差動伝送回路及びプリント回路板
【課題】グラウンドに電気的に接続される第２及び第３コンデンサの静電容量の値のばらつきによって発生するコモンモード成分を抑制し、かつ、差動信号送信部に起因するコモンモード成分も低減する。
【解決手段】差動伝送回路１００は、インダクタ１１，１２からなるインダクタ部８と、インダクタ部８の信号入力側に設けられた入力側コンデンサ部７と、インダクタ部８の信号出力側に設けられた出力側コンデンサ部９とを備える。入力側コンデンサ部７は、第１及び第２の信号線３，４間に設けられた第１のコンデンサ２１と、第１の信号線３とグラウンドとの間に設けられた第２のコンデンサ２２と、第２の信号線４とグラウンドとの間に設けられた第３のコンデンサ２３とからなる。
【解決手段】差動伝送回路１００は、インダクタ１１，１２からなるインダクタ部８と、インダクタ部８の信号入力側に設けられた入力側コンデンサ部７と、インダクタ部８の信号出力側に設けられた出力側コンデンサ部９とを備える。入力側コンデンサ部７は、第１及び第２の信号線３，４間に設けられた第１のコンデンサ２１と、第１の信号線３とグラウンドとの間に設けられた第２のコンデンサ２２と、第２の信号線４とグラウンドとの間に設けられた第３のコンデンサ２３とからなる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気・電子機器等のデジタルデータ伝送方式に適用される差動伝送回路及びプリント回路板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のデジタル複合機やデジタルカメラに代表されるような電気・電子機器は、高速化、高精彩化の要求が高まっており、大容量のデジタル信号の高速伝送が必要となっている。そのため、大容量データを高速に伝送することが可能な差動信号伝送方式が広く用いられるようになっている。
【０００３】
差動信号伝送方式において、信号伝送に必要な基本信号は、一対の信号線のそれぞれに振幅がほぼ等しく、互いに極性が反転したノーマルモード成分により伝送される。また、ノーマルモード成分には、信号伝送に必要な基本信号の成分のほか、基本信号の周波数の高調波成分の信号も含まれている。しかしながらノーマルモード成分は、互いの電流が発生する磁束を打ち消し合うため、高調波成分に起因する差動伝送路からの放射ノイズを抑制することができる。
【０００４】
一方、差動信号伝送方式では、ノーマルモード成分の他に、一対の信号線に互いの極性が同一なコモンモード成分の信号も伝送される。コモンモード成分は、差動信号送信部に起因するノーマルモード成分のアンバランス性や、一対の信号線でのアンバランスによって、ノーマルモード成分が変換されることによって発生する。また、このコモンモード成分は、一対の信号線上を互いに同一方向に電流が流れ、発生する磁束が強め合うため、差動伝送路からの放射ノイズが大きくなってしまう。
【０００５】
このような放射ノイズを抑制する方法として、特許文献１には、差動信号受信部にてデータ再生に必要な周波数スペクトラムを通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）によって帯域制限を行ない、高域の不要なスペクトラムを除去することが記載されている。
【０００６】
図７は、従来例の差動伝送回路の概略構成を示す電気回路図である。この図７では、特許文献１におけるＬＰＦを簡略化したものを図示している。図７に示すＬＰＦの場合、ノーマルモード成分は、π型フィルタを構成するコンデンサ４０１、インダクタ２０１及びコンデンサ４０３と、コンデンサ４０２、インダクタ２０２及びコンデンサ４０４とにより、その高調波成分の透過量を低減させている。一方、コモンモード成分は、主にコンデンサ４０１，４０２を介してグラウンド（ＧＮＤ）に流すことで、コモンモード成分の透過量を低減させている。つまり、このような構成にすることによって、差動信号送信部に起因するコモンモード成分を低減し、一対の信号線からの放射ノイズを低減させようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−３７２２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、通常市販されているコンデンサの静電容量値は、ある一定の規格には入っているものの、一致しているわけではない。通常、公称値に対して±１０％程度の誤差を含んでいる。このコンデンサの静電容量値のばらつきは、伝送する信号の周波数が１ＧＨｚ以上になるとその影響が大きくなる。
【０００９】
上記特許文献１において、グラウンド（ＧＮＤ）に電気的に接続されるコンデンサ４０１，４０２，４０３，４０４の静電容量の値には、ばらつきが存在する。コンデンサ４０１，４０２，４０３，４０４の静電容量の値にばらつきがあると、一対の信号線にアンバランスが存在することになるため、ノーマルモード成分がコモンモード成分に変換されてしまい、コモンモード成分が発生してしまうことになる。したがって、従来のＬＰＦではコモンモード成分の発生量が多く、放射ノイズの低減効果が低かったため、ＬＰＦでコモンモード成分が発生するのを抑制する必要があった。
【００１０】
そこで、本発明は、コモンモード成分が発生するのを抑制することで、放射ノイズを低減できる差動伝送回路及びプリント回路板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】
【００１１】
本発明は、差動信号を送信する差動信号送信部と、差動信号を受信する差動信号受信部と、前記差動信号送信部と前記差動信号受信部とを電気的に接続する第１の信号線及び第２の信号線と、を備えた差動伝送回路において、前記第１の信号線に設けられた第１のインダクタ、前記第２の信号線に設けられた第２のインダクタを有するインダクタ部と、一端が前記第１のインダクタの信号入力端に電気的に接続され、他端が前記第２のインダクタの信号入力端に電気的に接続された第１のコンデンサ、一端が前記第１のインダクタの信号入力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第２のコンデンサ、一端が前記第２のインダクタの信号入力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第３のコンデンサを有する入力側コンデンサ部と、前記インダクタ部と前記差動信号受信部との間に設けられ、前記インダクタ部及び前記入力側コンデンサ部と協働して差動信号に含まれるノーマルモード成分を減衰させる出力側コンデンサ部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、入力側コンデンサ部の第２のコンデンサと第３のコンデンサとの静電容量の値のばらつきに起因して発生するコモンモード成分が抑制される。したがって、第１及び第２の信号線を伝搬する差動信号において、コモンモード成分が低減されるので、第１及び第２の信号線からの放射ノイズが低減する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る差動伝送回路の概略構成を示す電気回路図である。
【図２】第２実施形態に係る差動伝送回路の概略構成を示す電気回路図である。
【図３】第３実施形態に係る差動伝送回路の概略構成を示す電気回路図である。
【図４】Ｃ１とＣ２の比率に対する、コモンモード成分の発生量の最大値を示すグラフである。
【図５】Ｃ１とＣ２の比率に対する、コモンモード成分の透過量の最小値で表したグラフである。
【図６】比較例の差動伝送回路の概略構成を示す電気回路図である。
【図７】従来例の差動伝送回路の概略構成を示す電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る差動伝送回路の概略構成を示す電気回路図である。差動伝送回路１００は、半導体素子で構成された差動信号送信部１と、半導体素子で構成された差動信号受信部２と、差動信号送信部１と差動信号受信部２とを電気的に接続する第１の信号線３及び第２の信号線４と、を有している。これら一対の信号線３，４により差動信号配線５が構成されている。
【００１６】
第１の信号線３及び第２の信号線４は、プリント配線板５０１に形成された導体パターンである。差動信号送信部１は、プリント配線板５０１に実装されている。また、差動信号受信部２は、プリント配線板５０２に実装されている。
【００１７】
差動信号送信部１は、第１の送信端である第１の送信端子１ａと、第２の送信端である第２の送信端子１ｂとを有し、差動信号受信部２は、第１の受信端である第１の受信端子２ａと、第２の受信端である第２の受信端子２ｂとを有している。
【００１８】
プリント配線板５０１の各信号線３，４は、差動信号送信部１の各送信端子１ａ，１ｂに電気的に接続されている。プリント配線板５０２は、導体パターンからなる第３の信号線５１及び第４の信号線５２を有しており、各信号線５１，５２は、差動信号受信部２の各受信端子２ａ，２ｂに電気的に接続されている。そして、信号線３と信号線５１とは、第１のケーブル４１により電気的に接続されており、信号線４と信号線５２とは、第２のケーブル４２により電気的に接続されている。
【００１９】
これにより、差動信号送信部１の第１送信端子１ａと、差動信号受信部２の第１の受信端子２ａとは、第１の信号線３により、第１のケーブル４１及び第３の信号線５１を介して電気的に接続されている。また、差動信号送信部１の第２の送信端子１ｂと差動信号受信部２の第２の受信端子２ｂとは、第２の信号線４により、第２のケーブル４２及び第４の信号線５２を介して電気的に接続されている。
【００２０】
差動信号送信部１は、一対の信号線３，４に差動信号を出力することで、差動信号受信部２に差動信号を送信する。差動信号受信部２は、差動信号送信部１により送信された差動信号を受信する。差動信号はデジタル信号であり、データをシリアル化したシリアル信号である。そして、差動信号のうち、第１の信号線３を伝送する信号成分と第２の信号線４を伝送する信号成分とは互いに逆位相となっている。差動信号受信部２は、これら信号成分の電圧の差分から差動信号の電圧レベル（ハイレベル、ローレベル）を判別し、データを再生する。
【００２１】
また、差動伝送回路１００は、第１及び第２の信号線３，４に設けられたフィルタ回路としてのローパスフィルタ（以下、ＬＰＦという）６を備えている。ＬＰＦ６は、差動信号送信部１近傍に設けられている。具体的には、ＬＰＦ６は、プリント配線板５０１に実装されている。これらプリント配線板５０１、差動信号送信部１及びＬＰＦ６により、プリント回路板５００が構成されている。以下、ＬＰＦ６の具体的な構成について説明する。
【００２２】
ＬＰＦ６は、インダクタ部８と、インダクタ部８の入力側に設けられた入力側コンデンサ部７と、インダクタ部８の出力側、即ちインダクタ部８と差動信号受信部２との間に設けられた出力側コンデンサ部９とを有して構成されている。
【００２３】
インダクタ部８は、第１の信号線３に設けられた第１のインダクタ１１と、第２の信号線４に設けられた第２のインダクタ１２とを有してなる。第１のインダクタ１１は、２つの端子１１ａ，１１ｂを有し、第２のインダクタ１２は、２つの端子１２ａ，１２ｂを有している。インダクタ１１，１２は、信号線３，４に直列に設けられており、インダクタ１１，１２の一方の端子（一端）１１ａ，１２ａが信号入力端となり、他方の端子（他端）１１ｂ，１２ｂが信号出力端となる。
【００２４】
入力側コンデンサ部７は、第１、第２及び第３のコンデンサ２１，２２，２３からなる。第１のコンデンサ２１は、２つの端子２１ａ，２１ｂを有している。第２のコンデンサ２２は、２つの端子２２ａ，２２ｂを有している。第３のコンデンサ２３は、２つの端子２３ａ，２３ｂを有している。第１のコンデンサ２１は、一方の端子（一端）２１ａが第１のインダクタ１１の信号入力端である端子１１ａに電気的に接続され、他方の端子（他端）２１ｂが第２のインダクタ１２の信号入力端である端子１２ａに電気的に接続されている。つまり、第１のコンデンサ２１は、信号線３，４間に設けられている。
【００２５】
第２のコンデンサ２２は、一方の端子（一端）２２ａが第１のインダクタ１１の信号入力端である端子１１ａに電気的に接続され、他方の端子（他端）２２ｂがグラウンド（ＧＮＤ）に電気的に接続されている。つまり、第２のコンデンサ２２の端子２２ａが、第１の信号線３に電気的に接続されている。
【００２６】
また、第３のコンデンサ２３は、一方の端子（一端）２３ａが第２のインダクタ１２の信号入力端である端子１２ａに電気的に接続され、他方の端子（他端）２３ｂがグラウンド（ＧＮＤ）に電気的に接続されている。つまり、第３のコンデンサ２３の端子２３ａが、第２の信号線４に電気的に接続されている。
【００２７】
出力側コンデンサ部９は、インダクタ部８と差動信号受信部２との間に設けられた第４のコンデンサ３１からなる。第４のコンデンサ３１は、コンデンサ素子で構成されている。第４のコンデンサ３１は、２つの端子３１ａ，３１ｂを有している。第４のコンデンサ３１は、一方の端子（一端）３１ａが第１のインダクタ１１の信号出力端である端子１１ｂに電気的に接続され、他方の端子（他端）３１ｂが第２のインダクタ１２の信号出力端である端子１２ｂに電気的に接続されている。
【００２８】
入力側コンデンサ部７、インダクタ部８及び出力側コンデンサ部９は、ノーマルモード成分に対しては、π型フィルタとして機能する。従って、π型フィルタとして機能する入力側コンデンサ部７、インダクタ部８及び出力側コンデンサ部９が協働することにより、差動信号に含まれるノーマルモード成分（具体的には、第１エンベロープよりも高い周波数帯、即ち高調波成分）が減衰される。
【００２９】
一方、差動信号送信部１から出力された差動信号に含まれるコモンモード成分は、主に入力側コンデンサ部７の第２及び第３のコンデンサ２２，２３を通過してグラウンド（ＧＮＤ）に流れる。したがって、差動信号送信部１から出力された差動信号に含まれるコモンモード成分はＬＰＦ６で効果的に減衰される。
【００３０】
本第１実施形態では、第２のコンデンサ２２と第３のコンデンサ２３とは、静電容量の公称値が同一の値のコンデンサ素子を使用している。ここで、第１のコンデンサ２１の静電容量の公称値をＣ１、第２及び第３のコンデンサ２２，２３のそれぞれの静電容量の公称値をＣ２とする。ノーマルモード成分の信号に対して、入力側コンデンサ部７の合成容量の値をＣＴとすると、ＣＴは、以下の式１で表される。
【００３１】
【数１】
【００３２】
一方、従来例である図７において、ＣＴは以下の式２で表される。
【００３３】
【数２】
【００３４】
合成容量値ＣＴは、ＬＰＦ６を構成する素子の１つのため、その値は一意的に決定される。そのため、本第１実施形態の構成においては、公称値Ｃ１とする第１のコンデンサ２１が挿入されていることにより、従来例よりも第２及び第３のコンデンサ２２，２３の公称値Ｃ２の値を小さくすることができる。
【００３５】
ここで、同じ公称値のコンデンサであっても、許容差により実際の静電容量の値にはばらつきが存在する。このように、第２のコンデンサ２２の静電容量の値と、第３のコンデンサ２３の静電容量の値とにばらつきがあったとしても、従来よりも小さい値の公称値Ｃ２のコンデンサ素子を用いているため、静電容量のばらつきの大きさは、従来よりも小さくなる。つまり、合成容量値ＣＴに対する誤差を小さくすることが可能となる。したがって、入力側コンデンサ部７において、ノーマルモード成分からコモンモード成分に変換される、即ち、コモンモード成分が発生するのを抑制することができる。
【００３６】
よって、ＬＰＦ６は、差動信号に含まれるコモンモード成分を減衰させると共に、コモンモード成分の発生も抑制しているので、第１及び第２の信号線３，４からの放射ノイズを低減させることができる。更に、本第１実施形態では、第１及び第２の信号線３，４にコモンモード成分が発生するのが低減されるので、第１及び第２のケーブル４１，４２を伝搬するコモンモード成分が低減される。したがって、第１及び第２のケーブル４１，４２からの放射ノイズも低減することができる。
【００３７】
また、従来、２つのコンデンサ４０３，４０４（図７）の静電容量値のばらつきに起因してコモンモード成分が発生していた。これに対し、本第１実施形態では、コンデンサ４０３，４０４の代わりに、インダクタ１１，１２の信号出力端である端子１１ｂ，１２ｂ間に第４のコンデンサ３１が電気的に接続されている。これにより、ノーマルモード成分に対しては、インダクタ１１の端子１１ｂと仮想的なグラウンドとの間に、第４のコンデンサ３１の２倍の静電容量値のコンデンサが設けられているのと等価である。また、ノーマルモード成分に対しては、インダクタ１２の端子１２ｂと仮想的なグラウンドとの間に、第４のコンデンサ３１の２倍の静電容量値のコンデンサが設けられているのと等価である。したがって、第４のコンデンサ３１による、インダクタ１１の端子１１ｂと仮想グラウンドと間の静電容量値と、インダクタ１２の端子１２ｂと仮想グラウンドとの間の静電容量値とにばらつきはない。これにより、出力側コンデンサ部９における静電容量値のばらつきに起因するコモンモード成分の発生が防止される。
【００３８】
本第１実施形態では、出力側コンデンサ部９においてコモンモード成分の発生を防止しているので、より効果的に第１及び第２の信号線３，４からの放射ノイズを低減させることができる。更には、第１及び第２のケーブル４１，４２に伝搬するコモンモード成分が効果的に低減されるので、第１及び第２のケーブル４１，４２からの放射ノイズも効果的に低減させることができる。
【００３９】
［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態に係る差動伝送回路の概略構成を示す電気回路図である。なお、図２において図１と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。上記第１実施形態では、出力側コンデンサ部９が、図１に示した第４のコンデンサ３１のみからなる場合について説明したが、図２に示したように、第５のコンデンサ６３２及び第６のコンデンサ６３３からなる構成であっても構わない。
【００４０】
図２において、差動伝送回路２００は、上記第１実施形態と同様、差動信号送信部１と、差動信号受信部２と、第１の信号線３及び第２の信号線４からなる差動信号配線５と、を有している。
【００４１】
更に、本第２実施形態では、差動伝送回路２００は、上記第１実施形態とは異なる構成のフィルタ回路であるローパスフィルタ（ＬＰＦ）６０６を備えている。ＬＰＦ６０６は、プリント配線板５０１に実装されている。これらプリント配線板５０１、差動信号送信部１及びＬＰＦ６０６により、プリント回路板６００が構成されている。
【００４２】
ＬＰＦ６０６は、上記第１実施形態と同様、入力側コンデンサ部７と、インダクタ部８と、を有している。本第２実施形態では、ＬＰＦ６０６は、上記第１実施形態の出力側コンデンサ部９とは異なる構成の出力側コンデンサ部６０９を有している。
【００４３】
出力側コンデンサ部６０９は、第５のコンデンサ６３２と、第６のコンデンサ６３３とを有している。各コンデンサ６３２，６３３は、コンデンサ素子で構成されている。第５のコンデンサ６３２は、２つの端子６３２ａ，６３２ｂを有している。第６のコンデンサ６３３は、２つの端子６３３ａ，６３３ｂを有している。
【００４４】
第５のコンデンサ６３２は、一方の端子（一端）６３２ａが第１のインダクタ１１の信号出力端である端子１１ｂに電気的に接続され、他方の端子（他端）６３２ｂがグラウンド（ＧＮＤ）に電気的に接続されている。つまり、第５のコンデンサ６３２の端子６３２ａは、第１の信号線３に電気的に接続されている。
【００４５】
また、第６のコンデンサ６３３は、一方の端子（一端）６３３ａが第２のインダクタ１２の信号出力端である端子１２ｂに電気的に接続され、他方の端子（他端）６３３ｂがグラウンド（ＧＮＤ）に電気的に接続されている。つまり、第６のコンデンサ６３３の端子６３３ａは、第２の信号線４に電気的に接続されている。
【００４６】
以上、本第２実施形態によっても、上記第１実施形態と同様、第１及び第２の信号線３，４からの放射ノイズを低減させることができ、更には、第１及び第２のケーブル４１，４２からの放射ノイズを低減させることができる。
【００４７】
［第３実施形態］
図３は、本発明の第３実施形態に係る差動伝送回路の概略構成を示す電気回路図である。なお、図３において図１と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。上記第１実施形態では、出力側コンデンサ部９が、図１に示した第４のコンデンサ３１のみからなる場合について説明したが、図３に示したように、更に、第５のコンデンサ７３２及び第６のコンデンサ７３３を設けた構成であっても構わない。
【００４８】
図３において、差動伝送回路３００は、上記第１実施形態と同様、差動信号送信部１と、差動信号受信部２と、第１の信号線３及び第２の信号線４からなる差動信号配線５と、を有している。
【００４９】
更に、本第３実施形態では、差動伝送回路３００は、上記第１及び第２実施形態とは異なる構成のフィルタ回路であるローパスフィルタ（ＬＰＦ）７０６を備えている。ＬＰＦ７０６は、プリント配線板５０１に実装されている。これらプリント配線板５０１、差動信号送信部１及びＬＰＦ７０６により、プリント回路板７００が構成されている。
【００５０】
ＬＰＦ７０６は、上記第１実施形態と同様、入力側コンデンサ部７と、インダクタ部８と、を有している。本第３実施形態では、ＬＰＦ７０６は、上記第１及び第２実施形態の出力側コンデンサ部９，６０９とは異なる構成の出力側コンデンサ部７０９を有している。
【００５１】
出力側コンデンサ部７０９は、第４のコンデンサ７３１と、第５のコンデンサ７３２と、第６のコンデンサ７３３とを有している。各コンデンサ７３１，７３２，７３３は、コンデンサ素子で構成されている。第４のコンデンサ７３１は、２つの端子７３１ａ，７３１ｂを有している。第５のコンデンサ７３２は、２つの端子７３２ａ，７３２ｂを有している。第６のコンデンサ７３３は、２つの端子７３３ａ，７３３ｂを有している。
【００５２】
第４のコンデンサ７３１は、一方の端子（一端）７３１ａが第１のインダクタ１１の信号出力端である端子１１ｂに電気的に接続され、他方の端子（他端）７３１ｂが第２のインダクタ１２の信号出力端である端子１２ｂに電気的に接続されている。
【００５３】
第５のコンデンサ７３２は、一方の端子（一端）７３２ａが第１のインダクタ１１の信号出力端である端子１１ｂに電気的に接続され、他方の端子（他端）７３２ｂがグラウンド（ＧＮＤ）に電気的に接続されている。
【００５４】
第６のコンデンサ７３３は、一方の端子（一端）７３３ａが第２のインダクタ１２の信号出力端である端子１２ｂに電気的に接続され、他方の端子（他端）７３３ｂがグラウンド（ＧＮＤ）に電気的に接続されている。
【００５５】
以上、本第３実施形態によっても、上記第１実施形態と同様、第１及び第２の信号線３，４からの放射ノイズを低減させることができ、更には、第１及び第２のケーブル４１，４２からの放射ノイズを低減させることができる。
【実施例】
【００５６】
次に、図１に示した本発明の第１実施形態に係る差動伝送回路１００の具体的な実施例について説明する。
【００５７】
図１に示す差動伝送回路１００において、第１及び第２のインダクタ１１，１２のインダクタンス値Ｌ１，Ｌ２を３９ｎＨ、第４のコンデンサ３１の静電容量値Ｃ３を２．７ｐＦ、入力側コンデンサ部７における合成容量値ＣＴを１８ｐＦとした。
【００５８】
ここで、第２及び第３のコンデンサ２２，２３は公称値Ｃ２に対して±１０％のばらつき（許容差）を有しているものとし、ばらつきの最大値として２０％のばらつきをもつ状態でシミュレーションを行い、コモンモード成分の発生量を算出した。シミュレーションには、４ポートのＳパラメータ計算を用い、各ポート（１ａ，２ａ，１ｂ，２ｂ）の基準インピーダンスを５０Ω、計算する周波数範囲を１ＧＨｚに設定した。
【００５９】
図４は、Ｃ１とＣ２の比率（Ｃ１／Ｃ２）に対する、ＬＰＦ６において発生するコモンモード成分の発生量の最大値を示すグラフである。図４において、横軸をＣ１とＣ２の比率（Ｃ１／Ｃ２）、縦軸をコモンモード成分の発生量の最大値で表している。図４中、上記素子値の条件のＬＰＦ６から発生するコモンモード成分を実線で示している。
【００６０】
たとえば（Ｃ１／Ｃ２）が１の場合、ＣＴを１８ｐＦとするためには、コンデンサ２１の容量の公称値Ｃ１は１２ｐＦ、コンデンサ２２，２３の容量の公称値Ｃ２は１２ｐＦとなる。ただしＣ２は２０％のばらつきを持っているので、コンデンサ２２を１３．２ｐＦ、コンデンサ２３を１０．８ｐＦとして計算した。
【００６１】
また（Ｃ１／Ｃ２）が２の場合、ＣＴを１８ｐＦとするためには、コンデンサ２１の容量の公称値Ｃ１は１４．４ｐＦ、コンデンサ２２，２３の容量の公称値Ｃ２は７．２ｐＦとなる。ただしＣ２は２０％のばらつきを持っているので、コンデンサ２２を６．４８ｐＦ、コンデンサ２３を７．９２ｐＦとして計算した。
【００６２】
また、図７に示した従来例のＬＰＦの構成において、インダクタ２０１，２０２のインダクタンス値を３９ｎＨ、コンデンサ４０３，４０４の容量値Ｃ４を各々５．４ｐＦ、コンデンサ４０１，４０２の合成容量値ＣＴを１８ｐＦとした。ここで、コンデンサ４０１，４０２の容量値Ｃ２と、コンデンサ４０３，４０４の容量値Ｃ４は、±１０％のばらつきを有しているものとし、ばらつきの最大値として２０％のばらつきをもつ状態でシミュレーションを行った。すなわち、コンデンサ４０１を３２．４ｐＦ、コンデンサ４０２を３９．６ｐＦ、コンデンサ４０３を５．９４ｐＦ、コンデンサ４０４を４．８６ｐＦとして、コモンモード成分の発生量を算出した。従来例の結果を図４中、点線で示している。
【００６３】
図４に示すように、Ｃ１とＣ２の比率の値が増加するに連れて、コモンモード成分の発生量が抑制されていくことが分かる。また、一般的に、放射ノイズが抑制されたという状態の指標値としては、低減効果として６ｄＢあれば充分である。ここで、図４より、従来例と比較して６ｄＢ低減する、Ｃ１とＣ２の比率の値は０．７５となる。つまり、Ｃ１とＣ２の比率の値が０．７５以上であれば、ＬＰＦ６におけるコモンモード成分の発生量を充分に抑制できる。
【００６４】
次に、ＬＰＦ６について、コモンモード成分に対する低減能力を明らかにするために、ＬＰＦ６におけるコモンモード成分に対する透過量を算出した。その結果を図５に示す。図５は、Ｃ１とＣ２の比率（Ｃ１／Ｃ２）に対する、ＬＰＦ６におけるコモンモード成分の透過量の最小値で表したグラフである。図５において、横軸をＣ１とＣ２の比率（Ｃ１／Ｃ２）、縦軸をコモンモード成分の透過量の最小値で表している。図５中、上記素子値の条件のＬＰＦ６から透過するコモンモード成分を実線で示している。
【００６５】
なお、ここでいうコモンモード成分の透過量の最小値とは、放射ノイズ規格周波数帯域の範囲におけるものであり、ここでは、１ＧＨｚまでの周波数帯域について説明する。また、ここでいうコモンモード成分とは、差動信号送信部１に起因するコモンモード成分のことである。
【００６６】
一方、比較例として、ノーマルモード成分に対してＬＰＦ６と同一の透過特性を持ち、ＬＰＦを構成するコンデンサ３０１，３０２が差動伝送路間にのみ接続されている差動伝送回路を図６に示す。図６に示すＬＰＦは、２つのインダクタ２０１，２０２と、インダクタ２０１，２０２の信号入力端間に接続されたコンデンサ３０１と、インダクタ２０１、２０２の信号出力端間に接続されたコンデンサ３０２とを有している。図６に示した比較例のＬＰＦの構成において、インダクタ２０１，２０２のインダクタンス値を３９ｎＨ、コンデンサ３０１の容量値を１８ｐＦ、コンデンサ３０２の容量値を２．７ｐＦとした。この比較例のＬＰＦについて、本実施例のＬＰＦ６と同様にコモンモード成分に対する透過量を算出した。比較例の結果を図５に点線で示している。
【００６７】
図６に示すＬＰＦのコンデンサ３０１，３０２は差動伝送路間に接続されているため、同一方向に流れるコモンモード成分に対しては影響を与えない。そのため、図５に示すように、コモンモード成分の透過量は、ＬＰＦ６よりも大きい。
【００６８】
これに対し、本実施例のＬＰＦ６では、差動信号送信部１からのコモンモード成分は、図１に示すコンデンサ２２，２３を介してグラウンド（ＧＮＤ）に流すことができる。そのため、図６に示す回路構成と比べて、コモンモード成分の透過量を小さくすることができる。
【００６９】
また、図５より、Ｃ１とＣ２の比率の値が増加するに連れて、コモンモード成分の透過量も増加していくことが分かる。一般的に、放射ノイズが抑制されたという状態の指標値としては、低減効果として６ｄＢあれば充分である。ここで、図５より、比較例と比べて透過量が６ｄＢ低減する、Ｃ１とＣ２の比率の値は２．２５となる。つまり、Ｃ１とＣ２の比率の値が２．２５以下であれば、差動信号送信部１に起因するコモンモード成分を充分低減することができる。
【００７０】
以上まとめると、図４と図５より、コンデンサ２２，２３の静電容量の差が２０％以内であり、Ｃ１とＣ２の比率の値が０．７５以上２．２５以下であれば、コンデンサ２２，２３の静電容量のばらつきによるコモンモード成分の発生を効果的に抑制できる。更に、ＬＰＦ６は、Ｃ１とＣ２の比率の値が以上の条件であれば、差動信号送信部１に起因するコモンモード成分も効果的に低減することができる。
【００７１】
なお、本発明は、以上説明した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。
【００７２】
上記第１〜第３実施形態では、差動信号送信部と差動信号受信部とが互いに異なるプリント配線板に実装されてケーブルで電気的に接続されている場合について説明したが、これに限定するものではない。差動信号送信部と差動信号受信部とが同一のプリント配線板に実装されている場合であっても同様の効果を奏するものである。この場合、プリント配線板と、プリント配線板に実装された差動信号送信部、差動信号受信部及びフィルタ回路とを有してプリント回路板が構成される。
【符号の説明】
【００７３】
１…差動信号送信部、２…差動信号受信部、３…第１の信号線、４…第２の信号線、６…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、７…入力側コンデンサ部、８…インダクタ部、９…出力側コンデンサ部、１１…第１のインダクタ、１２…第２のインダクタ、２１…第１のコンデンサ、２２…第２のコンデンサ、２３…第３のコンデンサ、３１…出力側コンデンサ、１００…差動伝送回路、ＧＮＤ…グラウンド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気・電子機器等のデジタルデータ伝送方式に適用される差動伝送回路及びプリント回路板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のデジタル複合機やデジタルカメラに代表されるような電気・電子機器は、高速化、高精彩化の要求が高まっており、大容量のデジタル信号の高速伝送が必要となっている。そのため、大容量データを高速に伝送することが可能な差動信号伝送方式が広く用いられるようになっている。
【０００３】
差動信号伝送方式において、信号伝送に必要な基本信号は、一対の信号線のそれぞれに振幅がほぼ等しく、互いに極性が反転したノーマルモード成分により伝送される。また、ノーマルモード成分には、信号伝送に必要な基本信号の成分のほか、基本信号の周波数の高調波成分の信号も含まれている。しかしながらノーマルモード成分は、互いの電流が発生する磁束を打ち消し合うため、高調波成分に起因する差動伝送路からの放射ノイズを抑制することができる。
【０００４】
一方、差動信号伝送方式では、ノーマルモード成分の他に、一対の信号線に互いの極性が同一なコモンモード成分の信号も伝送される。コモンモード成分は、差動信号送信部に起因するノーマルモード成分のアンバランス性や、一対の信号線でのアンバランスによって、ノーマルモード成分が変換されることによって発生する。また、このコモンモード成分は、一対の信号線上を互いに同一方向に電流が流れ、発生する磁束が強め合うため、差動伝送路からの放射ノイズが大きくなってしまう。
【０００５】
このような放射ノイズを抑制する方法として、特許文献１には、差動信号受信部にてデータ再生に必要な周波数スペクトラムを通過させるローパスフィルタ（ＬＰＦ）によって帯域制限を行ない、高域の不要なスペクトラムを除去することが記載されている。
【０００６】
図７は、従来例の差動伝送回路の概略構成を示す電気回路図である。この図７では、特許文献１におけるＬＰＦを簡略化したものを図示している。図７に示すＬＰＦの場合、ノーマルモード成分は、π型フィルタを構成するコンデンサ４０１、インダクタ２０１及びコンデンサ４０３と、コンデンサ４０２、インダクタ２０２及びコンデンサ４０４とにより、その高調波成分の透過量を低減させている。一方、コモンモード成分は、主にコンデンサ４０１，４０２を介してグラウンド（ＧＮＤ）に流すことで、コモンモード成分の透過量を低減させている。つまり、このような構成にすることによって、差動信号送信部に起因するコモンモード成分を低減し、一対の信号線からの放射ノイズを低減させようとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平４−３７２２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、通常市販されているコンデンサの静電容量値は、ある一定の規格には入っているものの、一致しているわけではない。通常、公称値に対して±１０％程度の誤差を含んでいる。このコンデンサの静電容量値のばらつきは、伝送する信号の周波数が１ＧＨｚ以上になるとその影響が大きくなる。
【０００９】
上記特許文献１において、グラウンド（ＧＮＤ）に電気的に接続されるコンデンサ４０１，４０２，４０３，４０４の静電容量の値には、ばらつきが存在する。コンデンサ４０１，４０２，４０３，４０４の静電容量の値にばらつきがあると、一対の信号線にアンバランスが存在することになるため、ノーマルモード成分がコモンモード成分に変換されてしまい、コモンモード成分が発生してしまうことになる。したがって、従来のＬＰＦではコモンモード成分の発生量が多く、放射ノイズの低減効果が低かったため、ＬＰＦでコモンモード成分が発生するのを抑制する必要があった。
【００１０】
そこで、本発明は、コモンモード成分が発生するのを抑制することで、放射ノイズを低減できる差動伝送回路及びプリント回路板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】
【００１１】
本発明は、差動信号を送信する差動信号送信部と、差動信号を受信する差動信号受信部と、前記差動信号送信部と前記差動信号受信部とを電気的に接続する第１の信号線及び第２の信号線と、を備えた差動伝送回路において、前記第１の信号線に設けられた第１のインダクタ、前記第２の信号線に設けられた第２のインダクタを有するインダクタ部と、一端が前記第１のインダクタの信号入力端に電気的に接続され、他端が前記第２のインダクタの信号入力端に電気的に接続された第１のコンデンサ、一端が前記第１のインダクタの信号入力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第２のコンデンサ、一端が前記第２のインダクタの信号入力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第３のコンデンサを有する入力側コンデンサ部と、前記インダクタ部と前記差動信号受信部との間に設けられ、前記インダクタ部及び前記入力側コンデンサ部と協働して差動信号に含まれるノーマルモード成分を減衰させる出力側コンデンサ部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、入力側コンデンサ部の第２のコンデンサと第３のコンデンサとの静電容量の値のばらつきに起因して発生するコモンモード成分が抑制される。したがって、第１及び第２の信号線を伝搬する差動信号において、コモンモード成分が低減されるので、第１及び第２の信号線からの放射ノイズが低減する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態に係る差動伝送回路の概略構成を示す電気回路図である。
【図２】第２実施形態に係る差動伝送回路の概略構成を示す電気回路図である。
【図３】第３実施形態に係る差動伝送回路の概略構成を示す電気回路図である。
【図４】Ｃ１とＣ２の比率に対する、コモンモード成分の発生量の最大値を示すグラフである。
【図５】Ｃ１とＣ２の比率に対する、コモンモード成分の透過量の最小値で表したグラフである。
【図６】比較例の差動伝送回路の概略構成を示す電気回路図である。
【図７】従来例の差動伝送回路の概略構成を示す電気回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１５】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る差動伝送回路の概略構成を示す電気回路図である。差動伝送回路１００は、半導体素子で構成された差動信号送信部１と、半導体素子で構成された差動信号受信部２と、差動信号送信部１と差動信号受信部２とを電気的に接続する第１の信号線３及び第２の信号線４と、を有している。これら一対の信号線３，４により差動信号配線５が構成されている。
【００１６】
第１の信号線３及び第２の信号線４は、プリント配線板５０１に形成された導体パターンである。差動信号送信部１は、プリント配線板５０１に実装されている。また、差動信号受信部２は、プリント配線板５０２に実装されている。
【００１７】
差動信号送信部１は、第１の送信端である第１の送信端子１ａと、第２の送信端である第２の送信端子１ｂとを有し、差動信号受信部２は、第１の受信端である第１の受信端子２ａと、第２の受信端である第２の受信端子２ｂとを有している。
【００１８】
プリント配線板５０１の各信号線３，４は、差動信号送信部１の各送信端子１ａ，１ｂに電気的に接続されている。プリント配線板５０２は、導体パターンからなる第３の信号線５１及び第４の信号線５２を有しており、各信号線５１，５２は、差動信号受信部２の各受信端子２ａ，２ｂに電気的に接続されている。そして、信号線３と信号線５１とは、第１のケーブル４１により電気的に接続されており、信号線４と信号線５２とは、第２のケーブル４２により電気的に接続されている。
【００１９】
これにより、差動信号送信部１の第１送信端子１ａと、差動信号受信部２の第１の受信端子２ａとは、第１の信号線３により、第１のケーブル４１及び第３の信号線５１を介して電気的に接続されている。また、差動信号送信部１の第２の送信端子１ｂと差動信号受信部２の第２の受信端子２ｂとは、第２の信号線４により、第２のケーブル４２及び第４の信号線５２を介して電気的に接続されている。
【００２０】
差動信号送信部１は、一対の信号線３，４に差動信号を出力することで、差動信号受信部２に差動信号を送信する。差動信号受信部２は、差動信号送信部１により送信された差動信号を受信する。差動信号はデジタル信号であり、データをシリアル化したシリアル信号である。そして、差動信号のうち、第１の信号線３を伝送する信号成分と第２の信号線４を伝送する信号成分とは互いに逆位相となっている。差動信号受信部２は、これら信号成分の電圧の差分から差動信号の電圧レベル（ハイレベル、ローレベル）を判別し、データを再生する。
【００２１】
また、差動伝送回路１００は、第１及び第２の信号線３，４に設けられたフィルタ回路としてのローパスフィルタ（以下、ＬＰＦという）６を備えている。ＬＰＦ６は、差動信号送信部１近傍に設けられている。具体的には、ＬＰＦ６は、プリント配線板５０１に実装されている。これらプリント配線板５０１、差動信号送信部１及びＬＰＦ６により、プリント回路板５００が構成されている。以下、ＬＰＦ６の具体的な構成について説明する。
【００２２】
ＬＰＦ６は、インダクタ部８と、インダクタ部８の入力側に設けられた入力側コンデンサ部７と、インダクタ部８の出力側、即ちインダクタ部８と差動信号受信部２との間に設けられた出力側コンデンサ部９とを有して構成されている。
【００２３】
インダクタ部８は、第１の信号線３に設けられた第１のインダクタ１１と、第２の信号線４に設けられた第２のインダクタ１２とを有してなる。第１のインダクタ１１は、２つの端子１１ａ，１１ｂを有し、第２のインダクタ１２は、２つの端子１２ａ，１２ｂを有している。インダクタ１１，１２は、信号線３，４に直列に設けられており、インダクタ１１，１２の一方の端子（一端）１１ａ，１２ａが信号入力端となり、他方の端子（他端）１１ｂ，１２ｂが信号出力端となる。
【００２４】
入力側コンデンサ部７は、第１、第２及び第３のコンデンサ２１，２２，２３からなる。第１のコンデンサ２１は、２つの端子２１ａ，２１ｂを有している。第２のコンデンサ２２は、２つの端子２２ａ，２２ｂを有している。第３のコンデンサ２３は、２つの端子２３ａ，２３ｂを有している。第１のコンデンサ２１は、一方の端子（一端）２１ａが第１のインダクタ１１の信号入力端である端子１１ａに電気的に接続され、他方の端子（他端）２１ｂが第２のインダクタ１２の信号入力端である端子１２ａに電気的に接続されている。つまり、第１のコンデンサ２１は、信号線３，４間に設けられている。
【００２５】
第２のコンデンサ２２は、一方の端子（一端）２２ａが第１のインダクタ１１の信号入力端である端子１１ａに電気的に接続され、他方の端子（他端）２２ｂがグラウンド（ＧＮＤ）に電気的に接続されている。つまり、第２のコンデンサ２２の端子２２ａが、第１の信号線３に電気的に接続されている。
【００２６】
また、第３のコンデンサ２３は、一方の端子（一端）２３ａが第２のインダクタ１２の信号入力端である端子１２ａに電気的に接続され、他方の端子（他端）２３ｂがグラウンド（ＧＮＤ）に電気的に接続されている。つまり、第３のコンデンサ２３の端子２３ａが、第２の信号線４に電気的に接続されている。
【００２７】
出力側コンデンサ部９は、インダクタ部８と差動信号受信部２との間に設けられた第４のコンデンサ３１からなる。第４のコンデンサ３１は、コンデンサ素子で構成されている。第４のコンデンサ３１は、２つの端子３１ａ，３１ｂを有している。第４のコンデンサ３１は、一方の端子（一端）３１ａが第１のインダクタ１１の信号出力端である端子１１ｂに電気的に接続され、他方の端子（他端）３１ｂが第２のインダクタ１２の信号出力端である端子１２ｂに電気的に接続されている。
【００２８】
入力側コンデンサ部７、インダクタ部８及び出力側コンデンサ部９は、ノーマルモード成分に対しては、π型フィルタとして機能する。従って、π型フィルタとして機能する入力側コンデンサ部７、インダクタ部８及び出力側コンデンサ部９が協働することにより、差動信号に含まれるノーマルモード成分（具体的には、第１エンベロープよりも高い周波数帯、即ち高調波成分）が減衰される。
【００２９】
一方、差動信号送信部１から出力された差動信号に含まれるコモンモード成分は、主に入力側コンデンサ部７の第２及び第３のコンデンサ２２，２３を通過してグラウンド（ＧＮＤ）に流れる。したがって、差動信号送信部１から出力された差動信号に含まれるコモンモード成分はＬＰＦ６で効果的に減衰される。
【００３０】
本第１実施形態では、第２のコンデンサ２２と第３のコンデンサ２３とは、静電容量の公称値が同一の値のコンデンサ素子を使用している。ここで、第１のコンデンサ２１の静電容量の公称値をＣ１、第２及び第３のコンデンサ２２，２３のそれぞれの静電容量の公称値をＣ２とする。ノーマルモード成分の信号に対して、入力側コンデンサ部７の合成容量の値をＣＴとすると、ＣＴは、以下の式１で表される。
【００３１】
【数１】
【００３２】
一方、従来例である図７において、ＣＴは以下の式２で表される。
【００３３】
【数２】
【００３４】
合成容量値ＣＴは、ＬＰＦ６を構成する素子の１つのため、その値は一意的に決定される。そのため、本第１実施形態の構成においては、公称値Ｃ１とする第１のコンデンサ２１が挿入されていることにより、従来例よりも第２及び第３のコンデンサ２２，２３の公称値Ｃ２の値を小さくすることができる。
【００３５】
ここで、同じ公称値のコンデンサであっても、許容差により実際の静電容量の値にはばらつきが存在する。このように、第２のコンデンサ２２の静電容量の値と、第３のコンデンサ２３の静電容量の値とにばらつきがあったとしても、従来よりも小さい値の公称値Ｃ２のコンデンサ素子を用いているため、静電容量のばらつきの大きさは、従来よりも小さくなる。つまり、合成容量値ＣＴに対する誤差を小さくすることが可能となる。したがって、入力側コンデンサ部７において、ノーマルモード成分からコモンモード成分に変換される、即ち、コモンモード成分が発生するのを抑制することができる。
【００３６】
よって、ＬＰＦ６は、差動信号に含まれるコモンモード成分を減衰させると共に、コモンモード成分の発生も抑制しているので、第１及び第２の信号線３，４からの放射ノイズを低減させることができる。更に、本第１実施形態では、第１及び第２の信号線３，４にコモンモード成分が発生するのが低減されるので、第１及び第２のケーブル４１，４２を伝搬するコモンモード成分が低減される。したがって、第１及び第２のケーブル４１，４２からの放射ノイズも低減することができる。
【００３７】
また、従来、２つのコンデンサ４０３，４０４（図７）の静電容量値のばらつきに起因してコモンモード成分が発生していた。これに対し、本第１実施形態では、コンデンサ４０３，４０４の代わりに、インダクタ１１，１２の信号出力端である端子１１ｂ，１２ｂ間に第４のコンデンサ３１が電気的に接続されている。これにより、ノーマルモード成分に対しては、インダクタ１１の端子１１ｂと仮想的なグラウンドとの間に、第４のコンデンサ３１の２倍の静電容量値のコンデンサが設けられているのと等価である。また、ノーマルモード成分に対しては、インダクタ１２の端子１２ｂと仮想的なグラウンドとの間に、第４のコンデンサ３１の２倍の静電容量値のコンデンサが設けられているのと等価である。したがって、第４のコンデンサ３１による、インダクタ１１の端子１１ｂと仮想グラウンドと間の静電容量値と、インダクタ１２の端子１２ｂと仮想グラウンドとの間の静電容量値とにばらつきはない。これにより、出力側コンデンサ部９における静電容量値のばらつきに起因するコモンモード成分の発生が防止される。
【００３８】
本第１実施形態では、出力側コンデンサ部９においてコモンモード成分の発生を防止しているので、より効果的に第１及び第２の信号線３，４からの放射ノイズを低減させることができる。更には、第１及び第２のケーブル４１，４２に伝搬するコモンモード成分が効果的に低減されるので、第１及び第２のケーブル４１，４２からの放射ノイズも効果的に低減させることができる。
【００３９】
［第２実施形態］
図２は、本発明の第２実施形態に係る差動伝送回路の概略構成を示す電気回路図である。なお、図２において図１と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。上記第１実施形態では、出力側コンデンサ部９が、図１に示した第４のコンデンサ３１のみからなる場合について説明したが、図２に示したように、第５のコンデンサ６３２及び第６のコンデンサ６３３からなる構成であっても構わない。
【００４０】
図２において、差動伝送回路２００は、上記第１実施形態と同様、差動信号送信部１と、差動信号受信部２と、第１の信号線３及び第２の信号線４からなる差動信号配線５と、を有している。
【００４１】
更に、本第２実施形態では、差動伝送回路２００は、上記第１実施形態とは異なる構成のフィルタ回路であるローパスフィルタ（ＬＰＦ）６０６を備えている。ＬＰＦ６０６は、プリント配線板５０１に実装されている。これらプリント配線板５０１、差動信号送信部１及びＬＰＦ６０６により、プリント回路板６００が構成されている。
【００４２】
ＬＰＦ６０６は、上記第１実施形態と同様、入力側コンデンサ部７と、インダクタ部８と、を有している。本第２実施形態では、ＬＰＦ６０６は、上記第１実施形態の出力側コンデンサ部９とは異なる構成の出力側コンデンサ部６０９を有している。
【００４３】
出力側コンデンサ部６０９は、第５のコンデンサ６３２と、第６のコンデンサ６３３とを有している。各コンデンサ６３２，６３３は、コンデンサ素子で構成されている。第５のコンデンサ６３２は、２つの端子６３２ａ，６３２ｂを有している。第６のコンデンサ６３３は、２つの端子６３３ａ，６３３ｂを有している。
【００４４】
第５のコンデンサ６３２は、一方の端子（一端）６３２ａが第１のインダクタ１１の信号出力端である端子１１ｂに電気的に接続され、他方の端子（他端）６３２ｂがグラウンド（ＧＮＤ）に電気的に接続されている。つまり、第５のコンデンサ６３２の端子６３２ａは、第１の信号線３に電気的に接続されている。
【００４５】
また、第６のコンデンサ６３３は、一方の端子（一端）６３３ａが第２のインダクタ１２の信号出力端である端子１２ｂに電気的に接続され、他方の端子（他端）６３３ｂがグラウンド（ＧＮＤ）に電気的に接続されている。つまり、第６のコンデンサ６３３の端子６３３ａは、第２の信号線４に電気的に接続されている。
【００４６】
以上、本第２実施形態によっても、上記第１実施形態と同様、第１及び第２の信号線３，４からの放射ノイズを低減させることができ、更には、第１及び第２のケーブル４１，４２からの放射ノイズを低減させることができる。
【００４７】
［第３実施形態］
図３は、本発明の第３実施形態に係る差動伝送回路の概略構成を示す電気回路図である。なお、図３において図１と同じ部材には同じ符号を付し、その説明は省略する。上記第１実施形態では、出力側コンデンサ部９が、図１に示した第４のコンデンサ３１のみからなる場合について説明したが、図３に示したように、更に、第５のコンデンサ７３２及び第６のコンデンサ７３３を設けた構成であっても構わない。
【００４８】
図３において、差動伝送回路３００は、上記第１実施形態と同様、差動信号送信部１と、差動信号受信部２と、第１の信号線３及び第２の信号線４からなる差動信号配線５と、を有している。
【００４９】
更に、本第３実施形態では、差動伝送回路３００は、上記第１及び第２実施形態とは異なる構成のフィルタ回路であるローパスフィルタ（ＬＰＦ）７０６を備えている。ＬＰＦ７０６は、プリント配線板５０１に実装されている。これらプリント配線板５０１、差動信号送信部１及びＬＰＦ７０６により、プリント回路板７００が構成されている。
【００５０】
ＬＰＦ７０６は、上記第１実施形態と同様、入力側コンデンサ部７と、インダクタ部８と、を有している。本第３実施形態では、ＬＰＦ７０６は、上記第１及び第２実施形態の出力側コンデンサ部９，６０９とは異なる構成の出力側コンデンサ部７０９を有している。
【００５１】
出力側コンデンサ部７０９は、第４のコンデンサ７３１と、第５のコンデンサ７３２と、第６のコンデンサ７３３とを有している。各コンデンサ７３１，７３２，７３３は、コンデンサ素子で構成されている。第４のコンデンサ７３１は、２つの端子７３１ａ，７３１ｂを有している。第５のコンデンサ７３２は、２つの端子７３２ａ，７３２ｂを有している。第６のコンデンサ７３３は、２つの端子７３３ａ，７３３ｂを有している。
【００５２】
第４のコンデンサ７３１は、一方の端子（一端）７３１ａが第１のインダクタ１１の信号出力端である端子１１ｂに電気的に接続され、他方の端子（他端）７３１ｂが第２のインダクタ１２の信号出力端である端子１２ｂに電気的に接続されている。
【００５３】
第５のコンデンサ７３２は、一方の端子（一端）７３２ａが第１のインダクタ１１の信号出力端である端子１１ｂに電気的に接続され、他方の端子（他端）７３２ｂがグラウンド（ＧＮＤ）に電気的に接続されている。
【００５４】
第６のコンデンサ７３３は、一方の端子（一端）７３３ａが第２のインダクタ１２の信号出力端である端子１２ｂに電気的に接続され、他方の端子（他端）７３３ｂがグラウンド（ＧＮＤ）に電気的に接続されている。
【００５５】
以上、本第３実施形態によっても、上記第１実施形態と同様、第１及び第２の信号線３，４からの放射ノイズを低減させることができ、更には、第１及び第２のケーブル４１，４２からの放射ノイズを低減させることができる。
【実施例】
【００５６】
次に、図１に示した本発明の第１実施形態に係る差動伝送回路１００の具体的な実施例について説明する。
【００５７】
図１に示す差動伝送回路１００において、第１及び第２のインダクタ１１，１２のインダクタンス値Ｌ１，Ｌ２を３９ｎＨ、第４のコンデンサ３１の静電容量値Ｃ３を２．７ｐＦ、入力側コンデンサ部７における合成容量値ＣＴを１８ｐＦとした。
【００５８】
ここで、第２及び第３のコンデンサ２２，２３は公称値Ｃ２に対して±１０％のばらつき（許容差）を有しているものとし、ばらつきの最大値として２０％のばらつきをもつ状態でシミュレーションを行い、コモンモード成分の発生量を算出した。シミュレーションには、４ポートのＳパラメータ計算を用い、各ポート（１ａ，２ａ，１ｂ，２ｂ）の基準インピーダンスを５０Ω、計算する周波数範囲を１ＧＨｚに設定した。
【００５９】
図４は、Ｃ１とＣ２の比率（Ｃ１／Ｃ２）に対する、ＬＰＦ６において発生するコモンモード成分の発生量の最大値を示すグラフである。図４において、横軸をＣ１とＣ２の比率（Ｃ１／Ｃ２）、縦軸をコモンモード成分の発生量の最大値で表している。図４中、上記素子値の条件のＬＰＦ６から発生するコモンモード成分を実線で示している。
【００６０】
たとえば（Ｃ１／Ｃ２）が１の場合、ＣＴを１８ｐＦとするためには、コンデンサ２１の容量の公称値Ｃ１は１２ｐＦ、コンデンサ２２，２３の容量の公称値Ｃ２は１２ｐＦとなる。ただしＣ２は２０％のばらつきを持っているので、コンデンサ２２を１３．２ｐＦ、コンデンサ２３を１０．８ｐＦとして計算した。
【００６１】
また（Ｃ１／Ｃ２）が２の場合、ＣＴを１８ｐＦとするためには、コンデンサ２１の容量の公称値Ｃ１は１４．４ｐＦ、コンデンサ２２，２３の容量の公称値Ｃ２は７．２ｐＦとなる。ただしＣ２は２０％のばらつきを持っているので、コンデンサ２２を６．４８ｐＦ、コンデンサ２３を７．９２ｐＦとして計算した。
【００６２】
また、図７に示した従来例のＬＰＦの構成において、インダクタ２０１，２０２のインダクタンス値を３９ｎＨ、コンデンサ４０３，４０４の容量値Ｃ４を各々５．４ｐＦ、コンデンサ４０１，４０２の合成容量値ＣＴを１８ｐＦとした。ここで、コンデンサ４０１，４０２の容量値Ｃ２と、コンデンサ４０３，４０４の容量値Ｃ４は、±１０％のばらつきを有しているものとし、ばらつきの最大値として２０％のばらつきをもつ状態でシミュレーションを行った。すなわち、コンデンサ４０１を３２．４ｐＦ、コンデンサ４０２を３９．６ｐＦ、コンデンサ４０３を５．９４ｐＦ、コンデンサ４０４を４．８６ｐＦとして、コモンモード成分の発生量を算出した。従来例の結果を図４中、点線で示している。
【００６３】
図４に示すように、Ｃ１とＣ２の比率の値が増加するに連れて、コモンモード成分の発生量が抑制されていくことが分かる。また、一般的に、放射ノイズが抑制されたという状態の指標値としては、低減効果として６ｄＢあれば充分である。ここで、図４より、従来例と比較して６ｄＢ低減する、Ｃ１とＣ２の比率の値は０．７５となる。つまり、Ｃ１とＣ２の比率の値が０．７５以上であれば、ＬＰＦ６におけるコモンモード成分の発生量を充分に抑制できる。
【００６４】
次に、ＬＰＦ６について、コモンモード成分に対する低減能力を明らかにするために、ＬＰＦ６におけるコモンモード成分に対する透過量を算出した。その結果を図５に示す。図５は、Ｃ１とＣ２の比率（Ｃ１／Ｃ２）に対する、ＬＰＦ６におけるコモンモード成分の透過量の最小値で表したグラフである。図５において、横軸をＣ１とＣ２の比率（Ｃ１／Ｃ２）、縦軸をコモンモード成分の透過量の最小値で表している。図５中、上記素子値の条件のＬＰＦ６から透過するコモンモード成分を実線で示している。
【００６５】
なお、ここでいうコモンモード成分の透過量の最小値とは、放射ノイズ規格周波数帯域の範囲におけるものであり、ここでは、１ＧＨｚまでの周波数帯域について説明する。また、ここでいうコモンモード成分とは、差動信号送信部１に起因するコモンモード成分のことである。
【００６６】
一方、比較例として、ノーマルモード成分に対してＬＰＦ６と同一の透過特性を持ち、ＬＰＦを構成するコンデンサ３０１，３０２が差動伝送路間にのみ接続されている差動伝送回路を図６に示す。図６に示すＬＰＦは、２つのインダクタ２０１，２０２と、インダクタ２０１，２０２の信号入力端間に接続されたコンデンサ３０１と、インダクタ２０１、２０２の信号出力端間に接続されたコンデンサ３０２とを有している。図６に示した比較例のＬＰＦの構成において、インダクタ２０１，２０２のインダクタンス値を３９ｎＨ、コンデンサ３０１の容量値を１８ｐＦ、コンデンサ３０２の容量値を２．７ｐＦとした。この比較例のＬＰＦについて、本実施例のＬＰＦ６と同様にコモンモード成分に対する透過量を算出した。比較例の結果を図５に点線で示している。
【００６７】
図６に示すＬＰＦのコンデンサ３０１，３０２は差動伝送路間に接続されているため、同一方向に流れるコモンモード成分に対しては影響を与えない。そのため、図５に示すように、コモンモード成分の透過量は、ＬＰＦ６よりも大きい。
【００６８】
これに対し、本実施例のＬＰＦ６では、差動信号送信部１からのコモンモード成分は、図１に示すコンデンサ２２，２３を介してグラウンド（ＧＮＤ）に流すことができる。そのため、図６に示す回路構成と比べて、コモンモード成分の透過量を小さくすることができる。
【００６９】
また、図５より、Ｃ１とＣ２の比率の値が増加するに連れて、コモンモード成分の透過量も増加していくことが分かる。一般的に、放射ノイズが抑制されたという状態の指標値としては、低減効果として６ｄＢあれば充分である。ここで、図５より、比較例と比べて透過量が６ｄＢ低減する、Ｃ１とＣ２の比率の値は２．２５となる。つまり、Ｃ１とＣ２の比率の値が２．２５以下であれば、差動信号送信部１に起因するコモンモード成分を充分低減することができる。
【００７０】
以上まとめると、図４と図５より、コンデンサ２２，２３の静電容量の差が２０％以内であり、Ｃ１とＣ２の比率の値が０．７５以上２．２５以下であれば、コンデンサ２２，２３の静電容量のばらつきによるコモンモード成分の発生を効果的に抑制できる。更に、ＬＰＦ６は、Ｃ１とＣ２の比率の値が以上の条件であれば、差動信号送信部１に起因するコモンモード成分も効果的に低減することができる。
【００７１】
なお、本発明は、以上説明した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。
【００７２】
上記第１〜第３実施形態では、差動信号送信部と差動信号受信部とが互いに異なるプリント配線板に実装されてケーブルで電気的に接続されている場合について説明したが、これに限定するものではない。差動信号送信部と差動信号受信部とが同一のプリント配線板に実装されている場合であっても同様の効果を奏するものである。この場合、プリント配線板と、プリント配線板に実装された差動信号送信部、差動信号受信部及びフィルタ回路とを有してプリント回路板が構成される。
【符号の説明】
【００７３】
１…差動信号送信部、２…差動信号受信部、３…第１の信号線、４…第２の信号線、６…ローパスフィルタ（ＬＰＦ）、７…入力側コンデンサ部、８…インダクタ部、９…出力側コンデンサ部、１１…第１のインダクタ、１２…第２のインダクタ、２１…第１のコンデンサ、２２…第２のコンデンサ、２３…第３のコンデンサ、３１…出力側コンデンサ、１００…差動伝送回路、ＧＮＤ…グラウンド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動信号を送信する差動信号送信部と、差動信号を受信する差動信号受信部と、前記差動信号送信部と前記差動信号受信部とを電気的に接続する第１の信号線及び第２の信号線と、を備えた差動伝送回路において、
前記第１の信号線に設けられた第１のインダクタ、前記第２の信号線に設けられた第２のインダクタを有するインダクタ部と、
一端が前記第１のインダクタの信号入力端に電気的に接続され、他端が前記第２のインダクタの信号入力端に電気的に接続された第１のコンデンサ、一端が前記第１のインダクタの信号入力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第２のコンデンサ、一端が前記第２のインダクタの信号入力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第３のコンデンサを有する入力側コンデンサ部と、
前記インダクタ部と前記差動信号受信部との間に設けられ、前記インダクタ部及び前記入力側コンデンサ部と協働して差動信号に含まれるノーマルモード成分を減衰させる出力側コンデンサ部と、を備えたことを特徴とする差動伝送回路。
【請求項２】
前記出力側コンデンサ部は、一端が前記第１のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端が前記第２のインダクタの信号出力端に電気的に接続された第４のコンデンサであることを特徴とする請求項１に記載の差動伝送回路。
【請求項３】
前記出力側コンデンサ部は、一端が前記第１のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第５のコンデンサと、一端が前記第２のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第６のコンデンサとからなることを特徴とする請求項１に記載の差動伝送回路。
【請求項４】
前記出力側コンデンサ部は、一端が前記第１のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端が前記第２のインダクタの信号出力端に電気的に接続された第４のコンデンサと、一端が前記第１のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第５のコンデンサと、一端が前記第２のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第６のコンデンサとからなることを特徴とする請求項１に記載の差動伝送回路。
【請求項５】
前記第２のコンデンサと前記第３のコンデンサとは静電容量の差が２０％以内であり、前記第１のコンデンサの静電容量の公称値をＣ１、前記第２及び第３のコンデンサのそれぞれの静電容量の公称値をＣ２としたとき、Ｃ１／Ｃ２の値が、０．７５以上２．２５以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の差動伝送回路。
【請求項６】
差動信号を送信する半導体素子と、前記半導体素子が実装され、前記半導体素子に電気的に接続された第１の信号線及び第２の信号線からなる差動信号配線を有するプリント配線板と、を備えたプリント回路板において、
前記プリント配線板に実装されたフィルタ回路を備え、
前記フィルタ回路は、
前記第１の信号線に設けられた第１のインダクタと前記第２の信号線に設けられた第２のインダクタとからなるインダクタ部と、
一端が前記第１のインダクタの信号入力端に電気的に接続され、他端が前記第２のインダクタの信号入力端に電気的に接続された第１のコンデンサと、一端が前記第１のインダクタの信号入力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第２のコンデンサと、一端が前記第２のインダクタの信号入力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第３のコンデンサとからなる入力側コンデンサ部と、
前記インダクタ部の出力側に設けられ、前記インダクタ部及び前記入力側コンデンサ部と協働して差動信号に含まれるノーマルモード成分を減衰させる出力側コンデンサ部と、を有することを特徴とするプリント回路板。
【請求項７】
前記出力側コンデンサ部は、一端が前記第１のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端が前記第２のインダクタの信号出力端に電気的に接続された第４のコンデンサであることを特徴とする請求項６に記載のプリント回路板。
【請求項８】
前記出力側コンデンサ部は、一端が前記第１のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第５のコンデンサと、一端が前記第２のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第６のコンデンサとからなることを特徴とする請求項６に記載のプリント回路板。
【請求項９】
前記出力側コンデンサ部は、一端が前記第１のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端が前記第２のインダクタの信号出力端に電気的に接続されに接続された第４のコンデンサと、一端が前記第１のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第５のコンデンサと、一端が前記第２のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第６のコンデンサとからなることを特徴とする請求項６に記載のプリント回路板。
【請求項１０】
前記第２のコンデンサと前記第３のコンデンサとは静電容量の差が２０％以内であり、前記第１のコンデンサの静電容量の公称値をＣ１、前記第２及び第３のコンデンサのそれぞれの静電容量の公称値をＣ２としたとき、Ｃ１／Ｃ２の値が、０．７５以上２．２５以下であることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載のプリント回路板。
【請求項１】
差動信号を送信する差動信号送信部と、差動信号を受信する差動信号受信部と、前記差動信号送信部と前記差動信号受信部とを電気的に接続する第１の信号線及び第２の信号線と、を備えた差動伝送回路において、
前記第１の信号線に設けられた第１のインダクタ、前記第２の信号線に設けられた第２のインダクタを有するインダクタ部と、
一端が前記第１のインダクタの信号入力端に電気的に接続され、他端が前記第２のインダクタの信号入力端に電気的に接続された第１のコンデンサ、一端が前記第１のインダクタの信号入力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第２のコンデンサ、一端が前記第２のインダクタの信号入力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第３のコンデンサを有する入力側コンデンサ部と、
前記インダクタ部と前記差動信号受信部との間に設けられ、前記インダクタ部及び前記入力側コンデンサ部と協働して差動信号に含まれるノーマルモード成分を減衰させる出力側コンデンサ部と、を備えたことを特徴とする差動伝送回路。
【請求項２】
前記出力側コンデンサ部は、一端が前記第１のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端が前記第２のインダクタの信号出力端に電気的に接続された第４のコンデンサであることを特徴とする請求項１に記載の差動伝送回路。
【請求項３】
前記出力側コンデンサ部は、一端が前記第１のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第５のコンデンサと、一端が前記第２のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第６のコンデンサとからなることを特徴とする請求項１に記載の差動伝送回路。
【請求項４】
前記出力側コンデンサ部は、一端が前記第１のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端が前記第２のインダクタの信号出力端に電気的に接続された第４のコンデンサと、一端が前記第１のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第５のコンデンサと、一端が前記第２のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第６のコンデンサとからなることを特徴とする請求項１に記載の差動伝送回路。
【請求項５】
前記第２のコンデンサと前記第３のコンデンサとは静電容量の差が２０％以内であり、前記第１のコンデンサの静電容量の公称値をＣ１、前記第２及び第３のコンデンサのそれぞれの静電容量の公称値をＣ２としたとき、Ｃ１／Ｃ２の値が、０．７５以上２．２５以下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の差動伝送回路。
【請求項６】
差動信号を送信する半導体素子と、前記半導体素子が実装され、前記半導体素子に電気的に接続された第１の信号線及び第２の信号線からなる差動信号配線を有するプリント配線板と、を備えたプリント回路板において、
前記プリント配線板に実装されたフィルタ回路を備え、
前記フィルタ回路は、
前記第１の信号線に設けられた第１のインダクタと前記第２の信号線に設けられた第２のインダクタとからなるインダクタ部と、
一端が前記第１のインダクタの信号入力端に電気的に接続され、他端が前記第２のインダクタの信号入力端に電気的に接続された第１のコンデンサと、一端が前記第１のインダクタの信号入力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第２のコンデンサと、一端が前記第２のインダクタの信号入力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第３のコンデンサとからなる入力側コンデンサ部と、
前記インダクタ部の出力側に設けられ、前記インダクタ部及び前記入力側コンデンサ部と協働して差動信号に含まれるノーマルモード成分を減衰させる出力側コンデンサ部と、を有することを特徴とするプリント回路板。
【請求項７】
前記出力側コンデンサ部は、一端が前記第１のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端が前記第２のインダクタの信号出力端に電気的に接続された第４のコンデンサであることを特徴とする請求項６に記載のプリント回路板。
【請求項８】
前記出力側コンデンサ部は、一端が前記第１のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第５のコンデンサと、一端が前記第２のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第６のコンデンサとからなることを特徴とする請求項６に記載のプリント回路板。
【請求項９】
前記出力側コンデンサ部は、一端が前記第１のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端が前記第２のインダクタの信号出力端に電気的に接続されに接続された第４のコンデンサと、一端が前記第１のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第５のコンデンサと、一端が前記第２のインダクタの信号出力端に電気的に接続され、他端がグラウンドに電気的に接続された第６のコンデンサとからなることを特徴とする請求項６に記載のプリント回路板。
【請求項１０】
前記第２のコンデンサと前記第３のコンデンサとは静電容量の差が２０％以内であり、前記第１のコンデンサの静電容量の公称値をＣ１、前記第２及び第３のコンデンサのそれぞれの静電容量の公称値をＣ２としたとき、Ｃ１／Ｃ２の値が、０．７５以上２．２５以下であることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載のプリント回路板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−７８１１０（Ｐ２０１３−７８１１０Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１６５８４５（Ｐ２０１２−１６５８４５）
【出願日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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