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DIRECTIONAL COUPLING COMMUNICATION DEVICE

Patent code P150012107
Posted date Jun 29, 2015
Application number P2013-113066
Publication number P2014-033432A
Patent number P6216951
Date of filing May 29, 2013
Date of publication of application Feb 20, 2014
Date of registration Oct 6, 2017
Priority data
  • P2012-156874 (Jul 12, 2012) JP
Inventor
  • (In Japanese)黒田 忠広
Applicant
  • (In Japanese)学校法人慶應義塾
Title DIRECTIONAL COUPLING COMMUNICATION DEVICE
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce reflection in a directional coupling communication device by making easy the matching of coupling system impedance, make communication channel faster than inductive coupling, and enhance signal intensity to improve communication reliability.
SOLUTION: The directional coupling communication device includes laminated modules each having a coupler, in which an input/output connection line is connected to one end, and a grounding line or an input/output connection line, to which an inverse signal of a signal input to the input/output line connected to the one end is input, is connected to another end. The couplers are coupled to each other by capacitive coupling or inductive coupling.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

従来、モジュールを組み合わせてシステムを構築する場合、各モジュール間の信号配線はコネクタで接続されている。例えば、携帯電話機では、ディスプレイモジュールやカメラモジュールと本体の主基板は、フレキシブル基板の配線とコネクタで接続している。

コネクタで特性インピーダンスが不連続になると、信号の一部は反射して、通過した信号に歪が生じる。これはシンボル間干渉の原因となり、通信の高速化を妨げるという問題を生ずる。また、信号本数を増やすため或いはコネクタを小型化するためにコネクタの端子間隔を狭くすると、信号間のクロストークが増大するため、通信の高速化や機器の小型化が結果的に妨げられることになる。

これらの課題を解決するために、コネクタの材料や製造過程を高度化すると、製造コストが増大する。また、モジュールをコネクタで接続する作業は自動化が難しく、組み立てコストが高くなる。これらは機器の低価格化の妨げとなる。さらに、機器の使用中に振動などでコネクタが外れるなどの事故もあり、機器の信頼性を低下させている。

本発明者は、プリント基板(Printed Circuit Board;PCB)や半導体集積回路チップの配線により形成されるコイルの誘導結合、即ち、磁界結合を用いて、実装基板間や半導体集積回路チップ間でデータ通信を行う電子回路を提案している(例えば、非特許文献1乃至非特許文献3参照)。

一方、マイクロストリップラインやバスラインを近接結合させて、容量結合及び誘導結合を利用してデータを無線通信することも提案されている(例えば、特許文献1或いは特許文献2参照)。特許文献1によれば、平行に配置して終端抵抗で整合終端した二本の伝送線路からなる差動伝送線路を互いに同一方向に平行に配置して、2つのモジュール間を無線通信することができる。

また、特許文献2によると、グランドプレーン上に誘電体膜を介して配置して終端抵抗で整合終端した二本のマイクロストリップラインを方向性結合器として用いて、二本のマイクロストリップラインにマイクロ波帯の差動信号を入力して、2つのモジュール間で無線通信することができる。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、方向性結合式通信装置に関するものであり、例えば、接触式のコネクタを用いずに、近接した1対の伝送線路の容量結合及び誘導結合を利用して、非接触でモジュール間或いは端末間で高速にデータ通信する構成に関するものである。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
第1絶縁性基板上に設けられた一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第1結合器を有する第1モジュールと、
第2絶縁性基板上に設けられた一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第2結合器を有する第2モジュールとを、
前記第1結合器と前記第2結合器とがその少なくとも一部が積層方向から見て投影的に重なって前記第1結合器と前記第2結合器の間に容量結合および誘導結合を用いて信号結合が生じるように前記第1モジュールと前記第2モジュールとを積層したことを特徴とする方向性結合式通信装置。

【請求項2】
 
前記第1結合器に接続された入出力接続線と前記第2結合器に接続された入出力接続線との信号結合が前記第1結合器と前記第2結合器との間の信号結合より弱くなる状態で前記第1モジュールと前記第2モジュールとを積層したことを特徴とする請求項1に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項3】
 
前記第1のモジュール及び前記第2のモジュールの少なくとも一方が、前記入出力接続線に接続された送受信回路を備えた半導体集積回路装置を有していることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項4】
 
前記半導体集積回路装置に備えられた前記送受信回路の入出力端子にインピーダンス整合回路が接続されていることを特徴とする請求項3に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項5】
 
前記第1結合器の他方の端部に接続されるのが入出力接続線であり、
前記第2結合器の他方の端部に接続されるのが入出力接続線であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項6】
 
前記第1結合器の両方の端部に接続された入出力接続線の接続部が前記第1結合器の長軸方向に延在するとともに、前記第2結合器の両方の端部に接続された入出力接続線の接続部が前記第2結合器の長軸方向に延在することを特徴とする請求項5に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項7】
 
前記第1結合器の両方の端部に接続された入出力接続線の接続部が前記第1結合器の長軸方向に沿った側面の端部に接続されるとともに、前記第2結合器の両方の端部に接続された入出力接続線の接続部が前記第2結合器の長軸方向に沿った側面の端部に接続されることを特徴とする請求項5に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項8】
 
前記第1結合器或いは前記第2結合器の少なくとも一方が突起部上に載置させるとともに、前記突起部上に載置された結合器の前記入出力接続線の接続部の近傍が前記突起部の側面に沿って配置されることを特徴とする請求項5乃至請求項7のいずれか1項に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項9】
 
前記第1結合器に接続する入出力接続線及び前記第2結合器に接続する入出力接続線が、ボンディングワイヤであることを特徴とする請求項5に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項10】
 
前記第1結合器に接続する入出力接続線及び前記第2結合器に接続する入出力接続線が、信号線路であることを特徴とする請求項5乃至請求項8のいずれか1項に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項11】
 
前記第1結合器の他方の端部に接続されるのが接地線であり、
前記第2結合器の他方の端部に接続されるのが接地線であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項12】
 
前記第1結合器の長さが、前記第2結合器の長さより長いことを特徴とする請求項1乃至請求項11のいずれか1項に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項13】
 
前記第1結合器の長軸と、前記第2結合器の長軸とが、互いに非平行であることを特徴とする請求項1乃至請求項12のいずれか1項に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項14】
 
前記第1結合器及び前記第2結合器が、結合器の両端が近づくように複数回屈曲した形状であることを特徴とする請求項5に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項15】
 
前記第1絶縁性基板の前記第1結合器を配置した面と反対側の面或いは前記第2絶縁性基板の前記第2結合器を配置した面と反対側の面の少なくとも一方に電磁シールド層を有することを特徴とする請求項1乃至請求項14のいずれか1項に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項16】
 
前記電磁シールド層が、前記第1結合器或いは前記第2結合器に対向する位置に欠落部を有することを特徴とする請求項15に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項17】
 
前記第1のモジュールの前記第1絶縁性基板に一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第3結合器が設けられ、
絶縁性基板上に一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第4結合器を設けた第3モジュールを、
前記第3結合器と前記第4結合器が少なくとも一部が積層方向から見て投影的に重なり前記第3結合器と前記第4結合器との間に容量結合および誘導結合を用いて信号結合が生じるように積層したことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項18】
 
前記第3結合器の両端部と第1結合器の両端部が等長配線で接続され、
前記第1のモジュールは、前記第2のモジュールと前記第3のモジュール間の通信を媒介することを特徴とする請求項17に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項19】
 
前記第1のモジュールの前記第1絶縁性基板に設けられた第1結合器が少なくとも2個の結合器に対応する長さを有し、
絶縁性基板上に一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第4結合器を設けた第3モジュールを、
前記第1結合器と前記第4結合器が少なくとも一部が積層方向から見て投影的に重なり、前記第1結合器と前記第4結合器との間に容量結合および誘導結合を用いて信号結合が生じるように積層したことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項20】
 
前記第1の絶縁性基板の前記第2モジュールを積層した面と反対側の面に、
絶縁性基板上に一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第3結合器を設けた第3モジュールを、
前記第1結合器と前記第3結合器との間容量結合および誘導結合を用いて信号結合が生じるように積層したことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項21】
 
前記第1のモジュールが半導体集積回路装置としてマイクロプロセッサを搭載しており、
前記第2のモジュール及び前記第3のモジュールが半導体集積回路装置として前記マイクロプロセッサとの間で通信を行う半導体記録装置を搭載していることを特徴とする請求項17、請求項19或いは請求項20のいずれか1項に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項22】
 
前記第1結合器と前記第2結合器との間に、電磁界結合を強める板状の誘電体を挿入したことを特徴とする請求項1乃至請求4のいずれか1項に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項23】
 
前記第1結合器及び前記第3結合器がそれぞれ、2つの結合器と、前記2つの結合器を連結する終端抵抗により構成されていることを特徴とする請求項17または請求項18に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項24】
 
前記第1結合器及び第2結合器が同じ曲率半径を有する円弧状結合器であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項25】
 
前記第2モジュールの前記第2結合器の中心が前記第1モジュールの前記第1結合器の中心と一致しており、前記第2モジュールが前記第1モジュールに対して回転自在に設けられていることを特徴とする請求項24に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項26】
 
前記第2結合器の円弧の長さが、前記第1結合器の円弧の長さより短いことを特徴とする請求項24または請求項25に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項27】
 
第3絶縁性基板上に設けられた一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された第3結合器を有する第3モジュールとをさらに設け、
前記第1結合器と前記第2結合器と前記第3結合器がその少なくとも一部が積層方向から見て投影的に重なって前記第1結合器と前記第2結合器と前記第3結合器との間に容量結合および誘導結合を用いて信号結合が生じるように前記第1モジュール乃至前記第3モジュールを積層したことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項28】
 
前記第1絶縁性基板の前記第1モジュールを積層した面と反対側の面に、前記第1結合器の長手方向と第3結合器の長手方向が直交するように第3結合器を備えた第3モジュールを積層したことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の方向性結合式通信装置。

【請求項29】
 
第1絶縁性基板上に設けられた一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された弧状の第1結合器と、
一方の端部に入出力接続線が接続されるとともに他方の端部に接地線或いは前記一方の端部に接続された入出力接続線に入力される信号の反転信号が入力される入出力接続線のいずれかが接続された弧状の第2結合器とを
有し、
前記第2結合器の結合器の直径は前記第1結合器の結合器の直径より小さく、前記第2結合器が、前記第1結合器の内側に前記第1結合器に対して同心円状に回転自在に組み込まれていることを特徴とする方向性結合式通信装置。

【請求項30】
 
前記第1結合器及び前記第2結合器が、開閉自在の筐体のヒンジ部に設けられていることを特徴とする請求項26または請求項29に記載の方向性結合式通信装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2013113066thum.jpg
State of application right Registered
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