JP2014106699A - Bus system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、主配線に複数の送受信デバイスが接続されるバスシステムに関し、特にその主配線の特性インピーダンスの構成に関する。 The present invention relates to a bus system in which a plurality of transmission / reception devices are connected to a main wiring, and more particularly to a configuration of characteristic impedance of the main wiring.
情報処理システムの高性能化により、基板上の信号伝送も高速化しており、一つの主配線に複数のデバイスが接続されるバスシステムにおいても、信号の高速化が必要とされている。従来のバスシステムでは、均一な特性インピーダンスを持つ主配線に、分岐配線を介して複数の送受信デバイスが接続される構成が一般的に使用されている。しかし、このようなバスシステムでは、デバイスが1対1に接続される形式と比べて、信号の高速化が困難であるという課題があった。 Signal transmission on a substrate is also speeded up due to high performance of the information processing system, and even in a bus system in which a plurality of devices are connected to one main wiring, it is necessary to speed up the signal. In a conventional bus system, a configuration in which a plurality of transmission / reception devices are connected to a main wiring having a uniform characteristic impedance via a branch wiring is generally used. However, in such a bus system, there is a problem that it is difficult to increase the signal speed as compared with a type in which devices are connected one-to-one.
この対策として、共通ノードと複数のデバイスとを導体線で接続する高周波伝送線路において、共通ノードから複数のデバイスに信号を分配する際に、共通ノードからの距離が離れるにつれて導体線の線幅を広くする技術(例えば、特許文献1参照)や、主配線内で特性インピーダンスを細かく上下させることで反射波を打ち消して波形を整える技術(例えば、特許文献2参照)などが提案されている。 As a countermeasure, when distributing signals from a common node to a plurality of devices in a high-frequency transmission line that connects the common node and a plurality of devices with a conductor line, the line width of the conductor line is increased as the distance from the common node increases. Techniques for widening (see, for example, Patent Document 1), techniques for canceling reflected waves by finely raising and lowering the characteristic impedance in the main wiring (for example, see Patent Document 2), and the like have been proposed.
しかしながら、上記従来のシステムでは、送信デバイスが固定または受信デバイスが固定であることを前提としており、バス上に接続された任意の2つのデバイス間で直接通信を行うようなバスシステムには適用できないという課題があった。 However, the above conventional system is based on the premise that the transmitting device is fixed or the receiving device is fixed, and cannot be applied to a bus system in which direct communication is performed between any two devices connected on the bus. There was a problem.
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、全ての送信/受信の組み合わせで安定的な信号伝送を実現することのできるバスシステムを得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a bus system that can realize stable signal transmission with all transmission / reception combinations.
この発明に係るバスシステムは、主配線にそれぞれ分岐配線を介して複数の送受信デバイスが接続され、主配線の両端で終端されるバスシステムにおいて、主配線の特性インピーダンスが中央で最も低く、両端に行くに従って高く設定されると共に、特性インピーダンスが分岐配線の接続される位置で変化するよう構成され、かつ、特性インピーダンスが中央を中心として一方の端部までと他方の端部までとが対称であり、送受信デバイスの受信状態における入力インピーダンスが、送受信デバイスの分岐配線が接続されている位置の端部側の主配線の特性インピーダンスより高く構成されるようにしたものである。 In the bus system according to the present invention, in the bus system in which a plurality of transmission / reception devices are connected to the main wiring via branch wirings respectively and terminated at both ends of the main wiring, the characteristic impedance of the main wiring is lowest at the center and The characteristic impedance is set to be higher as it goes, and the characteristic impedance is changed at the position where the branch wiring is connected, and the characteristic impedance is symmetrical from the center to one end and to the other end. The input impedance in the reception state of the transmission / reception device is configured to be higher than the characteristic impedance of the main wiring on the end side of the position where the branch wiring of the transmission / reception device is connected.
この発明のバスシステムは、主配線の特性インピーダンスが中央で最も低く、両端に行くに従って高く設定され、かつ、左右対称であり、また、分岐配線の接続される位置で特性インピーダンスが変化するよう構成され、さらに、送受信デバイスの受信状態における入力インピーダンスが、端部側の主配線の特性インピーダンスより高くなるようにしたので、全ての送信/受信の組み合わせで安定的な信号伝送を実現することができる。 The bus system of the present invention is configured such that the characteristic impedance of the main wiring is the lowest at the center, is set higher as it goes to both ends, is symmetrical, and the characteristic impedance changes at the position where the branch wiring is connected. Furthermore, since the input impedance in the reception state of the transmission / reception device is made higher than the characteristic impedance of the main wiring on the end side, stable signal transmission can be realized with all transmission / reception combinations. .
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1によるバスシステムを示す構成図であるが、この説明に先立ち、比較例として、主配線の特性インピーダンスが一定であるバスシステムについて説明する。
図2は、このような均一な特性インピーダンスを有するバスシステムを示している。図2において、主配線10は均一な特性インピーダンスを有し、それぞれ分岐配線2a〜2fを介して複数の送受信デバイス4a〜4fが接続されている。また、主配線10の両端は終端抵抗3a,3bを介して終端されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing a bus system according to Embodiment 1 of the present invention. Prior to this description, a bus system in which the characteristic impedance of the main wiring is constant will be described as a comparative example.
FIG. 2 shows a bus system having such a uniform characteristic impedance. In FIG. 2, the
主配線10から分岐配線2a〜2fを見込む入力インピーダンスが有限の場合、信号が分岐に入るため、信号伝搬に伴い、主配線10上の信号が小さくなっていく。このため主配線10の端に近いデバイスでは、受信信号が小さくなりマージンが減少する。この様子を図4に示す。このため、バス上に多数ある接続部で発生した反射波が重畳した場合に通信不能になる。
When the input impedance for expecting the
これに対し、実施の形態1では、分岐配線2a〜2fを介して主配線1に複数の送受信デバイス4a〜4fが接続され、主配線1の両端で終端されるバス構成において、主配線1の配線幅が、中央で最も広く、両端になるに従って狭くなっていき、その結果、主配線1の特性インピーダンスが、中央で最も低く両端に近くなるに従い高くなっていくことになる。さらに、その特性インピーダンスの変化がそれぞれの端部に近いほど大きく、また、送受信デバイス4a〜4fの受信状態における入力インピーダンスが、主配線1の特性インピーダンスより高く、かつ、主配線1の特性インピーダンスは左右対称であり、さらに、主配線1の特性インピーダンスは分岐配線2a〜2fとの接続部分でのみ変化するよう構成されている。以下、図1を参照して実施の形態1のバスシステムについて詳細に説明する。
On the other hand, in the first embodiment, in the bus configuration in which a plurality of transmission /
図1において、主配線1は、線路1a〜1gで構成され、これらは直列に接続されている。主配線1の両端(線路1aと線路1gの端部)は、終端抵抗3aおよび3bが接続され、終端されている。線路1a〜1gのそれぞれ隣り合う線路との境界位置から、分岐配線2a〜2fを経由して、信号の送受信機能を持つ送受信デバイス4a〜4fが接続されている。主配線1を構成する線路1a〜1gは、中央の線路1dの配線幅が最も広く、両端に近い線路ほど狭くなっている。また、主配線1は中央の線路1dを中心として左右の線路1d〜1aと線路1d〜1gとで対称となるよう構成されている。この結果、主配線1上の特性インピーダンス分布は図3のようになっている。図3に示すように、主配線1の各線路1a〜1gの特性インピーダンスの変化量がそれぞれの端部に行くほど大きくなっている。また、それぞれの送受信デバイス4a〜4fは、その入力インピーダンスが、送受信デバイス4a〜4fの分岐配線2a〜2fが接続されている位置の端部側の主配線1の特性インピーダンスより高く構成されている。例えば、送受信デバイス4aの入力インピーダンスが線路1aの特性インピーダンスよりも高くなるよう設定されている。
In FIG. 1, a main wiring 1 is composed of
次に、このように構成されたバスシステムの動作を図2のバスシステムと比較して説明する。
先ず、図2に示す均一な特性インピーダンスを持ったバスシステムにおいて、左端に近いデバイスから信号が出力されたとし、右側の信号伝送に着目する。主配線10から分岐配線2a〜2fを見込む入力インピーダンスが有限の場合、信号が分岐にさしかかる度に、図4の信号10a〜10cのように信号が分岐に入るため、信号伝搬に伴い、主配線10上の信号が小さくなっていく。このため、主配線10の端に近いデバイスでは、受信信号が小さくなる。図4の信号10a〜10cでは、信号10cが最も大きく、端に近い信号10aが最も小さくなり、受信信号に不均衡が生じる。このため受信信号が小さくなる端に近い送受信デバイスではマージンが減少する。その結果、バス上に多数ある接続部で発生した反射波が重畳した場合に通信不能になる。
Next, the operation of the bus system configured as described above will be described in comparison with the bus system of FIG.
First, assuming that a signal is output from a device near the left end in the bus system having uniform characteristic impedance shown in FIG. 2, attention is paid to signal transmission on the right side. When the input impedance for expecting the
これに対し、実施の形態1のバスシステムは、主配線1が図3に示すような特性インピーダンス分布となっている。主配線1の特性インピーダンス変化が大きいほど、変化部における主配線1上の信号伝送が阻害され、信号が分岐配線2a〜2fに入る信号の割合も大きくなる。実施の形態1のバスシステムでは、主配線1上の信号が小さくなる端に近い部分であるほど特性インピーダンスを高くすると共に、送受信デバイス4a〜4fの入力インピーダンスが分岐配線2a〜2fの位置より端部側の線路1a〜1gよりも高くなるよう構成し、伝送信号に対する分岐配線2a〜2fへ入る信号の割合が大きくなるようにしているため、図5の信号11a〜11cのように、各送受信デバイス4a〜4fの受信信号が平均化される。以上の動作により、図2に示すようなバスシステムでは最も信号が小さくなってしまう主配線10の端部に近いデバイスの信号振幅を、実施の形態1のバスシステムでは改善することができる。また、特性インピーダンス分布を対称としているので、この改善効果は送信位置によらず双方向で得られる。以上により、実施の形態1のバスシステムでは、図2のバスシステムと比較して、全ての送信/受信の組み合わせで安定的な信号伝送を実現できる。
On the other hand, in the bus system of the first embodiment, the main wiring 1 has a characteristic impedance distribution as shown in FIG. As the characteristic impedance change of the main wiring 1 is larger, the signal transmission on the main wiring 1 in the changing portion is hindered, and the ratio of signals entering the
なお、以上の説明では、送受信デバイス4a〜4fの数を6個としたが、これ以外のデバイス数でも同様であるのは言うまでもない。
また、上記例では、主配線1における配線幅で特性インピーダンスの調整を行っているが、これ以外の調整手段、例えば誘電体の厚みの変化や、線路近傍に高誘電体材料を配置するといった方法でも実現できる。
In the above description, the number of transmission /
Further, in the above example, the characteristic impedance is adjusted by the wiring width in the main wiring 1, but other adjusting means, for example, a method of changing the thickness of the dielectric or arranging a high dielectric material in the vicinity of the line. But it can be realized.
図6は、誘電体の厚みや配置により特性インピーダンスの調整を行う場合の説明図である。
図示例は基板表面の配線(マイクロストリップ線路)の例であり、基材100の表面に主配線1に相当する信号導体101が設けられ、裏面側にはグランド導体102が設けられている。このような構成で、基本的には、信号の電気力線が誘電体の高い領域に侵入するほど特性インピーダンスが低下する。従って、基板表面配線の場合は、基板表面に誘電体103を配置することで、信号の電気力線が誘電体103内に侵入し、特性インピーダンスが低下すると期待できる。特性インピーダンスの調整法としては、図中の矢印Aに示すように、信号導体101と誘電体103との距離に基づく方法や、矢印Bに示すように誘電体103の量(信号導体101上の誘電体103の厚み)による方法がある。矢印Aに示す方法の場合は信号導体101と誘電体103との距離が近いほど特性インピーダンスが低下する。また、矢印Bに示す方法の場合は誘電体103の量が多い(誘電体103の厚みが大きい)ほど特性インピーダンスが低下する。
FIG. 6 is an explanatory diagram when the characteristic impedance is adjusted by the thickness and arrangement of the dielectric.
The illustrated example is an example of wiring (microstrip line) on the surface of the substrate. A
また、上記例では、主配線1の線路1a〜1gの物理的な形状が対称であるとしたが、主配線1における特性インピーダンスの分布が対称であれば上記の効果は得られるので、この条件が満たされるのであれば、物理的に対称である事は必須ではない。
In the above example, the physical shapes of the
また、上記例では、プリント基板配線を念頭に説明したが、主配線1や分岐配線2a〜2fがケーブルで構成されたバスシステム、あるいは分岐配線2a〜2fの一部がコネクタ等の部品であっても、上記の効果は得られる。
In the above example, the printed circuit board wiring has been described, but the main wiring 1 and the
また、上記例では、主配線1の両端に終端抵抗3a,3bがある構成で説明したが、主配線の両端に分岐配線2a,2fを接続することで、主配線1の両端を終端抵抗3a,3bを用いずに終端することもできる。
図7は、終端抵抗ありと終端抵抗なしを示す説明図であり、(a)が終端抵抗あり、(b)が終端抵抗無しを示している。(a)に示す状態は、図1の状態であり、(b)に示す終端抵抗なしの場合は、主配線1の一方の端部の線路である線路1bの端部に分岐配線2aを接続したものである。この場合、送受信デバイス4aが主線路端となるので、送受信デバイス4aの入力インピーダンスが、不完全ながらも終端として機能(主線路端の反射低減)するため、(a)に示す終端抵抗3aを無しとすることができる。また、このように構成した場合は、線路1bが主配線1の端部となるため、分岐配線2bに接続されている送受信デバイス4bより中央側が、それより端部側の主配線1の特性インピーダンスより高く構成されることになる。このように、主配線1の両端を終端抵抗3a,3bなしに終端した場合は、部品数削減という利点が得られる。
In the example described above, the
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the presence of a termination resistor and the absence of a termination resistor, where (a) shows a termination resistor and (b) shows no termination resistor. The state shown in (a) is the state shown in FIG. 1, and when there is no termination resistor shown in (b), the
以上説明したように、実施の形態1のバスシステムによれば、主配線にそれぞれ分岐配線を介して複数の送受信デバイスが接続され、主配線の両端で終端されるバスシステムにおいて、主配線の特性インピーダンスが中央で最も低く、両端に行くに従って高く設定されると共に、特性インピーダンスが分岐配線の接続される位置で変化するよう構成され、かつ、特性インピーダンスが中央を中心として一方の端部までと他方の端部までとが対称であり、送受信デバイスの受信状態における入力インピーダンスが、送受信デバイスの分岐配線が接続されている位置の端部側の主配線の特性インピーダンスより高く構成されるようにしたので、全ての送信/受信の組み合わせで安定的な信号伝送を実現することができる。 As described above, according to the bus system of the first embodiment, in the bus system in which a plurality of transmission / reception devices are connected to the main wiring via the branch wiring and terminated at both ends of the main wiring, the characteristics of the main wiring Impedance is lowest at the center, and is set higher as it goes to both ends, and the characteristic impedance is configured to change at the position where the branch wiring is connected, and the characteristic impedance is centered on the center up to one end and the other The input impedance in the receiving state of the transmitting / receiving device is configured to be higher than the characteristic impedance of the main wiring on the end side where the branch wiring of the transmitting / receiving device is connected. Stable signal transmission can be realized by all transmission / reception combinations.
また、実施の形態1のバスシステムによれば、主配線の特性インピーダンスの変化量は端部に近いほど大きいようにしたので、より効率的な信号伝送を実現することができる。 In addition, according to the bus system of the first embodiment, the amount of change in the characteristic impedance of the main wiring is increased as it is closer to the end, so that more efficient signal transmission can be realized.
また、実施の形態1のバスシステムによれば、主配線の線路幅を変化させることで、主配線の特性インピーダンスを変化させるようにしたので、簡単な構成で安定的な信号伝送を実現することができる。 Further, according to the bus system of the first embodiment, the characteristic impedance of the main wiring is changed by changing the line width of the main wiring, so that stable signal transmission can be realized with a simple configuration. Can do.
また、実施の形態1のバスシステムによれば、主配線の誘電体厚みを変化させることで、主配線の特性インピーダンスを変化させるようにしたので、簡単な構成で安定的な信号伝送を実現することができる。 Further, according to the bus system of the first embodiment, the characteristic impedance of the main wiring is changed by changing the dielectric thickness of the main wiring, so that stable signal transmission is realized with a simple configuration. be able to.
また、実施の形態1のバスシステムによれば、主配線に近接して設置した誘電体の配置により、主配線の特性インピーダンスを変化させるようにしたので、簡単な構成で安定的な信号伝送を実現することができる。 In addition, according to the bus system of the first embodiment, the characteristic impedance of the main wiring is changed by the arrangement of the dielectric placed close to the main wiring, so that stable signal transmission can be achieved with a simple configuration. Can be realized.
また、実施の形態1のバスシステムによれば、複数の分岐配線として少なくとも一つのコネクタを含むようにしたので、分岐配線としてコネクタを用いたバスシステムについても全ての送信/受信の組み合わせで安定的な信号伝送を実現することができる。 In addition, according to the bus system of the first embodiment, since at least one connector is included as a plurality of branch wirings, a bus system using connectors as branch wirings is stable in all combinations of transmission / reception. Signal transmission can be realized.
また、実施の形態1のバスシステムによれば、主配線をケーブルとしたので、主配線としてケーブルを用いたバスシステムについても全ての送信/受信の組み合わせで安定的な信号伝送を実現することができる。 Further, according to the bus system of the first embodiment, since the main wiring is a cable, it is possible to realize stable signal transmission in all transmission / reception combinations even in a bus system using a cable as the main wiring. it can.
また、実施の形態1のバスシステムによれば、分岐配線をケーブルとしたので、分岐配線としてケーブルを用いたバスシステムについても全ての送信/受信の組み合わせで安定的な信号伝送を実現することができる。 Further, according to the bus system of the first embodiment, since the branch wiring is a cable, it is possible to realize stable signal transmission in all transmission / reception combinations even in a bus system using a cable as the branch wiring. it can.
また、実施の形態1のバスシステムによれば、主配線の両端を終端する終端抵抗に代えて、主配線の両端に分岐配線を接続すると共に、送受信デバイスの受信状態における入力インピーダンスが、送受信デバイスの分岐配線が接続されている位置より端部側の主配線の特性インピーダンスより高くなるよう構成するのを、両端の主配線の特性インピーダンスが変化している位置に接続された分岐配線から中央側としたので、バスシステムとしての部品数を削減することができる。 In addition, according to the bus system of the first embodiment, instead of the termination resistor that terminates both ends of the main wiring, the branch wiring is connected to both ends of the main wiring, and the input impedance in the reception state of the transmission / reception device is It is configured so that the characteristic impedance of the main wiring on the end side is higher than the position where the branch wiring is connected to the center side from the branch wiring connected to the position where the characteristic impedance of the main wiring on both ends is changing Therefore, the number of parts as a bus system can be reduced.
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, any constituent element of the embodiment can be modified or any constituent element of the embodiment can be omitted within the scope of the invention.
1 主配線、1a〜1g 線路、2a〜2f 分岐配線、3a,3b 終端抵抗、4a〜4f 送受信デバイス、11a〜11c 信号、100 基材、101 信号導体、102 グランド導体、103 誘電体。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Main wiring, 1a-1g line, 2a-2f branch wiring, 3a, 3b Termination resistor, 4a-4f Transmission / reception device, 11a-11c Signal, 100 base material, 101 Signal conductor, 102 Ground conductor, 103 Dielectric.
Claims (9)
前記主配線の特性インピーダンスが中央で最も低く、両端に行くに従って高く設定されると共に、当該特性インピーダンスが前記分岐配線の接続される位置で変化するよう構成され、かつ、前記特性インピーダンスが中央を中心として一方の端部までと他方の端部までとが対称であり、
前記送受信デバイスの受信状態における入力インピーダンスが、当該送受信デバイスの分岐配線が接続されている位置の端部側の主配線の特性インピーダンスより高く構成されたことを特徴とするバスシステム。 In the bus system in which a plurality of transmission / reception devices are connected to the main wiring via branch wirings respectively and terminated at both ends of the main wiring,
The characteristic impedance of the main wiring is lowest at the center and is set higher as it goes to both ends, and the characteristic impedance is configured to change at a position where the branch wiring is connected, and the characteristic impedance is centered And up to one end and the other end are symmetrical,
A bus system, wherein an input impedance in a reception state of the transmission / reception device is configured to be higher than a characteristic impedance of a main wiring on an end side of a position where a branch wiring of the transmission / reception device is connected.
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