JP4936824B2

JP4936824B2 - 基準信号供給装置

Info

Publication number: JP4936824B2
Application number: JP2006228138A
Authority: JP
Inventors: 恒大友; 正樹岩崎
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2026-08-24
Also published as: JP2008054052A

Description

この発明は、例えばＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array）等のＩＣ(Integration Circuit)パッケージに対し動作に必要な基準信号ＶREFを供給する基準信号供給装置に関する。

一般に、デジタル回路にあっては、例えばＦＰＧＡ等のＩＣパッケージが使用されるものがある。このＩＣパッケージにおいて、高速な信号伝送を行うために、ＶREFと呼ばれる基準信号を用いて信号の状態を判定する以下の通信規格が一例としてある。

ＪＥＤＥＣＳＴＡＮＤＡＡＲＤＮｏ．8-3（ＧＴＬ）
ＪＥＤＥＣＳＴＡＮＤＡＡＲＤＮｏ．8-4（ＣＴＴ）
ＪＥＤＥＣＳＴＡＮＤＡＡＲＤＮｏ．8-6（ＨＳＴＬ）
ＪＥＤＥＣＳＴＡＮＤＡＡＲＤＮｏ．8-8（ＳＳＴＬ）
一般に、基準信号には電源電圧を１／２に分圧したものを用い電圧変動を防ぐためにコンデンサの付加により電圧レベルの安定化を図った回路を構成する（例えば、特許文献１）。
特開２０００−１０１０３１公報。

ところで、上記ＩＣパッケージ内部では、伝送ラインが他のラインと近接しており、容量結合のクロストークが発生することがある。他のラインからのクロストークは、ＩＣパッケージ内の比較器と分圧抵抗との間を何度も往復して減衰する回路である。このクロストークが発生すると、ＩＣパッケージから基準信号発生回路までの伝送路としての電気長とクロストークとの組み合わせにより定在波が出現し、基準信号としての役割を果たさなくなる。

そこで、この発明の目的は、パッケージ内部のクロストークによる基準信号への影響を無くすようにした基準信号供給装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明は、パッケージ上に複数の伝送線路が互いに所定間隔に配置された信号処理部に対し、複数の伝送線路の中の１つの伝送線路を介して信号発生部から発生し信号処理部の信号処理に必要な直流の基準信号を供給する基準信号供給装置において、信号発生部と信号処理部との間を接続し、信号処理部のインピーダンスに比して低いインピーダンスを有する第１のインピーダンス回路と、この第１のインピーダンス回路の信号発生部側を終端し、第１のインピーダンス回路を通過した交流成分の信号を吸収する第２のインピーダンス回路とを備えるようにしたものである。

この構成によれば、信号処理部と信号発生部との間を、信号処理部のインピーダンスに比してインピーダンスが低い第１のインピーダンス回路により接続して信号処理部から信号発生部側を見た場合に、見かけ上の電気長が無限大になるようにし、かつ信号処理部で発生したクロストークによる信号を信号処理部に送り返すようにして、信号処理部内でクロストークの相殺ループを形成するようにし、また第１のインピーダンス回路を通過した交流成分の信号を第２のインピーダンス回路にて吸収するようにしている。

従って、信号処理部の動作に影響を与えることなく、クロストークによる基準信号への影響を無くすことができる。

以上詳述したようにこの発明によれば、パッケージ内部のクロストークによる基準信号への影響を無くすようにした基準信号供給装置を提供することができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明に係わる基準信号供給装置が適用されるＩＣパッケージの一実施形態を示す概略構成図である。

図１において、符号１はＩＣパッケージで、その上面に比較器等を含む信号処理回路１１及び複数の伝送ライン（図１中では５本）１２１〜１２５が配置されている。このうち、伝送ライン１２４には、伝送線路２を介して基準信号発生部３が接続されている。

基準信号発生部３は、ＩＣパッケージ１の処理動作に必要な直流の基準信号ＶREFをＩＣパッケージ１に供給するものである。

図２は、伝送線路２及び基準信号発生部３の構成を示す回路構成図である。

基準信号発生部３は、抵抗ｒａ，ｒｂを直列接続して構成される分圧回路３１と、カップリングコンデンサＣ１と、抵抗Ｒとを備えている。このうち、分圧回路３１は、電源電圧Ｖｃｃを入力して、その分圧出力を基準信号ＶREFとしてＩＣパッケージ１の比較器１３に供給する。

なお、抵抗ｒａ，ｒｂは、それぞれ同一の抵抗値に設定されており、通信規格上の実装として電源電圧Ｖｃｃを１／２に分圧するものである。カップリングコンデンサＣ１は、基準信号ＶREFの安定化を図るものである。

（クロストーク発生の原理）
ところで、ＩＣパッケージ１内の伝送ライン１２４は、伝送ライン１２３と近接しており、容量結合のクロストークが発生することがある。この場合、伝送ライン１２３に、図３（ａ）に示すパルス信号が発生すると、伝送ライン１２４に、図３（ｂ）に示す信号が発生することになる。

特に、ユーザが自由にピンの機能を設定できるＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array）等においてはＶREFの信号の位置、周辺信号の使い方の組み合わせは無限にあり、ＩＣメーカがそのクロストークの発生量を予測することは難しい。

また、基準信号ＶREFの近接の１本または複数の信号が同時に動作した場合、そのクロストークの総和が安定しているはずの基準信号ＶREFに現れることになる。特に、上記基準信号ＶREFを必要とし高速で動作する信号はクロストーク量も多い。

通常、基準信号ＶREFを供給するための回路を構成した場合、図４に示すような等価回路となる。なお、図４において、上記図２と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。

伝送ライン１２３に図５（ａ）に示す１つのパルス信号が発生すると、伝送ライン１２４には図５（ｂ）に示すようにクロストークによる信号が基準信号発生部３に伝送されることになる。

また、伝送ライン１２３に図５（ｃ）に示す繰り返しパルス信号が発生すると、伝送ライン１２４には図５（ｄ）に示すようにクロストークによる信号が基準信号発生部３に伝送されることになる。このクロストークによる信号は、比較器１３と分圧回路３１との間を何度も往復して減衰する。

しかし、このクロストークによる信号は、基準信号ＶREFに影響を与えるため、比較器１３へ入力される基準信号ＶREFは、図６に示すように、ノイズが入ったような状態となる。

（本実施形態における改善策）
そこで、本実施形態では、伝送線路２の特性インピーダンスＺbdを伝送ライン１２４の特性インピーダンスＺICより小さくして、図７に示す如く、インピーダンス境界で逆位相の反射電力を発生させるようにしている。すると、入力逆相の電力がＩＣパッケージ１内へ戻っていくことになる。これにより、ＩＣパッケージ１内でクロストークによる信号の相殺ループを形成する。

また、高周波領域では、図８に示すように、ネガティブフィードバック回路を構成する。本来の用途の基準信号ＶREFは、高周波領域では動作しないので、本来の機能には影響はほとんどない。

なお、ＩＣパッケージ１の伝送ライン１２４の特性インピーダンスＺICは、通常５０Ω程度であるので、伝送線路２の特性インピーダンスＺbdは現実的に実現可能な２５Ω程度にすると、反射量は−３３％となり良い結果が得られる。もちろん、特性インピーダンスの組み合わせで、無数の組み合わせによる反射量が設定できるが、ＩＣパッケージ１内の寄生容量、線路長、ＩＣパッケージ１のピン、ボールの影響で過大な反射量の設定はループの発振を招くので注意が必要となる。

次に、基準信号発生部３に備えられるカップリングコンデンサＣ１は、インピーダンスの不整合を招くので、伝送線路２の特性インピーダンスＺbdと等価な抵抗Ｒを終端で直列に接続し、伝送線路２の特性インピーダンスＺbdとのマッチングをとる。

これにより、ＩＣパッケージ１から基準信号発生部３側を見た場合、高周波成分つまり交流成分は全て抵抗Ｒで消費され、見かけの電気長は無限大の伝送線路となり、ＩＣパッケージ１内で発生したノイズはすべて抵抗Ｒで吸収される。従って、比較器１３に入力される基準信号ＶREFは、図９に示すように、クロストークによる信号に影響することなく直流の信号となる。

なお、見かけ上の電気長は無限大になることから配線長ｌは、回路動作に影響しなくなり、自由な長さに設定できる。

以上のように上記実施形態では、ＩＣパッケージ１と基準信号発生部３との間を、ＩＣパッケージ１の特性インピーダンスに比して低い特性インピーダンスの伝送線路２により接続してＩＣパッケージ１から基準信号発生部３側を見た場合に、見かけ上の電気長が無限大になるようにし、かつＩＣパッケージ１で発生したクロストークによる信号をＩＣパッケージ１内に送り返すようにして、ＩＣパッケージ１内でクロストークによる信号の相殺ループを形成するようにし、また伝送線路２を通過した高周波成分つまり交流成分の信号を伝送線路２と直列に接続した抵抗Ｒにて吸収するようにしている。

従って、ＩＣパッケージ１の動作に影響を与えることなく、クロストークによる基準信号ＶREFへの影響を無くすことができる。また、通常対処が難しいＩＣパッケージ１内で発生するノイズを伝送線路２及び基準信号発生部３で対処でき、伝送線路として設計された見かけ無限長伝送路は、線路長の制限を受けず、部品配置を容易にできる。

なお、この発明は上記実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、伝送線路２の特性インピーダンスＺbd及び抵抗ＲをそれぞれＩＣパッケージ１の特性インピーダンスＺIC（５０Ω）の１／２となる２５Ωを用いる例について説明したが、これに限ることなく、それぞれＩＣパッケージ１の特性インピーダンスＺICより低いインピーダンスで、Ｍ：Ｎを満足させるものであってもよい。この場合も、ループの発振を招かないように対処する必要がある。

また、上記実施形態では、伝送線路２に抵抗Ｒを直列に接続する例について説明したが、抵抗Ｒ以外の素子を用いて伝送線路２の基準信号発生部３側を終端するようにしてもよい。

その他、基準信号発生部３の回路構成、ＩＣパッケージの種類等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

この発明に係わる基準信号供給装置が適用されるＩＣパッケージの一実施形態を示す概略構成図。上記図１に示したＩＣパッケージと伝送線路と基準信号発生部との間の接続構成を示す回路図。クロストークによる信号動作を説明するために示す図。以前に考えられていた基準信号を供給するための回路を構成する場合の等価回路図。パルス信号が発生したときのクロストークによる信号動作を説明するために示す図。クロストークによる信号の影響により比較器に入力される基準信号の波形図。本実施形態において、インピーダンス境界による信号の反射を説明するために示す図。本実施形態において、高周波領域におけるネガティブフィードバック回路を示す図。本実施形態によりクロストークによる影響を改善した場合の比較器に入力される基準信号の波形図。

符号の説明

１…ＩＣパッケージ、２…伝送線路、３…基準信号発生部、１１…信号処理回路、１２１〜１２５…伝送ライン、３１…分圧回路、１３…比較器、Ｒ…抵抗、Ｃ１…カップリングコンデンサ。

Claims

パッケージ上に複数の伝送線路が互いに所定間隔に配置された信号処理部に対し、前記複数の伝送線路の中の１つの伝送線路を介して信号発生部から発生し前記信号処理部の信号処理に必要な直流の基準信号を供給する基準信号供給装置において、
前記信号発生部と前記信号処理部との間を接続し、前記パッケージの伝送線路のインピーダンスに比して低いインピーダンスを有し、前記パッケージの伝送線路とのインピーダンス境界で逆位相の反射電力を発生させる第１のインピーダンス回路と、
この第１のインピーダンス回路の前記信号発生部側を終端して、前記第１のインピーダンス回路を通過した交流成分の信号を吸収する第２のインピーダンス回路とを具備したことを特徴とする基準信号供給装置。
前記第２のインピーダンス回路は、抵抗素子により前記第１のインピーダンス回路の前記信号発生部側を終端させることを特徴とする請求項１記載の基準信号供給装置。
前記第１及び第２のインピーダンス回路それぞれのインピーダンスを略一致させることを特徴とする請求項１記載の基準信号供給装置。
前記第１及び第２のインピーダンス回路それぞれのインピーダンスを前記信号処理部のインピーダンスの略１／２とすることを特徴とする請求項１記載の基準信号供給装置。