(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動増幅器により互いに極性の異なるデジタル信号を発生させて送受信するシステムにおいて、送信側に、少なくとも一方の極性に送信するデジタル信号を遅延する遅延手段と、当該デジタル信号の両極性間の振幅のバランスを調整する調整手段とを設け、受信側に、受信するデジタル信号の振幅及び両極間の位相ずれを検出する検出手段と、その検出結果を送信側に転送する手段を設け、
その送信側に転送された検出結果に基づいて、前記遅延手段が送信するデジタル信号を遅延し、前記調整手段がバランスを調整することを特徴とする電磁波抑制装置。
【請求項２】
差動増幅器により互いに極性の異なるデジタル信号を発生させて送受信するシステムの電磁波抑制方法であって、
受信側において、受信するデジタル信号の振幅及び両極間の位相ずれを検出し、その検出結果を送信側に転送し、
送信側において、前記検出結果のうちデジタル信号の振幅に基づいて両極性間の振幅のバランスを調整手段により調整し、
前記送信側に転送された検出結果のうち両極間の位相ずれに基づいて、送信する少なくとも一方の極性のデジタル信号を遅延手段により遅延する、
ことを特徴とする電磁波抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は差動信号により高速の長距離伝送が可能な信号伝送システムにおいて、不要な電磁波の発生を抑制する電磁波抑制装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、平衡出力のデジタル差動増幅回路構成を含む集積回路でケーブルを駆動した場合の不要電磁波抑制には、ケーブルを金属網線でシールドすることが一般的に行なわれている。
また、比較的伝送する信号が遅いアナログ信号などにおいては差動線での相殺効果をあげるため相殺する信号を検知して伝送することなどが行なわれている。
【０００３】
又、デジタル信号用の差動集積回路は、１例として図６に示すような等価回路で表される構造を有している。すなわち、不平衡のデジタル信号を入力し同相極性及び逆相極性からなる対照的な波形の平衡形のデジタル信号を出力する差動増幅回路１１１と、差動増幅回路１１１の同相極性出力のレベルシフト及び電流増幅を行う出力回路１１２と、差動増幅回路１１１の逆相極性出力のレベルシフト及び電流増幅を行う出力回路１１３とからなっている。差動増幅回路１１１は、エミッタを共通に接続した一対のトランジスタＴ１、Ｔ２のコレクタにそれぞれ抵抗Ｒ２、Ｒ３の一端が接続され、それらの他端は、トランジスタＴ３、抵抗Ｒ４及びダイオードＤ３〜Ｄ６からなる定電流回路を介して電源部に接続されている。トランジスタＴ１のベースは、ツェナーダイオードＤ１、Ｄ２及び抵抗Ｒ１からなる入力制限回路を介して信号入力端子１１４に接続されている。トランジスタＴ２のベースは、抵抗Ｒ４、ダイオードＤ３〜Ｄ６の直列接続回路のダイオードＤ４とＤ５の接続点に接続され、所定の定電圧に保持されている。トランジスタＴ１、Ｔ２のコレクタは出力としてそれぞれ出力回路１１２、１１３に接続されている。
出力回路１１２と１１３は同一の回路構成となっているので出力回路１１２についてのみ説明する。出力回路１１２は、ベースが差動増幅回路の逆相極性出力部であるトランジスタＴ２のコレクタに接続されたトランジスタＴ４と抵抗５からなるエミッタホロワを初段に有し、そのエミッタ回路には抵抗６、７とトランジスタＴ５からなるレベルシフト回路が接続されている。そのエミッタホロワの出力は、抵抗Ｒ８、Ｒ９からなる分圧器を介して、トランジスタＴ６と抵抗Ｒ１０からなる反転増幅器に接続されている。そのトランジスタＴ６のコレクタ出力はトランジスタＴ７〜Ｔ１０、ダイオード７及び抵抗１１からなる出力段に接続され、出力段の出力は信号出力端子１１５に接続されている。
この出力回路１１２と１１３は全く同じ回路構成で集積回路の各トランジスタの動作速度のバラツキ以外は速度に差は生じない。また、同一ウエハ上の回路であるため殆ど差がない。
しかし、入力の差動増幅回路１１１では逆相出力に対し同相出力は差動増幅器を構成するトランジスタの速度が全く理想的に同じだとしても前者が１段の増幅器、後者が２段の増幅器と考えることができ完全に速度が０で無い限りは同相極性信号が逆相極性信号に対して遅延する。
波形が完全に対称であれば相殺することにより発生するコモンモード電流は０となり電磁波は発生しない。しかしながら極性の異なる完全な対称波形を得ることは上述の差動増幅器の同相と逆相との速度差のため不可能である。このため相殺しきれない信号電圧波形が発生し電磁波放射の原因となる。
【０００４】
又、差動増幅器を用いた送信回路に接続される差動信号用のツイストペア線のような信号伝送ケーブルの長さの違い、或いはコネクタ部での接続線長の違い等の外部の伝送路の条件によっても、同相極性信号と逆相極性信号との間の位相差や振幅差が生じ、これらによっても不要な電磁波が放射される。
【０００５】
デジタル信号を伝送する場合はデジタル信号の立ち上がり、立ち下がりの周波数が高いため、差動回路の速度差により発生する高調波信号を相殺するために誤差信号を検知して差動線に位相反転器により反転して、重畳することが考えられるが、位相反転器や重畳のための加算器などに高速性が要求される。
しかも、位相反転器、加算器などを使用すると回路規模が増加し、装置が大きくなる。特に高速の反転器、加算器は高価になるので経済的に簡単には使用することができない。
【０００６】
金属網線によりケーブルをシールドして電磁波の放射を軽減することは可能であるが、ケーブル全体を固化させ取り扱いにくくなり、かつコストアップになる。
また、ケーブルをシールドする場合はコネクタとの接続部で完全に３６０度のどの方向に対しても遮蔽するのが難しく、電磁波の発生を完全にはおさえきれない。またコネクタ同士の金属の接触では繰り返しの着脱が発生するとシールド効果が悪化する。
【０００７】
特開平３−２０１１１７号公報に見られるように差動増幅集積回路の内部で、差動増幅部の後に続くレベルシフト段の後段で位相を調整する従来技術は存在するが、位相がずれる原因となる差動増幅段の直後での調整ではないためレベルシフトを含んで調整をしなければならず、回路が複雑になるという欠点がある。また、位相調整回路が集積回路内部に作りこまれているため、外部から調整することができないなどの問題が従来の方法にはあった。
【０００８】
【発明が解決しようとしている課題】
本発明は、これらの従来の技術の問題点を解決することを課題とするものである。すなわち、本発明は差動増幅集積回路内で生ずる同相極性信号と逆相極性信号の間の位相差に起因する不要な電磁波の放射を効率的に抑制すること、並びに、ツイストペア線のような信号伝送ケーブルの長さの違い、或いはコネクタ部での接続線長の違い等の外部の伝送路の条件による同相極性信号と逆相極性信号との間の位相差や振幅差等に起因する不要な電磁波の放射を効率的に抑制することを課題とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、差動増幅器により互いに極性の異なるデジタル信号を発生させて送受信するシステムにおいて、送信側に、少なくとも一方の極性に送信するデジタル信号を遅延する遅延手段と、当該デジタル信号の両極性間の振幅のバランスを調整する調整手段とを設け、受信側に、受信するデジタル信号の振幅及び両極間の位相ずれを検出する検出手段と、その検出結果を送信側に転送する手段を設け、その送信側に転送された検出結果に基づいて、前記遅延手段が送信するデジタル信号を遅延し、前記調整手段がバランスを調整することを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】
本発明は、遅延手段を用いて少なくとも一方の極性のデジタル信号を遅延させることにより、差動増幅集積回路内部の要因から生ずる極性の異なる差動出力信号間の位相の差、或いは伝送路やコネクタ部などの接続される条件を含む外部要因により生ずる位相の差を補償し、又、調整手段により両極性信号間の振幅の差が受信側で現れないように、送信側で振幅の補償をする。したがって伝送路において前記位相差、振幅差により生ずる不要な電磁波の放射を効果的に抑制することができる。
受信側に設けた検出手段により、受信するディジタル信号の振幅及び両極間の位相ずれを検出し、その検出結果を送信側に送り、送信側ではその検出結果に基づいて、遅延手段による遅延及び調整手段による振幅の調整を制御する。遅延手段及び調整手段の制御は自動的に行うことができるので、ユーザによる煩雑な調整作業を必要としない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
図１は本発明の第１の実施例の構成を示すものである。この実施例は、送信側でデジタル信号を同相極性及び逆相極性からなる対照的な波形の平衡形信号としてケーブルを駆動し、受信側でこの平衡形信号を受信する伝送系において、ケーブルを駆動する差動増幅集積回路１１の外部に、差動増幅集積回路の内部で発生する同相極性及び逆相極性の信号間の位相及び振幅の違い並びにケーブルやコネクタ部などの伝送系の条件により生ずる両極性信号間の位相及び振幅の違いを含めて調整する調整回路１２を設けた構成を有する。
差動増幅集積回路１１には、図６に示す一般的な等価回路で表される構造を持つものを採用しており、これについてはすでに図６により説明したので、ここでは詳細な説明は省略する。なお、図１において、図６と同一の部分には同一の符号を付している。差動増幅集積回路１１は、不平衡のデジタル信号を入力し同相極性及び逆相極性からなる対照的な波形の平衡形のデジタル信号を出力する差動増幅回路１１１と、差動増幅回路１１１の同相極性出力のレベルシフト及び電流増幅を行う出力回路１１２と、差動増幅回路１１１の逆相極性出力のレベルシフト及び電流増幅を行う出力回路１１３とからなっている。差動増幅回路１１１の入力部は信号入力端子１１４に接続され、出力回路１１５及び１１６はそれぞれ出力端子１１５及び１１６に接続されている。
調整回路１２は、振幅を調整する振幅バランス調整回路１２１と、出力信号の位相の違いを調整する遅延用エミッタホロワ１２２とを備えている。振幅バランス調整回路１２１は同相極性及び逆相極性の各出力間に接続された抵抗Ｒａと抵抗Ｒｂを直列に接続し、接続点をグランドに接続した抵抗回路１２１により構成している。抵抗回路１２１の抵抗Ｒａ又はＲｂの値を調整することにより振幅の調整を行う。差動増幅集積回路１１内部の遅延要因の調整のために、逆相極性出力側に、エミッタホロワ段を１段設ける。さらに、伝送ケーブルなどによる外部遅延要因部はそのエミッタホロワの段数を増減することにより調整する。
【００１３】
なお、差動増幅集積回路１１内部の遅延要因の調整は、図２に示すように、集積回路１１の逆相極性出力の直後にエミッタホロワ段２０を追加する形態としてもよい。すなわち、トランジスタ１８と抵抗Ｒ１９からなるエミッタホロワ段２０のトランジスタ１８のベースは、差動増幅回路１１１のトランジスタＴ１のコレクタに接続され、エミッタホロワ段２０のトランジスタＴ１８のエミッタは出力回路１１３の入力部のエミッタホロワのトランジスタＴ１１のベースに接続されている。これにより反転出力、同相出力とも同じ段数となり、信号入力からの遅延を同じにすることができる。この差動増幅集積回路１１内部にエミッタホロワ段２０を設けた場合には、遅延用エミッタホロワ回路１２２は内部エミッタホロワ段２０で調整しきれなかった成分を含めケーブル等による外部遅延要因を調整することとなる。
【００１４】
又、差動増幅集積回路１１に、図３に示すように、遅延を調整するための外部位相調整回路３１を接続可能な形態とすることにより、前記内部要因と外部要因の両方に関して共に外部から調整をすることができる。したがって、図３の外部位相調整回路３１を接続するための外部調整用出力電極３２、３３を設け、これに差動増幅回路１１１のコレクタ出力とを配線３４、３５により接続した構成の差動増幅集積回路を用意すれば、図１の遅延用エミッタホロワ回路１２２を設ける代わりに、外部位相調整回路３１を利用できる。すなわち、この図３の差動増幅集積回路１１は、差動増幅段１１１の出力を配線３４、３５により外部調整用出力電極３２、３３に接続し、その外部調整用出力電極３２、３３に抵抗Ｒ及びコンデンサＣの直列回路からなる位相調整回路３１が接続される。抵抗Ｒは可変型にし、調整を容易にする。なお、図３において図１又は図６と同じ機能部分に対しては、同一の符号を付している。
【００１５】
調整回路１２の調整作業においては、信号入力端子１１４からテスト信号を入力して送信し、受信部（図示せず）で受信し、コモンモード電流を観測し、その結果を送信側へ伝え、送信側では作業者が結果を見ながら位相は遅延用エミッタホロワ回路１２２のエミッタホロワ段数を調整し、あるいは図３の形態の場合には位相調整用の素子の抵抗Ｒを加減することにより調整する。又、振幅のバランスは作業者が受信側から通知される観測結果を見ながら抵抗回路１２１の中点の位置を動かして抵抗ＲａとＲｂの比を加減して振幅のアンバランスがないように調整する。使用するツイストペア線のような伝送ケーブルの種類や長さ、コネクタ部での接続線長などの遅延要因に変化がなければ、最初に一度調整するだけでよい。
【００１６】
本実施例によれば、調整回路１２により、同相極性信号及び逆極性信号からなる差動出力信号間の差動増幅集積回路内部の要因から生ずる位相の差、或いは伝送路やコネクタ部などの接続される条件を含む外部要因により生ずる位相の差、並びに両極性信号間の振幅の差が受信側で現れないように、送信側で補償するので、伝送路において前記位相差、振幅差により生ずる不要な電磁波の放射を効果的に抑制することができる。
【００１７】
（第２の実施例）
第１の実施例では、ケーブルの長さが固定される時は調整が可能であるがケーブルの長さが頻繁に変わる場合、その都度再調整が必要になる。第２の実施例はこの再調整を、電流検知部でコモンモード電流を計測し、計測結果を用いて自動的に調整するものである。
【００１８】
図４は、第２の実施例の構成を示す図である。この実施例の信号伝送システムは信号送信部４１０、ケーブル部４２０、信号受信部４３０からなる。信号送信部４１０はデジタルの送信信号を同相極性と逆相極性の差動出力信号にして送信する図１又は図２に示すような差動増幅集積回路を用いたｎチャンネルの送信回路４１１と、同相極性と逆相極性の信号の位相差を遅延によって調整する遅延調整器４１２と、同相極性と逆相極性の信号の振幅差を調整する振幅調整器４１３と、これらの調整器を制御する制御回路４１４を備えている。この制御回路４１４は、信号受信部４３０から送られてくるコモンモード電流検出信号を増幅する増幅器４１４１と、そのコモンモード電流検出信号を検波する検波器４１４２と、その検波器出力をサンプリングし、サンプリングしたアナログ信号からデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換器４１４３と、そのＡ／Ｄ変換器出力を逐次記憶するＲＡＭ４１４４と、各調整器の制御を行うときにＲＡＭ４１４４から読み出した一連のデジタル信号をアナログ信号へ変換し、アナログ波形信号を得るＤ／Ａ変換器４１４５と、そのアナログ波形信号から遅延差成分を表すパルス幅信号を得て、遅延制御信号として対応する遅延調整器４１２の１つを選択して与える遅延制御信号切替器４１４６と、前記アナログ信号から比較的低周波成分の振幅差成分を抽出し、振幅制御信号として対応する振幅調整器４１３の１つを選択して与える振幅制御信号切替器４１４７を備えている。
【００１９】
ケーブル部４２０は各チャネル毎にツイストペア線が用いられている。
信号受信部４３０は、ケーブル部４２０を介して送られてくる差動信号を受信する受信回路４３２と、各ケーブルのコモンモード信号電流を検出する電流検知部４３１と、電流検知部４３１の出力を選択して信号送信部４１０へ送信するアナログスイッチ４３３を備えている。
【００２０】
以上のように構成された第２の実施例の各調整の実行について説明する。
調整用の信号を信号送信部４１０から送信し、信号受信部４３０で受信する。その際に、電流検知部４３１でコモンモードの信号電流を検出する。電流検知部４３１は環状磁心に２次巻線を施し、磁心の開口にケーブルのツイストペア線を１次巻線として挿通して、電流計の機能を構成しているので、ツイストペア線に流れる同相極性及び逆相極性の信号の位相のずれや振幅の差に相当する信号を検出する。この検出信号はアナログスイッチ４３３により選択して、信号送信部４１０へ転送する。すなわち、ｎ個のチャネルを逐次的に電流検出し、逐次的に調整を行う。
【００２１】
信号送信部４１０では、受け取った検出電流から、同相極性信号と逆相極性信号間の位相のずれ成分及び振幅のずれ成分を抽出し、調整回路を制御する。すなわち、検出信号は、まず増幅器４１４１により増幅した後、検波器４１４２により検波され、そのエンベロープ波形の信号が得られる。この波形の信号は、適宜の間隔でサンプリングされて、Ａ／Ｄ変換器４１４３でデジタル化された後、ＲＡＭ４１４４に書き込まれる。この動作をチャネル数分繰返し行う。ＲＡＭ４１４４に各チャネルのコモンモード電流の検出結果の波形がサンプリングされたデジタル値として書き込みが終了すると、次に遅延及び振幅の調整に移る。
【００２２】
ＲＡＭ４１４４から、各検出データを読み出し、Ｄ／Ａ変換器４１４５によりアナログ信号に変換して、遅延差及び振幅差を含むアナログの波形信号が再生され、遅延制御信号切替器４１４６及び振幅制御信号切替器４１４７に入力される。
遅延制御信号切替器４１４６では入力されたアナログ波形信号から比較的に高い周波数の成分を取り出し、これを比較器（図示せず）で一定の閾値と比較してパルス幅信号に変換することにより遅延制御信号を生成し、信号に対応するチャネルの遅延調整器４１２ａ〜４１２ｎの一つに与える。
遅延調整器４１２ａ〜４１２ｎは、それぞれＲＣ積分回路が用いられ、その抵抗成分Ｒが電気的に制御可能な可変抵抗で構成されており、その可変抵抗の値を遅延制御信号で制御する。
【００２３】
振幅制御信号切替器４１４７では、入力されたアナログ波形信号から振幅差成分を含む比較的に低周波の成分を取出し、その平均値あるいは実効値から振幅制御信号を生成し、信号に対応するチャネルの振幅調整器４１３ａ〜４１３ｎの一つに与える。
振幅調整器４１３ａ〜４１３ｎはそれぞれ図１の抵抗Ｒ１とＲ２からなる振幅調整回路１２１と同等の回路を摺動抵抗器を用いて構成し、グランドに接続された中点の摺動子の位置を振幅制御信号に応じて移動させてバランスを調整する。なお、制御信号を求めるための電流検出信号はＲＡＭ４１４１に記憶されるので、制御信号を信号伝送時に毎回検知する必要はなく、ケーブル切り替え時及び装置電源投入時に一度だけ記憶すればよい。
【００２４】
本実施例によれば、遅延調整器４１２により、同相極性信号及び逆極性信号からなる差動出力信号間の差動増幅集積回路内部の要因から生ずる位相の差、或いは伝送路やコネクタ部などの接続される条件を含む外部要因により生ずる位相の差を補償し、又、振幅調整器４１３は両極性信号間の振幅の差が受信側で現れないように、送信側で補償するので、伝送路において前記位相差、振幅差により生ずる不要な電磁波の放射を効果的に抑制することができる。
しかも、受信側でコモンモード電流を検出し、その検出結果を送信側に送って記憶し、記憶された検出結果により遅延制御信号及び振幅制御信号を生成し、遅延調整器及び振幅調整器の制御を自動的に行うようにしたので、ユーザによる煩雑な調整作業を必要としない。
【００２５】
【発明の効果】
本発明（請求項１）によれば、遅延手段を用いて少なくとも一方の極性のデジタル信号を遅延させることにより、差動増幅集積回路内部の要因から生ずる極性の異なる差動出力信号間の位相の差、或いは伝送路やコネクタ部などの接続される条件を含む外部要因により生ずる位相の差を補償し、又、調整手段により両極性信号間の振幅の差が受信側で現れないように、送信側で振幅の補償をするので、伝送路において前記位相差、振幅差により生ずる不要な電磁波の放射を効果的に抑制することができる。
【００２６】
本発明（請求項２）によれば、検出手段により、受信するディジタル信号の振幅及び両極間の位相ずれを検出し、その検出結果に基づいて、遅延手段による遅延及び調整手段による振幅の調整をするので、遅延手段及び調整手段の制御を自動的に行うことができ、ユーザによる煩雑な調整作業を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施例の構成を示す図、
【図２】  逆相出力を遅延するエミッタホロワ段を内蔵する差動増幅集積回路の例を示す図、
【図３】  外部調整用出力電極を設けた差動増幅集積回路の例を示す図、
【図４】  第２の実施例の構成を示す図、
【図５】  （ａ）（ｂ）（ｃ）は第２の実施例を説明するための信号の波形図、
【図６】  一般的な差動増幅集積回路の例を示す図
【符号の説明】
１１…差動増幅集積回路、１１１…差動増幅回路、１１２，１１３…出力回路、１２…調整回路、１２１…振幅バランス調整回路、１２２…遅延用エミッタホロワ、２０…エミッタホロワ段、３１…位相調整回路、３１２，３１３…外部調整用出力電極、４１０…信号送信部、４２０…ケーブル部、４３０…信号受信部、４１１ａ〜ｎ…送信回路、４１２ａ〜ｎ、４１３ａ〜ｎ…振幅調整器、４１４…制御部、４３１…電流検知部、４３３…アナログスイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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