がる第４の信号線と、
　前記第１の電極および前記第２の電極と対をなし、少なくともインダクタ成分を含む電子部品を介して前記第１の電極と第２の電極に接続される第３の電極および第４の電極と、
　前記第３の電極とグランド配線もしくは電源配線とを容量結合する第１の容量結合部と、
　前記第４の電極と前記グランド配線もしくは前記電源配線とを容量結合する第２の容量結合部と、を有し、
　前記第１の信号線と前記第２の信号線は第１の差動配線を構成し、
　前記第３の信号線と前記第４の信号線は第２の差動配線を構成し、
　前記第１の差動配線と前記第１の電極、および第２の差動配線と前記第２の電極は、電気信号を伝送する伝送路を形成し、前記第１の差動配線と前記第２の差動配線は、前記第３の電極と前記第４の電極から前記第１の電極と前記第２の電極を介して電力を伝送する信号伝送装置。
　カメラとＥＣＵモジュールを同軸ケーブルで接続する信号伝送回路であって、
　前記カメラに前記ＥＣＵモジュールから前記同軸ケーブルを介して電源供給を行い、
　前記同軸ケーブルを介して前記カメラと前記ＥＣＵモジュールとの間で信号通信を行い、
　前記カメラと前記ＥＣＵモジュールの少なくとも一方の基板において、前記信号通信と前記電源供給を行う請求項１から請求項９までの何れか一項に記載の信号伝送装置を備える信号伝送回路。