(57)【要約】【課題】本発明は、信号品質の劣化を防止することができる信号伝送回路および伝送装置を提供することを目的とするものである。【解決手段】本発明の信号伝送回路は、差動伝送信号を送信する送信回路１と、前記差動信号を受信する受信回路２と、前記送信回路１と受信回路２とを接続する一対の差動伝送線路３と、前記一対の差動伝送線路３に設けられたローパスフィルタ４とを有し、前記差動伝送信号の駆動周波数をｆ０とし、前記ローパスフィルタ４のカットオフ周波数をｆ１とした場合、１．５×ｆ０≦ｆ１≦３．０×ｆ０、ｆ０≧１．５ＧＨｚとなるようにした。【選択図】図１
2018125783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動伝送信号を送信する送信回路と、前記差動伝送信号を受信する受信回路と、前記送信回路と受信回路とを接続する一対の差動伝送線路と、前記一対の差動伝送線路に設けられたローパスフィルタとを有し、前記差動伝送信号の駆動周波数をｆ０とし、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数をｆ１とした場合、１．５×ｆ０≦ｆ１≦３．０×ｆ０、ｆ０≧１．５ＧＨｚとなるようにした信号伝送回路。
【請求項２】
前記ローパスフィルタとしてコモンモードノイズフィルタを使用した請求項１に記載の信号伝送回路。
【請求項３】
前記一対の差動伝送線路の長さを１０ｃｍ以下とした請求項１に記載の信号伝送回路。
【請求項４】
その内部に第１の送信回路と第１の受信回路とが並列接続された携帯情報端末本体と、前記携帯情報端末本体にソケットを介して挿入され、第２の送信回路と第２の受信回路とが並列接続されたメモリーカードと、前記第１の送信回路および前記第１の受信回路と前記第２の送信回路および前記第２の受信回路とを接続する一対の差動伝送線路と、前記一対の差動伝送線路に接続されたローパスフィルタとを備え、前記差動伝送信号の駆動周波数をｆ０とし、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数をｆ１とした場合、１．５×ｆ０≦ｆ１≦３．０×ｆ０、ｆ０≧１．５ＧＨｚとなるようにした伝送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気・電子機器または制御機器の差動伝送方式に適用されるローパスフィルタを有する信号伝送回路および伝送装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のこの種の信号伝送回路は、差動伝送信号を送信する送信回路と、前記差動伝送信号を受信する受信回路と、前記送信回路と受信回路とを接続する一対の差動伝送線路と、前記一対の差動伝送線路に設けられたローパスフィルタ（コモンモードノイズフィルタ）とを有していた。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−７７５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＳＤカード（メモリーカード）などのリムーバブルメモリインタフェースは、携帯情報端末などのホスト機器との通信をソケット経由で行うが、このソケットのリード端子部でインピーダンスの整合が崩れ反射波が発生し、信号波形の劣化を招く。
【０００６】
さらに、カードの薄型化のため、カード端子がむき出しになっている構造のため、人体に帯電した静電気がメモリーカードＬＳＩのＩ／Ｏ回路に侵入しやすい構成となっている。このため、ＬＳＩのＩ／Ｏ回路部に静電気保護回路を具備する、または、基板伝送線路上に耐圧の高い静電気保護部品を使用する必要があるが、これらの静電気保護回路や保護部品は信号品質を劣化させる負荷容量が存在する。
【０００７】
また、伝送方向は双方向であるため、本体側のＬＳＩのＩ／Ｏ回路、およびメモリーカード側のＬＳＩのＩ／Ｏ回路は、送信回路と受信回路の両方を具備する双方向インタフェースの構造をとり、各Ｉ／Ｏ回路に送信回路と受信回路の両方を接続することによって、単方向インタフェースのＩ／Ｏ回路に比べて負荷容量が大きくなる。
【０００８】
前述のソケットに加えて、これら静電気保護回路や静電気保護部品、送信回路、受信回路の容量成分も、伝送線路のインピーダンスの落ち込みを発生（インピーダンス不整合）させる原因となり、これにより、反射波を発生し信号品質を劣化させる。
【０００９】
ここで、前述の信号品質の劣化とは、信号波形に、反射波などのノイズ波形が重畳し、信号のＥｙｅ（信号の時間的変化が定常状態となり受信回路が信号受信可能となる信号波形の領域）が小さくなる状態であり、受信回路の信号の正常受信の妨げとなるものである。
【００１０】
負荷容量起因の反射波によるＥｙｅ開口の縮小度合いは、信号の低振幅化と高速化が進んだビットレートがＧｂｐｓクラスの差動信号伝送で顕著な問題となってきている。この理由は次の通りである。
【００１１】
まずＧｂｐｓよりも低速な、たとえば１００Ｍｂｐｓ、３．３Ｖ振幅の信号伝送を例に取ると、信号１ビットの時間長は１０ｎｓｅｃであるため、理論的なＥｙｅ開口は時間軸方向１０ｎｓｅｃ、振幅方向３．３Ｖである。
【００１２】
これに対して、昨今インタフェースの高速化は低振幅化を伴いながら進化しており、たとえば１Ｇｂｐｓ、４００ｍＶ振幅の場合の信号伝送における理論的なＥｙｅ開口は、時間軸方向１ｎｓｅｃ、振幅方向４００ｍＶとなり、前記１００Ｍｂｐｓの信号伝送のそれに比べてＥｙｅ開口面積はおよそ１００分の１となる。したがって、信号が低振幅・高速化（１Ｇｂｐｓ以上、たとえば３Ｇｂｐｓの差動信号伝送）すると、そもそも反射などの信号劣化が無い場合においてもＥｙｅの絶対値的な開口は小さく、受信回路として正常受信の難易度は高い。
【００１３】
その状況において、ソケットや前記Ｉ／Ｏ回路などの負荷容量による信号反射でＥｙｅ開口の縮小がさらに発生する。信号反射は、伝送線路の特性インピーダンスに対するソケットや負荷容量部分のインピーダンスの落ち込みが大きいほど深刻になるが、負荷容量（すなわちキャパシタンス）のインピーダンスの値は、信号の伝送速度（すなわち周波数））に反比例して小さくなる。すなわち同じ負荷容量でも、低速な信号伝送時よりも高速な信号伝送時の方が、反射の度合いが大きくなり、伝送線路の特性インピーダンスからの落差が大きくなる。
【００１４】
これが信号の低振幅化と高速化が進むほどに、負荷容量による信号反射の度合いが大きくなり、Ｅｙｅ開口が小さくなる理由である。
【００１５】
さらに、伝送線路長が短い場合、信号を受信する受信回路端で発生した反射波が送信回路側までほとんど減衰せずに到達し、さらにそこで再び反射が起こり、受信回路側に向かって進んで行く。このため、伝送線路が短い場合、上記負荷容量によりおこる反射波がＥｙｅ開口を小さくする問題はさらに深刻となる。
【００１６】
すなわち、今後、ビットレートが３Ｇｂｐｓ以上の速さで伝送線路長が短くなった場合、多重反射波によって信号品質の劣化が発生するという課題を有していた。
【００１７】
なお、ＨＤＭＩ（登録商標）やＵＳＢ３．０は、上記ＳＤカードなどのリムーバブルメモリインタフェースと違い、ハーネスを介した長い伝送路長であるため、伝送線路上で反射波が発生したとしても、反射波は減衰し、多重反射の影響は小さく、上述した問題には発展することは少ない。
【００１８】
本発明は、３Ｇｂｐｓ以上の高速差動信号伝送を使用し、かつ、伝送線路長が短く、さらに、静電気保護回路／部品や双方向Ｉ／Ｏにおける負荷容量が大きいインタフェースにおいて、信号の多重反射による信号品質の劣化を防止することができる信号伝送回路を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を解決するために本発明は、差動伝送信号を送信する送信回路と、前記差動伝送信号を受信する受信回路と、前記送信回路と受信回路とを接続する一対の差動伝送線路と、前記一対の差動伝送線路に設けられたローパスフィルタとを有し、前記差動伝送信号の駆動周波数をｆ０とし、前記ローパスフィルタのカットオフ周波数をｆ１とした場合、１．５×ｆ０≦ｆ１≦３．０×ｆ０、ｆ０≧１．５ＧＨｚとなるようにした。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の信号伝送回路は、ローパスフィルタによって差動伝送信号の駆動周波数より高
周波の信号を減衰させることができるため、信号の多重反射による信号波形の劣化を防止することができるという効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施の形態における信号伝送回路を示す図
【図２】同信号伝送回路におけるローパスフィルタのカットオフ周波数ｆ１と、Ｅｙｅ面積との関係を示す図
【図３】同信号伝送回路におけるローパスフィルタのカットオフ周波数ｆ１と、Ｅｙｅ面積との関係を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は本発明の一実施の形態における信号伝送回路を示す図である。
【００２３】
本発明の一実施の形態における信号伝送回路は、図１に示すように、差動伝送信号を送信する第１、第２の送信回路１ａ、１ｂと、前記差動伝送信号を受信する第１、第２の受信回路２ａ、２ｂと、前記第１、第２の送信回路１ａ、１ｂと第１、第２の受信回路２ａ、２ｂとを接続する一対の差動伝送線路３と、前記一対の差動伝送線路３に設けられたローパスフィルタ４とを有している。
【００２４】
上記構成において、前記第１の送信回路１ａおよび第１の受信回路２ａは、携帯電話、スマートフォン等の携帯情報端末本体５の内部に並列になるように形成され、前記第２の送信回路１ｂおよび第２の受信回路２ｂは、携帯情報端末本体５に挿入されるメモリーカード（ＳＤカード）６の内部に並列になるように形成されている。したがって、携帯情報端末本体５とメモリーカード６の両方が送信回路と受信回路を有する双方向インタフェースとなっている。
【００２５】
また、前記一対の差動伝送線路３は、携帯情報端末本体５の第１の送信回路１ａ、第１の受信回路２ａと、メモリーカード６の第２の送信回路１ｂ、第２の受信回路２ｂとを結ぶ線路で、携帯情報端末本体５とメモリーカード６の両方に設けられている。
【００２６】
メモリーカード６は携帯情報端末本体５に配置されたソケット（以下、図示せず）を介して携帯情報端末本体５に挿入、接続される。このソケットも多重反射を発生させる大きな原因の一つである。
【００２７】
携帯情報端末本体５の第１の送信回路１ａとメモリーカード６の第２の受信回路２ｂとの間に信号が流れ、携帯情報端末本体５の第１の受信回路２ａとメモリーカード６の第２の送信回路１ｂとの間に信号が流れる。
【００２８】
さらに、第１、第２の送信回路１ａ、１ｂ、第１、第２の受信回路２ａ、２ｂにはそれぞれ、人体に帯電した静電気から保護するための耐圧の高い静電気保護部品（以下、図示せず）が形成され、その容量成分が付加されている。
【００２９】
そして、前記ローパスフィルタ４は、携帯情報端末本体５の内部に設けられ、一対のコイルを内蔵し、この一対のコイルを磁気結合させたコモンモードノイズフィルタで、所定のカットオフ周波数ｆ１を有している。カットオフ周波数ｆ１は、差動伝送信号が３ｄＢ減衰される周波数である。この一対のコイルはそれぞれ一対の差動伝送線路３と接続される。
【００３０】
なお、ローパスフィルタ４としてインダクタ単体またはコンデンサ単体としてもよいが、コモンモードノイズフィルタを使用すれば、部品１つで所定のカットオフ周波数ｆ１を
得ることができ、コモンモードノイズの除去もできる。このコモンモードノイズフィルタは、差動伝送信号の駆動周波数より高周波の信号を減衰させるローパスフィルタとしての機能も備える。
【００３１】
ここで、駆動周波数は、差動伝送信号の最大のビットレートによって決まる基本周波数である。駆動周波数は、差動伝送信号のビットレートの１／２である。
【００３２】
さらに、一対の差動伝送線路３の長さは、携帯情報端末本体５の第１の送信回路１ａ、第１の受信回路２ａとメモリーカード６の第２の送信回路１ｂ、第２の受信回路２ｂとの間の距離で、携帯電話、スマートフォン等の携帯情報端末本体５に収まる程度の短い長さとなっており、そして、この長さは１０ｃｍ以下である。
【００３３】
上述したように伝送線路が短い場合、負荷容量によりおこる反射波がＥｙｅ開口を小さくする問題が発生するが、特にカードソケットから携帯情報端末本体５の内部の基板までの最短距離は約１０ｃｍであるため、ここでは一対の差動伝送線路３の長さを１０ｃｍ以下としている。
【００３４】
また、一対の差動伝送線路３の長さが短すぎると、立ち上がり遷移時間中に反射波が収まるため、ある程度の長さ、例えば３ｃｍ以上でないと、本発明の効果を発揮しない。この下限値は、差動伝送信号のビットレート等に応じて決まる。
【００３５】
そして、本発明においては、差動伝送信号の駆動周波数をｆ０とし、ローパスフィルタ４のカットオフ周波数をｆ１とした場合、１．５×ｆ０≦ｆ１≦３．０×ｆ０となるようにしている。
【００３６】
図２、図３は、ローパスフィルタ４のカットオフ周波数ｆ１と、Ｅｙｅ開口面積との関係を示す図である。
【００３７】
図２、図３において、駆動周波数ｆ０を３ＧＨｚ（ビットレート６Ｇｂｐｓ）とし、第１、第２の送信回路１ａ、１ｂと第１、第２の受信回路２ａ、２ｂの中央部にローパスフィルタ４を位置させ、一対の差動伝送線路３の長さを、それぞれ６ｃｍ、８ｃｍとしたものを示す。グラフの横軸をカットオフ周波数とし、縦軸にＥｙｅ開口面積を示す。
【００３８】
図２、図３から明らかなように、ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆ１を駆動周波数ｆ０の１．５倍以上にすれば、ジッタを抑制、すなわち信号品質の劣化を低減することができることが分かる。一方、ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆ１を駆動周波数ｆ０の１．５倍より小さくすると、差動伝送信号自体が減衰してしまう。また、ローパスフィルタのカットオフ周波数ｆ１を駆動周波数ｆ０の３．０倍より高くすると、反射波が減衰しない。
【００３９】
本願では、例えば、一対の差動伝送線路３の長さが５ｃｍの短距離伝送路でも、駆動周波数３ＧＨｚ（ビットレート６Ｇｂｐｓ）において、７ＧＨｚのカットオフ周波数を持つコモンモードノイズフィルタを用いることで、信号波形の劣化を低減する効果が得られる。
【００４０】
なお、コモンモードノイズフィルタは、一般に、通過させたい差動伝送信号が減衰しないように、通過させたい差動伝送信号の周波数の３倍〜５倍の周波数のカットオフ周波数が設定されるが、本発明では、差動伝送信号の駆動周波数の１．５倍〜３倍の周波数にカットオフ周波数を設定している。
【００４１】
一方、一対の差動伝送線路３の長さが１ｍを超えるような長距離伝送路では、反射波が減衰するため、上記のような構成を取らなくても信号波形の劣化は抑制される。
【００４２】
上記したように本発明の一実施の形態における信号伝送回路においては、差動伝送信号を送信する第１、第２の送信回路１ａ、１ｂと、差動伝送信号を受信する第１、第２の受信回路２ａ、２ｂと、第１、第２の送信回路１ａ、１ｂおよび第１、第２の受信回路２ａ、２ｂを接続する一対の差動伝送線路３と、一対の差動伝送線路３に設けられたローパスフィルタ４とを有し、差動伝送信号の駆動周波数をｆ０とし、ローパスフィルタ４のカットオフ周波数をｆ１とした場合、１．５×ｆ０≦ｆ１≦３．０×ｆ０、ｆ０≧１．５ＧＨｚとなるようにしているため、ビットレート３Ｇｂｐｓ以上（ｆ０が１．５ＧＨｚ以上）の高速差動信号伝送で、一対の差動伝送線路３の長さが３ｃｍ〜１０ｃｍと短く（伝送距離が短く）、静電気保護回路／部品や双方向Ｉ／Ｏにおける負荷容量が大きいインタフェースでソケットを使用する場合においても、ローパスフィルタ４によって差動伝送信号の周波数より高い周波数を有する多重反射波を減衰させることができ、これにより、信号の多重反射による信号品質の劣化を防止することができるという効果が得られるものである。
【００４３】
さらに、上記した構成のように、その内部に第１の送信回路１ａと第１の受信回路２ａとが並列接続された携帯情報端末本体５と、携帯情報端末本体５にソケットを介して挿入され、第２の送信回路１ｂと第２の受信回路２ｂとが並列接続されたメモリーカード６と、携帯情報端末本体５の第１の送信回路１ａとメモリーカード６の第２の受信回路２ｂを接続し、携帯情報端末本体５の第１の受信回路２ａとメモリーカード６の第２の送信回路１ｂを接続する一対の差動伝送線路３と、一対の差動伝送線路３に接続されたローパスフィルタ４とを備え、差動伝送信号の駆動周波数をｆ０とし、ローパスフィルタ４のカットオフ周波数をｆ１とした場合、１．５×ｆ０≦ｆ１≦３．０×ｆ０、ｆ０≧１．５ＧＨｚとなるようにした伝送装置として使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る信号伝送回路および伝送装置は、信号品質の劣化を防止することができるという効果を有するものであり、特に電気・電子機器または制御機器の差動伝送方式に適用されるローパスフィルタを有する信号伝送回路、伝送装置等において有用となるものである。
【符号の説明】
【００４５】
１ａ、１ｂ  第１、第２の送信回路
２ａ、２ｂ  第１、第２の受信回路
３  一対の差動伝送線路
４  ローパスフィルタ
５  携帯情報端末本体
６  メモリーカード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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