(57)【要約】【課題】受信信号の信号品質を向上する。【解決手段】実施形態によれば、通信システムは、送信電極と、第１伝送線路と、送信回路と、受信電極と、第２伝送線路と、受信回路と、を備える。前記第１伝送線路は、前記送信電極に一端が接続されている。前記送信回路は、前記第１伝送線路の他端に接続され、送信信号を送信する。前記受信電極は、前記送信電極に容量結合される。前記第２伝送線路は、前記受信電極に一端が接続されている。前記受信回路は、前記第２伝送線路の他端に接続され、前記受信電極と前記第２伝送線路とを介して受信信号を受信する。前記第１伝送線路および前記第２伝送線路の特性インピーダンスは、前記送信回路の出力インピーダンスより大きい。【選択図】  図１
2016029785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信電極と、
前記送信電極に一端が接続された第１伝送線路と、
前記第１伝送線路の他端に接続され、送信信号を送信する送信回路と、
前記送信電極に容量結合される受信電極と、
前記受信電極に一端が接続された第２伝送線路と、
前記第２伝送線路の他端に接続され、前記受信電極と前記第２伝送線路とを介して受信信号を受信する受信回路と、を備え、
前記第１伝送線路および前記第２伝送線路の特性インピーダンスは、前記送信回路の出力インピーダンスより大きいことを特徴とする通信システム。
【請求項２】
前記送信電極と前記受信電極との間の結合容量は、１０ｐＦ以下であることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
【請求項３】
前記送信回路の前記出力インピーダンスは、４０Ω以上、６０Ω以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の通信システム。
【請求項４】
前記第１伝送線路および前記第２伝送線路の前記特性インピーダンスは、９０Ω以下であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載の通信システム。
【請求項５】
前記受信回路は、入出力特性にヒステリシスを有し、前記受信信号と、第１閾値電圧と、前記第１閾値電圧より低い第２閾値電圧とを比較して、比較結果に応じた出力データを出力するヒステリシス回路を有し、
前記受信信号は、前記送信信号が反射されずに前記受信回路に到達した透過信号と、前記送信信号が反射されて前記受信回路に到達した反射信号と、を含み、
前記透過信号が前記第１閾値電圧以上または前記第２閾値電圧以下になるタイミングと、前記反射信号の振幅の絶対値が最大になるタイミングとが異なるように、前記第１伝送線路の遅延時間Ｔｄ１および前記第２伝送線路の遅延時間Ｔｄ２は設定されていることを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の通信システム。
【請求項６】
送信電極と、
前記送信電極に一端が接続された第１伝送線路と、
前記第１伝送線路の他端に接続され、送信信号を送信する送信回路と、
前記送信電極に容量結合される受信電極と、
前記受信電極に一端が接続された第２伝送線路と、
前記第２伝送線路の他端に接続され、前記受信電極と前記第２伝送線路とを介して受信信号を受信する受信回路と、を備え、
前記受信回路は、入出力特性にヒステリシスを有し、前記受信信号と、第１閾値電圧と、前記第１閾値電圧より低い第２閾値電圧とを比較して、比較結果に応じた出力データを出力するヒステリシス回路を有し、
前記受信信号は、前記送信信号が反射されずに前記受信回路に到達した透過信号と、前記送信信号が反射されて前記受信回路に到達した反射信号と、を含み、
前記受信回路の入力において、前記透過信号が前記第１閾値電圧以上または前記第２閾値電圧以下になるタイミングと、前記反射信号の振幅の絶対値が最大になるタイミングとが異なるように、前記第１伝送線路の遅延時間Ｔｄ１および前記第２伝送線路の遅延時間Ｔｄ２は設定されていることを特徴とする通信システム。
【請求項７】
前記第１閾値電圧をＶｈｙｓｔ［Ｖ］とし、
前記透過信号のスルーレートをＳＲ［Ｖ／ｓ］とし、
前記送信信号のユニットインターバルをＵＩ［ｓ］とし、
前記透過信号の振幅の絶対値をＶａｍｐ［Ｖ］とし、
Ｎ＿ＵＩをＵＩの０以上の整数倍として、
２×Ｔｄ１と、２×Ｔｄ２と、２（Ｔｄ１＋Ｔｄ２）との少なくとも何れかが、Ｎ＿ＵＩ＋０．９５×Ｖｈｙｓｔ／ＳＲ＋０．５ＵＩ−Ｖａｍｐ／ＳＲからＮ＿ＵＩ＋１．０５×Ｖｈｙｓｔ／ＳＲ＋０．５ＵＩ−Ｖａｍｐ／ＳＲの範囲にあるように、前記遅延時間Ｔｄ１と前記遅延時間Ｔｄ２は設定されていることを特徴とする請求項６に記載の通信システム。
【請求項８】
２×Ｔｄ１と、２×Ｔｄ２と、２（Ｔｄ１＋Ｔｄ２）との少なくとも何れかが、Ｎ＿ＵＩ＋Ｖｈｙｓｔ／ＳＲ＋０．５ＵＩ−Ｖａｍｐ／ＳＲと等しくなるように、前記遅延時間Ｔｄ１と前記遅延時間Ｔｄ２は設定されていることを特徴とする請求項７に記載の通信システム。
【請求項９】
送信コイルと、
前記送信コイルに一端が接続された第１伝送線路と、
前記第１伝送線路の他端に接続され、送信信号を送信する送信回路と、
前記送信コイルに誘導結合される受信コイルと、
前記受信コイルに一端が接続された第２伝送線路と、
前記第２伝送線路の他端に接続され、前記受信コイルと前記第２伝送線路とを介して受信信号を受信する受信回路と、を備え、
前記受信回路は、入出力特性にヒステリシスを有し、前記受信信号と、第１閾値電圧と、前記第１閾値電圧より低い第２閾値電圧とを比較して、比較結果に応じた出力データを出力するヒステリシス回路を有し、
前記受信信号は、前記送信信号が反射されずに前記受信回路に到達した透過信号と、前記送信信号が反射されて前記受信回路に到達した反射信号と、を含み、
前記受信回路の入力において、前記透過信号が前記第１閾値電圧以上または前記第２閾値電圧以下になるタイミングと、前記反射信号の振幅の絶対値が最大になるタイミングとが異なるように、前記第１伝送線路の遅延時間Ｔｄ１および前記第２伝送線路の遅延時間Ｔｄ２は設定されている、通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
送信電極から信号を送信する送信回路と、送信電極に対して容量結合した受信電極を介して信号を受信する受信回路と、を備える通信システムが知られている。この受信回路は、受信した信号から、送信された元のデータパターンを復元する。その際、符号間干渉（以下、ＩＳＩ：Inter Symbol Interferenceとも称す）及び反射信号（反射波）等の影響によって、受信信号の信号品質が劣化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０３７１１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、受信信号の信号品質を向上できる通信システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、通信システムは、送信電極と、第１伝送線路と、送信回路と、受信電極と、第２伝送線路と、受信回路と、を備える。前記第１伝送線路は、前記送信電極に一端が接続されている。前記送信回路は、前記第１伝送線路の他端に接続され、送信信号を送信する。前記受信電極は、前記送信電極に容量結合される。前記第２伝送線路は、前記受信電極に一端が接続されている。前記受信回路は、前記第２伝送線路の他端に接続され、前記受信電極と前記第２伝送線路とを介して受信信号を受信する。前記第１伝送線路および前記第２伝送線路の特性インピーダンスは、前記送信回路の出力インピーダンスより大きい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る通信システムの概略的な構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】比較例の通信システムの送信信号及び受信信号を示す波形図である。
【図２Ｂ】図２Ａの送信信号及び受信信号のアイパターンを示す図である。
【図３Ａ】符号間干渉を計算するための回路図である。
【図３Ｂ】図３Ａの回路の周波数特性を概略的に示す図である。
【図３Ｃ】図３Ａの結合容量への入力信号及び結合容量からの出力信号を概略的に示す波形図である。
【図４】図４は、結合容量におけるリターンロスを計算するための回路図である。
【図５】第２伝送線路と受信回路との間のリターンロスを計算するための回路図である。
【図６】通信システムの信号の伝搬を説明するための図である。
【図７】Ｓ／Ｎ比が最大となる特性インピーダンスと結合容量との関係を示す図である。
【図８】第２の実施形態に係る通信システムの概略的な構成を示すブロック図である。
【図９】出力データのジッタと第１及び第２伝送線路の遅延時間との関係を示す図である。
【図１０Ａ】ワースト条件における受信回路の入力における透過信号と反射信号とを概略的に示す波形図である。
【図１０Ｂ】ワースト条件における受信信号のアイパターンを示す図である。
【図１０Ｃ】ベスト条件における受信回路の入力における透過信号と反射信号とを概略的に示す波形図である。
【図１０Ｄ】ベスト条件における受信信号のアイパターンを示す図である。
【図１１】受信回路の入力における透過信号のアイパターンを概略的に示す図である。
【図１２】好ましい遅延時間の範囲を示す図である。
【図１３】第３の実施形態に係る通信システムの概略的な構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。これらの実施形態は、本発明を限定するものではない。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る通信システム１の概略的な構成を示すブロック図である。図１に示すように、通信システム１は、第１の通信装置１０と、第２の通信装置２０と、を備える。第１の通信装置１０と第２の通信装置２０とは、容量結合を用いた非接触通信を行う。
【０００９】
第１の通信装置１０は、一対の送信電極Ｔ１と、一対の第１伝送線路Ｌ１と、送信回路１１と、を有する。送信電極Ｔ１、第１伝送線路Ｌ１および送信回路１１は、例えば、第１の通信装置１０のプリント配線基板上に設けられている。
【００１０】
送信電極Ｔ１は、例えば、平面視で円形、楕円形、矩形など任意の形状を有する薄膜状の金属パターンである。
【００１１】
第１伝送線路Ｌ１は、例えばマイクロストリップライン等であり、送信電極Ｔ１に一端が接続されている。
【００１２】
送信回路１１は、第１伝送線路Ｌ１の他端に接続され、送信データに応じた差動の送信信号Ｓｔｘを出力する。従って、この送信信号Ｓｔｘは、第１伝送線路Ｌ１を介して送信電極Ｔ１から送信される。以下、差動の信号について説明するが、単相（シングルエンド）の信号であってもよい。
【００１３】
送信回路１１の各出力端子は、出力インピーダンスＲｔと寄生容量Ｃｔとを有している。
【００１４】
第２の通信装置２０は、一対の受信電極Ｒ１と、一対の第２伝送線路Ｌ２と、受信回路２１と、を有する。受信電極Ｒ１、第２伝送線路Ｌ２および受信回路２１は、例えば、第２の通信装置２０のプリント配線基板上に設けられている。
【００１５】
受信電極Ｒ１は、送信電極Ｔ１と同様の形状の金属パターンである。
【００１６】
通信を行う際には、送信電極Ｔ１と受信電極Ｒ１とが近接するよう、第１の通信装置１０と第２の通信装置２０とは近接して配置される。送信電極Ｔ１と受信電極Ｒ１との距離は、例えば、数ｍｍである。このように配置されることにより、受信電極Ｒ１は送信電極Ｔ１に容量結合され、結合容量Ｃａｃｃは、例えば数百ｆＦ〜数ｐＦになる。これにより、送信電極Ｔ１から受信電極Ｒ１に結合容量Ｃａｃｃを介して信号が伝達される。
【００１７】
第２伝送線路Ｌ２は、例えばマイクロストリップライン等であり、受信電極Ｒ１に一端が接続されている。
【００１８】
受信回路２１は、第２伝送線路Ｌ２の他端に接続され、受信電極Ｒ１と第２伝送線路Ｌ２とを介して、送信された送信信号Ｓｔｘに応じた差動の受信信号Ｓｒｘを受信する。受信回路２１は、図示を省略したヒステリシス回路（ヒステリシスバッファ）を有する。ヒステリシス回路は、入出力特性にヒステリシスを有し、受信信号Ｓｒｘに応じて出力データを出力する。
【００１９】
受信回路２１の各入力端子と接地との間には終端抵抗Ｒｔが接続されている。また、終端抵抗Ｒｔと並列に寄生容量Ｃｔが存在する。本実施形態では、終端抵抗Ｒｔは、送信回路１１の出力インピーダンスＲｔと等しく、受信回路２１側の寄生容量Ｃｔは、送信回路１１の出力端子の寄生容量Ｃｔと等しいと仮定して以下の説明を行う。現実には、受信回路２１側と送信回路１１側とにおいてこれらの値は異なるが、値の差違が十分に小さければ、以下の説明及び数式は成立する。終端抵抗Ｒｔ及び送信回路１１の出力インピーダンスＲｔは、特に限定されないが、例えば、４０Ω以上、６０Ω以下である。
【００２０】
送信信号Ｓｔｘは、ほぼ矩形波であり、送信データに応じて負電圧と正電圧との間で変化する。送信信号Ｓｔｘは、例えば、負電圧の時にデータ“０”を表し、正電圧の時にデータ“１”を表す。
【００２１】
主に結合容量Ｃａｃｃに起因して、受信信号Ｓｒｘは、送信信号Ｓｔｘが負電圧から正電圧に変化するタイミングに合わせて０Ｖから正電圧に変化し、その後、徐々に０Ｖに戻る。また、受信信号Ｓｒｘは、送信信号Ｓｔｘが正電圧から負電圧に変化するタイミングに合わせて０Ｖから負電圧に変化し、その後、徐々に０Ｖに戻る。
【００２２】
本実施形態では、第１伝送線路Ｌ１および第２伝送線路Ｌ２の特性インピーダンスＺ０は、送信回路１１の出力インピーダンスＲｔ及び終端抵抗Ｒｔより大きい。これにより、後述するように受信信号Ｓｒｘの信号品質を効果的に向上できる。
【００２３】
以下に、特性インピーダンスＺ０をこのように設定した理由について詳しく説明する。
【００２４】
本発明者等は、通信システム１による容量結合を用いた通信では、次の要因（１）から（３）により、受信信号Ｓｒｘの信号品質が劣化することを独自に知得した。
（１）容量結合による高域通過特性の影響で符号間干渉が発生する。
（２）結合容量Ｃａｃｃにおけるインピーダンス不連続の影響で信号の反射が発生する。
（３）送信回路１１と第１伝送線路Ｌ１との間のインピーダンス不連続、及び、第２伝送線路Ｌ２と受信回路２１との間のインピーダンス不連続の影響で信号の反射が発生する。
【００２５】
要因（１）による符号間干渉と、要因（２），（３）の反射による反射信号は、ノイズとして受信回路２１に入力されるので、受信信号ＳｒｘのＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を劣化させる。Ｓ／Ｎ比の劣化が大きい場合、受信回路２１は、送信された元のデータパターンを正確に復元することができない可能性が高まる。
【００２６】
即ち、第１伝送線路Ｌ１および第２伝送線路Ｌ２の特性インピーダンスＺ０を本実施形態のように設定していない比較例の通信システムでは、このような問題が発生する。
【００２７】
図２Ａは、比較例の通信システムの送信信号Ｓｔｘ及び受信信号Ｓｒｘを示す波形図である。図２Ｂは、図２Ａの送信信号Ｓｔｘ及び受信信号Ｓｒｘのアイパターンを示す図である。図２Ａ，２Ｂに示すように、要因（１）〜（３）の影響で、受信信号Ｓｒｘには比較的大きな符号間干渉と反射信号とが含まれ、その結果、アイパターンにおける受信信号Ｓｒｘのジッタが比較的大きくなっている。即ち、受信信号ＳｒｘのＳ／Ｎ比が劣化している。なお、本明細書において、アイパターンにおけるジッタとは、図２Ｂに示すように、受信信号Ｓｒｘがヒステリシス回路の閾値電圧Ｖｈｙｓｔ以上または閾値電圧（−Ｖｈｙｓｔ）以下になるタイミングの時間軸方向の変動を表す。
【００２８】
そこで本発明者等は、まず、各要因（１）〜（３）が受信信号ＳｒｘのＳ／Ｎ比に与える影響を定量的に解析した。
【００２９】
要因（１）について
図３Ａは、符号間干渉を計算するための回路図であり、図３Ｂは、図３Ａの回路の周波数特性を概略的に示す図であり、図３Ｃは、図３Ａの結合容量Ｃａｃｃへの入力信号及び結合容量Ｃａｃｃからの出力信号を概略的に示す波形図である。
【００３０】
図３Ａに示すように、結合容量Ｃａｃｃと、特性インピーダンスＺ０の第２伝送線路Ｌ２とが直列接続されているため、これらはハイパスフィルタを構成している。従って、結合容量Ｃａｃｃの入力から第２伝送線路Ｌ２の出力までの利得の周波数特性は、図３Ｂに示す高域通過特性を示す。遮断周波数ｆｃは、１／（２πＣａｃｃＺ０）となる。
【００３１】
図３Ｃに示すように、この結合容量Ｃａｃｃに対して時刻ｔ０で立ち上がるステップ状の入力信号Ｖｉｎ（ｔ）が入力された場合、結合容量Ｃａｃｃからの出力信号Ｖｏｕｔ（ｔ）は、時刻ｔ０で立ち上がった後、徐々に低下する。出力信号Ｖｏｕｔ（ｔ）は、次の式（１）で表せる。
【数１】
2016029785.tif 000003
ここで、ｕ（ｔ）は単位ステップ関数を表し、ｔは時刻を表す。ｔｒｆは、ステップ状の入力信号Ｖｉｎ（ｔ）の立ち上がり／立ち下がり時間を表す。立ち上がり時間と立ち下がり時間は等しいと仮定して以下の説明を行う。これらの値は異なっていても、値の差違が十分に小さければ、以下の説明及び数式は成立する。
【００３２】
時刻ｔ０から１ＵＩ（ユニットインターバル）経過した時刻ｔ１における出力信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の大きさが符号間干渉となるため、符号間干渉ＩＳＩは次の式（２）で表せる。
【数２】
2016029785.tif 000004
ここで、ｄａｔａｒａｔｅは、データレートを表す。
【００３３】
式（２）から、特性インピーダンスＺ０が低くなるに従い、遮断周波数ｆｃが高くなり、時刻ｔ１における出力信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の振幅が小さくなることが分かる。このことは、遮断周波数ｆｃが高くなると、低周波成分がより減衰するため、出力信号Ｖｏｕｔ（ｔ）の立ち下がりが速くなることからも分かる。そのため、ＩＳＩを低減させる観点からは特性インピーダンスＺ０が低いことが好ましい。
【００３４】
要因（２）について
図４は、結合容量Ｃａｃｃにおけるリターンロスを計算するための回路図である。図４において、第１伝送線路Ｌ１と結合容量Ｃａｃｃとの接続ノードから結合容量Ｃａｃｃ及び第２伝送線路Ｌ２側を見たインピーダンスをＺａｃｃとする。また、第１伝送線路Ｌ１と結合容量Ｃａｃｃとの接続ノードにおける反射係数をΓａｃｃとする。
【００３５】
インピーダンスＺａｃｃは、次の式（３）で表せる。
【数３】
2016029785.tif 000005
【００３６】
この式（３）を用いて、反射係数Γａｃｃは、次の式（４）で表せる。
【数４】
2016029785.tif 000006
式（４）から、特性インピーダンスＺ０が高くなるに従い、反射係数Γａｃｃが小さくなり、リターンロスが改善することが分かる。そのため、この反射を低減させる観点からは特性インピーダンスＺ０が高いことが好ましい。
【００３７】
なお、周知の無線通信システムや有線通信システムにおいては、通常、伝送線路の特性インピーダンスは、送信回路の出力インピーダンスおよび受信回路の入力インピーダンスと等しくする。これにより、リターンロスを低減して、信号の損失を低減できるためである。本実施形態では、この点が周知の無線通信システム等と全く異なっている。
【００３８】
要因（３）について
図５は、第２伝送線路Ｌ２と受信回路２１との間のリターンロスを計算するための回路図である。受信回路２１の入力インピーダンスは、終端抵抗Ｒｔに比して十分に大きいため、受信回路２１は計算には考慮しない。また、第１伝送線路Ｌ１と送信回路１１との間のリターンロスも、図５と同じ回路で計算できる。
【００３９】
図５において、第２伝送線路Ｌ２と終端抵抗Ｒｔとの接続ノードから終端抵抗Ｒｔ側を見たインピーダンスをＺｔｒｘとする。また、第２伝送線路Ｌ２と終端抵抗Ｒｔとの接続ノードにおける反射係数をΓｔｒｘとする。
【００４０】
インピーダンスＺｔｒｘは、次の式（５）で表せる。
【数５】
2016029785.tif 000007
【００４１】
この式（５）を用いて、反射係数Γｔｒｘは、次の式（６）で表せる。
【数６】
2016029785.tif 000008
式（６）から、特性インピーダンスＺ０が低くなるに従い、高周波領域において、反射係数Γｔｒｘが小さくなり、リターンロスが改善することが分かる。そのため、高周波領域における反射を低減させる観点からは特性インピーダンスＺ０が低いことが好ましい。
【００４２】
本発明者等は、これらの計算により、最適な特性インピーダンスＺ０が、結合容量Ｃａｃｃ、データレートｄａｔａｒａｔｅ、及び、出力インピーダンスＲｔなどに応じて異なる値になることを知得した。
【００４３】
このような知得に基づき、本発明者等は、次に説明するようにして最適な特性インピーダンスＺ０を具体的に求めた。
【００４４】
図６は、通信システム１の信号の伝搬を説明するための図である。説明を明確化するため、送信回路１１をブロック１とし、第１伝送線路Ｌ１をブロック２とし、結合容量Ｃａｃｃをブロック３とし、第２伝送線路Ｌ２をブロック４とし、受信回路２１をブロック５とする。図６に示す矢印は、時刻の経過に従い、送信信号Ｓｔｘがブロック１〜５を伝搬していく様子を示している。
【００４５】
λｘｙは、ブロックｘからブロックｙへの透過係数を示す。Γｘｙは、ブロックｘからブロックｙへの反射係数（ブロックｘからブロックｙを見た反射係数）を示す。ｘ、ｙは、それぞれ１〜５の整数である。
【００４６】
透過信号Ｓｉｇは、送信信号Ｓｔｘがブロック２〜４を透過して、反射されずに受信回路２１に到達した信号である。透過信号Ｓｉｇは、
Ｓｉｇ＝λ１２λ２３λ３４λ４５Ｓｔｘ
と表すことができる。符号間干渉と反射信号が存在しないと仮定した場合、受信信号Ｓｒｘは透過信号Ｓｉｇと等しくなるが、現実には、受信信号Ｓｒｘは、透過信号Ｓｉｇと符号間干渉と反射信号との和となる。
【００４７】
反射信号ＲｅｆＡは、透過信号Ｓｉｇが受信回路２１の入力に到達した後、最初に受信回路２１の入力に到達する反射信号であり、反射信号Ｒｅｆ２，Ｒｅｆ４，Ｒｅｆ５，Ｒｅｆ６，Ｒｅｆ７，Ｒｅｆ８を考慮している。従って、反射信号ＲｅｆＡは、
ＲｅｆＡ＝（Γ２１Γ２３＋Γ３２Γ３４＋Γ４５Γ４３）λ１２λ２３λ３４λ４５Ｓｔｘ
と表すことができる。
【００４８】
反射信号ＲｅｆＢは、主要と考えられる反射を考慮したものであり、ブロック４とブロック５との間で反射した信号が、更にブロック２とブロック１との間で反射し、再度ブロック５まで到達した反射信号である。この経路を、図６中に破線の矢印で示している。反射信号ＲｅｆＢは、反射信号ＲｅｆＡより遅れて受信回路２１の入力に到達する。反射信号ＲｅｆＢは、
ＲｅｆＢ＝Γ２１Γ４５λ１２λ２３２λ３４２λ４５λ４３λ３２Ｓｔｘ
と表すことができる。
【００４９】
図６に示した以外にも多重反射が生じているため、全ての反射信号を考慮することは現実的ではない。また、複数回反射された反射信号は弱まっている。そこで、以下の計算では、最も強いと考えられる上記２つの反射信号ＲｅｆＡ，ＲｅｆＢを考慮する。
【００５０】
次に、これらの透過信号Ｓｉｇ及び反射信号ＲｅｆＡ，ＲｅｆＢの大きさを計算する。
【００５１】
各透過係数λ１２、λ２３、λ３４、λ４５は、以下の式（７）〜（１０）で表すことができる。
【数７】
2016029785.tif 000009
【００５２】
従って、次の式（１１）が得られる。
【数８】
2016029785.tif 000010
透過信号Ｓｉｇは、式（１１）の右辺と送信信号Ｓｔｘとの積となる。
【００５３】
また、各反射係数Γ２１、Γ２３、Γ３２、Γ３４、Γ４５、Γ４３は、以下の式（１２）、（１３）で表すことができる。
【数９】
2016029785.tif 000011
【００５４】
従って、次の式（１４）が得られる。
【数１０】
2016029785.tif 000012
反射信号ＲｅｆＡは、式（１４）の右辺と透過信号Ｓｉｇとの積となる。
【００５５】
詳細な数式の記載は省略するが、同様にして、反射信号ＲｅｆＢも求めることができる。
【００５６】
次に、受信信号ＳｒｘのＳ／Ｎ比を計算する。Ｓ／Ｎ比は、透過信号Ｓｉｇとノイズとの比である。ノイズは、式（２）の符号間干渉ＩＳＩと、反射信号ＲｅｆＡと、反射信号ＲｅｆＢとの和とする。従って、次の式（１５）のようにＳ／Ｎ比が求められる。
Ｓ／Ｎ比＝Ｓｉｇ／（ＩＳＩ＋ＲｅｆＡ＋ＲｅｆＢ）    （１５）
【００５７】
ここでは、出力インピーダンスＲｔ及び終端抵抗Ｒｔは５０Ωとし、寄生容量Ｃｔは０．５ｐＦとする。送信信号Ｓｔｘの立ち上がり／立ち下がり時間ｔｒｆは、８０ｐｓとする。これにより、周波数ｆは３．５ＧＨｚに決まり、角速度ωは２２．０Ｇｒａｄ／ｓに決まる。データレートｄａｔａｒａｔｅは、６Ｇｂｐｓとする。これにより、１ＵＩは１６６．７ｐｓに決まる。
【００５８】
これらの数値を式（１５）に代入すると、受信信号ＳｒｘのＳ／Ｎ比が最大となるためには、特性インピーダンスＺ０と結合容量Ｃａｃｃは、図７に示す関係を満たす必要があることが分かる。
【００５９】
図７は、Ｓ／Ｎ比が最大となる特性インピーダンスＺ０と結合容量Ｃａｃｃとの関係を示す図である。図７の関係線７１上の特性インピーダンスＺ０と結合容量Ｃａｃｃとの組み合わせにおいて、最大のＳ／Ｎ比が得られる。従って、最大のＳ／Ｎ比を得るためには、結合容量Ｃａｃｃが小さくなるに従い、特性インピーダンスＺ０を大きくする必要がある。
【００６０】
また、Ｓ／Ｎ比を１．８倍より大きくするためには、特性インピーダンスＺ０と結合容量Ｃａｃｃを、最大値曲線７２と最小値曲線７３との間に設定する必要がある。最大値曲線７２は、Ｓ／Ｎ比を１．８倍より大きくできる最大の特性インピーダンスＺ０と、結合容量Ｃａｃｃとの関係を示す。最小値曲線７３は、Ｓ／Ｎ比を１．８倍より大きくできる最小の特性インピーダンスＺ０と、結合容量Ｃａｃｃとの関係を示す。例えば、結合容量Ｃａｃｃが１ｐＦである場合、特性インピーダンスＺ０を、約４６Ω以上、約６７Ω以下に設定することで、Ｓ／Ｎ比を１．８倍より大きくできる。１．８倍は一例であるが、Ｓ／Ｎ比を１．８倍より大きくできれば、受信回路２１の設計が容易になる。
【００６１】
特に、結合容量Ｃａｃｃが１ｐＦ以下である場合、特性インピーダンスＺ０が出力インピーダンスＲｔ及び終端抵抗Ｒｔ（＝５０Ω）より大きく且つ９０Ω以下である時に、Ｓ／Ｎ比を改善できる。結合容量Ｃａｃｃが小さいこの範囲では、前述した要因（１），（３）よりも要因（２）が支配的になっているためである。
【００６２】
データレートｄａｔａｒａｔｅ、立ち上がり／立ち下がり時間ｔｒｆ、出力インピーダンスＲｔ等が変化すると、図７の関係線７１は多少変化する。このように以上の説明とは異なる条件であっても、例えば、結合容量Ｃａｃｃが１０ｐＦ以下である場合には、特性インピーダンスＺ０が送信回路１１の出力インピーダンスＲｔより大きい場合にＳ／Ｎ比を改善できる。
【００６３】
以上で説明したように、本実施形態によれば、特性インピーダンスＺ０が送信回路１１の出力インピーダンスＲｔ及び終端抵抗Ｒｔより大きいため、結合容量Ｃａｃｃが１ｐＦ以下であり、そのインピーダンスが高い状態であっても、結合容量Ｃａｃｃにおけるリターンロスを低減できる。これにより、結合容量Ｃａｃｃにおける信号の反射を低減できるので、透過信号Ｓｉｇに重なる反射信号ＲｅｆＡ，ＲｅｆＢ等の振幅を低減できる。従って、ノイズを低減できるため、受信信号ＳｒｘのＳ／Ｎ比を改善できる。即ち、受信信号Ｓｒｘの信号品質を向上できる。
【００６４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態は、第１伝送線路Ｌ１の遅延時間Ｔｄ１および第２伝送線路Ｌ２の遅延時間Ｔｄ２が適切な値に設定されていることを特徴の１つとする。
【００６５】
図８は、第２の実施形態に係る通信システム１の概略的な構成を示すブロック図である。図８では、図１と共通する構成部分には同一の符号を付しており、以下では相違点を中心に説明する。
【００６６】
図８では、説明を明確化するためにシングルエンドの構成を示しているが、第２の実施形態の通信システム１は、基本的な構成は第１の実施形態と同じである。即ち、図１に示した差動の構成でもよい。また、第１の実施形態と同様に特性インピーダンスＺ０が送信回路１１の出力インピーダンスＲｔより大きくてもよく、このように設定されていなくてもよい。
【００６７】
受信回路２１は、ヒステリシス回路を有する。ヒステリシス回路は、入出力特性にヒステリシスを有し、受信信号Ｓｒｘと、第１閾値電圧Ｖｈｙｓｔと、第１閾値電圧Ｖｈｙｓｔより低い負の第２閾値電圧（−Ｖｈｙｓｔ）とを比較して、比較結果に応じた出力データＤｏｕｔを出力する。具体的には、ヒステリシス回路は、受信信号Ｓｒｘが第１閾値電圧Ｖｈｙｓｔ以上に変化した場合にハイレベル（“１”）の出力データＤｏｕｔを出力し、受信信号Ｓｒｘが第２閾値電圧（−Ｖｈｙｓｔ）以下に変化した場合にローレベル（“０”）の出力データＤｏｕｔを出力する。
【００６８】
第１の実施形態でも説明したように、受信信号Ｓｒｘは、送信信号Ｓｔｘが反射されずに受信回路２１に到達した透過信号と、送信信号Ｓｔｘが１回以上反射されて受信回路２１に到達した反射信号と、を含んでいる。
【００６９】
本実施形態では、受信回路２１の入力において、透過信号が第１閾値電圧Ｖｈｙｓｔ以上または第２閾値電圧（−Ｖｈｙｓｔ）以下になるタイミングと、反射信号の振幅の絶対値が最大になるタイミングとが異なるように、第１伝送線路Ｌ１の遅延時間Ｔｄ１および第２伝送線路Ｌ２の遅延時間Ｔｄ２は設定されている。これにより、後述するように受信信号Ｓｒｘの信号品質を効果的に向上できる。
【００７０】
以下に、遅延時間Ｔｄ１，Ｔｄ２をこのように設定した理由について詳しく説明する。
【００７１】
図９は、出力データＤｏｕｔのジッタと第１及び第２伝送線路Ｌ１，Ｌ２の遅延時間Ｔｄ１，Ｔｄ２との関係を示す図である。図９に示すように、本発明者等は、遅延時間Ｔｄ１，Ｔｄ２を変化させると、出力データＤｏｕｔのジッタが変化することを独自に知得した。即ち、出力データＤｏｕｔのジッタは、遅延時間Ｔｄ１，Ｔｄ２によって最小値又は最大値になる場合がある。本発明者等は、この独自の知得に基づき、本発明をなすに至った。
【００７２】
図１０Ａは、ワースト条件における受信回路２１の入力における透過信号と反射信号とを概略的に示す波形図である。図１０Ａに示すように、透過信号が第１閾値電圧Ｖｈｙｓｔ以上または第２閾値電圧（−Ｖｈｙｓｔ）以下になる各タイミングｔ１１、ｔ１２，ｔ１３，ｔ１４，ｔ１５において、反射信号の振幅の絶対値が最大になっている。
【００７３】
なお、図１０Ａ中に付した数字−１〜５は、例えば、透過信号の数字０の波形が反射により遅延して、反射信号の同じ数字０の波形となることを表している。
【００７４】
図１０Ｂに示すように、透過信号と反射信号とが重なった受信信号Ｓｒｘのアイパターンは、受信信号Ｓｒｘが第１閾値電圧Ｖｈｙｓｔ以上または第２閾値電圧（−Ｖｈｙｓｔ）以下になるタイミングにおいて、比較的大きなジッタを有している。その理由は、反射信号の遅延時間が伝送線路の遅延時間により変動するため、このタイミングにおいて反射信号の振幅の絶対値が大きいことで、反射信号が受信信号Ｓｒｘのジッタを増大させるためである。従って、出力データＤｏｕｔのジッタも大きくなる。
【００７５】
図１０Ｃは、ベスト条件における受信回路２１の入力における透過信号と反射信号とを概略的に示す波形図である。図１０Ｃに示すように、透過信号が第１閾値電圧Ｖｈｙｓｔ以上または第２閾値電圧（−Ｖｈｙｓｔ）以下になる各タイミングｔ１１、ｔ１２，ｔ１３，ｔ１４，ｔ１５において、反射信号の振幅の絶対値が最小になっている。
【００７６】
これにより、図１０Ｄに示すように、受信回路２１の入力における受信信号Ｓｒｘのアイパターンは、受信信号Ｓｒｘが第１閾値電圧Ｖｈｙｓｔ以上または第２閾値電圧（−Ｖｈｙｓｔ）以下になるタイミングにおいて、図１０Ｂの場合よりも小さなジッタを有している。このタイミングにおいて反射信号の振幅の絶対値が最小であるため、反射信号が受信信号Ｓｒｘに与える影響も小さいためである。従って、出力データＤｏｕｔのジッタも図１０Ａ，１０Ｂの場合よりも小さくなる。
【００７７】
なお、図１０Ｄの場合、受信信号Ｓｒｘが立ち上がってから立ち下がる領域１０１、及び、受信信号Ｓｒｘが立ち下がってから立ち上がる領域１０２において、アイパターンの時間軸方向の変化が図１０Ｂの場合より大きい。しかし、ヒステリシス回路の特性により、このタイミングでは出力データＤｏｕｔは変化しないので、出力データＤｏｕｔのジッタには影響を与えない。
【００７８】
続いて、このようなベスト条件に設定するための方法を説明する。
【００７９】
図１１は、受信回路２１の入力における透過信号のアイパターンを概略的に示す図である。
【００８０】
ここで、透過信号のスルーレートをＳＲ［Ｖ／ｓ］とし、送信信号ＳｔｘのユニットインターバルをＵＩ［ｓ］とする。
【００８１】
透過信号が変化したタイミングを０ＵＩとすると、前述のように、０ＵＩ＋Ｖｈｙｓｔ／ＳＲ［ｓ］のタイミングで反射信号の振幅の絶対値が最大にならないようにする必要がある。よって、０ＵＩ＋Ｖｈｙｓｔ／ＳＲ［ｓ］のタイミングと、次に透過信号が第１閾値電圧Ｖｈｙｓｔ以上または第２閾値電圧（−Ｖｈｙｓｔ）以下になる可能性があるＶｈｙｓｔ／ＳＲ＋１ＵＩ［ｓ］のタイミングとの中間のタイミング付近で、反射信号の振幅の絶対値が最大になることがベスト条件である。即ち、（Ｖｈｙｓｔ／ＳＲ）＋０．５ＵＩ［ｓ］のタイミング付近で反射信号の振幅の絶対値が最大になればよい。
【００８２】
ここで、図８に示すように、送信回路１１と結合容量Ｃａｃｃとの間の反射と、結合容量Ｃａｃｃと受信回路２１との間の反射と、送信回路１１と受信回路２１との間の反射とを考慮する。送信回路１１と結合容量Ｃａｃｃとの間の反射による反射波は、透過波より２×Ｔｄ１だけ遅延する。結合容量Ｃａｃｃと受信回路２１との間の反射による反射波は、透過波より２×Ｔｄ２だけ遅延する。送信回路１１と受信回路２１との間の反射による反射波は、透過波より２（Ｔｄ１＋Ｔｄ２）だけ遅延する。
【００８３】
そこで、透過信号の振幅の絶対値をＶａｍｐ［Ｖ］とし、Ｎ＿ＵＩをＵＩの０以上の整数倍として、２×Ｔｄ１と、２×Ｔｄ２と、２（Ｔｄ１＋Ｔｄ２）との少なくとも何れかが、Ｎ＿ＵＩ＋Ｖｈｙｓｔ／ＳＲ＋０．５ＵＩ−Ｖａｍｐ／ＳＲとほぼ等しくなるように、遅延時間Ｔｄ１と遅延時間Ｔｄ２が設定されていればよい。これにより、上述したベスト条件になり、ジッタを最小にできる。２×Ｔｄ１と、２×Ｔｄ２と、２（Ｔｄ１＋Ｔｄ２）のうちのより多くのものが上記条件を満たすほど、ジッタをより小さくできる。
【００８４】
図１２は、好ましい遅延時間Ｔｄ１，Ｔｄ２の範囲を示す図である。例えば、２×Ｔｄ１と、２×Ｔｄ２と、２（Ｔｄ１＋Ｔｄ２）との少なくとも何れかは、Ｎ＿ＵＩ＋０．９５×Ｖｈｙｓｔ／ＳＲ＋０．５ＵＩ−Ｖａｍｐ／ＳＲからＮ＿ＵＩ＋１．０５×Ｖｈｙｓｔ／ＳＲ＋０．５ＵＩ−Ｖａｍｐ／ＳＲの範囲にあれば、ジッタを効果的に低減できる。この範囲は更に広くてもよいが、２×Ｔｄ１等がＮ＿ＵＩ＋Ｖｈｙｓｔ／ＳＲ＋０．５ＵＩ−Ｖａｍｐ／ＳＲから離れるほどジッタの低減効果は小さくなる。つまり、２×Ｔｄ１と、２×Ｔｄ２と、２（Ｔｄ１＋Ｔｄ２）との少なくとも何れかが、Ｎ＿ＵＩ＋Ｖｈｙｓｔ／ＳＲ−Ｖａｍｐ／ＳＲとは異なるように、遅延時間Ｔｄ１と遅延時間Ｔｄ２が設定されていれば、ワースト条件よりもジッタを低減できる。
【００８５】
以上で説明したように、本実施形態によれば、透過信号が第１閾値電圧Ｖｈｙｓｔ以上または第２閾値電圧（−Ｖｈｙｓｔ）以下になるタイミング、即ち受信回路２１からの出力データＤｏｕｔが変化するタイミングにおいて、反射信号の振幅の絶対値が最大値にならないようにしている。これにより、このタイミングでの受信信号Ｓｒｘのジッタを低減できるので、受信信号Ｓｒｘの信号品質を向上できる。
【００８６】
この結果、反射信号が存在しても出力データＤｏｕｔのジッタを低減できる。
【００８７】
また、第１の実施形態と同様に特性インピーダンスＺ０を送信回路１１の出力インピーダンスＲｔより大きく設定することにより、受信信号ＳｒｘのＳ／Ｎ比を改善できるので、受信信号Ｓｒｘの信号品質を更に向上できる。
【００８８】
（第３の実施形態）
第２の実施形態を、誘導結合を利用した通信システムに適用してもよい。以下、第２の実施形態との相違点を中心に説明する。
【００８９】
図１３は、第３の実施形態に係る通信システム１Ａの概略的な構成を示すブロック図である。この通信システム１Ａは、送信電極Ｔ１及び受信電極Ｒ１に替えて、送信コイルＬｔｘ及び受信コイルＬｒｘを備える点が、第２の実施形態と異なる。
【００９０】
つまり、一対の第１伝送線路Ｌ１は、送信コイルＬｔｘに一端が接続されている。具体的には、一対の第１伝送線路Ｌ１の一端の間に、送信コイルＬｔｘが接続されている。
【００９１】
一対の第２伝送線路Ｌ２は、受信コイルＬｒｘに一端が接続されている。具体的には、一対の第２伝送線路Ｌ２の一端の間に、受信コイルＬｒｘが接続されている。
【００９２】
通信を行う際には、受信コイルＬｒｘは送信コイルＬｔｘに誘導結合される。これにより、受信回路２１は、受信コイルＬｒｘと第２伝送線路Ｌ２とを介して受信信号Ｓｒｘを受信する。
【００９３】
なお、各第１伝送線路Ｌ１の一端と接地との間に送信コイルＬｔｘを接続し、各第２伝送線路Ｌ２の一端と接地との間に受信コイルＬｒｘを接続してもよい。また、シングルエンドの構成であってもよい。
【００９４】
本実施形態においても、第２の実施形態と同様に、受信回路２１の入力において、透過信号が第１閾値電圧Ｖｈｙｓｔ以上または第２閾値電圧（−Ｖｈｙｓｔ）以下になるタイミングと、反射信号の振幅の絶対値が最大になるタイミングとが異なるように、第１伝送線路Ｌ１の遅延時間Ｔｄ１および第２伝送線路Ｌ２の遅延時間Ｔｄ２は設定されている。
【００９５】
また、第２の実施形態と同様に、送信回路１１と送信コイルＬｔｘとの間の反射による反射波は、透過波より２×Ｔｄ１だけ遅延する。受信コイルＬｒｘと受信回路２１との間の反射による反射波は、透過波より２×Ｔｄ２だけ遅延する。送信回路１１と受信回路２１との間の反射による反射波は、透過波より２（Ｔｄ１＋Ｔｄ２）だけ遅延する。そして、２×Ｔｄ１と、２×Ｔｄ２と、２（Ｔｄ１＋Ｔｄ２）との少なくとも何れかは、第２の実施形態で説明した条件を満たす。
【００９６】
従って、誘導結合を利用した通信システム１Ａにおいても、第２の実施形態と同様に、受信信号Ｓｒｘの信号品質を向上できる。
【００９７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００９８】
１  通信システム
１０  第１の通信装置
Ｔ１  送信電極
Ｌ１  第１伝送線路
１１  送信回路
２０  第２の通信装置
Ｒ１  受信電極
Ｌ２  第２伝送線路
２１  受信回路（ヒステリシス回路）
【図１】
2016029785.tif 000013
【図２Ａ】
2016029785.tif 000014
【図２Ｂ】
2016029785.tif 000015
【図３Ａ】
2016029785.tif 000016
【図３Ｂ】
2016029785.tif 000017
【図３Ｃ】
2016029785.tif 000018
【図４】
2016029785.tif 000019
【図５】
2016029785.tif 000020
【図６】
2016029785.tif 000021
【図７】
2016029785.tif 000022
【図８】
2016029785.tif 000023
【図９】
2016029785.tif 000024
【図１０Ａ】
2016029785.tif 000025
【図１０Ｂ】
2016029785.tif 000026
【図１０Ｃ】
2016029785.tif 000027
【図１０Ｄ】
2016029785.tif 000028
【図１１】
2016029785.tif 000029
【図１２】
2016029785.tif 000030
【図１３】
2016029785.tif 000031