信号伝送装置
【課題】差動信号と同相信号とを分離して、１対の伝送線路を用いて確実に伝送するとともに、マルチポイント接続に対応することができる信号伝送装置を提供する。
【解決手段】ペア線路３を用いて、差動信号、および同相信号として重畳されたシングルエンド信号を伝送する信号伝送装置であって、ペア線路３から分岐して接続され、差動信号と同相信号とを送受信する送受信装置５を備え、送受信装置５は、同相信号とシングルエンド信号とを互換するとともに、差動信号と同相信号とを分離または合成して出力する分離合成回路６を有し、分離合成回路６は、差動信号に対して低インピーダンスとなり、同相信号に対して高インピーダンスとなるで、差動信号を通過させる差動信号通過手段と、同相信号に対して低インピーダンスとなり、差動信号に対して高インピーダンスとなることで、同相信号を通過させる同相信号通過手段とを含む。
【解決手段】ペア線路３を用いて、差動信号、および同相信号として重畳されたシングルエンド信号を伝送する信号伝送装置であって、ペア線路３から分岐して接続され、差動信号と同相信号とを送受信する送受信装置５を備え、送受信装置５は、同相信号とシングルエンド信号とを互換するとともに、差動信号と同相信号とを分離または合成して出力する分離合成回路６を有し、分離合成回路６は、差動信号に対して低インピーダンスとなり、同相信号に対して高インピーダンスとなるで、差動信号を通過させる差動信号通過手段と、同相信号に対して低インピーダンスとなり、差動信号に対して高インピーダンスとなることで、同相信号を通過させる同相信号通過手段とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２本の伝送線路からなる１対の伝送線路を用いて、差動信号と同相信号とを同時に伝送する信号伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
データ伝送を行う方法として、複数本の伝送線路を用いて、１度に複数ビットのデータを伝送するパラレル伝送と、１本の伝送線路を用いて、１ビットずつ順番にデータを伝送するシリアル伝送とが知られている。
近年では、伝送速度の高速化に伴い、パラレル伝送において、伝送線路数が増加したり、伝送線路間にスキューが発生したりするという問題点が顕著になっている。そのため、高速伝送については、シリアル伝送が多く用いられている。
【０００３】
また、特に電磁環境両立性（ＥＭＣ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）の観点から、シリアル伝送の中でも、２本の伝送線路を１対として、それぞれの伝送線路に対して互いに逆相の信号（差動信号）を伝送することによってデータ伝送を行う差動伝送が多く用いられている。
ここで、差動伝送では、差動信号が電磁界的に互いに結合して伝送されるので、外部への不要輻射が少なくなるという特徴がある。また、外部からのノイズは、同相信号として１対の伝送線路に重畳するが、差動伝送では、受信時に２本の伝送線路の信号の差分をデータとして取り出すので、同相成分であるノイズが相殺されるという特徴がある。
【０００４】
なお、データ伝送では、受信の際に各ビットを正確に取り込むためのタイミングクロックが必要になる。パラレル伝送では、データ信号用の伝送線路とは別にクロック線を設け、クロック線を用いてクロック信号を直接伝送する方法が一般的である。
これに対して、シリアル伝送では、伝送線路数の増加を避けるために、クロック線を設けてクロック信号を伝送するのではなく、ある一定の割合以上で必ず信号の変化が起こるようにデータを符号化し、受信側で信号の変化タイミングを検出することにより、クロックを再生する方法（ＣＤＲ：Ｃｌｏｃｋ Ｄａｔａ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）が用いられている。
【０００５】
クロック線を用いてクロック信号を直接伝送する場合には、クロック線の他に、信号の帰還線路となるリターン線が必要になる。このとき、シングルエンド信号のパラレル伝送やシリアル伝送の場合であれば、グランド線とも呼ばれるリターン線が、データ信号用にもとから設けられているので、クロック信号用の伝送線路を１本追加すればよい。
しかしながら、差動信号のシリアル伝送の場合には、互いに逆相の信号が伝送されるので、リターン線が不要となり設けられていない。そのため、クロックをシングルエンド信号として伝送する場合も、差動信号として伝送する場合も、２本の伝送線路を追加する必要がある。この場合には、データ信号用の２本の伝送線路に加えて、クロック信号用の２本の伝送線路を追加することとなり、伝送線路の数が倍増してコストが上がるとともに、構成が複雑になるという問題点があった。
【０００６】
また、受信側でクロックを再生する場合には、クロックを再生するために、データ伝送に先立ってクロック再生用の信号（プリアンブル）を伝送する必要がある。そのため、例えばフレーム長が短く分割されている場合には、データ伝送効率が低下するという問題点があった。また、複数（３台以上）の信号伝送装置が接続されて相互にデータ伝送を行うマルチポイント接続の場合には、送信装置が切り替わるたびにクロックを再生するための時間が必要となり、さらにデータ伝送効率が低下するという問題点があった。
また、１度再生されたクロックも、そのタイミングの維持または追従のために、一定の割合以上の頻度で信号の変化が起こるようにデータを符号化する必要がある。そのため、この符号化により、本来のデータのビット量よりも多くのビット量のデータを伝送することになり、データ伝送効率がさらに低下するという問題点があった。
【０００７】
そこで、これらの問題点を解決するために、データを差動信号として伝送する２本で１対の伝送線路（以下、「ペア線路」と称する）に、クロックを同相信号として重畳し、異なる信号を同じ伝送線路で伝送することが考えられる。
異なる信号を同じ伝送線路で伝送する発明としては、例えば以下のものが挙げられる。
【０００８】
従来の信号伝送システムは、１対の伝送線路（ペア線路）のそれぞれの終端抵抗の中間電位点に接続されたシングルエンド送受信回路を備えている。シングルエンド送受信回路からシングルエンド信号として出力されたクロックは、同相信号としてペア線路に重畳され、差動送受信回路から出力された差動信号とともにペア線路を伝送される（例えば、特許文献１参照）。
このように、ペア線路を用いて差動信号と同相信号とを伝送することにより、伝送線路の数を倍増させることなく、また、データ伝送効率を下げることなく差動信号と同相信号とを伝送することができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２０４２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来技術には、次のような問題点があった。
従来の信号伝送システムにおいて、シングルエンド送受信回路は、ペア線路の終端抵抗の中間電位点に直接接続され、差動送受信回路は、ペア線路に直接接続されている。そのため、例えば差動信号送信回路およびシングルエンド送受信回路がともに信号を送信している場合には、ともにインピーダンスが低い状態となり、差動送受信回路から送信された差動信号の一部が、ペア線路の反対側の差動送受信回路に受信されることなく、シングルエンド送受信回路に受信される恐れがある。また、同様に、シングルエンド送受信回路から送信されたシングルエンド信号の一部が、ペア線路の反対側のシングルエンド送受信回路に受信されることなく、差動送受信回路に受信される恐れもある。
すなわち、従来の信号伝送システムでは、差動信号と同相信号（シングルエンド信号）とが十分にペア線路に伝送されないという問題点があった。
【００１１】
また、同相信号を伝送する場合には、信号の帰還線路となるリターン線が必要になるが、従来の信号伝送システムでは、リターン線の構成が明確に示されていないので、同相信号を伝送できない恐れがあるという問題点もあった。
また、従来の信号伝送システムでは、シングルエンド送受信回路を終端抵抗の中間電位点に接続して同相信号を伝送しているので、複数（３台以上）の信号伝送装置が接続されたマルチポイント接続の場合には、ペア線路間の抵抗値が低下し、電位差が減少する。そのため、従来の信号伝送システムは、３台以上のデータ伝送に適応しないという問題点もあった。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、差動信号と同相信号とを分離して、差動信号と同相信号とを、１対の伝送線路を用いて確実に伝送するとともに、マルチポイント接続に対応することができる信号伝送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係る信号伝送装置は、２本の伝送線路からなる１対の伝送線路を用いて、１対の差動信号、および１対の同相信号として重畳されたシングルエンド信号を伝送する信号伝送装置であって、１対の伝送線路から分岐して接続され、差動信号と同相信号とを送受信する送受信装置を備え、送受信装置は、差動信号と同相信号とを分離または合成して出力する分離合成回路と、分離合成回路との間で差動信号を送受信する差動送受信バッファと、分離合成回路との間でシングルエンド信号を送受信するシングルエンド送受信バッファとを備え、分離合成回路は、差動信号に対して低インピーダンスとなり、同相信号に対して高インピーダンスとなることにより、差動信号を通過させる差動信号通過手段と、同相信号に対して低インピーダンスとなり、差動信号に対して高インピーダンスとなることにより、同相信号を通過させる同相信号通過手段とを含むものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の信号伝送装置によれば、１対の伝送線路から分岐して接続された送受信装置は、差動信号と同相信号とを分離または合成して出力する分離合成回路を有している。また、分離合成回路は、差動信号に対して低インピーダンスとなることにより、差動信号を通過させる差動信号通過手段と、同相信号に対して低インピーダンスとなることにより、同相信号を通過させる同相信号通過手段とを含んでいる。
そのため、差動信号と同相信号とを分離して、差動信号と同相信号とを、１対の伝送線路を用いて確実に伝送するとともに、マルチポイント接続に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
なお、以下の実施の形態では、差動信号がデータで、シングルエンド信号がクロックである場合を例に挙げて説明するが、これに限定されず、例えば差動信号が画像データで、シングルエンド信号が音声データであってもよい。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る信号伝送装置を示す回路図である。
図１において、この信号伝送装置は、１対の差動信号（ディファレンシャルモード）と１対の同相信号（コモンモード）とを伝送する２本の伝送線路１、２からなる１対の伝送線路３（以下、「ペア線路３」と称する）と、同相信号の帰還線路となるリターン線４と、ペア線路３から分岐して接続され、差動信号と同相信号とを送受信する複数の送受信装置５とを備えている。
【００１７】
送受信装置５は、同相信号とシングルエンド信号とを互換するとともに、差動信号と同相信号とを分離または合成して出力する分離合成回路６と、分離合成回路６との間で差動信号を送受信する差動送受信バッファ７と、分離合成回路６との間でシングルエンド信号を送受信するシングルエンド送受信バッファ８とを有している。
また、ペア線路３の端部には、終端抵抗９が設けられており、リターン線４は、送受信装置５の基準電位となるシグナルグランド１０に接続されている。
また、複数の送受信装置５は、互いに同一の構成を有している。
【００１８】
以下、図２を参照しながら、送受信装置５の構成について詳細に説明する。
図２は、この発明の実施の形態１に係る送受信装置５を詳細に示す回路図である。
図２において、分離合成回路６は、コモンモードチョークコイル６１（差動信号通過手段）と、ディファレンシャルチョークコイル６２（同相信号通過手段）とを含んでいる。
コモンモードチョークコイル６１は、差動信号に対して低インピーダンスとなり、同相信号に対して高インピーダンスとなることにより、差動信号を通過させる。また、ディファレンシャルチョークコイル６２は、同相信号に対して低インピーダンスとなり、差動信号に対して高インピーダンスとなることにより、同相信号を通過させる。
【００１９】
差動送受信バッファ７は、差動信号を送信する差動送信バッファ７１と、差動信号を受信する差動受信バッファ７２とを含んでいる。
また、シングルエンド送受信バッファ８は、シングルエンド信号を送信するシングルエンド送信バッファ８１と、シングルエンド信号を受信するシングルエンド受信バッファ８２とを含んでいる。
【００２０】
以下、上記構成の信号伝送装置において、送受信装置５がデータを送信する場合の動作について説明する。
まず、送信データは、差動送信バッファ７１に入力され、差動信号として分離合成回路６に入力される。また、クロックは、シングルエンド送信バッファ８１に入力され、シングルエンド信号として分離合成回路６に入力される。
【００２１】
続いて、分離合成回路６に入力されたシングルエンド信号は、同相信号に変換された後、差動信号と合成されてペア線路３に送信される。
ここで、コモンモードチョークコイル６１は、上述したように、差動信号に対して低インピーダンスとなり、同相信号に対して高インピーダンスとなる。そのため、差動送信バッファ７１とシングルエンド送信バッファ８１とが同時に送信を行う場合に、コモンモードチョークコイル６１は、差動信号を低インピーダンスでペア線路３に送信するとともに、同相信号が低インピーダンスとなっている差動送信バッファ７１に流れ込まないようブロックする。
【００２２】
また、ディファレンシャルチョークコイル６２は、上述したように、同相信号に対して低インピーダンスとなり、差動信号に対して高インピーダンスとなる。そのため、シングルエンド送信バッファ８１と差動送信バッファ７１とが同時に送信を行う場合に、ディファレンシャルチョークコイル６２は、同相信号を低インピーダンスでペア線路３に送信するとともに、差動信号が低インピーダンスとなっているシングルエンド送信バッファ８１に流れ込まないようブロックする。
これにより、差動信号と同相信号とが合成される。
【００２３】
以下、上記構成の信号伝送装置において、送受信装置５がデータを受信する場合の動作について説明する。
送受信装置５から送信された差動信号および同相信号は、ペア線路３を伝送されて別の送受信装置５に受信され、分離合成回路６に入力される。
このとき、差動信号は、ペア線路３のみを通って伝送される。一方、同相信号は、リターン線４を帰還線路として伝送される。
また、ペア線路３の端部に設けられた終端抵抗９は、ペア線路３の特性インピーダンスと同一またはその近傍の抵抗値を有しており、信号の反射が防止される。
【００２４】
続いて、分離合成回路６に入力された差動信号および同相信号は、差動信号および同相信号に分離され、同相信号は、さらにシングルエンド信号に変換される。
ここで、コモンモードチョークコイル６１は、ペア線路３を伝送された差動信号および同相信号のうち、同相信号をブロックし、差動信号のみを差動受信バッファ７２に出力する。
また、ディファレンシャルチョークコイル６２は、ペア線路３を伝送された差動信号および同相信号のうち、差動信号をブロックし、同相信号のみを差動受信バッファ７２に出力する。
これにより、差動信号と同相信号とが分離される。
【００２５】
分離された差動信号は、差動受信バッファ７２に入力され、データが取り出される。また、シングルエンド信号に変換されたクロック信号は、シングルエンド受信バッファ８２に入力され、クロックが取り出される。また、このクロックタイミングに基づいて、データが復元される。
【００２６】
この発明の実施の形態１に係る信号伝送装置によれば、送受信装置５は、差動信号と同相信号とを分離または合成して出力する分離合成回路６を有している。また、分離合成回路６は、差動信号を通過させるコモンモードチョークコイル６１と、同相信号を通過させるディファレンシャルチョークコイル６２とを含んでいる。
そのため、一方の送受信バッファに他方のモードの信号の影響を与えることなく差動信号と同相信号とを分離して、差動信号と同相信号とを、ペア線路３を用いて確実に伝送することができる。また、コモンモードチョークコイル６１およびディファレンシャルチョークコイル６２を用いることにより、簡素な構成で効率的に差動信号と同相信号とを合成および分離することができる。
【００２７】
また、差動信号と同相信号とを分離または合成して出力する分離合成回路６を有することにより、１本の伝送線路をリターン線４として追加するだけで、ペア線路３を用いて差動信号と同相信号とを同時に伝送することができる。
また、送受信装置５がペア線路３から分岐して接続されているので、ペア線路３に３台以上の送受信装置５が接続されたマルチポイント接続の双方向通信に適用することができる。
【００２８】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る送受信装置５Ａを詳細に示す回路図である。
図３において、分離合成回路６Ａは、図２に示した分離合成回路６に加えて、第１キャパシタ６３と、第２キャパシタ６４と、プルアップ抵抗６５と、プルダウン抵抗６６とを含んでいる。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。
【００２９】
以下、分離合成回路６Ａの詳細な構成および機能について説明する。なお、コモンモードチョークコイル６１およびディファレンシャルチョークコイル６２については、上述した実施の形態１と同様なので、説明を省略する。
第１キャパシタ６３は、ディファレンシャルチョークコイル６２に設けられ、ペア線路３間に生じる直流的な短絡を防止する。
【００３０】
第２キャパシタ６４は、ディファレンシャルチョークコイル６２とシングルエンド送受信バッファ８との間に設けられ、シングルエンド信号の直流成分を除去する。
そのため、シングルエンド信号を送信する場合に、シングルエンド信号は、０Ｖを中心として振幅が変化する信号となり、シングルエンド信号のもつ不要なオフセットがペア線路３に伝わることを防止することができる。また、シングルエンド信号を受信する場合には、ペア線路３からの不要なオフセットが除去される。
【００３１】
プルアップ抵抗６５およびプルダウン抵抗６６は、第２キャパシタ６４とシングルエンド送受信バッファ８との接続点と、電源およびシグナルグランド１０との間にそれぞれ設けられている。プルアップ抵抗６５およびプルダウン抵抗６６は、第２キャパシタ６４により直流成分が除去されたシングルエンド信号の受信信号に対して、直流成分を付加する。
これにより、シングルエンド信号の受信信号は、０Ｖを中心電圧とした信号から、シングルエンド受信バッファ８２の受信レベルに適合した中心電圧の信号に変換される。
【００３２】
この発明の実施の形態２に係る信号伝送装置によれば、分離合成回路６Ａは、第１キャパシタ６３と第２キャパシタ６４とを含んでいるので、シングルエンド送受信バッファ８とペア線路３との間で不要な直流成分を除去することができるとともに、ペア線路３間に生じる直流的な短絡を防止することができる。
また、分離合成回路６Ａは、プルアップ抵抗６５およびプルダウン抵抗６６を含んでいるので、シングルエンド信号の受信信号を、シングルエンド受信バッファ８２の受信レベルに適合した中心電圧の信号に変換することができる。
【００３３】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３に係る送受信装置５Ｂを詳細に示す回路図である。
図４において、分離合成回路６Ｂは、図２に示した分離合成回路６に加えて、直列共振回路６７を含んでいる。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。
【００３４】
以下、分離合成回路６Ｂの詳細な構成および機能について説明する。なお、コモンモードチョークコイル６１およびディファレンシャルチョークコイル６２については、上述した実施の形態１と同様なので、説明を省略する。
直列共振回路６７は、ディファレンシャルチョークコイル６２とシングルエンド送受信バッファ８との間に設けられ、インダクタとキャパシタとを直列に接続した構成を有している。
【００３５】
ここで、インダクタとキャパシタとを直列に接続すると、特定の周波数帯域の信号に対して低インピーダンスとなり、その他の周波数帯域の信号に対して高インピーダンスとなる。すなわち、直列共振回路６７は、バンドパスフィルタとして機能する。
そこで、同相信号であるクロック信号の周波数帯域を、直列共振回路６７の通過帯域と適合させることにより、シングルエンド送受信バッファ８とペア線路３との間で、クロック信号成分のみが伝送される。
【００３６】
この発明の実施の形態３に係る信号伝送装置によれば、分離合成回路６Ｂは、直列共振回路６７を含んでいるので、シングルエンド送受信バッファ８とペア線路３との間で不要な周波数帯域のノイズを除去して信号を伝送することができる。
なお、この実施の形態３に示した分離合成回路６Ｂを、上記実施の形態２で示した分離合成回路６Ａと併用してもよい。
【００３７】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４に係る送受信装置５Ｃを詳細に示す回路図である。
図５において、分離合成回路６Ｃは、図２に示した分離合成回路６に加えて、並列共振回路６８を含んでいる。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。
【００３８】
以下、分離合成回路６Ｃの詳細な構成および機能について説明する。なお、コモンモードチョークコイル６１およびディファレンシャルチョークコイル６２については、上述した実施の形態１と同様なので、説明を省略する。
並列共振回路６８は、ディファレンシャルチョークコイル６２とシングルエンド送受信バッファ８との接続点と、シグナルグランド１０との間に設けられ、インダクタとキャパシタとを並列に接続した構成を有している。
【００３９】
ここで、インダクタとキャパシタとを並列に接続すると、特定の周波数帯域の信号に対して高インピーダンスとなり、その他の周波数帯域の信号に対して低インピーダンスとなる。すなわち、並列共振回路６８は、バンドエリミネーションフィルタとして機能する。
そこで、同相信号であるクロック信号の周波数帯域を、並列共振回路６８の阻止帯域と適合させることにより、クロック信号の信号帯域外の信号成分を除去し、シングルエンド送受信バッファ８とペア線路３との間で、クロック信号成分のみが伝送される。
【００４０】
この発明の実施の形態４に係る信号伝送装置によれば、分離合成回路６Ｃは、並列共振回路６８を含んでいるので、シングルエンド送受信バッファ８とペア線路３との間で不要な周波数帯域のノイズを除去して信号を伝送することができる。
なお、この実施の形態４に示した分離合成回路６Ｃを、上記実施の形態２で示した分離合成回路６Ａと併用してもよい。
【００４１】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５に係る送受信装置５Ｄを詳細に示す回路図である。
図６において、分離合成回路６Ｄは、図２に示した分離合成回路６に加えて、絶縁トランス型共振回路６９を含んでいる。
また、上記実施の形態１〜４では、リターン線４がシグナルグランド１０に接続されているとしたが、この実施の形態５では、リターン線４は、送受信装置５Ｄの筐体や大地に接続されるフレームグランド１１に接続されている。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。
【００４２】
以下、分離合成回路６Ｄの詳細な構成および機能について説明する。なお、コモンモードチョークコイル６１およびディファレンシャルチョークコイル６２については、上述した実施の形態１と同様なので、説明を省略する。
絶縁トランス型共振回路６９は、ディファレンシャルチョークコイル６２と、シングルエンド送受信バッファ８と、シグナルグランド１０と、フレームグランド１１との間に設けられ、絶縁トランスとキャパシタとを並列に接続した構成を有している。また、絶縁トランスのペア線路３側の一方は、フレームグランド１１に接続されたリターン線４に接続されている。
【００４３】
ここで、絶縁トランスとキャパシタとを並列に接続すると、ペア線路３とシングルエンド送受信バッファ８とが電気的に絶縁されるとともに、特定の周波数帯域の信号に対して高インピーダンスとなり、その他の周波数帯域の信号に対して低インピーダンスとなる。すなわち、絶縁トランス型共振回路６９は、バンドエリミネーションフィルタとして機能する。
そこで、同相信号であるクロック信号の周波数帯域を、絶縁トランス型共振回路６９の阻止帯域と適合させることにより、クロック信号の信号帯域外の信号成分を除去し、シングルエンド送受信バッファ８とペア線路３との間で、クロック信号成分のみが伝送される。
【００４４】
この発明の実施の形態５に係る信号伝送装置によれば、分離合成回路６Ｄは、絶縁トランス型共振回路６９を含んでいるので、シングルエンド送受信バッファ８とペア線路３との間で不要な周波数帯域のノイズを除去して信号を伝送することができる。
なお、この実施の形態５に示した分離合成回路６Ｄを、上記実施の形態２で示した分離合成回路６Ａと併用してもよい。
【００４５】
実施の形態６．
図７は、この発明の実施の形態６に係る送受信装置５Ｅを詳細に示す回路図である。
図７において、分離合成回路６Ｅは、図２に示した分離合成回路６に加えて、ＰＬＬ回路７０（ＰＬＬ回路）を含んでいる。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。
【００４６】
以下、分離合成回路６Ｅの詳細な構成および機能について説明する。なお、コモンモードチョークコイル６１およびディファレンシャルチョークコイル６２については、上述した実施の形態１と同様なので、説明を省略する。
ＰＬＬ回路７０は、ディファレンシャルチョークコイル６２とシングルエンド受信バッファ８２との間に設けられている。
一般的なＰＬＬ回路７０は、図８に示すように、位相比較器、ループフィルタ、ＶＣＯ（電圧制御発振器）および分周器を有している。なお、ＰＬＬ回路７０の構成は、図８のものに限定されない。
【００４７】
ＰＬＬ回路７０においては、ループフィルタの時定数によって応答速度を変えることができる。例えば、時定数を小さくすれば、クロック同期の時間を早くすることができ、時定数を大きくすれば、耐ノイズ性を高めることができる。
ここで、ＰＬＬ回路７０を用いることで、クロック信号の抽出とともに、クロック信号の分周または逓倍も同時に行うことができる。
【００４８】
この発明の実施の形態６に係る信号伝送装置によれば、分離合成回路６Ｅは、ＰＬＬ回路７０を含んでいるので、受信したクロック信号のノイズ成分を除去するとともに、ジッタを低減することができ、より確実なクロック信号を受信することができる。
なお、この実施の形態６に示した分離合成回路６Ｅを、上記実施の形態２で示した分離合成回路６Ａと併用してもよい。
【００４９】
なお、上記実施の形態１〜６では、同相信号を通過させる同相信号通過手段を、ディファレンシャルチョークコイル６２としたが、これに限定されない。
例えば、図９に示すように、２個のインダクタ１２を、ディファレンシャルチョークコイル６２の代わりに用いてもよい。
【００５０】
ここで、インダクタ１２は、周波数の低い信号に対して低インピーダンスとなり、周波数の高い信号に対して高インピーダンスとなる。
そこで、同相信号であるクロック信号を、差動信号であるデータ信号よりも低い周波数帯域の信号とすることにより、２個のインダクタ１２を用いて、同相信号のみを通過させることができ、ディファレンシャルチョークコイル６２と同等の機能を実現することができる。
この場合には、ディファレンシャルチョークコイル６２を用いるよりも安価かつ簡素な構成で、差動信号と同相信号とを合成および分離することができる。
【００５１】
また、上記実施の形態１〜６では、リターン線４として１本の伝送線路を追加していたが、これに限定されない。
例えば、図１０に示すように、ペア線路３を外部電磁界から遮蔽するシールド１３を、リターン線４の代わりに同相信号の帰還線路として用いてもよい。
この場合には、従来のシールド付伝送線路を用いて差動伝送を行う場合と同様に、２本の伝送線路のみを用いることにより、差動信号と同相信号とを同時に伝送することができる。
【００５２】
また、上記実施の形態１〜６では、データを差動信号として伝送し、クロックをシングルエンド信号から同相信号に変換して伝送するとしたが、これに限定されず、データをシングルエンド信号から同相信号に変換して伝送し、クロックを差動信号として伝送してもよい。
また、上記実施の形態１〜６において、クロック信号は、必ずしもデータの最小変化周期に対応した信号である必要はなく、送信の際に分周した信号を送信し、受信後に逓倍してデータの復元に用いるなど、データの変化タイミングに同期したタイミング信号であってもよい。
また、上記実施の形態１〜６では、データ信号を送信する送受信装置５がクロック信号も同時に送信する構成となっている。しかしながら、これに限定されず、クロック信号を常に特定の送受信装置５から送信し、他の送受信装置５は常にクロック信号の受信のみを行う構成とし、それぞれシングルエンド送信バッファ８１またはシングルエンド受信バッファ８２の何れかのみを備えていてもよい。
これらの場合も、上記実施の形態１〜６と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る信号伝送装置を示す回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る送受信装置を詳細に示す回路図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る送受信装置を詳細に示す回路図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る送受信装置を詳細に示す回路図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係る送受信装置を詳細に示す回路図である。
【図６】この発明の実施の形態５に係る送受信装置を詳細に示す回路図である。
【図７】この発明の実施の形態６に係る送受信装置を詳細に示す回路図である。
【図８】この発明の実施の形態６に係るＰＬＬ回路を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態１〜６に係る送受信装置を詳細に示す別の回路図である。
【図１０】この発明の実施の形態１〜６に係る信号伝送装置を示す別の回路図である。
【符号の説明】
【００５４】
１、２ 伝送線路、３ ペア線路、４ リターン線、５、５Ａ〜５Ｅ 送受信装置、６、６Ａ〜６Ｅ 分離合成回路、７ 差動送受信バッファ、８ シングルエンド送受信バッファ、９ 終端抵抗、１０ シグナルグランド、１１ フレームグランド、１２ インダクタ、１３ シールド、６１ コモンモードチョークコイル（差動信号通過手段）、６２ ディファレンシャルチョークコイル（同相信号通過手段）、６３ 第１キャパシタ、６４ 第２キャパシタ、６５ プルアップ抵抗、６６ プルダウン抵抗、６７ 直列共振回路、６８ 並列共振回路、６９ 絶縁トランス型共振回路、７０ ＰＬＬ回路（位相同期回路）、７１ 差動送信バッファ、７２ 差動受信バッファ、８１ シングルエンド送信バッファ、８２ シングルエンド受信バッファ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２本の伝送線路からなる１対の伝送線路を用いて、差動信号と同相信号とを同時に伝送する信号伝送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
データ伝送を行う方法として、複数本の伝送線路を用いて、１度に複数ビットのデータを伝送するパラレル伝送と、１本の伝送線路を用いて、１ビットずつ順番にデータを伝送するシリアル伝送とが知られている。
近年では、伝送速度の高速化に伴い、パラレル伝送において、伝送線路数が増加したり、伝送線路間にスキューが発生したりするという問題点が顕著になっている。そのため、高速伝送については、シリアル伝送が多く用いられている。
【０００３】
また、特に電磁環境両立性（ＥＭＣ：Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）の観点から、シリアル伝送の中でも、２本の伝送線路を１対として、それぞれの伝送線路に対して互いに逆相の信号（差動信号）を伝送することによってデータ伝送を行う差動伝送が多く用いられている。
ここで、差動伝送では、差動信号が電磁界的に互いに結合して伝送されるので、外部への不要輻射が少なくなるという特徴がある。また、外部からのノイズは、同相信号として１対の伝送線路に重畳するが、差動伝送では、受信時に２本の伝送線路の信号の差分をデータとして取り出すので、同相成分であるノイズが相殺されるという特徴がある。
【０００４】
なお、データ伝送では、受信の際に各ビットを正確に取り込むためのタイミングクロックが必要になる。パラレル伝送では、データ信号用の伝送線路とは別にクロック線を設け、クロック線を用いてクロック信号を直接伝送する方法が一般的である。
これに対して、シリアル伝送では、伝送線路数の増加を避けるために、クロック線を設けてクロック信号を伝送するのではなく、ある一定の割合以上で必ず信号の変化が起こるようにデータを符号化し、受信側で信号の変化タイミングを検出することにより、クロックを再生する方法（ＣＤＲ：Ｃｌｏｃｋ Ｄａｔａ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）が用いられている。
【０００５】
クロック線を用いてクロック信号を直接伝送する場合には、クロック線の他に、信号の帰還線路となるリターン線が必要になる。このとき、シングルエンド信号のパラレル伝送やシリアル伝送の場合であれば、グランド線とも呼ばれるリターン線が、データ信号用にもとから設けられているので、クロック信号用の伝送線路を１本追加すればよい。
しかしながら、差動信号のシリアル伝送の場合には、互いに逆相の信号が伝送されるので、リターン線が不要となり設けられていない。そのため、クロックをシングルエンド信号として伝送する場合も、差動信号として伝送する場合も、２本の伝送線路を追加する必要がある。この場合には、データ信号用の２本の伝送線路に加えて、クロック信号用の２本の伝送線路を追加することとなり、伝送線路の数が倍増してコストが上がるとともに、構成が複雑になるという問題点があった。
【０００６】
また、受信側でクロックを再生する場合には、クロックを再生するために、データ伝送に先立ってクロック再生用の信号（プリアンブル）を伝送する必要がある。そのため、例えばフレーム長が短く分割されている場合には、データ伝送効率が低下するという問題点があった。また、複数（３台以上）の信号伝送装置が接続されて相互にデータ伝送を行うマルチポイント接続の場合には、送信装置が切り替わるたびにクロックを再生するための時間が必要となり、さらにデータ伝送効率が低下するという問題点があった。
また、１度再生されたクロックも、そのタイミングの維持または追従のために、一定の割合以上の頻度で信号の変化が起こるようにデータを符号化する必要がある。そのため、この符号化により、本来のデータのビット量よりも多くのビット量のデータを伝送することになり、データ伝送効率がさらに低下するという問題点があった。
【０００７】
そこで、これらの問題点を解決するために、データを差動信号として伝送する２本で１対の伝送線路（以下、「ペア線路」と称する）に、クロックを同相信号として重畳し、異なる信号を同じ伝送線路で伝送することが考えられる。
異なる信号を同じ伝送線路で伝送する発明としては、例えば以下のものが挙げられる。
【０００８】
従来の信号伝送システムは、１対の伝送線路（ペア線路）のそれぞれの終端抵抗の中間電位点に接続されたシングルエンド送受信回路を備えている。シングルエンド送受信回路からシングルエンド信号として出力されたクロックは、同相信号としてペア線路に重畳され、差動送受信回路から出力された差動信号とともにペア線路を伝送される（例えば、特許文献１参照）。
このように、ペア線路を用いて差動信号と同相信号とを伝送することにより、伝送線路の数を倍増させることなく、また、データ伝送効率を下げることなく差動信号と同相信号とを伝送することができる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２０４２７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、従来技術には、次のような問題点があった。
従来の信号伝送システムにおいて、シングルエンド送受信回路は、ペア線路の終端抵抗の中間電位点に直接接続され、差動送受信回路は、ペア線路に直接接続されている。そのため、例えば差動信号送信回路およびシングルエンド送受信回路がともに信号を送信している場合には、ともにインピーダンスが低い状態となり、差動送受信回路から送信された差動信号の一部が、ペア線路の反対側の差動送受信回路に受信されることなく、シングルエンド送受信回路に受信される恐れがある。また、同様に、シングルエンド送受信回路から送信されたシングルエンド信号の一部が、ペア線路の反対側のシングルエンド送受信回路に受信されることなく、差動送受信回路に受信される恐れもある。
すなわち、従来の信号伝送システムでは、差動信号と同相信号（シングルエンド信号）とが十分にペア線路に伝送されないという問題点があった。
【００１１】
また、同相信号を伝送する場合には、信号の帰還線路となるリターン線が必要になるが、従来の信号伝送システムでは、リターン線の構成が明確に示されていないので、同相信号を伝送できない恐れがあるという問題点もあった。
また、従来の信号伝送システムでは、シングルエンド送受信回路を終端抵抗の中間電位点に接続して同相信号を伝送しているので、複数（３台以上）の信号伝送装置が接続されたマルチポイント接続の場合には、ペア線路間の抵抗値が低下し、電位差が減少する。そのため、従来の信号伝送システムは、３台以上のデータ伝送に適応しないという問題点もあった。
【００１２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、差動信号と同相信号とを分離して、差動信号と同相信号とを、１対の伝送線路を用いて確実に伝送するとともに、マルチポイント接続に対応することができる信号伝送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明に係る信号伝送装置は、２本の伝送線路からなる１対の伝送線路を用いて、１対の差動信号、および１対の同相信号として重畳されたシングルエンド信号を伝送する信号伝送装置であって、１対の伝送線路から分岐して接続され、差動信号と同相信号とを送受信する送受信装置を備え、送受信装置は、差動信号と同相信号とを分離または合成して出力する分離合成回路と、分離合成回路との間で差動信号を送受信する差動送受信バッファと、分離合成回路との間でシングルエンド信号を送受信するシングルエンド送受信バッファとを備え、分離合成回路は、差動信号に対して低インピーダンスとなり、同相信号に対して高インピーダンスとなることにより、差動信号を通過させる差動信号通過手段と、同相信号に対して低インピーダンスとなり、差動信号に対して高インピーダンスとなることにより、同相信号を通過させる同相信号通過手段とを含むものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明の信号伝送装置によれば、１対の伝送線路から分岐して接続された送受信装置は、差動信号と同相信号とを分離または合成して出力する分離合成回路を有している。また、分離合成回路は、差動信号に対して低インピーダンスとなることにより、差動信号を通過させる差動信号通過手段と、同相信号に対して低インピーダンスとなることにより、同相信号を通過させる同相信号通過手段とを含んでいる。
そのため、差動信号と同相信号とを分離して、差動信号と同相信号とを、１対の伝送線路を用いて確実に伝送するとともに、マルチポイント接続に対応することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。
なお、以下の実施の形態では、差動信号がデータで、シングルエンド信号がクロックである場合を例に挙げて説明するが、これに限定されず、例えば差動信号が画像データで、シングルエンド信号が音声データであってもよい。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る信号伝送装置を示す回路図である。
図１において、この信号伝送装置は、１対の差動信号（ディファレンシャルモード）と１対の同相信号（コモンモード）とを伝送する２本の伝送線路１、２からなる１対の伝送線路３（以下、「ペア線路３」と称する）と、同相信号の帰還線路となるリターン線４と、ペア線路３から分岐して接続され、差動信号と同相信号とを送受信する複数の送受信装置５とを備えている。
【００１７】
送受信装置５は、同相信号とシングルエンド信号とを互換するとともに、差動信号と同相信号とを分離または合成して出力する分離合成回路６と、分離合成回路６との間で差動信号を送受信する差動送受信バッファ７と、分離合成回路６との間でシングルエンド信号を送受信するシングルエンド送受信バッファ８とを有している。
また、ペア線路３の端部には、終端抵抗９が設けられており、リターン線４は、送受信装置５の基準電位となるシグナルグランド１０に接続されている。
また、複数の送受信装置５は、互いに同一の構成を有している。
【００１８】
以下、図２を参照しながら、送受信装置５の構成について詳細に説明する。
図２は、この発明の実施の形態１に係る送受信装置５を詳細に示す回路図である。
図２において、分離合成回路６は、コモンモードチョークコイル６１（差動信号通過手段）と、ディファレンシャルチョークコイル６２（同相信号通過手段）とを含んでいる。
コモンモードチョークコイル６１は、差動信号に対して低インピーダンスとなり、同相信号に対して高インピーダンスとなることにより、差動信号を通過させる。また、ディファレンシャルチョークコイル６２は、同相信号に対して低インピーダンスとなり、差動信号に対して高インピーダンスとなることにより、同相信号を通過させる。
【００１９】
差動送受信バッファ７は、差動信号を送信する差動送信バッファ７１と、差動信号を受信する差動受信バッファ７２とを含んでいる。
また、シングルエンド送受信バッファ８は、シングルエンド信号を送信するシングルエンド送信バッファ８１と、シングルエンド信号を受信するシングルエンド受信バッファ８２とを含んでいる。
【００２０】
以下、上記構成の信号伝送装置において、送受信装置５がデータを送信する場合の動作について説明する。
まず、送信データは、差動送信バッファ７１に入力され、差動信号として分離合成回路６に入力される。また、クロックは、シングルエンド送信バッファ８１に入力され、シングルエンド信号として分離合成回路６に入力される。
【００２１】
続いて、分離合成回路６に入力されたシングルエンド信号は、同相信号に変換された後、差動信号と合成されてペア線路３に送信される。
ここで、コモンモードチョークコイル６１は、上述したように、差動信号に対して低インピーダンスとなり、同相信号に対して高インピーダンスとなる。そのため、差動送信バッファ７１とシングルエンド送信バッファ８１とが同時に送信を行う場合に、コモンモードチョークコイル６１は、差動信号を低インピーダンスでペア線路３に送信するとともに、同相信号が低インピーダンスとなっている差動送信バッファ７１に流れ込まないようブロックする。
【００２２】
また、ディファレンシャルチョークコイル６２は、上述したように、同相信号に対して低インピーダンスとなり、差動信号に対して高インピーダンスとなる。そのため、シングルエンド送信バッファ８１と差動送信バッファ７１とが同時に送信を行う場合に、ディファレンシャルチョークコイル６２は、同相信号を低インピーダンスでペア線路３に送信するとともに、差動信号が低インピーダンスとなっているシングルエンド送信バッファ８１に流れ込まないようブロックする。
これにより、差動信号と同相信号とが合成される。
【００２３】
以下、上記構成の信号伝送装置において、送受信装置５がデータを受信する場合の動作について説明する。
送受信装置５から送信された差動信号および同相信号は、ペア線路３を伝送されて別の送受信装置５に受信され、分離合成回路６に入力される。
このとき、差動信号は、ペア線路３のみを通って伝送される。一方、同相信号は、リターン線４を帰還線路として伝送される。
また、ペア線路３の端部に設けられた終端抵抗９は、ペア線路３の特性インピーダンスと同一またはその近傍の抵抗値を有しており、信号の反射が防止される。
【００２４】
続いて、分離合成回路６に入力された差動信号および同相信号は、差動信号および同相信号に分離され、同相信号は、さらにシングルエンド信号に変換される。
ここで、コモンモードチョークコイル６１は、ペア線路３を伝送された差動信号および同相信号のうち、同相信号をブロックし、差動信号のみを差動受信バッファ７２に出力する。
また、ディファレンシャルチョークコイル６２は、ペア線路３を伝送された差動信号および同相信号のうち、差動信号をブロックし、同相信号のみを差動受信バッファ７２に出力する。
これにより、差動信号と同相信号とが分離される。
【００２５】
分離された差動信号は、差動受信バッファ７２に入力され、データが取り出される。また、シングルエンド信号に変換されたクロック信号は、シングルエンド受信バッファ８２に入力され、クロックが取り出される。また、このクロックタイミングに基づいて、データが復元される。
【００２６】
この発明の実施の形態１に係る信号伝送装置によれば、送受信装置５は、差動信号と同相信号とを分離または合成して出力する分離合成回路６を有している。また、分離合成回路６は、差動信号を通過させるコモンモードチョークコイル６１と、同相信号を通過させるディファレンシャルチョークコイル６２とを含んでいる。
そのため、一方の送受信バッファに他方のモードの信号の影響を与えることなく差動信号と同相信号とを分離して、差動信号と同相信号とを、ペア線路３を用いて確実に伝送することができる。また、コモンモードチョークコイル６１およびディファレンシャルチョークコイル６２を用いることにより、簡素な構成で効率的に差動信号と同相信号とを合成および分離することができる。
【００２７】
また、差動信号と同相信号とを分離または合成して出力する分離合成回路６を有することにより、１本の伝送線路をリターン線４として追加するだけで、ペア線路３を用いて差動信号と同相信号とを同時に伝送することができる。
また、送受信装置５がペア線路３から分岐して接続されているので、ペア線路３に３台以上の送受信装置５が接続されたマルチポイント接続の双方向通信に適用することができる。
【００２８】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る送受信装置５Ａを詳細に示す回路図である。
図３において、分離合成回路６Ａは、図２に示した分離合成回路６に加えて、第１キャパシタ６３と、第２キャパシタ６４と、プルアップ抵抗６５と、プルダウン抵抗６６とを含んでいる。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。
【００２９】
以下、分離合成回路６Ａの詳細な構成および機能について説明する。なお、コモンモードチョークコイル６１およびディファレンシャルチョークコイル６２については、上述した実施の形態１と同様なので、説明を省略する。
第１キャパシタ６３は、ディファレンシャルチョークコイル６２に設けられ、ペア線路３間に生じる直流的な短絡を防止する。
【００３０】
第２キャパシタ６４は、ディファレンシャルチョークコイル６２とシングルエンド送受信バッファ８との間に設けられ、シングルエンド信号の直流成分を除去する。
そのため、シングルエンド信号を送信する場合に、シングルエンド信号は、０Ｖを中心として振幅が変化する信号となり、シングルエンド信号のもつ不要なオフセットがペア線路３に伝わることを防止することができる。また、シングルエンド信号を受信する場合には、ペア線路３からの不要なオフセットが除去される。
【００３１】
プルアップ抵抗６５およびプルダウン抵抗６６は、第２キャパシタ６４とシングルエンド送受信バッファ８との接続点と、電源およびシグナルグランド１０との間にそれぞれ設けられている。プルアップ抵抗６５およびプルダウン抵抗６６は、第２キャパシタ６４により直流成分が除去されたシングルエンド信号の受信信号に対して、直流成分を付加する。
これにより、シングルエンド信号の受信信号は、０Ｖを中心電圧とした信号から、シングルエンド受信バッファ８２の受信レベルに適合した中心電圧の信号に変換される。
【００３２】
この発明の実施の形態２に係る信号伝送装置によれば、分離合成回路６Ａは、第１キャパシタ６３と第２キャパシタ６４とを含んでいるので、シングルエンド送受信バッファ８とペア線路３との間で不要な直流成分を除去することができるとともに、ペア線路３間に生じる直流的な短絡を防止することができる。
また、分離合成回路６Ａは、プルアップ抵抗６５およびプルダウン抵抗６６を含んでいるので、シングルエンド信号の受信信号を、シングルエンド受信バッファ８２の受信レベルに適合した中心電圧の信号に変換することができる。
【００３３】
実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３に係る送受信装置５Ｂを詳細に示す回路図である。
図４において、分離合成回路６Ｂは、図２に示した分離合成回路６に加えて、直列共振回路６７を含んでいる。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。
【００３４】
以下、分離合成回路６Ｂの詳細な構成および機能について説明する。なお、コモンモードチョークコイル６１およびディファレンシャルチョークコイル６２については、上述した実施の形態１と同様なので、説明を省略する。
直列共振回路６７は、ディファレンシャルチョークコイル６２とシングルエンド送受信バッファ８との間に設けられ、インダクタとキャパシタとを直列に接続した構成を有している。
【００３５】
ここで、インダクタとキャパシタとを直列に接続すると、特定の周波数帯域の信号に対して低インピーダンスとなり、その他の周波数帯域の信号に対して高インピーダンスとなる。すなわち、直列共振回路６７は、バンドパスフィルタとして機能する。
そこで、同相信号であるクロック信号の周波数帯域を、直列共振回路６７の通過帯域と適合させることにより、シングルエンド送受信バッファ８とペア線路３との間で、クロック信号成分のみが伝送される。
【００３６】
この発明の実施の形態３に係る信号伝送装置によれば、分離合成回路６Ｂは、直列共振回路６７を含んでいるので、シングルエンド送受信バッファ８とペア線路３との間で不要な周波数帯域のノイズを除去して信号を伝送することができる。
なお、この実施の形態３に示した分離合成回路６Ｂを、上記実施の形態２で示した分離合成回路６Ａと併用してもよい。
【００３７】
実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４に係る送受信装置５Ｃを詳細に示す回路図である。
図５において、分離合成回路６Ｃは、図２に示した分離合成回路６に加えて、並列共振回路６８を含んでいる。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。
【００３８】
以下、分離合成回路６Ｃの詳細な構成および機能について説明する。なお、コモンモードチョークコイル６１およびディファレンシャルチョークコイル６２については、上述した実施の形態１と同様なので、説明を省略する。
並列共振回路６８は、ディファレンシャルチョークコイル６２とシングルエンド送受信バッファ８との接続点と、シグナルグランド１０との間に設けられ、インダクタとキャパシタとを並列に接続した構成を有している。
【００３９】
ここで、インダクタとキャパシタとを並列に接続すると、特定の周波数帯域の信号に対して高インピーダンスとなり、その他の周波数帯域の信号に対して低インピーダンスとなる。すなわち、並列共振回路６８は、バンドエリミネーションフィルタとして機能する。
そこで、同相信号であるクロック信号の周波数帯域を、並列共振回路６８の阻止帯域と適合させることにより、クロック信号の信号帯域外の信号成分を除去し、シングルエンド送受信バッファ８とペア線路３との間で、クロック信号成分のみが伝送される。
【００４０】
この発明の実施の形態４に係る信号伝送装置によれば、分離合成回路６Ｃは、並列共振回路６８を含んでいるので、シングルエンド送受信バッファ８とペア線路３との間で不要な周波数帯域のノイズを除去して信号を伝送することができる。
なお、この実施の形態４に示した分離合成回路６Ｃを、上記実施の形態２で示した分離合成回路６Ａと併用してもよい。
【００４１】
実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５に係る送受信装置５Ｄを詳細に示す回路図である。
図６において、分離合成回路６Ｄは、図２に示した分離合成回路６に加えて、絶縁トランス型共振回路６９を含んでいる。
また、上記実施の形態１〜４では、リターン線４がシグナルグランド１０に接続されているとしたが、この実施の形態５では、リターン線４は、送受信装置５Ｄの筐体や大地に接続されるフレームグランド１１に接続されている。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。
【００４２】
以下、分離合成回路６Ｄの詳細な構成および機能について説明する。なお、コモンモードチョークコイル６１およびディファレンシャルチョークコイル６２については、上述した実施の形態１と同様なので、説明を省略する。
絶縁トランス型共振回路６９は、ディファレンシャルチョークコイル６２と、シングルエンド送受信バッファ８と、シグナルグランド１０と、フレームグランド１１との間に設けられ、絶縁トランスとキャパシタとを並列に接続した構成を有している。また、絶縁トランスのペア線路３側の一方は、フレームグランド１１に接続されたリターン線４に接続されている。
【００４３】
ここで、絶縁トランスとキャパシタとを並列に接続すると、ペア線路３とシングルエンド送受信バッファ８とが電気的に絶縁されるとともに、特定の周波数帯域の信号に対して高インピーダンスとなり、その他の周波数帯域の信号に対して低インピーダンスとなる。すなわち、絶縁トランス型共振回路６９は、バンドエリミネーションフィルタとして機能する。
そこで、同相信号であるクロック信号の周波数帯域を、絶縁トランス型共振回路６９の阻止帯域と適合させることにより、クロック信号の信号帯域外の信号成分を除去し、シングルエンド送受信バッファ８とペア線路３との間で、クロック信号成分のみが伝送される。
【００４４】
この発明の実施の形態５に係る信号伝送装置によれば、分離合成回路６Ｄは、絶縁トランス型共振回路６９を含んでいるので、シングルエンド送受信バッファ８とペア線路３との間で不要な周波数帯域のノイズを除去して信号を伝送することができる。
なお、この実施の形態５に示した分離合成回路６Ｄを、上記実施の形態２で示した分離合成回路６Ａと併用してもよい。
【００４５】
実施の形態６．
図７は、この発明の実施の形態６に係る送受信装置５Ｅを詳細に示す回路図である。
図７において、分離合成回路６Ｅは、図２に示した分離合成回路６に加えて、ＰＬＬ回路７０（ＰＬＬ回路）を含んでいる。
その他の構成については、実施の形態１と同様であり、その説明は省略する。
【００４６】
以下、分離合成回路６Ｅの詳細な構成および機能について説明する。なお、コモンモードチョークコイル６１およびディファレンシャルチョークコイル６２については、上述した実施の形態１と同様なので、説明を省略する。
ＰＬＬ回路７０は、ディファレンシャルチョークコイル６２とシングルエンド受信バッファ８２との間に設けられている。
一般的なＰＬＬ回路７０は、図８に示すように、位相比較器、ループフィルタ、ＶＣＯ（電圧制御発振器）および分周器を有している。なお、ＰＬＬ回路７０の構成は、図８のものに限定されない。
【００４７】
ＰＬＬ回路７０においては、ループフィルタの時定数によって応答速度を変えることができる。例えば、時定数を小さくすれば、クロック同期の時間を早くすることができ、時定数を大きくすれば、耐ノイズ性を高めることができる。
ここで、ＰＬＬ回路７０を用いることで、クロック信号の抽出とともに、クロック信号の分周または逓倍も同時に行うことができる。
【００４８】
この発明の実施の形態６に係る信号伝送装置によれば、分離合成回路６Ｅは、ＰＬＬ回路７０を含んでいるので、受信したクロック信号のノイズ成分を除去するとともに、ジッタを低減することができ、より確実なクロック信号を受信することができる。
なお、この実施の形態６に示した分離合成回路６Ｅを、上記実施の形態２で示した分離合成回路６Ａと併用してもよい。
【００４９】
なお、上記実施の形態１〜６では、同相信号を通過させる同相信号通過手段を、ディファレンシャルチョークコイル６２としたが、これに限定されない。
例えば、図９に示すように、２個のインダクタ１２を、ディファレンシャルチョークコイル６２の代わりに用いてもよい。
【００５０】
ここで、インダクタ１２は、周波数の低い信号に対して低インピーダンスとなり、周波数の高い信号に対して高インピーダンスとなる。
そこで、同相信号であるクロック信号を、差動信号であるデータ信号よりも低い周波数帯域の信号とすることにより、２個のインダクタ１２を用いて、同相信号のみを通過させることができ、ディファレンシャルチョークコイル６２と同等の機能を実現することができる。
この場合には、ディファレンシャルチョークコイル６２を用いるよりも安価かつ簡素な構成で、差動信号と同相信号とを合成および分離することができる。
【００５１】
また、上記実施の形態１〜６では、リターン線４として１本の伝送線路を追加していたが、これに限定されない。
例えば、図１０に示すように、ペア線路３を外部電磁界から遮蔽するシールド１３を、リターン線４の代わりに同相信号の帰還線路として用いてもよい。
この場合には、従来のシールド付伝送線路を用いて差動伝送を行う場合と同様に、２本の伝送線路のみを用いることにより、差動信号と同相信号とを同時に伝送することができる。
【００５２】
また、上記実施の形態１〜６では、データを差動信号として伝送し、クロックをシングルエンド信号から同相信号に変換して伝送するとしたが、これに限定されず、データをシングルエンド信号から同相信号に変換して伝送し、クロックを差動信号として伝送してもよい。
また、上記実施の形態１〜６において、クロック信号は、必ずしもデータの最小変化周期に対応した信号である必要はなく、送信の際に分周した信号を送信し、受信後に逓倍してデータの復元に用いるなど、データの変化タイミングに同期したタイミング信号であってもよい。
また、上記実施の形態１〜６では、データ信号を送信する送受信装置５がクロック信号も同時に送信する構成となっている。しかしながら、これに限定されず、クロック信号を常に特定の送受信装置５から送信し、他の送受信装置５は常にクロック信号の受信のみを行う構成とし、それぞれシングルエンド送信バッファ８１またはシングルエンド受信バッファ８２の何れかのみを備えていてもよい。
これらの場合も、上記実施の形態１〜６と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る信号伝送装置を示す回路図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る送受信装置を詳細に示す回路図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る送受信装置を詳細に示す回路図である。
【図４】この発明の実施の形態３に係る送受信装置を詳細に示す回路図である。
【図５】この発明の実施の形態４に係る送受信装置を詳細に示す回路図である。
【図６】この発明の実施の形態５に係る送受信装置を詳細に示す回路図である。
【図７】この発明の実施の形態６に係る送受信装置を詳細に示す回路図である。
【図８】この発明の実施の形態６に係るＰＬＬ回路を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態１〜６に係る送受信装置を詳細に示す別の回路図である。
【図１０】この発明の実施の形態１〜６に係る信号伝送装置を示す別の回路図である。
【符号の説明】
【００５４】
１、２ 伝送線路、３ ペア線路、４ リターン線、５、５Ａ〜５Ｅ 送受信装置、６、６Ａ〜６Ｅ 分離合成回路、７ 差動送受信バッファ、８ シングルエンド送受信バッファ、９ 終端抵抗、１０ シグナルグランド、１１ フレームグランド、１２ インダクタ、１３ シールド、６１ コモンモードチョークコイル（差動信号通過手段）、６２ ディファレンシャルチョークコイル（同相信号通過手段）、６３ 第１キャパシタ、６４ 第２キャパシタ、６５ プルアップ抵抗、６６ プルダウン抵抗、６７ 直列共振回路、６８ 並列共振回路、６９ 絶縁トランス型共振回路、７０ ＰＬＬ回路（位相同期回路）、７１ 差動送信バッファ、７２ 差動受信バッファ、８１ シングルエンド送信バッファ、８２ シングルエンド受信バッファ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２本の伝送線路からなる１対の伝送線路を用いて、１対の差動信号、および１対の同相信号として重畳されたシングルエンド信号を伝送する信号伝送装置であって、
前記１対の伝送線路から分岐して接続され、前記差動信号と前記同相信号とを送受信する送受信装置を備え、
前記送受信装置は、
前記差動信号と前記同相信号とを分離または合成して出力する分離合成回路と、
前記分離合成回路との間で前記差動信号を送受信する差動送受信バッファと、
前記分離合成回路との間で前記シングルエンド信号を送受信するシングルエンド送受信バッファと、を備え、
前記分離合成回路は、
前記差動信号に対して低インピーダンスとなり、前記同相信号に対して高インピーダンスとなることにより、前記差動信号を通過させる差動信号通過手段と、
前記同相信号に対して低インピーダンスとなり、前記差動信号に対して高インピーダンスとなることにより、前記同相信号を通過させるとともに、前記同相信号と前記シングルエンド信号とを相互に変換する同相信号通過手段と、
を含むことを特徴とする信号伝送装置。
【請求項２】
前記差動信号通過手段は、コモンモードチョークコイルであり、
前記同相信号通過手段は、ディファレンシャルチョークコイルである
ことを特徴とする請求項１に記載の信号伝送装置。
【請求項３】
前記同相信号は、前記差動信号よりも低い周波数帯域の信号であり、
前記差動信号通過手段は、コモンモードチョークコイルであり、
前記同相信号通過手段は、前記１対の同相信号の各々に対応する２個のインダクタである
ことを特徴とする請求項１に記載の信号伝送装置。
【請求項４】
前記分離合成回路は、
前記同相信号通過手段に設けられ、前記２本の伝送線路の間の直流的な短絡を防止する第１キャパシタと、
前記同相信号通過手段と前記シングルエンド送受信バッファとの間に設けられ、前記シングルエンド信号の直流成分を除去する第２キャパシタと、
前記第２キャパシタと前記シングルエンド送受信バッファとの接続点と、電源およびグランドとの間にそれぞれ設けられ、前記第２キャパシタにより直流成分が除去された前記シングルエンド信号に、直流成分を付加するプルアップ抵抗およびプルダウン抵抗と、
をさらに有していることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の信号伝送装置。
【請求項５】
前記分離合成回路は、前記同相信号通過手段と前記シングルエンド送受信バッファとの間に設けられ、前記シングルエンド信号の周波数成分のみを通過させる直列共振回路をさらに有していることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の信号伝送装置。
【請求項６】
前記分離合成回路は、前記同相信号通過手段と前記シングルエンド送受信バッファとの接続点と、グランドとの間に設けられ、前記シングルエンド信号の周波数成分以外を前記グランドに流す並列共振回路をさらに有していることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の信号伝送装置。
【請求項７】
前記分離合成回路は、前記同相信号通過手段と、前記シングルエンド送受信バッファと、グランドとの間に設けられ、前記シングルエンド信号の周波数成分以外を前記グランドに流す絶縁トランス型共振回路をさらに有していることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の信号伝送装置。
【請求項８】
前記分離合成回路は、前記同相信号通過手段と前記シングルエンド送受信バッファとの間に設けられた位相同期回路をさらに有していることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の信号伝送装置。
【請求項９】
前記１対の伝送線路を遮蔽するシールドを、前記同相信号の帰還線路となるリターン線とすることを特徴とする請求項１から請求項８までの何れか１項に記載の信号伝送装置。
【請求項１】
２本の伝送線路からなる１対の伝送線路を用いて、１対の差動信号、および１対の同相信号として重畳されたシングルエンド信号を伝送する信号伝送装置であって、
前記１対の伝送線路から分岐して接続され、前記差動信号と前記同相信号とを送受信する送受信装置を備え、
前記送受信装置は、
前記差動信号と前記同相信号とを分離または合成して出力する分離合成回路と、
前記分離合成回路との間で前記差動信号を送受信する差動送受信バッファと、
前記分離合成回路との間で前記シングルエンド信号を送受信するシングルエンド送受信バッファと、を備え、
前記分離合成回路は、
前記差動信号に対して低インピーダンスとなり、前記同相信号に対して高インピーダンスとなることにより、前記差動信号を通過させる差動信号通過手段と、
前記同相信号に対して低インピーダンスとなり、前記差動信号に対して高インピーダンスとなることにより、前記同相信号を通過させるとともに、前記同相信号と前記シングルエンド信号とを相互に変換する同相信号通過手段と、
を含むことを特徴とする信号伝送装置。
【請求項２】
前記差動信号通過手段は、コモンモードチョークコイルであり、
前記同相信号通過手段は、ディファレンシャルチョークコイルである
ことを特徴とする請求項１に記載の信号伝送装置。
【請求項３】
前記同相信号は、前記差動信号よりも低い周波数帯域の信号であり、
前記差動信号通過手段は、コモンモードチョークコイルであり、
前記同相信号通過手段は、前記１対の同相信号の各々に対応する２個のインダクタである
ことを特徴とする請求項１に記載の信号伝送装置。
【請求項４】
前記分離合成回路は、
前記同相信号通過手段に設けられ、前記２本の伝送線路の間の直流的な短絡を防止する第１キャパシタと、
前記同相信号通過手段と前記シングルエンド送受信バッファとの間に設けられ、前記シングルエンド信号の直流成分を除去する第２キャパシタと、
前記第２キャパシタと前記シングルエンド送受信バッファとの接続点と、電源およびグランドとの間にそれぞれ設けられ、前記第２キャパシタにより直流成分が除去された前記シングルエンド信号に、直流成分を付加するプルアップ抵抗およびプルダウン抵抗と、
をさらに有していることを特徴とする請求項１から請求項３までの何れか１項に記載の信号伝送装置。
【請求項５】
前記分離合成回路は、前記同相信号通過手段と前記シングルエンド送受信バッファとの間に設けられ、前記シングルエンド信号の周波数成分のみを通過させる直列共振回路をさらに有していることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の信号伝送装置。
【請求項６】
前記分離合成回路は、前記同相信号通過手段と前記シングルエンド送受信バッファとの接続点と、グランドとの間に設けられ、前記シングルエンド信号の周波数成分以外を前記グランドに流す並列共振回路をさらに有していることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の信号伝送装置。
【請求項７】
前記分離合成回路は、前記同相信号通過手段と、前記シングルエンド送受信バッファと、グランドとの間に設けられ、前記シングルエンド信号の周波数成分以外を前記グランドに流す絶縁トランス型共振回路をさらに有していることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の信号伝送装置。
【請求項８】
前記分離合成回路は、前記同相信号通過手段と前記シングルエンド送受信バッファとの間に設けられた位相同期回路をさらに有していることを特徴とする請求項１から請求項４までの何れか１項に記載の信号伝送装置。
【請求項９】
前記１対の伝送線路を遮蔽するシールドを、前記同相信号の帰還線路となるリターン線とすることを特徴とする請求項１から請求項８までの何れか１項に記載の信号伝送装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２９０８４３（Ｐ２００９−２９０８４３Ａ）
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１４４３７０（Ｐ２００８−１４４３７０）
【出願日】平成２０年６月２日（２００８．６．２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１２月１０日（２００９．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年６月２日（２００８．６．２）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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