(57)【要約】  【課題】異なるインピーダンス間にまたがる信号伝送路を接続する際に、コモンモードノイズの発生を抑制することのできるインピーダンス整合回路を提供すること。  【解決手段】一対の１次側伝送線路１００２と、１次側伝送線路１００２とは異なるインピーダンスを有する一対の２次側伝送線路１００４と、一対の１次側伝送線路１００２間に接続された１次側終端素子１００６と、一対の２次側伝送線路１００４間に接続され、２次側伝送線路１００４よりも高いインピーダンスを有する２次側終端素子１００７と、１次側終端素子１００６および２次側終端素子１００７の間のインピーダンスを変換するインピーダンス変換素子１００５とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の１次側伝送線路と、
前記１次側伝送線路とは異なるインピーダンスを有する一対の２次側伝送線路と、
前記一対の１次側伝送線路間に接続された１次側終端素子と、
前記一対の２次側伝送線路間に接続され、前記２次側伝送線路よりも高いインピーダンスを有する２次側終端素子と、
前記１次側終端素子および前記２次側終端素子の間のインピーダンスを変換するインピーダンス変換素子とを備えた、インピーダンス整合回路。
【請求項２】
前記１次側終端素子および前記２次側終端素子の少なくとも一方は、抵抗素子である、請求項１に記載のインピーダンス整合回路。
【請求項３】
前記１次側終端素子および前記２次側終端素子の少なくとも一方は、抵抗素子および容量素子により形成されており、前記抵抗素子の電気的中点とシグナルグランドまたはフレームグランドの少なくとも一方との間に前記容量素子が接続されている、請求項１に記載のインピーダンス整合回路。
【請求項４】
前記インピーダンス変換素子は、トランスである、請求項１に記載のインピーダンス整合回路。
【請求項５】
前記インピーダンス変換素子は、
配線パターン幅が信号の伝播方向に沿って単調に変化するテーパ型構造の線路である、請求項１に記載のインピーダンス整合回路。
【請求項６】
前記インピーダンス変換素子は、隣接する２つの配線の線路間結合により形成されており、
前記２つの配線の間隔は、少なくとも一部区間で変化している、請求項１に記載のインピーダンス整合回路。
【請求項７】
前記インピーダンス変換素子は、隣接する２つの配線の線路間結合により形成されており、
前記２つの配線と隣接するグランド層との間隔は、少なくとも一部区間で変化している、請求項１に記載のインピーダンス整合回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のプリント配線板間にまたがる信号伝送路を接続する際に使用されるインピーダンス整合回路に関する。例えば、コモンモードノイズの発生を抑制することを目的としたインピーダンス整合回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のインピーダンス整合回路としては、複数の基板を接続するコネクタのインピーダンスを整合させるものがあった（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７は、特許文献１に記載された従来のインピーダンス整合回路を示すものである。図７（ａ）は斜視図、図７（ｂ）は部分破断斜視図である。
【０００４】
図７において、雄信号端子３３は、絶縁材料からなるプラグハウジング３１を介して、幅広の雄導体３２、およびプラグハウジング３１の外周面に取り付けられた導体のグランドシェル３４の間に配置されていた。この構成により、ストリップライン構造を形成させて、インピーダンスが比較的安定なコネクタを形成させるというものである。
【０００５】
また、従来の平衡伝送回路としては、トランスを設けて２次側をセンタータップ終端するものがあった（例えば、特許文献２参照）。図８は、特許文献２に記載された従来の平衡伝送回路を示すものである。
【０００６】
図８において、強制型トランス１の２次側端子には各々抵抗５の一端を接続し、各抵抗５の他端は、コンデンサ６を介してフレームグランド８に接地させている。コンデンサ６と各抵抗５の接続点が、強制型トランス１の２次側の中点に接続される構造とすることで、高周波的にコモンモード終端することに加えて、グランド電位の不安定による信号伝送の不安定さを解消するというものである。
【特許文献１】特許第２５２８２３４号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献２】特許第３１６６５７１号公報（第２頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の特許文献１のインピーダンス整合回路では、プリント配線板同士あるいはプリント配線板とケーブルの特性インピーダンスが等しい設計値の場合に、コネクタでの信号の反射を抑制することは可能であるが、これらの特性インピーダンスが異なる設計値を有する場合には適用することができないという課題を有していた。
【０００８】
また、従来の特許文献２の平衡伝送回路では、トランス１の２次側のみに終端回路を設けているため、１次側の信号入出力ＩＣ２と２次側伝送線路３に接続されるコネクタ４との距離が電気的に長い場合、１次側での信号の反射が抑制できず、コモンモードノイズによる輻射が発生するという課題を有していた。
【０００９】
本発明は、上述した従来の課題を解決するもので、異なるインピーダンス間にまたがる信号伝送路を接続する際に、コモンモードノイズの発生を抑制することのできるインピーダンス整合回路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】
【００１０】
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、
一対の１次側伝送線路と、
前記１次側伝送線路とは異なるインピーダンスを有する一対の２次側伝送線路と、
前記一対の１次側伝送線路間に接続された１次側終端素子と、
前記一対の２次側伝送線路間に接続され、前記２次側伝送線路よりも高いインピーダンスを有する２次側終端素子と、
前記１次側終端素子および前記２次側終端素子の間のインピーダンスを変換するインピーダンス変換素子とを備えた、インピーダンス整合回路である。
【００１１】
第２の本発明は、
前記１次側終端素子および前記２次側終端素子の少なくとも一方は、抵抗素子である、第１の本発明のインピーダンス整合回路である。
【００１２】
第３の本発明は、
前記１次側終端素子および前記２次側終端素子の少なくとも一方は、抵抗素子および容量素子により形成されており、前記抵抗素子の電気的中点とシグナルグランドまたはフレームグランドの少なくとも一方との間に前記容量素子が接続されている、第１の本発明のインピーダンス整合回路である。
【００１３】
第４の本発明は、
前記インピーダンス変換素子は、トランスである、第１の本発明のインピーダンス整合回路である。
【００１４】
第５の本発明は、
前記インピーダンス変換素子は、
配線パターン幅が信号の伝播方向に沿って単調に変化するテーパ型構造の線路である、第１の本発明のインピーダンス整合回路である。
【００１５】
第６の本発明は、
前記インピーダンス変換素子は、隣接する２つの配線の線路間結合により形成されており、
前記２つの配線の間隔は、少なくとも一部区間で変化している、第１の本発明のインピーダンス整合回路である。
【００１６】
第７の本発明は、
前記インピーダンス変換素子は、隣接する２つの配線の線路間結合により形成されており、
前記２つの配線と隣接するグランド層との間隔は、少なくとも一部区間で変化している、第１の本発明のインピーダンス整合回路である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明により、異なるインピーダンス間にまたがる信号伝送路を接続する際に、コモンモードノイズの発生を抑制することのできるインピーダンス整合回路を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に述べる実施の形態は、本発明を具体化した一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるインピーダンス整合回路の構成図である。
【００２０】
図１において、１００１は信号入力または出力用ＩＣであり、ここでは信号出力ＩＣとする。１００２は１次側伝送線路であり、信号出力ＩＣ１００１からの信号を負荷へ伝送する。ここでは１次側伝送線路１００２の特性インピーダンスを１００Ωとする。１００３はコネクタであり、プリント基板間の接続あるいはプリント基板とケーブルを接続し信号を伝送する。１００４は２次側伝送線路であり、ここでは平衡ケーブルよりなる伝送線路とし、特性インピーダンスを１５０Ωとする。信号は、この２次側伝送線路１００４を通り、異なる基板のコネクタ（図示せず）を介して信号入力用ＩＣ（図示せず）に伝送される。
【００２１】
１００５はインピーダンス変換用トランスであり、１次側伝送線路１００２の特性インピーダンスと２次側伝送線路１００４の特性インピーダンスに合わせてインピーダンス変換を行う。なお、１次側伝送線路１００２と２次側伝送線路１００４の特性インピーダンスが等しい場合には、トランス１００５の巻き数比を１：１とすればよい。１００６は１次側終端抵抗であり、１次側伝送線路１００２とインピーダンスの整合を取るために一対の１次側伝送線路１００２間に接続されている。１００７は２次側終端抵抗であり、２次側伝送線路１００４の特性インピーダンスより高インピーダンスになるように選択され、一対の２次側伝送線路１００４間に接続されている。
【００２２】
なお、図１において、トランス１００５、１次側終端抵抗１００６、２次側終端抵抗１００７で構成される１１００の部分が、本発明のインピーダンス整合回路である。
【００２３】
また、１次側終端抵抗１００６が、本発明の１次側終端素子としての抵抗素子の一例であり、２次側終端抵抗１００７が、本発明の２次側終端素子としての抵抗素子の一例である。これらの抵抗素子には、抵抗の他にダイオードなどの抵抗素子を用いてもよい。また、１次側終端素子と２次側終端素子とは、一方が抵抗であり、もう一方がダイオードというように、異なる種類の抵抗素子の組み合わせであってもよいことは言うまでもない。
【００２４】
かかる構成によれば、１次側終端抵抗１００６を用いて１次側伝送線路１００２とインピーダンス整合することにより信号の反射を抑制し、インピーダンス変換用トランス１００５により特性インピーダンスの異なる１次側伝送線路１００２と２次側伝送線路１００４間のインピーダンス変換を行い、２次側終端抵抗１００７を２次側伝送線路１００４の特性インピーダンスより高インピーダンスになるように選択することにより、ディファレンシャルモード信号に大きな影響を与えることなく、コモンモードノイズを抑制することができる。
【００２５】
図２は、本実施の形態１のインピーダンス整合回路の他の構成の構成図である。なお、図１と同じ構成要素については同じ符号を用いている。
【００２６】
図１に示す本実施の形態１のインピーダンス整合回路においては、１次側終端素子として１次側終端抵抗１００６を設けたが、図２に示すように、１次側終端素子として一対の１次側伝送線路１００２間に抵抗２００６を２つ直列に接続し、その電気的中点とグランド（シグナルグランドまたはフレームグランドの少なくとも一方）との間にコンデンサ２００８を接続する構成としても良い。
【００２７】
かかる構成によれば、トランス１００５の１次側で高周波的にコモンモード終端することにより、２次側へのコモンモードノイズの伝播をさらに抑制することができる。
【００２８】
さらに、図１に示す本実施の形態１のインピーダンス整合回路においては、２次側終端素子として２次側終端抵抗１００７を設けたが、図２に示すように、２次側終端素子として一対の２次側伝送線路１００４間に抵抗２００７を２つ直列に接続し、その電気的中点とグランド（シグナルグランドまたはフレームグランドの少なくとも一方）との間にコンデンサ２００９を接続する構成としても良い。
【００２９】
かかる構成によれば、トランス１００５の２次側で高周波的にコモンモード終端することにより、１次側で除去し切れなかったコモンモードノイズの伝播をさらに抑制することができる。
【００３０】
なお、図２において、トランス１００５、２つの抵抗２００６、２つの抵抗２００７、コンデンサ２００８および２００９で構成される１１０１の部分が、本発明のインピーダンス整合回路である。
【００３１】
また、２つの抵抗２００６が、本発明の１次側終端素子としての抵抗素子の一例であり、２つの抵抗２００７が、本発明の２次側終端素子としての抵抗素子の一例である。また、コンデンサ２００８が、本発明の１次側終端素子としての容量素子の一例であり、コンデンサ２００９が、本発明の２次側終端素子としての容量素子の一例である。
【００３２】
これらの１次側終端素子および２次側終端素子としての抵抗素子には、抵抗の他にダイオードなどの抵抗素子を用いてもよい。また、１次側終端素子としての抵抗素子と２次側終端素子としての抵抗素子とは、一方が抵抗であり、もう一方がダイオードというように、異なる種類の抵抗素子の組み合わせであってもよいことは言うまでもない。
【００３３】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２におけるインピーダンス整合回路の構成図である。図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００３４】
図３において、３００５はテーパ線路であり、１次側伝送線路１００２の特性インピーダンスと２次側伝送線路１００４の特性インピーダンスに合わせてインピーダンス変換を行う。なお、ここでは配線パターン幅が信号の伝播方向に沿って単調に変化するテーパ型構造の線路をテーパ線路と呼ぶ。
【００３５】
なお、図３において、テーパ線路３００５、１次側終端抵抗１００６、２次側終端抵抗１００７で構成される３１００の部分が、本発明のインピーダンス整合回路である。
【００３６】
かかる構成によれば、１次側終端抵抗１００６を用いて１次側伝送線路１００２とインピーダンス整合することにより反射を抑制し、テーパ線路３００５により異なる線路間のインピーダンス変換を滑らかに行い、２次側終端抵抗１００７を２次側伝送線路１００４の特性インピーダンスより高インピーダンスになるように選択することにより、ディファレンシャルモード信号に大きな影響を与えることなく、コモンモードノイズを抑制することができる。
【００３７】
図４は、本実施の形態２のインピーダンス整合回路の他の構成の構成図である。なお、図３と同じ構成要素については同じ符号を用いている。
【００３８】
実施の形態１と同様に、本実施の形態２においても、１次側、２次側それぞれの終端素子を、図４に示すように、抵抗２００６を２つ直列に接続し、その電気的中点とグランド（シグナルグランドまたはフレームグランドの少なくとも一方）との間にコンデンサ２００８を接続する構成としたもの、および、抵抗２００７を２つ直列に接続し、その電気的中点とグランド（シグナルグランドまたはフレームグランドの少なくとも一方）との間にコンデンサ２００９を接続する構成としたものとしても良い。
【００３９】
なお、図４において、テーパ線路３００５、２つの抵抗２００６、２つの抵抗２００７、コンデンサ２００８および２００９で構成される３１０１の部分が、本発明のインピーダンス整合回路である。
【００４０】
かかる構成によれば、テーパ線路３００５の１次側で高周波的にコモンモード終端することにより、２次側へのコモンモードノイズの伝播をさらに抑制することができるうえ、２次側で高周波的にコモンモード終端することにより、１次側で除去し切れなかったコモンモードノイズの伝播をさらに抑制することができる。
【００４１】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３におけるインピーダンス整合回路の構成図である。図５（ａ）は図１と同じ終端素子構成のインピーダンス整合回路であり、図５（ｂ）は図２と同じ終端素子構成のインピーダンス整合回路である。なお、図５において、図１及び図２と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。
【００４２】
図５（ａ）において、５０００はインピーダンス変換素子であり、１次側伝送線路１００２の特性インピーダンスから２次側伝送線路１００４の特性インピーダンスへとインピーダンス変換を行う。
【００４３】
また、図６は図５（ａ）におけるインピーダンス変換素子５０００の構成図である。図６（ａ）は上面図、図６（ｂ）は側面図を示す。
【００４４】
図６において、５００１はプリント配線板上に導体で構成した信号パターンであり、差動信号を伝送する。５００２は絶縁体であり、プリント配線板においては一般的にＦＲ４等の誘電体が用いられる。５００３はグランド導体であり、信号パターン５００１および絶縁体５００２と併せてインピーダンス変換素子５０００を形成している。このようにインピーダンス変換素子５０００は、２つの信号パターン５００１の線路間結合により形成されている。
【００４５】
なお、図６（ａ）に示す２つの信号パターン５００１が、本発明の隣接する２つの配線の一例である。また、図６（ｂ）に示すグランド導体５００３が、本発明のグランド層の一例である。
【００４６】
図６に示す区間Ｓ５０４において、例えば信号パターン５００１の幅（Ｗ）を１５０μｍ、信号パターン間のギャップ（Ｓ）を１００μｍ、信号パターン５００１とグランド導体５００３との距離（Ｈ）を２００μｍ、絶縁体５００２をＦＲ４であるとすると、この区間の差動インピーダンスは約１１０Ωとなる。
【００４７】
区間Ｓ５０５において、ＷとＳは区間Ｓ５０４と同じであり、Ｈのみを２００μｍから４００μｍまで緩やかに変化させたとすると、この区間の差動インピーダンスは約１１０Ωから約１２０Ωまで変化する。なお、この区間Ｓ５０５が、本発明の、２つの配線と隣接するグランド層との間隔が変化している一部区間の一例である。
【００４８】
区間Ｓ５０６において、Ｗは区間Ｓ５０４、Ｓ５０５と同じであり、Ｈを４００μｍとして、Ｓのみを１００μｍから２００μｍまで緩やかに変化させたとすると、この区間の差動インピーダンスは約１２０Ωから約１５０Ωまで変化する。なお、この区間Ｓ５０６が、本発明の、２つの配線の間隔が変化している一部区間の一例である。
【００４９】
なお、図５（ａ）において、インピーダンス変換素子５０００、１次側終端抵抗１００６、２次側終端抵抗１００７で構成される５１００の部分が、本発明のインピーダンス整合回路である。
【００５０】
かかる構成によれば、パターンの構造を変化させることにより、インピーダンス変換を行うことができる。この回路を図５（ａ）に示したインピーダンス変換素子５０００として用いると、１次側終端抵抗１００６を用いて１次側伝送線路１００２とインピーダンス整合することにより反射を抑制し、インピーダンス変換素子５０００により異なる線路間のインピーダンス変換を行い、２次側終端抵抗１００７を２次側伝送線路１００４の特性インピーダンスより高インピーダンスになるように選択することにより、ディファレンシャルモード信号に大きな影響を与えることなく、コモンモードノイズを抑制することができる。
【００５１】
なお、図６（ｂ）において、ＧＮＤ導体５００３が緩やかに変化するとしたが、信号パターン５００１が緩やかに変化するとしても同様の効果が得られる。さらに、絶縁体５００２を階段状の積層構造とし、ＧＮＤ導体５００３または信号パターン５００１の変化を階段状に積層した絶縁体５００２に沿うようにしても、同様の効果が得られる。
【００５２】
また、実施の形態１と同様に、本実施の形態３のインピーダンス整合回路においても、１次側、２次側それぞれの終端素子を、図５（ｂ）に示すように、抵抗２００６を２つ直列に接続し、その電気的中点とグランド（シグナルグランドまたはフレームグランドの少なくとも一方）との間にコンデンサ２００８を接続する構成としたもの、および、抵抗２００７を２つ直列に接続し、その電気的中点とグランド（シグナルグランドまたはフレームグランドの少なくとも一方）との間にコンデンサ２００９を接続する構成としたものとしても良い。
【００５３】
なお、図５（ｂ）において、インピーダンス変換素子５０００、２つの抵抗２００６、２つの抵抗２００７、コンデンサ２００８および２００９で構成される５１０１の部分が、本発明のインピーダンス整合回路である。
【００５４】
かかる構成によれば、インピーダンス変換素子５０００の１次側で高周波的にコモンモード終端することにより、２次側へのコモンモードノイズの伝播をさらに抑制することができるうえ、２次側で高周波的にコモンモード終端することにより、１次側で除去し切れなかったコモンモードノイズの伝播をさらに抑制することができる。
【００５５】
なお、図１〜図５に示した各実施の形態のインピーダンス整合回路において、１次側伝送線路１００２および２次側伝送線路１００４を流れる信号は、差動伝送信号である場合と、２本の線のうちどちらか一方をグランドとするシングルエンド伝送である場合の、どちらの場合に対しても、本発明を適用可能である。
【００５６】
以上に説明したように、本発明のインピーダンス整合回路は、１次側のインピーダンスと整合させる１次側終端素子と、２次側のインピーダンスより高いインピーダンスを有する２次側終端素子と、１次側終端素子と２次側終端素子との間のインピーダンスを変換するインピーダンス変換素子とを有し、１次側、２次側各々のインピーダンス整合を取りながら、インピーダンス変換を行う。この構成によって、プリント配線板同士、あるいはプリント配線板とケーブルの特性インピーダンスが異なる設計値の場合においても、コモンモードノイズの発生を抑制しつつ信号伝送を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明にかかるインピーダンス整合回路は、１次側のインピーダンスと整合させる１次側終端素子と、２次側のインピーダンスより高いインピーダンスを有する２次側終端素子と、１次側終端素子と２次側終端素子との間のインピーダンスを変換するインピーダンス変換素子から成り、１次側、２次側各々のインピーダンス整合を取りながら、インピーダンス変換を行う機能を有し、特性インピーダンスが異なる設計値を有するプリント配線板同士あるいはプリント配線板とケーブルを接続する際のインピーダンス整合回路等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施の形態１におけるインピーダンス整合回路の構成図
【図２】本発明の実施の形態１におけるインピーダンス整合回路の他の構成図
【図３】本発明の実施の形態２におけるインピーダンス整合回路の構成図
【図４】本発明の実施の形態２におけるインピーダンス整合回路の他の構成図
【図５】（ａ）本発明の実施の形態３におけるインピーダンス整合回路の構成図、（ｂ）本発明の実施の形態３における他のインピーダンス整合回路の構成図
【図６】（ａ）本発明の実施の形態３におけるインピーダンス変換素子の構成を示す上面図、（ｂ）本発明の実施の形態３におけるインピーダンス変換素子の構成を示す側面図
【図７】（ａ）従来のインピーダンス整合回路の構成を示す斜視図、（ｂ）従来のインピーダンス整合回路の構成を示す部分破断斜視図
【図８】従来の平衡伝送回路の構成図
【符号の説明】
【００５９】
１００１  信号出力ＩＣ
１００２  １次側伝送線路
１００３  コネクタ
１００４  ２次側伝送線路
１００５  トランス
１００６  １次側終端抵抗
１００７  ２次側終端抵抗
２００６、２００７  抵抗
２００８、２００９  コンデンサ
３００５  テーパ線路
５０００  インピーダンス変換素子
５００１  信号パターン
５００２  絶縁体
５００３  グランド導体
【図１】
2006115337.tif 000003
【図２】
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【図３】
2006115337.tif 000005
【図４】
2006115337.tif 000006
【図５】
2006115337.tif 000007
【図６】
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【図７】
2006115337.tif 000009
【図８】
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