(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝送線路の高周波減衰を補償する伝送信号の伝送において、
入力の伝送信号を受けて、伝送線路を駆動する伝送ドライバと、
充放電用の容量手段を設け、入力の伝送信号を受けて、該信号の状態遷移を前記容量手段に充放電させ、前記容量手段の充放電電流を増幅して、伝送線路を前記伝送ドライバの出力と共に重畳駆動する遷移信号駆動手段と
を具備し、
前記容量手段は、抵抗と直列接続コンデンサを複数並列接続し、前記各回路素子を開閉する開閉スイッチを設け、該開閉スイッチを外部から制御可能な手段を設けた、伝送線路の高周波減衰を補償することを特徴とした信号伝送方式。
【請求項２】
伝送線路の高周波減衰を補償する伝送信号の伝送において、
入力の伝送信号を受けて、伝送線路を駆動する伝送ドライバと、
充放電用の容量手段を設け、入力の伝送信号を受けて、該信号の状態遷移を前記容量手段に充放電させ、前記容量手段の充放電電流を増幅して、伝送線路を前記伝送ドライバの出力と共に重畳駆動する遷移信号駆動手段と
を具備し、
前記遷移信号駆動手段は、前記容量手段に流れる電流に比例した電流を前記伝送線路に重畳するカレントミラー回路を有する、伝送線路の高周波減衰を補償することを特徴とした信号伝送方式。
【請求項３】
伝送ドライバを有して、伝送信号を受けて伝送線路の送端を駆動する伝送線路の送端駆動回路において、
伝送信号の状態遷移を受けて、充放電する容量手段と、
該容量手段に流れる充放電電流を電流増幅して伝送線路送端を伝送ドライバの出力と共に重畳駆動する遷移信号駆動手段と
を具備し、
前記容量手段は、抵抗と直列接続コンデンサを複数並列接続し、前記各回路素子を開閉する開閉スイッチを設け、該開閉スイッチを外部から制御可能な手段を設けたことを特徴とした伝送線路駆動回路。
【請求項４】
伝送ドライバを有して、伝送信号を受けて伝送線路の送端を駆動する伝送線路の送端駆動回路において、
伝送信号の状態遷移を受けて、充放電する容量手段と、
該容量手段に流れる充放電電流を電流増幅して伝送線路送端を伝送ドライバの出力と共に重畳駆動する遷移信号駆動手段と
を具備し、
前記遷移信号駆動手段は、前記容量手段に流れる電流に比例した電流を前記伝送線路に重畳するカレントミラー回路を有することを特徴とした伝送線路駆動回路。
【請求項５】
伝送ドライバを有して、伝送信号を受けて伝送線路の送端を駆動する伝送線路の送端駆動回路において、
伝送信号を受けて、容量手段の充放電方向をスイッチするコンプリメンタリ構成のコンプリメンタリスイッチ部と、
容量手段を設けて、前記コンプリメンタリスイッチ部により該容量手段を充放電し、
該容量手段の充放電電流を受けて、増幅して伝送線路の送端を駆動する遷移電流駆動手段を設け、
前記容量手段は、抵抗と直列接続コンデンサを複数並列接続し、前記各回路素子を開閉する開閉スイッチを設け、該開閉スイッチを外部から制御可能な手段を設けたことを特徴とした伝送線路駆動回路。
【請求項６】
伝送ドライバを有して、伝送信号を受けて伝送線路の送端を駆動する伝送線路の送端駆動回路において、
伝送信号を受けて、容量手段の充放電方向をスイッチするコンプリメンタリ構成のコンプリメンタリスイッチ部と、
容量手段を設けて、前記コンプリメンタリスイッチ部により該容量手段を充放電し、
該容量手段の充放電電流を受けて、増幅して伝送線路の送端を駆動する遷移電流駆動手段を設け、
前記遷移電流駆動手段は、前記容量手段に流れる電流に比例した電流を前記伝送線路に重畳し、これをコンプリメンタリ構成としたことを特徴とした伝送線路駆動回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、高速論理信号等の忠実なる伝送において、伝送線路受端における波形劣化の補償手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
長い伝送線路による高速論理信号の伝送において、送信側の信号波形を受信側で忠実に信号を復元することは容易ではない。ここで伝送線路としては、ある定められた特性インピーダンスをもつ同軸線路やツイストペア線路や、プリント基板のパターン配線による伝送例がある。伝送線路の減衰は周波数特性を有していて、伝送媒体にもよるがおよそ周波数のルート（１／２乗）の減衰特性を有する。この減衰の主要因は線路の表皮効果や絶縁体の誘電損失、その他がある。この減衰特性の結果、受信端では高周波成分が減衰された劣化波形となって忠実なタイミングの復元が困難である。また細いパルスにおいては、図８に示すように、受信端で復元されたパルス幅Ｒｗ２が送信側のパルス幅Ｒｗ１より小振幅となり異なったり、あるいは復元タイミング誤差を生じたり、細いパルスでは消失したりする為好ましくない。
【０００３】
従来技術例による周波数補償回路を設けた差動伝送回路の構成例を図６に示す。この図は、２本の同軸線路を使用して差動信号を出力送信し、受信側では終端抵抗を接続して反射のない差動信号を受信する回路例である。ここでの周波数補償手段はコイルと抵抗によるものである。これを送信端と受信端の両方に設けて、伝送線路通過に伴う減衰により失われる高域成分の補償をする。
【０００４】
構成は、伝送ドライバ７０と、伝送線路９０と、伝送信号受信回路８０で成る。伝送ドライバ７０は差動ドライバ回路７２と送端プルアップ抵抗７４と周波数補償回路７５とで成る。伝送信号受信回路８０は差動レシーバ回路８２と終端抵抗８４と周波数補償回路８５とで成る。
【０００５】
この構成による各部の波形を図７を示して説明する。差動の入力伝送信号１００は、図７（ａ）に示すように伝送ドライバ７０入力端に供給される矩形波の差動パルス信号である。図７（ｂ）は伝送ドライバ７０の出力端におけるパルス波形９１ｗａｖであり、斜線部分が周波数補償回路７５のピーキング作用によるピーク電流Ｉｐｅａｋが等価的に付加された高域補償波形部分である。図７（ｄ）は伝送線路９０の受信側での受信波形９３ｗａｖであり、斜線部分が周波数補償回路７５、８５のピーキング作用により高域補償された波形である。図７（ｃ）は差動レシーバ回路８２により論理信号８１ｏｕｔに復元変換された論理波形であり、周波数補償回路８５がない場合は復元される論理信号は斜線部分領域例の範囲の不安定な復元信号となったり、復元タイミングのずれを生じたり、ジッタの発生要因となり易い。これらを改善する為の周波数補償手段を設けることにより入力伝送信号１００と論理信号８１ｏｕｔ間の相関性を保ったより忠実な信号の復元が可能になる。
【０００６】
特に高タイミング精度が要求される伝送回路においては入力伝送信号１００に対応した忠実な復元タイミングの論理信号８１ｏｕｔが要求される。周波数補償回路７５、８５はこれに則する為の補償であり、送端側にはピーキング用のコイル７６と抵抗７８を設け、更に受信側には終端抵抗と直列にピーキング用のコイル８６と抵抗８８を設けられている。この構成例では送受両端側に周波数補償回路を設けた場合であるが、一方のみにピーキング回路を付加する構成例もある。上記回路構成は半導体試験装置の本体とテストヘッド間を接続する多数本同軸ケーブルを用いた高速・高精度タイミング信号の伝送に使用されている。
【０００７】
ところでピーキング用のコイル７６、８６を除く、その他の回路要素はＬＳＩ化により容易に小型集積化可能である。ところがピーキング用のコイル７６、８６に関しては巻線構造が必要であり、チップ・インダクタ等による小型化が実用されているが、これ以下の大幅な小型化は困難である。ましてやＬＳＩ化による集積化は実用的な困難がある。この為コイル部品は実装密度の向上を阻害する要因である。この  実装密度の問題は、特に高速信号を多数チャンネル伝送する半導体試験装置や超高速電子計算機、自動交換機等において深刻になるであろう。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、伝送線路９０の高周波減衰の補償手段としてコイルを使用せず、小容量のコンデンサを使用する能動型の周波数補償手段とすることによって、ＬＳＩ化容易な伝送線路駆動回路の実現を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１に、上記課題を解決するために、本発明の構成では、入力の伝送信号１００を受けて、伝送線路９０を駆動する伝送ドライバ７０と、充放電用の容量手段１０を設け、入力の伝送信号１００を受けて、信号の状態遷移を前記容量手段に充放電させ、前記容量手段への充放電電流を増幅して、伝送線路９０を前記伝送ドライバ７０の出力と共に重畳駆動する遷移信号駆動手段２０とする。
これにより、伝送線路９０の高周波減衰を補償する伝送信号１００の伝送において、伝送線路９０の高周波減衰の補償手段としてコイルを使用せず、小容量のコンデンサを使用する能動型の周波数補償を実現する。
【００１０】
第２に、上記課題を解決するために、本発明の構成では、伝送信号１００の状態遷移を受けて、充放電する容量手段１０と、容量手段１０に流れる充放電電流１１ｃｕｒを比例的に電流増幅して伝送線路９０送端を伝送ドライバ７０の出力と共に重畳駆動する構成手段とする。
【００１１】
第１図、第２図、第３図は、本発明による解決手段を示している。
第３に、上記課題を解決するために、本発明の構成では、伝送信号１００を受けて、容量手段１０の充放電方向をスイッチするコンプリメンタリ構成のコンプリメンタリスイッチ部１２と、容量手段１０を設けて、前記コンプリメンタリスイッチ部１２により容量手段１０を充放電し、容量手段１０の充放電電流を受けて、増幅して伝送線路９０の送端を駆動する遷移電流駆動手段１５を相補構成に設ける構成手段とする。
これにより、伝送ドライバ７０を有して、伝送信号１００を受けて伝送線路９０の送端を駆動する伝送線路９０の送端駆動回路において、伝送線路９０の高周波減衰の補償手段として、小容量のコンデンサへの充放電を増幅して能動的なピーキング作用による伝送線路９０の周波数補償が実現される。
【００１２】
また、容量手段１０としては、単一の容量Ｃ１、あるいは抵抗Ｒ１と直列接続した単一の容量Ｃ１、あるいは抵抗と直列接続コンデンサを複数並列接続する構成手段がある。
また、容量手段１０は、抵抗と直列接続コンデンサを複数並列接続し、前記各回路素子を開閉する開閉スイッチ（Ｓ１１〜Ｓ１ｎ、Ｓ２１〜Ｓ２ｎ）を設け、開閉スイッチを外部から制御可能な手段を設ける構成手段がある。この場合は容量と抵抗の組み合わせによる所望ＣＲ時定数が設定でき、かつ所望ピーク電流量を設定できる。これにより伝送線路個々の高周波減衰特性や伝送線路長の長短の違いに柔軟に対応した周波数補償が実現できる。
【００１３】
また、遷移電流駆動手段１５としては、カレントミラー回路を構成して容量手段１０に流れる電流に比例した電流増幅して出力し、これをコンプリメンタリ構成とした構成手段がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を実施例と共に詳細に説明する。
【００１５】
【実施例】
（実施例１）
本発明実施例について図１、図４を示して説明する。図１の構成は図６に示す従来の構成に対して、周波数補償回路７５、８５を削除し、代わりに伝送ドライバ７０の入出力端に各々遷移信号駆動手段２０を並接した構成で成る。この構成例で伝送信号受信回路８０ｂも周波数補償回路８５が削除した構成である。
【００１６】
遷移信号駆動手段２０は、相補型構成であって伝送線路９０周波数補償用のピーキング電流の発生回路であり、図４（ａ）に示すように、コンプリメンタリスイッチ部１２と、容量手段１０と、遷移電流駆動手段１５とで成る。コンプリメンタリスイッチ部１２はコンプリメンタリ構成のスイッチ用トランジスタＱ２Ａ、Ｑ３Ａで成り、容量手段１０は容量Ｃ１のみの回路で成り、遷移電流駆動手段１５はカレントミラー用トランジスタＱ１Ａ、Ｑ５Ａペア、及びＱ４Ａ、Ｑ６Ａペアで成る。全体としてもコンプリメンタリ構成の接続となっていて、両極性の微分的ピーキング電流を発生する。
【００１７】
この遷移信号駆動手段２０の動作について図４（ａ）、図４（ｂ）と共に説明する。
当初の伝送信号１００はハイレベル状態と仮定する。この状態ではスイッチ用トランジスタＱ３Ａ側が図４（ｂ）に示すようにＯＮであるから、容量Ｃ１の電位はＶ−状態にある。
次に伝送信号１００がローレベルに遷移すると、スイッチ用トランジスタＱ２Ａ側がＯＮになって容量Ｃ１の電位は充電電流Ｉｑ１（＝充放電電流１１ｃｕｒ）が流れながらＶ＋状態に充電移行する。このとき流れる充放電電流１１ｃｕｒは、容量Ｃ１の容量と、スイッチ用トランジスタＱ２Ａ及びカレントミラー用トランジスタＱ１Ａの内部抵抗を抵抗成分としたＣＲ時定数特性の電流が流れる。
ここでトランジスタＱ１ＡとＱ５Ａとは、カレントミラー回路を形成している。これによってトランジスタＱ５Ａ側には図４（ｂ）に示すように充電電流Ｉｑ１をＮ倍に増幅したピーキング電流Ｉｑ５＝Ｎ×Ｉｑ１が出力される。ここでＮとはトランジスタＱ５ＡのＱ１Ａに対するカレントミラーの倍率Ｎであり、同一チップ内ではトランジスタサイズ比に相当する。ところで容量Ｃ１は、ＬＳＩの高集積化を容易とする為に容量値を比較的小さくする。
【００１８】
遷移信号駆動手段２０はコンプリメンタリ構成であるから、上記説明同様に伝送信号１００がローレベル状態からハイレベルに遷移したときは逆にトランジスタＱ６Ａ側からピーキング電流Ｉｑ６が同様に出力される。この結果、図７（ｂ）に示す斜線部分のように、立上がり遷移、及び立ち下がり遷移の両方に対して微分的パルス電流が上乗せ加算されて伝送線路９０を重畳駆動することになる。従ってコイルの場合と同様の周波数補償効果が得られることとなる。更に本回路では能動回路による所望に増幅して出力する方式であるから、従来コイル方式の受動的ピーキング電流よりもはるかに多くのピーキング電流を出力することができる。この結果従来より格段に優れた周波数補償が実現できる利点が得られる。このことは伝送線路９０を長くしても、その長さに伴う高周波減衰を容易に補うことができ、伝送線路９０の長さ制限が大幅に軽減される利点が得られる。あるいは高周波特性の良い高価なケーブルの使用条件が軽減される結果、伝送線路９０部品の適用範囲が広がり、コスト低減効果も得られる。
【００１９】
次に状態遷移を検出する容量手段１０の他の回路構成例を図５を示して説明する。
図１の容量手段１０では容量Ｃ１のみの回路であったが、図５（ａ）に示すように抵抗Ｒ１を直列に接続する構成としても良い。
また図５（ｂ）に示すように抵抗Ｒ１〜Ｒｎと容量Ｃ１〜Ｃｎを設けて所望の複数の異なるＣＲ時定数とする回路構成としても良い。これにより単一のＣＲ時定数による充放電カーブを所望カーブフィットさせたピーキング電流とすることができる為、伝送線路９０に対応した最適の周波数補償が可能となる利点が得られる。
また図５（ｃ）に示すようにスイッチＳ１１〜Ｓ１ｎ、Ｓ２１〜Ｓ２ｎと抵抗Ｒ１〜Ｒｎと容量Ｃ１〜Ｃｎを設ける構成がある。ここでスイッチは外部からソフト的に任意制御可能なスイッチである。このスイッチにより所望の抵抗、容量を電気的に開閉することで、所望ＣＲ時定数及び所望ピーク電流量を設定できる。この結果、例えば使用される伝送線路個々の高周波減衰特性や伝送線路長の長短の違いに柔軟に対応した周波数補償を設定できる大きな利点が得られる。また従来コイル方式が有していた伝送線路９０インピーダンスとの本質的なミスマッチング問題が解消できる利点も有している。
【００２０】
（実施例２）
本発明実施例について図２を示して説明する。図２の構成は図１の構成における差動ドライバ回路７２と送端プルアップ抵抗７４の代わりにコンプリメンタリ構成の伝送ドライバ７０ｂに置き換えた構成で成る。
【００２１】
伝送ドライバ７０ｂは、トランジスタＱ３１Ａ、Ｑ３２Ａによる振幅制限、電流制限用バイアス回路をＶ＋、Ｖ−電源間に直列接続して設け、これに２つのコンプリメンタリスイッチを使用して差動動作を構成する。この小振幅出力型のデバイスとしてはＬＶＤＳ（ｌｏｗ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｉｇｎａｌ）やＬＶＴＴＬ（ｌｏｗ  ｖｏｌｔａｇｅ  ＴＴＬ）がある。伝送ドライバ７０ｂは電流制限機能を有している為、この出力端と遷移信号駆動手段２０の出力とを直接接続している構成例である。但し、所望により一方あるいは両方の出力端に電流制限と伝送線路９０のインピーダンス・マッチングを兼ねた所望の抵抗を直列に挿入しても良い。このインピーダンス・マッチングを設けた場合は伝送線路の反射がなくなり更なる高忠実な伝送品質が得られる。
【００２２】
上述したように本発明では、入力信号の遷移を小容量のコンデンサで検出し、これに流れる電流を増幅して伝送線路９０を重畳駆動する周波数補償手段である。これによりピーキング作用が得られて伝送線路９０の高周波減衰を補償する効果が得られる。この結果伝送信号、特に高速論理信号の忠実なる信号伝送が実現できることとなる。また従来のようなコイルを使用しない為ＬＳＩ等による高集積化が容易となる利点も得られる。更に駆動出力するピーキング電流Ｉｑ５、Ｉｑ６は能動的増幅により従来コイル方式より一層多くの周波数補償作用を与えることが容易になる利点も得られ、この結果高忠実なる信号の伝送が可能となる大きな利点を有している。
【００２３】
なお、上記実施例の説明では、差動の伝送信号１００を入力とする構成例で説明していたが、図３（ａ）に示すように差動変換回路６０を入力側に設けることで、入力信号が単一信号１００ｂの場合でも同様に伝送できることは明らかである。
また上記実施例の説明では、２本の伝送線路９０を使用した差動伝送構成の例で説明していたが、図３（ｂ）に示すように所望により１本の伝送線路９０による伝送回路の伝送ドライバ７０ｃに遷移信号駆動手段２０を並接して伝送線路を駆動する。受信側の伝送信号受信回路８０ｃにはこれに対応したレシーバ回路８２ｂを設ける伝送回路構成としても良い。
【００２４】
また上記実施例の説明では、伝送線路９０に対する周波数補償をすることを主体とする説明であったが、特に高速論理信号の更なる忠実なる復元タイミングの論理信号８１ｏｕｔが要求される場合においては、受信端での波形の立上がりが鋭いことが最も重要である。この為図９の伝送線路９０の入力端における駆動パルス波形９２ｗａｖ、及び伝送線路９０の受信波形９４ｗａｖに示すように、差動レシーバ回路８２素子の許容可能な範囲の大きなピーク振幅９５ｐｅａｋとなるようにピーキング電流Ｉｑ５、Ｉｑ６を過剰駆動する。このような駆動形態の遷移信号駆動手段２０としても良い。
【００２５】
また上記実施例の説明では、伝送線路９０駆動入力端に駆動側回路（伝送ドライバ７０、７０ｂ、７０ｃ）、及び遷移信号駆動手段２０を直接接続する回路構成例で説明していたが、この伝送線路９０駆動入力端と駆動側回路との間に、個々にあるいは共通の所望インピーダンス・マッチング抵抗を直列に挿入した構成としても良い。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は、以上説明した内容から、下記に記載される効果を奏する。
容量手段１０のコンデンサあるいは抵抗を直列接続したコンデンサにより、入力信号の遷移状態を充放電電流に変換し、この電流を増幅して伝送線路９０を重畳駆動することで高周波減衰を能動的に補償するピーキング効果が得られる。
この結果従来のようなコイル部品が不要となり、ＬＳＩ化による小型高集積化が容易となる大きな利点が得られる。また従来コイル方式が有していた伝送線路９０インピーダンスとの本質的なミスマッチング問題が解消できる利点も得られる。更に駆動出力するピーキング電流Ｉｑ５、Ｉｑ６は能動的増幅による為、従来コイル方式より一層多くの周波数補償が容易に実現でき、この結果更なる高忠実信号の伝送が実現できる効果も得られる。これら効果は特に高速信号を多数チャンネル伝送する半導体試験装置や超高速電子計算機、自動交換機等において多大なる有効性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例１の、周波数補償された差動伝送構成例である。
【図２】本発明実施例２の、周波数補償された差動伝送構成例である。
【図３】本発明の、他の周波数補償された伝送構成例である。
【図４】本発明の、遷移信号駆動手段の回路例である。
【図５】本発明の、容量手段の応用回路例である。
【図６】従来の、周波数補償された差動伝送構成例である。
【図７】従来の、周波数補償回路を設けた差動伝送による各部の波形例である。
【図８】細いパルスを周波数補償なしで伝送した場合の受信端波形例である。
【図９】本発明の、ピーキング電流を過剰駆動した場合を説明する伝送線路入出力端での波形図である。
【符号の説明】
Ｃ１〜Ｃｎ    容量
Ｉｑ１      充電電流
Ｑ１Ａ，Ｑ５Ａ，Ｑ４Ａ，Ｑ６Ａ，  カレントミラー用トランジスタ
Ｒ１〜Ｒｎ  抵抗
Ｓ１１〜Ｓ１ｎ，Ｓ２１〜Ｓ２ｎ  スイッチ
Ｑ２Ａ，Ｑ３Ａ  スイッチ用トランジスタ
Ｉｑ５，Ｉｑ６  ピーキング電流
１０      容量手段
１２      コンプリメンタリスイッチ部
１５      遷移電流駆動手段
２０      遷移信号駆動手段
７０，７０ｂ，７０ｃ    伝送ドライバ
６０      差動変換回路
７２      差動ドライバ回路
７４      送端プルアップ抵抗
７５，８５  周波数補償回路
７６，８６  コイル
８０，８０ｂ，８０ｃ  伝送信号受信回路
８１ｏｕｔ    論理信号
８２      差動レシーバ回路
８２ｂ    レシーバ回路
８４      終端抵抗
９０      伝送線路
９１ｗａｖ    パルス波形
９３ｗａｖ    受信波形
１００    伝送信号
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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