CN100474847C - 信号传输电路、电子设备、电缆及连接器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种信号传输电路，包括第一至第四电感器和第一及第二变阻器。第一及第二电感器相互磁耦合。第一变阻器位于第一电感器的后段，与该第一电感器电并联连接。第三电感器位于第一电感器与第一变阻器之间，与该第一电感器电串联连接。第二变阻器位于第二电感器的后段，与该第二电感器电并联连接。第四电感器位于第二电感器与第二变阻器之间，与该第二电感器电串联连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种信号传输电路和具有该信号传输电路的电子设备、电缆以及连接器。
背景技术
作为电子设备之间传输数字信号的方式之一有差动传输方式。所谓差动传输方式，是在一对线路中输入相反方向的数字信号，通过差动传输能够抵消由信号线产生的放射噪声、外来噪声。抵消外来噪声减少噪声干扰就可以用小振幅发送信号，同时，由于信号为小振幅，还具有可以缩短信号增大、下降时间，提高信号传输速度的优点。
作为使用该差动传输方式的接口规格，有USB(Universal Serial Bus通用串行总线)、IEEE1394、LVDS(Low Voltage Differential Signaling低压差分信号)、DVI(Digital Video Interface数字视频接口)、HDMI(High-Definition Multimedia Interface高清晰多媒体接口)等。在它们当中HDMI既是可以传输更多数字信号的接口，又是可以在源(Source)机器(例如，DVD播放器和机顶盒等)与接收(Sink)机器(例如，数字电视和放映机(proiector)等)之间传输非压缩的数字信号的高速接口。若采用HDMI，用一根电缆即可高速传输图像信号及声音信号。
但是，伴随着传输速度的高速化，即使是信号线之间差动信号的微小的偏差也会产生噪声。为了解决该问题，提案了通过在电缆等的接口插入共模扼流圈来减轻噪声的传输电路(例如，参照日本专利特开2001—85118号公报)。
在HDMI等高速接口中，为了实现高速化，IC自身的结构相对于ESD(Electrostatic Discharge；静电放电)变得脆弱。所以，对高速传输系统IC中的ESD对策的要求提高，使用变阻器(varistor)、齐纳二极管(Zener diode)等电容性元件作为ESD对策的部件。
但是，重新确认了若将作为ESD对策部件的电容性元件插入传输线路，传送到该传输线路的信号，特别是高频率(200MHz以上)或高速脉冲波信号会产生反射、衰减一类的问题。这是因为在将电容性元件插入传输线路时，具有电容性元件的电容成分使传输线路中插入有电容性元件位置的特性阻抗(impedance)下降，造成该位置阻抗不匹配。在传输线路中存在阻抗不匹配的部分时，由于信号的高频率成分在特性阻抗不匹配的部分引起反射，发生回波损耗(return loss)。其结果会造成信号大幅衰减。此外，由反射在传输线路内产生的不需要的辐射会产生噪声。
在HDMI中，传输线路的特性阻抗的规定值(TDR规格)规定为100Ω±15％(High-Definition Multimedia Interface SpecificationVersionl.1)。
发明内容
本发明的目的是提供一种即使在使用电容性元件作为ESD对策时，也能够抑制特性阻抗下降的信号传输电路、电子设备、电缆以及连接器。
本发明的信号传输电路具有：互相磁耦合的第一以及第二电感器；位于第一电感器的后段，与该第一电感器电并联连接的第一电容性元件；位于第二电感器的后段，与该第二电感器电并联连接的第二电容性元件；位于第一电感器与第一电容性元件之间，与第一电感器电串联连接的第三电感器；位于第二电感器与第二电容性元件之间，与第二电感器电串联连接的第四电感器。
本发明的信号传输电路，通过第一～第四电感器，可以抑制由第一及第二电容性元件引起的特性阻抗的下降。
优选进一步具有：位于第一电容性元件的后段，并且与第三电感器电串联连接的第五电感器；位于第二电容性元件的后段，并且与第四电感器电串联连接的第六电感器。此时，可以更进一步抑制由第一以及第二电容性元件引起的特性阻抗的下降。
本发明的电子设备、电缆以及连接器，具有上述信号传输电路。
分别根据本发明的电子设备、电缆及连接器，如上所述，可以抑制由第一以及第二电容性元件引起的特性阻抗的下降。
根据本发明，即使在使用电容性元件作为ESD对策时，也可以提供能够抑制特性阻抗下降的信号传输电路、电子设备、电缆以及连接器。
根据以下给出的详细说明并参照附图，会更加清楚地理解本发明，但本发明并不仅限于此。
根据下述详细说明会更加清楚本发明的应用范围。然而，应当理解这些详细说明和特殊实例只是举例说明本发明的优选实施方式，本领域的技术人员从这些详细说明可以不改变本发明的主旨和范围进行各式各样的变更。
附图说明
图1是表示第一实施方式的信号传输电路的示意图。
图2是表示第一实施方式的信号传输电路的电路图。
图3是说明共模滤波器动作的示意图。
图4是表示第一实施方式的信号传输电路的变形例的示意图。
图5是表示第一实施方式的信号传输电路的变形例的示意图。
图6是表示第一实施方式的信号传输电路的变形例的示意图。
图7是表示第二实施方式的信号传输电路的电路图。
图8是用于说明根据TDR法测定环境的图。
图9是用于说明根据TDR法的测定方法的图。
图10是表示根据TDR法测定结果的线图。
图11是表示根据TDR法测定结果的线图。
图12是表示根据TDR法测定结果的线图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的最佳实施方式。另外，在说明中，对于具有相同要素或相同功能的要素使用相同的符号，并省略重复说明。
如图1所示，数字电视1与DVD播放器2，用HDMI电缆3连接。HDMI电缆3是使用差动传输方式的电缆，具有接线柱5、6(连接器)。HDMI电缆3的接线柱5与DVD播放器2的输出部连接。HDMI电缆3的接线柱6与数字电视1的输入部连接。由DVD播放器2输出的数字信号，通过HDMI电缆3被高速传送到数字电视1。
数字电视1，在其输入部具有信号传输电路SC1。如图2所示，信号传输电路SC1包括：具有互相磁耦合的第一及第二电感器11、12的共模滤波器10；第三及第四电感器21、22；第一及第二变阻器31、32。共模滤波器10包括：与第一电感器11连接的输入输出端子13、14；与第二电感器12连接的输入输出端子15、16。共模滤波器10的输入端子13、15，通过HDMI电缆3的接线柱6与数字电视1的输入部连接，与接线柱6的对应端子连接。
参照图3说明共模滤波器10的结构以及动作。图3是说明共模滤波器10的动作的概略图。
共模滤波器10由将互相绝缘的2根导线17、18在铁氧体磁芯19上缠绕若干圈构成。导线17构成第一电感器11，导线18构成第二电感器12。铁氧体磁芯19的形状并不限于如图所示的环状。
在本实施方式中，针对信号，在差模(differential mode)下使用共模滤波器10。在差模中，如图3中的(a)所示，信号SI以相反方向的信号被输入导线17、18。由各导线17、18在铁氧体磁芯19产生的磁通量F1、F2为相反方向的磁通量，起着互相消除的作用。所以，几乎没有由导线17、18产生的磁场MF所产生的阻抗(电感)，所以信号SI几乎没有衰减地被输出。
另一方面，针对共模噪声CN，在共模状态下使用共模滤波器10。如图3中的(b)所示，在共模状态中，共模噪声CN，在导线17、18的相同方向产生。所以，由各导线17、18在铁氧体磁芯19产生的磁通量F1、F2为方向相同的磁通量，起着互相增强的作用。所以，由导线17、18产生的磁场MF所产生的阻抗(电感)变高，几乎不输出共模噪声CN。这样，共模滤波器10就能够使噪声衰减。
接下来参照图2。第三电感器21有输入输出端子23、24。第三电感器21的输入端子23，与共模滤波器10的输出端子14连接。第三电感器21，与第一电感器11电串联连接。第三电感器21与第一电感器11没有实质上的磁耦合。第一变阻器31具有输入输出端子33、34。第一变阻器31的输入端子33与第三电感器21的输出端子24连接。第一变阻器31的输出端子34与接地电位连接。由此，第一变阻器31位于第一电感器11及第三电感器21的后段位置，并与该第一电感器11及第三电感器21电并联连接。第三电感器21位于第一电感器11与第一变阻器31之间。
第四电感器22具有输入输出端子25、26。第四电感器22的输入端子25与共模滤波器10的输出端子16连接。第四电感器22与第二电感器12电串联连接。第四电感器22与第二电感器12没有实质上的磁耦合。第二变阻器32具有输入输出端子35、36。第二变阻器32的输入端子35与第四电感器22的输出端子26连接。第二变阻器32的输出端子36与接地电位连接。由此，第二变阻器32位于第二电感器12以及第四电感器22的后段位置，并与该第二电感器12以及第四电感器22电并联连接。第四电感器22位于第二电感器12与第二变阻器32之间的位置。
作为共模滤波器10，例如，可以使用TDK株式会社生产的ACM系列所包含的共模滤波器。作为第一以及第二变阻器31、32，例如，可以使用TDK株式会社生产的AVR系列所包含的层叠片式变阻器。
在如上所述的第一实施方式中，在第一及第二变阻器31、32的前段插入共模滤波器10(第一及第二电感器11、12)，同时，在共模滤波器10和第一及第二变阻器31、32之间分别插入第三及第四电感器21、22。由此，可以抑制由第一及第二变阻器31、32引起的特性阻抗下降。
在第一实施方式中，在第一及第二变阻器31、32的前段插入共模滤波器10。由此，从DVD播放器2输出的信号，几乎不会伴随着外来噪声，通过HDMI电缆3及信号传输电路SC1输入数字电视1。
接着，基于图4～图6说明第一实施方式的信号传输电路SC1的变形例的结构。图4～图6表示的是第一实施方式的信号传输电路的变形例。
在图4表示的变形例中，HDMI电缆3具有信号传输电路SC1。
在图5表示的变形例中，DVD播放器2，在其输出部具有信号传输电路SC1。
在图6所表示的变形例中，HDMI电缆3的接线柱6(连接器)具有信号传输电路SC1。也可以由HDMI电缆3的接线柱5(连接器)具有信号传输电路SC1来代替HDMI电缆3的接线柱6具有的信号传输电路SC1。
在图4～图6表示任一个变形例中，都可以通过第一及第二变阻器31、32抑制特性阻抗的下降。
(第二实施方式)
接着，基于图7说明第二实施方式的信号传输电路的结构。图7表示的是第二实施方式的信号传输电路的电路图。
数字电视1与第一实施方式相同，在其输入部具有信号传输电路SC2。如图7所示，信号传输电路SC2包括共模滤波器10；第三及第四电感器21、22；第一及第二变阻器31、32；第五及第六电感器41、42。
第五电感器41具有输入输出端子43、44。第五电感器41的输入端子43与第三电感器21的输出端子24连接。第五电感器41与第一电感器11及第三电感器21电串联连接。由此，第五电感器41位于第一变阻器31的后段位置。
第六电感器42具有输入输出端子45、46。第六电感器42的输入端子45与第四电感器22的输出端子26连接。第六电感器42与第二电感器12及第四电感器22电串联连接。由此，第五电感器42位于第二变阻器32的后段位置。
在如上所述的第二实施方式中，在第一及第二变阻器31、32的后段分别插入第五及第六电感器41、42。由此，可以抑制由第一及第二变阻器31、32引起的特性阻抗下降。
信号传输电路SC2，如图4～图6所示，可配置在HDMI电缆3、DVD播放器2或接线柱5、6(连接器)处。此时，可以更进一步抑制由第一及第二变阻器31、32引起的特性阻抗下降。
接着，通过本第一及第二实施方式，具体示出通过第一及第二变阻器可以抑制特性阻抗下降。这里，用TDR(Time DomainReflectometry)法测定信号传输电路的特性阻抗。所谓的TDR法是向传输线路送出阶跃脉冲，通过测定特性阻抗的不连续之处所反射的脉冲，测量传输线路的特性阻抗的测定方法。
首先，基于图8说明用TDR法的测定环境。在图8所示的各测定环境中，高速示波器50与接收器IC52通过传输线路54连接。传输线路54具有同轴电缆56和信号传输电路58。高速示波器50具有TDR模块51。高速示波器50通过TDR模块51与同轴电缆56连接，同轴电缆56的另一端与信号传输电路58连接。信号传输电路58的另一端与接收器IC52连接。
作为高速示波器50，使用安捷伦科技公司(Agilent Technologies，Inc.)生产的Agilent86100宽带示波器。作为TDR模块51，使用安捷伦科技公司生产的54754差动TDR插入式模块。接收器IC52在电源断开时有无限大的输入阻抗，100％反射来自高速示波器50的信号。同轴电缆56由2根差动信号线构成，分别具有50Ω的特性阻抗。所以，同轴电缆56整体的特性阻抗为100Ω。
下面，基于图8以及图9说明TDR法的测定方法。首先，高速示波器50产生入射电压阶跃Ei，并将该入射电压阶跃Ei输出到传输线路54。当传输线路54上不存在特性阻抗的不连续点时，入射电压阶跃Ei在接收器IC52直接被反射。此时，在高速示波器50中，如图9中的(a)所示，只表示入射电压阶跃Ei。另一方面，当传输线路54的特性阻抗存在不连续处时，在其不连续处入射电压阶跃的一部分被反射。此时，在高速示波器50，如图9中的(b)所示，反射波Er被代数追加并表示在入射电压阶跃Ei中。由该结果，可以求出特性阻抗不连续处的位置与特性阻抗的值。即，可以通过测定到反射波Er的时间T求出特性阻抗的不连续处的位置，同时可以通过反射波Er的值求出在不连续处的特性阻抗。
作为共模滤波器，使用ACM2012D-900(TDK株式会社制)。ACM2012D-900的特性阻抗为100Ω。ACM2012D-900的断开频率为3.5GHz。对于第一及第二变阻器，使用AVR161A1R1(TDK株式会社制)。AVR161A1R1的静电容量为1.1pF。第三～第六电感器，使用MLK1005系列(TDK株式会社制)。
测定结果表示在图10～图12中。
参照图10，特性I1是有信号传输电路58、第一及第二变阻器，没有共模滤波器及第三～第六电感器的测定结果。由特性I1可知，受到第一及第二变阻器的影响特性阻抗下降，产生不匹配阻抗。
特性I2，是有信号传输电路58、第一及第二变阻器和共模滤波器，没有第三～第六电感器的测定结果。在构成信号传输电路58处，共模滤波器的输出端子与第一及第二变阻器的输入端子的传输线路上的间隔，即共模滤波器的输出端子与第一及第二变阻器的输入端子之间的时间长设定为23ps。
由特性I2可知，尽管信号传输电路58的特性阻抗在100Ω±15％的范围内，依然受到第一及第二变阻器的影响特性阻抗下降。
特性I3～特性I5，是在信号传输电路58具有第一及第二变阻器、共模滤波器和第三及第四电感器时，即信号传输电路58与上述第一实施方式的信号传输电路SC1结构相同时的测定结果。特性I3，是在第三及第四电感器的电感值为1.0nH时测定的结果。特性I4，是在第三及第四电感器的电感值为1.5nH时测定的结果。特性I5，是在第三及第四电感器的电感值为2.2nH时测定的结果。在构成信号传输电路58处，共模滤波器的输出端子与第三及第四电感器的输入端子在传输线路上的间隔，即共模滤波器的输出端子与第三及第四电感器的输入端子之间的时间长设定为20ps。同样，第三及第四电感器的输出端子与第一及第二变阻器的输入端子在传输线路上的间隔，即第三及第四电感器的输出端子与第一及第二变阻器的输入端子之间的时间长设定为0ps。
由特性I3～I5可知，可以抑制由第一及第二变阻器的影响引起的特性阻抗的下降。
由特性I5可知，在第三及第四电感器的电感值为2.2nH时，虽然在第一及第二变阻器的位置特性阻抗下降，但是其他位置的特性阻抗变高。本发明人认为产生这样特性阻抗变高的位置起因于第三及第四电感器的电感值。所以，优选第三及第四电感器的电感值为1～2nH。
接着，参照图11。特性I6及特性I7，是在信号传输电路58有第一及第二变阻器、共模滤波器和第三～第六电感器时，即是在信号传输电路58与上述第二实施方式的信号传输电路SC2具有相同结构时的测定结果。特性I6，是在第三～第六电感器的电感值为1.0nH时测定的结果。特性I7，是在第三及第四电感器的电感值为1.0nH，并且使第五及第六电感器为支路(by pass)时的测定结果。在构成信号传输电路58处，共模滤波器的输出端子与第三及第四电感器的输入端子在传输线路上的间隔，即共模滤波器的输出端子与第三及第四电感器的输入端子之间的时间长设定为0ps。同样，第三及第四电感器的输出端子与第一及第二变阻器的输入端子在传输线路上的间隔，即第三及第四电感器的输出端子与第一及第二变阻器的输入端子之间的时间长设定为0ps。同样，第一及第二变阻器的输入端子与第五及第六电感器的输入端子在传输线路上的间隔，即第一及第二变阻器的输入端子与第五及第六电感器的输入端子之间的时间长设定为0ps。
由特性I6可知，可以更进一步抑制由第一及第二变阻器的影响引起的特性阻抗的下降。
接着，参照图12。特性I8～I10，是在信号传输电路58有第一及第二变阻器、共模滤波器和第三～第六电感器时，即是在信号传输电路58与上述第二实施方式的信号传输电路SC2具有相同结构时的测定结果。特性I8，是在第三及第四电感器的电感值为1.5nH，第五及第六电感器的电感值为1.0nH时测定的结果。特性I9，是在第三～第六电感器的电感值为1.5nH时测定的结果。特性I10，是在第三及第四电感器的电感值为1.5nH，并且使第五及第六电感器为支路时的测定结果。在构成信号传输电路58处，共模滤波器的输出端子与第三及第四电感器的输入端子在传输线路上的间隔，即共模滤波器的输出端子与第三及第四电感器的输入端子之间的时间长设定为0ps。同样，第三及第四电感器的输出端子与第一及第二变阻器的输入端子在传输线路上的间隔，即第三及第四电感器的输出端子与第一及第二变阻器的输入端子之间的时间长设定为0ps。同样，第一及第二变阻器的输入端子与第五及第六电感器的输入端子在传输线路上的间隔，即第一及第二变阻器的输入端子与第五及第六电感器的输入端子之间的时间长设定为0ps。
由特性I8以及I9可知，可以更进一步抑制由第一及第二变阻器的影响引起的性阻抗的下降。
由以上的叙述，可以确认本第一及第二实施方式的有用性。
由上述测定结果可知，第三～第六电感器的电感值，优选小于10nH，更优选为1～2nH。这是因为如上所述，第三～第六电感器的电感值会产生特性阻抗变高的位置，导致阻抗匹配不充分。
共模滤波器的输出端子与第三及第四电感器的输入端子在传输线路上的间隔，第三及第四电感器的输出端子与第一及第二变阻器的输入端子在传输线路上的间隔，以及第一及第二变阻器的输入端子和第五及第六电感器的输入端子在传输线路上的间隔，越短越好。这是因为各端子间的传输线路(例如，基板的导线图形)具有电感成分及电容成分，这些电感成分及电容成分是妨碍阻抗匹配的主要原因。
在使用共模滤波器作为噪声滤波器时，有时在信号线间连接电容器(例如，参照日本专利特开2004—40444号公报)。但是，在本第一及第二实施方式中在信号线间连接有电容器时，会产生不需要的电容成分，从而无法达到阻抗匹配的目的。所以，在本第一及第二实施方式中，信号线间没有连接电容器。
以上，对本发明的最佳实施方式进行了说明，但本发明并不仅限定于这些实施方式。例如，信号传输电路SC1、SC2，并不限于上述位置，也可以由DVD播放器2输出后，进入数字电视1的最初的电路的前面。DVD播放器2，也可以是个人电脑、机顶盒等其他的源机器。HDMI电缆3，也可以是对应于DVI、USB、IEEE等规格的电缆。数字电视1，也可以是LCD监视器和放映机等其他的接收器。
在第一及第二实施方式中使用变阻器作为第一及第二电容性元件，但也可以使用齐纳二极管等电容性元件作为第一及第二电容性元件。
作为共模滤波器10，除了使用将互相绝缘的2根导线在铁氧体磁芯缠绕数圈构成的线圈型共模滤波器外，也可以使用层叠型共模滤波器或由薄膜形成技术形成的导线图形的层叠型共模滤波器。
共模滤波器10的输入输出端子由金属制的端子电极构成时，也可以将该端子电极用作第三及第四电感器21、22。此时，为了得到上述阻抗值需要设定端子电极的尺寸(例如，电极宽度等)。
从本发明的详细说明看出，本发明可进行多种方式的变化。这些变化不是对本发明的宗旨和范围的背离，并且对于本领域的技术人员来说，显而易见的这些修改都在以下权利要求的范围内。
Claims (6)
1.一种信号传输电路，是连接HDMI规格的高速差动传输路的信号传输电路，其特征在于，具有：
互相磁耦合的第一及第二电感器；
位于所述第一电感器的后段，与该第一电感器电并联连接的第一电容性元件；
位于所述第二电感器的后段，与该第二电感器电并联连接的第二电容性元件；
位于所述第一电感器与所述第一电容性元件之间，与所述第一电感器电串联连接的第三电感器；
位于所述第二电感器与所述第二电容性元件之间，与所述第二电感器电串联连接的第四电感器，
所述第一电感器的输出端子与所述第三电感器的输入端子间的时间上的长度，设定为0～20ps，
所述第二电感器的输出端子与所述第四电感器的输入端子间的时间上的长度，设定为0～20ps，
所述第三电感器的输出端子与所述第一电容性元件的输入端子间的时间上的长度，设定为0ps，
所述第四电感器的输出端子与所述第二电容性元件的输入端子间的时间上的长度，设定为0ps，
所述第三及第四电感器的电感值为1～2nH，
特性阻抗为100Ω±15％的范围内。
2.一种信号传输电路，是连接HDMI规格的高速差动传输路的信号传输电路，其特征在于，具有：
互相磁耦合的第一及第二电感器；
位于所述第一电感器的后段，与该第一电感器电并联连接的第一电容性元件；
位于所述第二电感器的后段，与该第二电感器电并联连接的第二电容性元件；
位于所述第一电感器与所述第一电容性元件之间，与所述第一电感器电串联连接的第三电感器；
位于所述第二电感器与所述第二电容性元件之间，与所述第二电感器电串联连接的第四电感器；
位于所述第一电容性元件的后段，与所述第三电感器电串联连接的第五电感器；
位于所述第二电容性元件的后段，与所述第四电感器电串联连接的第六电感器，
所述第一电感器的输出端子与所述第三电感器的输入端子间的时间上的长度，设定为0～20ps，
所述第二电感器的输出端子与所述第四电感器的输入端子间的时间上的长度，设定为0～20ps，
所述第三电感器的输出端子与所述第一电容性元件的输入端子间的时间上的长度，设定为0ps，
所述第四电感器的输出端子与所述第二电容性元件的输入端子间的时间上的长度，设定为0ps，
所述第一电容性元件的输入端子与所述第五电感器的输入端子间的时间上的长度，设定为0ps，
所述第二电容性元件的输入端子与所述第六电感器的输入端子间的时间上的长度，设定为0ps，
所述第三及第四电感器的电感值为1～2nH，
所述第五及第六电感器的电感值为1～2nH，
特性阻抗为100Ω±15％的范围内。
3.如权利要求1或2所述的信号传输电路，其特征在于：
所述第一及第二电容性元件为变阻器。
4.一种具有权利要求1或2所述的信号传输电路的电子设备。
5.一种具有权利要求1或2所述的信号传输电路的电缆。
6.一种具有权利要求1或2所述的信号传输电路的连接器。
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