CN1271248A - 印刷线路板 - Google Patents

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Abstract

印刷电路板的接地层中形成有槽部,使得位于印制在印刷线路板上的通信线路下面。在槽部和外部连线端之间设置电容器。通过在通信线路中流动的共模电流对各槽部产生量值相等而方向相反的两个磁通量组分。这些两个磁通量组分彼此抵消,以降低共模噪声值。

Description

印刷线路板
本发明涉及一种印刷线路板，具有用于改善电磁环境相容性(此后称为EMC)的结构。
随着数字技术的发展，今年来LSI(大规模集成电路)的集成度和印刷线路板的密度不断提高，同时其工作速度也不断增大。
此类的高速数字电路包含其中含有多个高频成分的数字信号。因此，需要抑制由于具有数字电路的印刷电路板的不需要的辐射所造成的辐射噪声。
另外，由于数字器件的密度及工作速度的增大，使印刷电路板抗外部噪声的能力降低，因此需要测定以提高印刷线路板的抗噪声能力。
为了改善此类数字器件和电路的EMC，通常的方法是在印刷线路板上装设共模扼流圈。
在图1中，标号11表示LSI。LSI具有电路块CB1-CBn，其与用于通信线路的接头13a1、13b1到13an、13bn及共用接地管脚12相连。
用于通信线路的管脚13a1、13b1到13an、13bn与共模扼流圈15-1到15-n相连，用于防止通过通信线路14a1、b1到14an、14bn的共模噪声。
具有高频特性的电容器16a1、16b1到16an、16bn与共模扼流圈15-1到15-n和接线端17a1、17b1到17an、17bn之间的通信线路部分相连。另一方面，电容器16a1、16b1到16an、16bn的其他接线端与图2中所示的固体接地(E)层32相连。
虽然在图2中只示出了一对通信线路14a1、14b1，在其他通信线路中会产生类似的共模噪声。同一附图中的标号Nab表示在E(接地)管脚12中产生的共模噪声。当在E管脚12处产生共模噪声Nab时，在通信线路14a1中出现共模噪声Na，而在通信线路14b1中产生共模噪声Nb。
在此情况下，通过通信线路14a1的共模电流Ia沿通过共模扼流圈15-1、电容器16a1、固体接地(E)层32和连接管脚13a1的环路进行流动。从而共模电流Ia产生磁通量Φa。
同时，通过通信线路14b1的共模电流Ib沿通过共模扼流圈15-1、电容器16b1、固定接地层32和连接管脚13b1的环路流动。从而，共模电流Ib产生磁通量Φb。
由于所产生的磁通量组分Φa、Φb的方向彼此相反，Φa、Φb彼此抵消。于是，随着接线端17a1、17b1处共模噪声水平的降低，共模噪声Na、Nb进行衰减。
如上所述，为了抑制数字电路的共模噪声的发生及为了提高相关印刷线路板中的EMC必须使用昂贵的共模扼流圈。
因此，本发明的目的在于提供一种印刷线路板，其可在不使用昂贵元件，如作为改善EMC元件的共模扼流圈的情况下抑制共模噪声的发生。
根据本发明的一个方面，一种解决上述问题的印刷线路板具有叠层结构，该叠层由其上印刷有多个通信线路的加工图形布线层、绝缘层和接地层构成，在两个平行印刷通信线路之下设置有印刷线路板，该板包含带槽的部分，该部分位于两个平行印刷通信线路之下的接地层的部分之中，而电容器被设置在带槽的部分和印刷线路板的外部连接端之间，其一端与通信线路相连，而另外一端通过在绝缘层中的通孔与接地层相连。
根据本发明的另外一个方面，根据两个平行印刷通信线路之间的距离决定上面所述的印刷线路板的每个带槽部分的宽度。
根据本发明的又一方面，在先描述的印刷线路板中的每个电容器可由布线图形层、绝缘体和接地层构成，其中绝缘体设置在绝缘层之上并具有与绝缘层不同的介电常数。
图1示出了根据相关技术的印刷线路板；
图2示出了在图1的印刷线路板中流动的共模电流的示意图；
图3示出了根据本发明的印刷线路板的一个实施例；
图4示出所述印刷线路板实施例中流动的共模电流的示意图；
图5是说明由于图4中的环路电流而产生的电磁波的强度的示意图；
图6示出了由于图4中的环路电流而产生的磁通量的示意图；
图7示出了在图3的印刷线路板上彼此相邻的两对印刷信号线路及共模电流；及
图8表示由于图7的共模电流而产生的磁通量的示意图。
下面将参考附图对本发明的实施例进行描述。
图3为根据本发明的印刷线路板实施例的示意图。参考此图，用相同的标号表示与图1中的现有技术印刷线路板相同的元件，因此，略去了对它们的描述。
在图3中，标号10-1到10-n表示在固体接地(E)层32中设置的槽部。通过设置槽部10-1到10-n，使它们位于成对的印刷通信线路14a1、14b1到14an和14bn之下。
图4示出了沿通信线路14a1、14b1流动的共模电流20a1、20b1和流过固体接地层32的共模电流21a1、21b1。在其他对通信线路上也加给相同的电流。因此，略去了相关的描述。
在图4A中，通过布线层30、绝缘层31和固体接地层32的叠层形成印刷线路板100，其中在布线层30上设置有图形布线和元件。
采用此种结构，在布线层30上印刷布线通信线路14a1。另外，电容器16a1与通信线路14a1相连，并通过位于另外一端的绝缘层31的通孔33与固体接地层32相连。在此情况下，还以相同的方式使通信线路14b1和电容器16b1相连。
在图4B中，共模电流20a1、20b1沿同一图中所示的路径进行流动，并与电流21a1、21b1形成环路电流，其中电流21a1、21b1流过固体接地层32，该层32位于通信线路14a1、14b1下面。
图5为用于描述在共模电流21a1、21b1流动情况下发生的电磁波强度的示意图。
在与频率(f)和电流I构成的环路区域S中心距离为(d)的位置处的电磁波强度E通过下面的公式进行定义：
E＝Kx(SxIxf2/d)sinθ
其中S表示电流环路的面积(m2)，I为环路电流值(A)，(f)为电流环路的频率(Hz)，(d)为离开电流环路中心的距离(m)，θ为相对电磁波的Z-轴的辐射角，而K为常数。
因此，应该减小面积S、电流I和频率(f)，同时还须增大距离(d)，以便减少由于一个环路电流所产生的不必要的辐射强度。
然而，在槽部10-1中彼此相邻的流动两个环路电流。结果，在相反的方向上产生相同强度的电磁波，并彼此相互补偿或抵消。因此，允许具有某一数值的共模电流。
图6为由于通过共模电流20a1、20b1和共模电流21a1、21b1而形成的环路电流而产生的磁通量的示意图，其中共模电流20a1、20b1在通信线路14a1、14b1中流动，而共模电流21a1、21b1流过固体接地层32。
参考附图，由共模电流20a1、21a1所形成的环路电流在槽部分10-1中产生磁通量40a1。流过固体接地层32的电流21a1产生磁通量41a1。然而，此磁通量通过固体接地层32。
因此，利用固体接地层32可使此磁通量被屏蔽并被衰减或消除。因此，它的强度被降低。于是，由环路电流20a1、21a1所产生的磁通量主要由槽部10-1中所产生的磁通量40a1构成。
以如上述同样的方式产生磁通量40b1、41b1，这是由于由共模电流20b1、21b1形成的环路电流的缘故。然而，由于固体接地层32的屏蔽作用而使磁通量41b1被衰减。
结果，由于此环路电流所产生的磁通量主要由槽部10-1所产生的磁通量40b1所构成。
由于通信线路14a1、14b1产生的噪声水平彼此相等，所以共模电流20a1、20b1彼此相等，并且所述电流产生的磁通量40a1、40b1同样彼此相等。
通过槽部10-1的磁通量40a1、40b1的方向彼此相反，同样的磁通量水平也相等。因此，磁通量40a1、40b1彼此抵消或消除，并可获得与由于共模扼流圈15-1彼此抵消或消除而产生磁通量Φa、Φb时所得到的同样效果。这就引起共模噪声水平的降低。
下面将描述在使两对通信线路相邻设置的情况下，磁通量组分之间的相互影响。
图5示出了成对相邻设置的通信线路14a1、14b1和14a2及14b2，而图6示出了由于在每个通信线路中流动的电流所产生的磁通量的情况。
随后，将参考图7和图8描述彼此相邻设置两个通信线路情况下磁通量的相互影响。
在图8中，设置槽部10-1和10-2，从而彼此相隔距离D。在与槽部10-2相邻槽部10-1的一侧由共模电流20b1产生磁通量40b1。
如上所述，由于固体接地层32的屏蔽作用，使得由于共模电流21b1产生的磁通量41b1被抵消。结果，只保留磁通量40b1。
在与槽部10-1相邻的槽部10-2一侧，由电流20a2产生磁通量40a2，而由电流21a2产生磁通量41a2(未示出)。
在此情况下，当槽部10-1、10-2之间的距离变短时，磁通量41b1、41a2沿相反的方向彼此抵消。结果，根据磁通量组分41b1、41a2彼此抵消而产生的衰减量与由于固体接地层32的屏蔽效应所产生的衰减量之和，以及只由于磁通量41a1所产生的衰减量之间产生差别。
由于此差别的影响，磁通量40a1的强度不同于磁通量40b1的强度之间产生差别，并且补偿量减少。
使距离D增大到如此之程度，即不造成磁通量41b1、41a2给出因固体接地层的屏蔽效应所带来的影响。从而，磁通量组分40a1、40b1和40a2及40b2彼此补偿或抵消，并可抑制共模噪声。
在上述的实施例中，已经对使用具有高频特性的电容器的印刷线路板进行了描述。除了电容器外，同样可保持所用各部件的共同的高频特性部分，从而提高与电容器对应的数字电路的噪声电阻。
根据本发明，通过图形设计方法可提高EMC，其中在该方法中的接地层中采用了槽的结构而未使用昂贵的EMC改进元件。其结果，可获得经济实用的印刷线路板。
由于采用了槽结构而未使用诸如共模扼流圈等电子部件，可提高安装印刷线路板的数字电路的可靠性。

Claims (8)

1.一种印刷线路板，其特征在于包含：
一个接地层；
形成在接地层上面的绝缘层；
形成在绝缘层上面的图形布线层；
一对设置在图形布线层上面的通信线路；
设置在接地层中并位于通信线路下的槽部；及
设置在槽部和印刷线路板的外部连线端之间的电容器。
2.根据权利要求1所述的印刷线路板，其特征在于每个电容器的每一端与每个通信线路的一个接线端相连，而另外一端经通孔与接地层相连。
3.根据权利要求2所述的印刷线路板，其特征在于通孔被设置在绝缘层中。
4.根据权利要求1所述的印刷线路板，其特征在于通信线路与集成电路中的电路块相连，而集成电路被设置在印刷线路板上。
5.一种印刷线路板，其特征在于包含：
一个接地层；
形成在接地层上面的绝缘层；
形成在绝缘层上面的图形布线层；
多对设置在图形布线层上面的通信线路；
设置在接地层中并位于通信线路下的多个槽部；
设置在各个槽部和印刷线路板的外部连线端之间的电容器，
各个槽部的宽度是根据相邻一对通信线路之间的距离而决定的。
6.根据权利要求5所述的印刷线路板，其特征在于每个电容器与每个通信线路的一个接线端相连，而另外一端通过通孔与接地层相连。
7.根据权利要求6所述的印刷线路板，其特征在于通孔被设置在绝缘层中。
8.根据权利要求5所述的印刷线路板，其特征在于通信线路与集成电路中的电路块相连，而集成电路被设置在印刷线路板上。
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