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JP7704077B2 - Signal Transmission Device - Google Patents
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JP7704077B2 - Signal Transmission Device - Google Patents

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Description

本発明は、信号伝送装置に関する。 The present invention relates to a signal transmission device.

信号伝送装置にUSB-ICなどのコントローラICが実装されることがある。例えば、USB-ICは、USB(Universal Serial Bus)信号を出力する。USB信号は、USBの規格に準拠した差動信号である。USB信号は、コネクタを介して、信号伝送装置の外部の装置に入力される。 A controller IC such as a USB-IC may be implemented in a signal transmission device. For example, a USB-IC outputs a USB (Universal Serial Bus) signal. The USB signal is a differential signal that complies with the USB standard. The USB signal is input to a device external to the signal transmission device via a connector.

ここで、コントローラICにおいて発生するノイズを低減するために、コモンモードチョークコイル(CMCC:Common Mode Choke Coil)を設けることがある。コモンモードチョークコイル(以下、CMCCと記すことがある)は、例えば、コントローラICとコネクタとの間に設けられる(例えば、特許文献1)。 Here, a common mode choke coil (CMCC) may be provided to reduce noise generated in the controller IC. The common mode choke coil (hereinafter sometimes referred to as CMCC) is provided, for example, between the controller IC and the connector (for example, Patent Document 1).

特開2009-135760号公報JP 2009-135760 A

信号伝送装置においては、ノイズを低減するとともに、信号伝送装置と他の装置との間の信号線路における信号の反射について考慮する必要がある。 In signal transmission devices, it is necessary to reduce noise and also to consider signal reflections in the signal lines between the signal transmission device and other devices.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ノイズの低減と他の装置との間の信号線路における信号の反射の低減を実現できる信号伝送装置の提供を目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above, and aims to provide a signal transmission device that can reduce noise and signal reflection in the signal line between other devices.

本開示のある態様による信号伝送装置は、回路基板と、前記回路基板に設けられ、外部の装置と差動信号を伝送するケーブルを着脱可能なコネクタと、前記回路基板に実装される集積回路と、前記回路基板に設けられており、前記集積回路と前記コネクタとの間で前記差動信号の授受を行うための信号線路と、前記信号線路に設けられており、前記集積回路から出力されるノイズを抑制するためのコモンモードチョークコイルと、前記信号線路において、前記コモンモードチョークコイルと前記コネクタとの間に設けられたリタイマICと、を含み、前記信号線路において、前記リタイマICは直流的に接続されており、前記コモンモードチョークコイルは、前記集積回路から前記信号線路へ前記差動信号を出力する端子の直近に設けられており、前記直近とは、前記差動信号の帯域に対応する波長の半分以内の距離である。 A signal transmission device according to one aspect of the present disclosure includes a circuit board, a connector provided on the circuit board to which a cable for transmitting differential signals to an external device can be attached and detached, an integrated circuit mounted on the circuit board, a signal line provided on the circuit board for transmitting and receiving the differential signal between the integrated circuit and the connector, a common mode choke coil provided on the signal line for suppressing noise output from the integrated circuit, and a retimer IC provided on the signal line between the common mode choke coil and the connector, wherein the retimer IC is connected in a DC manner on the signal line, and the common mode choke coil is provided in the immediate vicinity of a terminal that outputs the differential signal from the integrated circuit to the signal line, where the immediate vicinity is within a distance of half a wavelength corresponding to the band of the differential signal.

本開示にかかる信号伝送装置によれば、ノイズの低減と、他の装置との間の信号線路における信号の反射の低減とを実現できる。 The signal transmission device disclosed herein can reduce noise and signal reflections in the signal line between the device and other devices.

図1は、比較例の信号伝送装置の要部の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of a signal transmission device of a comparative example. 図2は、図1の構成においてケーブル側に反射するコモンモード信号の例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a common mode signal reflected toward the cable side in the configuration of FIG. 図3は、実施形態による信号伝送装置の要部を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a main part of a signal transmission device according to an embodiment. 図4は、リタイマICの構成例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a configuration example of a retimer IC. 図5は、CMCCの例を示す外観図である。FIG. 5 is an external view showing an example of a CMCC. 図6は、図5のCMCCに差動信号を入力した場合の周波数特性を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing frequency characteristics when a differential signal is input to the CMCC of FIG. 図7は、図5のCMCCにコモンモード信号を入力した場合の周波数を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing frequencies when a common mode signal is input to the CMCC of FIG. 図8は、信号伝送装置におけるノイズの測定について説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining measurement of noise in a signal transmission device. 図9は、信号伝送装置におけるノイズの測定について説明する図である。FIG. 9 is a diagram for explaining measurement of noise in a signal transmission device. 図10は、ノイズに関する評価の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of evaluation regarding noise. 図11は、信号伝送装置に関して、コネクタ側から見た反射特性の測定について説明する図である。FIG. 11 is a diagram for explaining measurement of reflection characteristics of a signal transmission device as viewed from the connector side. 図12は、信号伝送装置に関して、コネクタ側から見た反射特性の測定について説明する図である。FIG. 12 is a diagram for explaining measurement of reflection characteristics of a signal transmission device as viewed from the connector side. 図13は、図3の構成においてケーブル側に反射するコモンモード信号の例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of a common mode signal reflected toward the cable side in the configuration of FIG.

以下に、本開示の信号伝送装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、各実施形態の構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。各実施形態は例示であり、異なる実施の形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能である。以下の各実施形態の説明において、他の実施形態と同一又は同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略又は省略する。以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本開示の要旨を逸脱しない範囲で構成の省略、置換又は変更を行うことができる。 Below, an embodiment of the signal transmission device of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments. Furthermore, the components of each embodiment include those that are replaceable and easy for a person skilled in the art, or those that are substantially the same. Each embodiment is an example, and partial replacement or combination of the configurations shown in different embodiments is possible. In the description of each embodiment below, components that are the same or equivalent to those in other embodiments are given the same reference numerals, and their description is simplified or omitted. The configurations described below can be combined as appropriate. Furthermore, the configurations can be omitted, replaced, or modified within the scope of the gist of this disclosure.

(比較例)
本開示の理解のため、比較例について先に説明する。
Comparative Example
For the understanding of the present disclosure, a comparative example will be described first.

図1は比較例の信号伝送装置10aの要部の構成を示す図である。図1において、信号伝送装置10aは、回路基板1aと、コントローラIC11と、コネクタ20と、CMCC12と、信号線路15と、を有する。コントローラIC11、コネクタ20、CMCC12、および、信号線路15は、回路基板1aに実装される。 Figure 1 is a diagram showing the configuration of the main parts of a signal transmission device 10a of a comparative example. In Figure 1, the signal transmission device 10a has a circuit board 1a, a controller IC 11, a connector 20, a CMCC 12, and a signal line 15. The controller IC 11, the connector 20, the CMCC 12, and the signal line 15 are mounted on the circuit board 1a.

コネクタ20は、回路基板1aに設けられている。コネクタ20は、ケーブル2を着脱できる。コネクタ20にケーブル2を接続することにより、信号伝送装置10aに対して、図示しない外部の装置を電気的に接続できる。ケーブル2は、例えば、外部の装置に差動信号を伝送するケーブルである。 The connector 20 is provided on the circuit board 1a. The connector 20 allows the cable 2 to be attached and detached. By connecting the cable 2 to the connector 20, an external device (not shown) can be electrically connected to the signal transmission device 10a. The cable 2 is, for example, a cable that transmits a differential signal to the external device.

コントローラIC11は、所定の規格に沿った信号を入出力できるコントローラとしての機能を有する集積回路である。コントローラIC11は、回路基板1aに実装される。コントローラIC11は、図示しない外部の装置がコネクタ20に接続されている場合に、コネクタ20を介して外部の装置と差動信号の授受を行う集積回路である。コントローラIC11は、例えば、USB信号を入出力できるUSB-ICである。コントローラIC11は、コントローラとしての機能を有するCPU(Central Processing Unit)であってもよい。 The controller IC11 is an integrated circuit that functions as a controller and can input and output signals that comply with a specified standard. The controller IC11 is mounted on the circuit board 1a. When an external device (not shown) is connected to the connector 20, the controller IC11 is an integrated circuit that transmits and receives differential signals to and from the external device via the connector 20. The controller IC11 is, for example, a USB-IC that can input and output USB signals. The controller IC11 may be a CPU (Central Processing Unit) that functions as a controller.

信号線路15は、回路基板1aに設けられている。信号線路15は、コントローラIC11とコネクタ20との間において、差動信号の授受を行うための線路である。CMCC12は、信号線路15に設けられている。CMCC12は、コントローラIC11から出力されて信号線路15を伝送する信号のコモンモードノイズを抑制する。 The signal line 15 is provided on the circuit board 1a. The signal line 15 is a line for transmitting differential signals between the controller IC 11 and the connector 20. The CMCC 12 is provided on the signal line 15. The CMCC 12 suppresses common mode noise in the signal output from the controller IC 11 and transmitted through the signal line 15.

図1に示す信号伝送装置10aにおいて、コントローラIC11から出力される信号は、信号線路15を伝送し、コネクタ20およびケーブル2を介して図示しない外部の装置に伝送される。また、図示しない外部の装置から出力される信号は、ケーブル2およびコネクタ20を介して信号伝送装置10aに入力される。信号伝送装置10aに入力される信号は、信号線路15を伝送してコントローラIC11に入力される。信号線路15を伝送する信号のコモンモードノイズは、CMCC12によって低減される。このため、信号伝送装置10aからコネクタ20を介してケーブル2へ流れるコモンモードノイズはCMCC12によって低減される。 In the signal transmission device 10a shown in FIG. 1, a signal output from the controller IC 11 is transmitted through the signal line 15 and transmitted to an external device (not shown) via the connector 20 and the cable 2. A signal output from an external device (not shown) is input to the signal transmission device 10a via the cable 2 and the connector 20. A signal input to the signal transmission device 10a is input to the controller IC 11 by transmitting through the signal line 15. Common mode noise of the signal transmitted through the signal line 15 is reduced by the CMCC 12. Therefore, common mode noise flowing from the signal transmission device 10a to the cable 2 via the connector 20 is reduced by the CMCC 12.

ここで、CMCC12は、コントローラIC11とコネクタ20との間に設けられている。このため、コントローラIC11から出力される信号については、周波数帯域によっては、矢印Y1で示すようにCMCC12によって反射される。矢印Y1のように反射される信号が信号伝送装置10aの各部に入力されることは好ましくない。 Here, the CMCC 12 is provided between the controller IC 11 and the connector 20. For this reason, the signal output from the controller IC 11 is reflected by the CMCC 12 as shown by the arrow Y1 depending on the frequency band. It is not preferable for the signal reflected as shown by the arrow Y1 to be input to each part of the signal transmission device 10a.

また、外部の装置から出力される信号についても、コネクタ20を通過した後、周波数帯域によっては、矢印Y2で示すようにCMCC12によって反射される。矢印Y2のように反射される信号は、コネクタ20を通過してケーブル2に入力される。矢印Y2のように反射される信号がケーブル2を通って外部の装置に入力されることは好ましくない。 In addition, after passing through connector 20, signals output from external devices are reflected by CMCC 12 as shown by arrow Y2 depending on the frequency band. The signal reflected as shown by arrow Y2 passes through connector 20 and is input to cable 2. It is not desirable for the signal reflected as shown by arrow Y2 to pass through cable 2 and be input to an external device.

図2は、図1の構成においてケーブル2側に反射するコモンモード信号の例を示す図である。図2において、横軸は周波数[GHz]、縦軸はSパラメータのScc11[dB]を示す。Scc11は、コモンモード信号の反射特性を示す。 Figure 2 is a diagram showing an example of a common mode signal reflected toward the cable 2 side in the configuration of Figure 1. In Figure 2, the horizontal axis shows frequency [GHz], and the vertical axis shows S parameter Scc11 [dB]. Scc11 shows the reflection characteristic of the common mode signal.

図2において、信号範囲100は、所定の規格によって信号の品位に対する指標として定められている範囲である。信号範囲100は、例えば、USBの規格において、USBのコネクタ側に反射するコモンモード信号を規定した範囲である。ここで、ノイズ除去用のCMCC12は、入力されたコモンモード信号を、通過させずに入力側に反射させる特性を持つ。したがって、CMCC12の反射特性により、矢印Y2のように、コネクタ20側にコモンモード信号が反射してしまう。そのため、図1に示す比較例の構成において、は、図2の信号範囲100を外れる部分があり、コモンモードリターンロスの指標を満足することができない。 In FIG. 2, the signal range 100 is a range defined by a specific standard as an index for signal quality. For example, the signal range 100 is a range that specifies the common mode signal reflected to the USB connector side in the USB standard. Here, the CMCC 12 for noise removal has a characteristic of reflecting the input common mode signal to the input side without passing it. Therefore, due to the reflection characteristic of the CMCC 12, the common mode signal is reflected to the connector 20 side as shown by the arrow Y2. Therefore, in the configuration of the comparative example shown in FIG. 1, there are parts that fall outside the signal range 100 in FIG. 2, and the index for common mode return loss cannot be satisfied.

(実施形態)
次に、実施形態による信号伝送装置について説明する。
(Embodiment)
Next, a signal transmission device according to an embodiment will be described.

図3は、実施形態による信号伝送装置10の要部を示す図である。図3に示すように、本例の信号伝送装置10は、回路基板1と、コントローラIC11と、コネクタ20と、CMCC12と、信号線路15と、リタイマIC13と、を有する。図1を参照して説明した比較例と異なる点は、信号線路15にリタイマIC13を追加した点である。リタイマIC13は、信号線路15において、CMCC12とコネクタ20との間に設けられている。なお、信号伝送装置10は、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、デスクトップ型パーソナルコンピュータ、ゲーム機などである。 Figure 3 is a diagram showing the main parts of a signal transmission device 10 according to an embodiment. As shown in Figure 3, the signal transmission device 10 of this example has a circuit board 1, a controller IC 11, a connector 20, a CMCC 12, a signal line 15, and a retimer IC 13. What is different from the comparative example described with reference to Figure 1 is that a retimer IC 13 is added to the signal line 15. The retimer IC 13 is provided on the signal line 15 between the CMCC 12 and the connector 20. The signal transmission device 10 is, for example, a notebook personal computer, a desktop personal computer, a game machine, etc.

(リタイマIC)
リタイマIC13は、入力される差動信号を一旦シングルエンド信号に変換し、さらに差動信号に変換し、出力する。そのため、入力される信号のコモンモード成分は出力信号側に流れない。このとき、リタイマIC13は、入力される差動信号に対応する差動信号を、他のクロックに同期させて出力する。つまり、リタイマIC13は、入力される差動信号を、他のクロックに同期させて再生成する。CMCC12によるコモンモードの反射信号は、リタイマIC13によってキャンセルされる。したがって、コネクタ20側にコモンモードの反射信号が伝送されることは無い。
(Retimer IC)
The retimer IC 13 converts the input differential signal into a single-ended signal, then converts it into a differential signal, and outputs it. Therefore, the common mode component of the input signal does not flow to the output signal side. At this time, the retimer IC 13 outputs a differential signal corresponding to the input differential signal in synchronization with another clock. In other words, the retimer IC 13 regenerates the input differential signal in synchronization with another clock. The common mode reflected signal by the CMCC 12 is canceled by the retimer IC 13. Therefore, the common mode reflected signal is not transmitted to the connector 20 side.

リタイマIC13は、入力された信号を増幅するのではなく、全く新しく信号を作り直す機能を持つ。そのため、リタイマIC13から出力される信号は、入力される信号の影響を受けない。 The retimer IC 13 does not amplify the input signal, but rather has the function of creating a completely new signal. Therefore, the signal output from the retimer IC 13 is not affected by the input signal.

図4は、リタイマIC13の構成例を示す図である。図4において、リタイマIC13は、受信部(Rx)121と、クロックデータリカバリ部(CDR)122と、エラスティックバッファ123と、クロック生成部(Local Clock)124と、送信部(Tx)125とを有する。 Figure 4 is a diagram showing an example of the configuration of the retimer IC 13. In Figure 4, the retimer IC 13 has a receiving unit (Rx) 121, a clock data recovery unit (CDR) 122, an elastic buffer 123, a clock generating unit (Local Clock) 124, and a transmitting unit (Tx) 125.

受信部121は、差動信号110をシングルエンド信号111に変換する。すなわち、受信部121は、差動信号110を受信し、シングルエンド信号111を出力する。 The receiver 121 converts the differential signal 110 into a single-ended signal 111. That is, the receiver 121 receives the differential signal 110 and outputs the single-ended signal 111.

クロックデータリカバリ部122は、シングルエンド信号111を入力し、データ112およびクロック113を出力する。すなわち、クロックデータリカバリ部122は、受信部121から出力されるシングルエンド信号111からデータ112およびクロック113を生成する。 The clock data recovery unit 122 receives the single-ended signal 111 and outputs data 112 and a clock 113. That is, the clock data recovery unit 122 generates data 112 and a clock 113 from the single-ended signal 111 output from the receiving unit 121.

エラスティックバッファ123は、クロックデータリカバリ部122によって生成されるデータ112およびクロック113を入力する。エラスティックバッファ123は、データ112をクロック113のタイミングで記憶する。 The elastic buffer 123 inputs the data 112 and the clock 113 generated by the clock data recovery unit 122. The elastic buffer 123 stores the data 112 at the timing of the clock 113.

クロック生成部124は、エラスティックバッファ123からデータ114を読み出すためのクロックCKを生成する。クロック生成部124は、クロック113とは異なるクロックCKを生成する。 The clock generating unit 124 generates a clock CK for reading the data 114 from the elastic buffer 123. The clock generating unit 124 generates a clock CK that is different from the clock 113.

送信部125は、データ114を差動信号115に変換する。すなわち、送信部125は、エラスティックバッファ123から読み出されるデータ114を入力し、差動信号115を出力する。 The transmitting unit 125 converts the data 114 into a differential signal 115. That is, the transmitting unit 125 inputs the data 114 read from the elastic buffer 123 and outputs the differential signal 115.

(CMCCの例)
図5は、CMCCの例を示す外観図である。図5において、例えば、CMCC12の縦の長さAは0.65[mm]、同じく横の長さBは、0.5[mm]、同じく高さCは、0.3[mm]、である。
(Example of CMCC)
Fig. 5 is an external view showing an example of a CMCC. In Fig. 5, for example, the vertical length A of the CMCC 12 is 0.65 [mm], the horizontal length B is 0.5 [mm], and the height C is 0.3 [mm].

CMCC12は、4つの端子T11、T12、T21およびT22を有する。端子T11と端子T12とは、例えば、信号線路15において、CMCC12のコントローラIC11側に接続される。端子T21と端子T22とは、例えば、図1中の信号線路15において、CMCC12のコネクタ20側に接続される。 CMCC12 has four terminals T11, T12, T21, and T22. Terminals T11 and T12 are connected to the controller IC11 side of CMCC12, for example, on signal line 15. Terminals T21 and T22 are connected to the connector 20 side of CMCC12, for example, on signal line 15 in FIG. 1.

CMCC12を信号線路15に設けることによって、差動信号の伝送時に発生するコモンモードノイズを抑制することができる。一般的に、コモンモードノイズの発生源は、差動信号を生成するコントローラIC11である。また、ノイズの放射に関しては、コントローラIC11から発生したコモンモードノイズが、信号線路15に伝送することで、信号線路15上からノイズが放射することが一般的である。コントローラIC11からCMCC12に伝送したコモンモードノイズをコントローラIC11側に反射させることで、通過するノイズを抑制することができる。したがって、図3に示すように、信号線路15において、コントローラIC11とリタイマIC13との間にCMCC12を搭載することで、信号線路15から放射するコモンモードのノイズNを抑制することができる(図3中のX印)。 By providing the CMCC 12 on the signal line 15, it is possible to suppress common mode noise that occurs during transmission of a differential signal. Generally, the source of common mode noise is the controller IC 11 that generates the differential signal. In addition, regarding noise radiation, it is common that common mode noise generated from the controller IC 11 is transmitted to the signal line 15, causing noise to radiate from the signal line 15. By reflecting the common mode noise transmitted from the controller IC 11 to the CMCC 12 to the controller IC 11 side, it is possible to suppress the passing noise. Therefore, as shown in FIG. 3, by mounting the CMCC 12 between the controller IC 11 and the retimer IC 13 on the signal line 15, it is possible to suppress the common mode noise N radiated from the signal line 15 (X mark in FIG. 3).

図3の信号線路15において、CMCC12は、コントローラIC11から信号線路15へ差動信号を出力する端子T1、T2の直近に設けられていることが好ましい。端子T1、T2の直近に設ければ、ノイズを抑制する効果が大きい。ここで、無線通信規格の5[GHz]の通信帯域へのノイズの影響を抑制するには、例えば、5[GHz]に対応する1波長である約6[cm]の半分の3[cm]以内を端子T1、T2の直近とする。なお、この「3[cm]」は、一般的な基板材料であるFR-4(Flame Retardant Type 4)の比誘電率4.5を加味した波長短縮結果である。すなわち、コントローラIC11およびCMCC12を実装する基板上において、端子T1、T2から3[cm]以内の配線長でCMCC12を実装することが好ましい。 In the signal line 15 of FIG. 3, the CMCC 12 is preferably provided in close proximity to the terminals T1 and T2 that output a differential signal from the controller IC 11 to the signal line 15. Providing the CMCC 12 in close proximity to the terminals T1 and T2 has a large effect of suppressing noise. Here, to suppress the effect of noise on the 5 GHz communication band of the wireless communication standard, for example, the terminals T1 and T2 are provided within 3 cm, which is half of one wavelength corresponding to 5 GHz, that is, about 6 cm. Note that this "3 cm" is the result of wavelength shortening taking into account the relative dielectric constant of 4.5 of FR-4 (Flame Retardant Type 4), a common board material. In other words, it is preferable to mount the CMCC 12 with a wiring length of 3 cm or less from the terminals T1 and T2 on the board on which the controller IC 11 and the CMCC 12 are mounted.

(CMCCの周波数特性)
図6および図7は、図5のCMCC12の周波数特性を示す図である。図6は、図5のCMCC12に差動信号を入力した場合の周波数特性を示す図である。図6において、横軸は周波数[Hz]、縦軸はSパラメータのSdd11[dB]を示す。また、図7は、図5のCMCC12にコモンモード信号を入力した場合の周波数を示す図である。図7において、横軸は周波数[Hz]、縦軸はSパラメータのScc11[dB]を示す。図7中の周波数f1は、無線通信規格の2.4[GHz]に相当する。周波数f2は、無線通信規格の5[GHz]に相当する。これらの周波数f1およびf2の近傍の周波数帯において、本例のCMCC12は、良好な反射特性を有する。
(CMCC frequency characteristics)
6 and 7 are diagrams showing frequency characteristics of the CMCC 12 of FIG. 5. FIG. 6 is a diagram showing frequency characteristics when a differential signal is input to the CMCC 12 of FIG. 5. In FIG. 6, the horizontal axis shows frequency [Hz], and the vertical axis shows Sdd11 [dB] of the S parameter. FIG. 7 is a diagram showing frequency when a common mode signal is input to the CMCC 12 of FIG. 5. In FIG. 7, the horizontal axis shows frequency [Hz], and the vertical axis shows Scc11 [dB] of the S parameter. The frequency f1 in FIG. 7 corresponds to 2.4 [GHz] of the wireless communication standard. The frequency f2 corresponds to 5 [GHz] of the wireless communication standard. In the frequency bands near these frequencies f1 and f2, the CMCC 12 of this example has good reflection characteristics.

図3に戻り、リタイマIC13とコネクタ20との間にCMCC12を搭載した場合、コネクタ20側にコモンモード信号が矢印Y3で示すように反射してしまう。ここで、リタイマIC13は、差動信号を新たに再生成することで、信号を補正するICである。したがって、リタイマIC13から出力される信号は、矢印Y3で示すように反射するコモンモードの反射信号の影響を受けない。そこで、図3のようにCMCC12をコントローラIC11とリタイマIC13との間に搭載する。CMCC12によるコモンモードの反射信号は、リタイマIC13によってキャンセルされる。したがって、コネクタ20側にコモンモードの反射信号が伝送されることは無い。 Returning to FIG. 3, if a CMCC 12 is mounted between the retimer IC 13 and the connector 20, the common mode signal will be reflected to the connector 20 as shown by the arrow Y3. The retimer IC 13 is an IC that corrects signals by regenerating a new differential signal. Therefore, the signal output from the retimer IC 13 is not affected by the common mode reflected signal that is reflected as shown by the arrow Y3. Therefore, the CMCC 12 is mounted between the controller IC 11 and the retimer IC 13 as shown in FIG. 3. The common mode reflected signal by the CMCC 12 is canceled by the retimer IC 13. Therefore, the common mode reflected signal is not transmitted to the connector 20.

(ノイズの測定)
図8および図9は、信号伝送装置10におけるノイズの測定について説明する図である。図8および図9においては、信号伝送装置10と外部の装置16とがケーブル2を介してUSB信号200を授受する場合に、コントローラICとリタイマICとの間の信号線路15から放射するノイズを測定する。本例では、無線通信規格の2.4[GHz]帯域に干渉するノイズの放射レベルについて、スペクトラムアナライザ18を用いて測定した。
(Noise measurement)
8 and 9 are diagrams for explaining the measurement of noise in the signal transmission device 10. In Fig. 8 and Fig. 9, noise radiated from the signal line 15 between the controller IC and the retimer IC is measured when the signal transmission device 10 and the external device 16 transmit and receive a USB signal 200 via the cable 2. In this example, the radiation level of noise interfering with the 2.4 GHz band of the wireless communication standard is measured using a spectrum analyzer 18.

図8は、コントローラIC11とリタイマIC13との間の信号線路15にCMCCを搭載していない場合の計測状況を示す。図9は、コントローラIC11とリタイマIC13との間の信号線路15にCMCC12を搭載している場合の計測状況を示す。 Figure 8 shows the measurement situation when no CMCC is installed on the signal line 15 between the controller IC 11 and the retimer IC 13. Figure 9 shows the measurement situation when a CMCC 12 is installed on the signal line 15 between the controller IC 11 and the retimer IC 13.

図8および図9において、電波暗箱300に信号伝送装置10を載置し、信号伝送装置10内にアンテナ14を設けた。アンテナ14は、コントローラICが実装されている基板から10cm離れた位置に設けた。アンテナ14は、無線通信規格の2.4[GHz]帯域に干渉するノイズの放射レベルを受信できるアンテナである。アンテナ14に接続されたケーブルC1をプリアンプ17に接続し、プリアンプ17によって増幅した信号をケーブルC2によってスペクトラムアナライザ18に入力した。コネクタ20には、ケーブル2を介して外部の装置16を接続した。外部の装置16は、本例でSDD(Solid State Drive)による記憶装置である。 8 and 9, the signal transmission device 10 is placed in the radio wave anechoic box 300, and an antenna 14 is provided inside the signal transmission device 10. The antenna 14 is provided at a position 10 cm away from the board on which the controller IC is mounted. The antenna 14 is an antenna that can receive the radiation level of noise that interferes with the 2.4 GHz band of the wireless communication standard. A cable C1 connected to the antenna 14 is connected to a preamplifier 17, and the signal amplified by the preamplifier 17 is input to a spectrum analyzer 18 via a cable C2. An external device 16 is connected to the connector 20 via a cable 2. In this example, the external device 16 is a storage device such as an SSD (Solid State Drive).

図10は、ノイズに関する評価の例を示す図である。図10において、横軸は周波数(frequency)[MHz]、縦軸はノイズレベル(Noise Level)[dBm]、である。 Figure 10 shows an example of noise evaluation. In Figure 10, the horizontal axis is frequency [MHz], and the vertical axis is noise level [dBm].

図10中の実線は、信号を出力していない状態(No communication)を示す。図10中の破線は、図8のようにCMCCを設けずに(No CMCC)、USB4の信号を出力している状態を示す。図10中の一点鎖線は、図9のようにCMCCを設けて(with CMCC)、USB4の信号を出力している状態を示す。図10中の破線の楕円Dで示すように、無線通信規格の2.4[GHz]帯域に関して、約4.5[dBm]の改善を確認できた。したがって、図3に示すように、信号伝送装置10内のノイズNを低減できる。 The solid line in FIG. 10 indicates a state in which no signal is output (No communication). The dashed line in FIG. 10 indicates a state in which a USB4 signal is output without a CMCC (No CMCC) as in FIG. 8. The dashed line in FIG. 10 indicates a state in which a USB4 signal is output with a CMCC (with CMCC) as in FIG. 9. As shown by the dashed ellipse D in FIG. 10, an improvement of approximately 4.5 dBm was confirmed for the 2.4 GHz band of the wireless communication standard. Therefore, as shown in FIG. 3, the noise N in the signal transmission device 10 can be reduced.

(反射特性の測定)
図11および図12は、信号伝送装置10に関して、コネクタ20側から見た反射特性の測定について説明する図である。図11および図12に示すように、コネクタ20に治具40を接続し、ネットワークアナライザ19によって反射特性を測定した。すなわち、コネクタ20において矢印Y4のように反射する信号について、コモンモードリターンロス、すなわちScc11を測定した。
(Measurement of Reflection Characteristics)
11 and 12 are diagrams for explaining the measurement of the reflection characteristics of the signal transmission device 10 as viewed from the connector 20 side. As shown in Fig. 11 and 12, a jig 40 was connected to the connector 20, and the reflection characteristics were measured by a network analyzer 19. That is, the common mode return loss, i.e., Scc11, was measured for a signal reflected in the connector 20 as indicated by the arrow Y4.

図11は、コントローラIC11とリタイマIC13との間の信号線路15にCMCCを搭載していない場合の計測状況を示す。図12は、コントローラIC11とリタイマIC13との間の信号線路15にCMCC12を搭載している場合の計測状況を示す。 Figure 11 shows the measurement situation when a CMCC is not installed on the signal line 15 between the controller IC 11 and the retimer IC 13. Figure 12 shows the measurement situation when a CMCC 12 is installed on the signal line 15 between the controller IC 11 and the retimer IC 13.

治具40は、信号線路15のコネクタ20から50Ωの同軸線に変換する治具である。図11および図12のいずれの場合においても、ケーブルC3、C4によって、治具40において変換されるコモンモード信号Tx+、Tx-を、ネットワークアナライザ19のチャンネルCh1、Ch3に入力した。ネットワークアナライザ19により、コネクタ20側から見たコモンモードリターンロス、すなわちScc11を測定した。 The jig 40 converts the connector 20 of the signal line 15 into a 50 Ω coaxial line. In both cases of FIG. 11 and FIG. 12, the common mode signals Tx+ and Tx- converted in the jig 40 by the cables C3 and C4 were input to channels Ch1 and Ch3 of the network analyzer 19. The network analyzer 19 measured the common mode return loss as seen from the connector 20 side, i.e., Scc11.

図13は、図3の構成においてケーブル2側に反射するコモンモード信号の例を示す図である。図13において、横軸は周波数[GHz]、縦軸はSパラメータのScc11[dB]を示す。図2を参照して説明したコモンモード信号101とは異なり、コモンモード信号102は信号範囲100内において変化する信号である。したがって、コモンモード信号102は、所定の規格を満たしている。 Figure 13 is a diagram showing an example of a common mode signal reflected toward the cable 2 side in the configuration of Figure 3. In Figure 13, the horizontal axis shows frequency [GHz], and the vertical axis shows S parameter Scc11 [dB]. Unlike the common mode signal 101 described with reference to Figure 2, the common mode signal 102 is a signal that changes within the signal range 100. Therefore, the common mode signal 102 meets a predetermined standard.

以上のように、信号伝送装置10においては、コントローラICとリタイマICとの間の信号線路15上に、例えば無線通信規格の2.4[GHz]通信帯域に干渉するノイズを抑制するCMCC12を実装している。これにより、コモンモードリターンロス、すなわちScc11の規格を満足しつつ、無線通信規格の通信帯域に干渉するノイズの放射を抑制できる。 As described above, in the signal transmission device 10, a CMCC 12 that suppresses noise that interferes with, for example, the 2.4 GHz communication band of the wireless communication standard is implemented on the signal line 15 between the controller IC and the retimer IC. This makes it possible to suppress the emission of noise that interferes with the communication band of the wireless communication standard while satisfying the common mode return loss, i.e., Scc11, standard.

1、1a 回路基板
2 ケーブル
10、10a 信号伝送装置
11 コントローラIC
13 リタイマIC
14 アンテナ
15 信号線路
20 コネクタ
121 受信部
122 クロックデータリカバリ部
123 エラスティックバッファ
124 クロック生成部
125 送信部
1, 1a Circuit board 2 Cable 10, 10a Signal transmission device 11 Controller IC
13 Retimer IC
14 Antenna 15 Signal line 20 Connector 121 Receiving unit 122 Clock data recovery unit 123 Elastic buffer 124 Clock generating unit 125 Transmitting unit

Claims (2)

回路基板と、
前記回路基板に設けられ、外部の装置と差動信号を伝送するケーブルを着脱可能なコネクタと、
前記回路基板に実装される集積回路と、
前記回路基板に設けられており、前記集積回路と前記コネクタとの間で前記差動信号の授受を行うための信号線路と、
前記信号線路に設けられており、前記集積回路から出力されるノイズを抑制するためのコモンモードチョークコイルと、
前記信号線路において、前記コモンモードチョークコイルと前記コネクタとの間に設けられたリタイマICと、を含み、
前記信号線路において、前記リタイマICは直流的に接続されており、
前記コモンモードチョークコイルは、前記集積回路から前記信号線路へ前記差動信号を出力する端子の直近に設けられており、
前記直近とは、前記差動信号の帯域に対応する波長の半分以内の距離である
信号伝送装置。
A circuit board;
a connector provided on the circuit board to which a cable for transmitting a differential signal can be detachably connected to an external device;
an integrated circuit mounted on the circuit board;
a signal line provided on the circuit board for transmitting and receiving the differential signal between the integrated circuit and the connector;
a common mode choke coil provided on the signal line for suppressing noise output from the integrated circuit;
a retimer IC provided in the signal line between the common mode choke coil and the connector,
The retimer IC is connected in a DC manner to the signal line,
the common mode choke coil is provided immediately adjacent to a terminal that outputs the differential signal from the integrated circuit to the signal line,
The term "close vicinity" refers to a signal transmission device that is within a distance of half the wavelength corresponding to the band of the differential signal.
前記リタイマICは、
前記差動信号を受信し、シングルエンド信号を出力する受信部と、前記受信部から出力される前記シングルエンド信号からデータおよびクロックを生成するクロックデータリカバリ部と、前記クロックデータリカバリ部によって生成されるデータを前記クロックのタイミングで記憶するエラスティックバッファと、前記エラスティックバッファからデータを読み出すためのクロックを生成するクロック生成部と、前記エラスティックバッファから読み出されるデータを入力し、差動信号を出力する送信部と、を含む請求項1に記載の信号伝送装置。
The retimer IC includes:
2. The signal transmission device according to claim 1, comprising: a receiving unit that receives the differential signal and outputs a single-ended signal; a clock data recovery unit that generates data and a clock from the single-ended signal output from the receiving unit; an elastic buffer that stores the data generated by the clock data recovery unit at the timing of the clock; a clock generating unit that generates a clock for reading data from the elastic buffer; and a transmitting unit that inputs the data read from the elastic buffer and outputs a differential signal.
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野崎 原生 畑山 仁 池田 浩昭 志田 晟,USB 3.2のすべて 初版 インターフェース・デザイン・シリーズ USB転送の基本から5~20Gbps伝送のしくみまで,CQ出版株式会社,2020年03月15日

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