JP2001284828A - プリント基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 デジタル回路とアナログ回路とが混在するに
もかかわらず、高周波ノイズがきわめて低減されるプリ
ント基板を提供すること。 【解決手段】 アナログ回路と、アナロググランドと、
デジタル回路と、外部に接続される外部接続部とを有す
る第１の表面層と、第２の表面層と、デジタルグランド
プレーン層を含む中間層と、アナロググランドとデジタ
ルグランドとの間に接続された第１のコンデンサとを備
えるプリント基板が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アナログ回路とデ
ジタル回路とが混在して実装されたプリント基板に関
し、特に、高周波ノイズを低減するプリント基板に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、デジタル回路の開発が進み、デジ
タル回路とアナログ回路とが混在して実装されたプリン
ト基板が広く用いられている。このようなプリント基板
において、アナログ信号はそれぞれの周波数成分が時々
刻々元信号に応じて連続的に変化しており、これを忠実
に伝送する必要がある。したがって、アナログ回路は、
デジタル回路からの信号が混入するのを防止する必要が
ある。そのため、デジタル回路とアナログ回路とを分離
して実装したプリント基板が広く用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなプ
リント基板において、回路の高密度化により、アナログ
回路とデジタル回路との分離には限界が有り、デジタル
回路の扱う高周波信号やその高周波成分がアナログ回路
に高周波ノイズとして混入する場合がある。ここで、プ
リント配線板には回路部品等が実装されるが、部品の配
置によってはデジタル回路の高周波信号が流れる信号線
とそのリターン線とで形成されるループの面積が大きく
なる場合がある。このような回路に高周波信号が流れた
場合、このループがアンテナとなりプリント基板表面か
ら高周波ノイズが輻射されるが、このようなノイズをノ
ーマルモードノイズという。ループの面積が大きくなる
と、プリント基板表面から外部に輻射する高周波ノイズ
は増加する。アナログ回路とデジタル回路との分離が完
全にできない場合、デジタル回路から発せられるこのよ
うなノイズはアナログ回路に混入し、その高周波ノイズ
はアナログ入出力端子からケーブルを介して外部に輻射
する。また、大地電位に対するアナロググランドの電位
が変動し、主にケーブルを介して高周波ノイズが輻射す
る。このようなノイズをコモンモードノイズという。従
って、プリント基板より外部に放射されるノイズを低減
するためには、ノーマルモードノイズおよびコモンモー
ドノイズを共に低減する必要がある。

【０００４】また、多層基板を用いて、外層にデジタル
回路とアナログ回路とを別の層に分離して実装し、内層
を遮蔽層にする方法が用いられている。このような多層
基板において高密度に回路部品を実装する場合には、電
源パターンを外層に配置するために細かくせざるをえ
ず、これに伴なう電圧降下によって回路が誤動作する場
合がある。

【０００５】本発明は上記従来の課題を解決するために
なされたものであり、その目的とするところは、デジタ
ル回路とアナログ回路とが混在するにもかかわらず、高
周波ノイズがきわめて低減され得るプリント基板を提供
することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明におけるプリント
基板は、アナログ回路と、アナロググランドと、デジタ
ル回路と、外部に接続される外部接続部とを有する第１
の表面層と、第２の表面層と、デジタルグランドプレー
ン層を含む中間層と、該アナロググランドと該デジタル
グランドとの間に接続された第１のコンデンサとを備え
る。

【０００７】好ましい実施形態においては、上記第１の
コンデンサは、上記外部接続部の近傍において上記アナ
ロググランドと上記デジタルグランドとの間に接続され
ている。

【０００８】好ましい実施形態においては、上記アナロ
グ回路と上記アナロググランドとの間に接続された第２
のコンデンサをさらに備える。

【０００９】好ましい実施形態においては、上記外部接
続部に接続されたノイズ除去フィルタをさらに備える。

【００１０】以下、本発明によるプリント基板の作用に
ついて説明する。本発明によるプリント基板は、アナロ
グ回路、アナロググランド、デジタル回路を設ける第１
の表面層と、デジタルグランドプレーン層を含む中間層
と、第２の表面層とを備えている。高周波ノイズが混入
したアナロググランドを第１のコンデンサを介して、デ
ジタルグランドプレーンに接続することにより、高周波
ノイズは第１のコンデンサを介してデジタルグランドに
分流される。デジタルグランドプレーンにおいては、第
１のコンデンサにより分流された高周波ノイズの流れる
ループ面積を小さくすることができる。したがって、プ
リント基板表面から輻射するノーマルモード高周波ノイ
ズを低減することができる。

【００１１】好ましい実施形態においては、外部接続部
の近傍で第１のコンデンサをアナロググランドおよびデ
ジタルグランドに接続する。外部接続部の近傍で第１の
コンデンサを接続することにより、アナログ回路に混入
した高周波ノイズに対するインピーダンスを小さくでき
るので、高周波ノイズに対しては、アナロググランドと
デジタルグランドとの接続点から外部接続部に至る経路
が短くなったとみなせる。したがって、外部接続部のア
ナロググランド接続端子とプレーン状でインピーダンス
が極めて小さいデジタルグランドとが概略同一電位とな
るため、プリント基板表面から輻射するノーマルモード
高周波ノイズだけでなく、外部接続部からケーブルを介
して輻射するコモンモード高周波ノイズも低減すること
ができる。

【００１２】好ましい実施形態においては、アナログ回
路を第２のコンデンサを介してアナロググランドと接続
するので、アナログ回路に混入した高周波ノイズは主に
第２のコンデンサを介してアナロググランドへ伝送す
る。そして、アナロググランドへ伝送した高周波ノイズ
は第１のコンデンサを介してデジタルグランドに分流さ
れるので、第２のコンデンサがない場合よりさらに外部
接続部からケーブルを介して外部に輻射する高周波ノイ
ズを低減できる。

【００１３】好ましい実施形態においては、プリント基
板はノイズ除去フィルタをさらに備えているので、外部
接続部からケーブルに漏洩する高周波ノイズをも減衰さ
せることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明における好ましい実
施の形態について具体的に説明するが、本発明はこれら
の実施形態には限定されない。本実施形態においては、
中間層を２層有する多層基板を例として説明するが、中
間層の数は２層には限定されない。

【００１５】図１は、本発明の好ましい実施形態による
プリント基板を示す概略断面図である。プリント基板１
は、第１の表面層２、第２の表面層３、第１の中間層４
および第２の中間層５を有している。プリント配線板に
ついては限定されず、通常の４層配線板が用いられる。
図２は、本発明の好ましい実施形態によるプリント基板
を説明するブロック図である。以下、図１および図２を
参照して説明する。

【００１６】第１の表面層２は、アナログ回路６、アナ
ロググランド７、デジタル回路８が取付けられている。
つまり、第１の表面層２は、回路部品を実際に取りつ
け、信号線を配線する層として用いられる。

【００１７】第１の表面層２は、外部接続部９がさらに
取付けられている。外部接続部9は、例えば、アナログ
入出力端子等であり、外部機器もしくは他のプリント基
板等にケーブル等を介して接続される。外部接続部９
は、アナログ回路６（詳細には、アナログ回路に接続さ
れる信号線）およびアナロググランド７が接続されてい
る。（あるいは、外部接続部９としてデジタル入出力端
子を用いてもよい）。

【００１８】第２の表面層３は特に限定されないが、代
表的には、第１の表面層２と同様にアナログ回路６、ア
ナロググランド７およびデジタル回路８が取付けられて
いる。ここで、第１の表面層２、第２の表面層３、第１
の中間層４および第２の中間層５はスルーホール１０を
介して接続される。

【００１９】アナログ回路６およびデジタル回路８に外
部から電源を供給するために電源供給部１１を用いる。
電源供給部１１は、アナログ回路６、アナロググランド
７、デジタル回路８、デジタルグランド１２に接続され
ている。本実施形態においては、後述するように、第２
の中間層５を介してデジタル回路８に電源を供給する。

【００２０】アナログ回路６、アナロググランド７およ
びデジタル回路８の実装については限定されず、用途に
応じて任意に第１および第２の表面層に実装することが
できる。例えば、複数のアナロググランド７を第１およ
び第２の表面層の任意の１点において接続する（図示せ
ず）ことにより、アナロググランド同志の共通インピー
ダンスを低下させることができる。また、例えば図２に
示すように、アナロググランド７とデジタルグランド１
２とを電源供給部１１に接続する際に、両グランドの接
続点Ａから電源供給部１１までの経路を短くすることに
より、アナロググランドとデジタルグランドとの間の共
通インピーダンスを低下させ、アナロググランドの電位
を安定させることができる。

【００２１】第１の中間層４はプレーンである。プレー
ンとは、外周部およびスルーホール１０とその周辺を除
いて全面が導体で形成された面である。第１の中間層４
は、デジタルグランド１２として用いられている。つま
り、第１および第２の表面層に取付けられたデジタル回
路８からのグランド線はスルーホール１０を介してデジ
タルグランド１２である第１の中間層４に接続されてい
る。第１の中間層４はプレーンであり回路部品等は実装
されていないので、デジタルの高周波信号がデジタルグ
ランド１２を伝送する際にループ面積を小さくすること
ができる。ループ面積が小さくなると、高周波信号の基
板表面からの輻射は小さくすることができる（詳細は後
述する）。

【００２２】第２の中間層５は、本発明においては特に
限定されないが、プレーンであることが好ましい。第１
の中間層４にプレーンを用いたのと同じ理由である。本
実施形態では、第２の中間層５はデジタルの電源パター
ンとして用いられる。つまり、第２の中間層５は、スル
ーホール１０を介して電源供給部１１およびデジタル回
路８に接続されており、電源供給部１１からの電源をデ
ジタル回路８に供給する。デジタル電源パターン層であ
る第２の中間層５は、１つのパターンで形成してもよ
く、複数のパターンに分割して形成してもよい。

【００２３】第１の中間層４および第２の中間層５の積
層順序は、本発明においては任意であり、第１の表面層
２および第２の表面層３に実装される回路に応じて決定
すればよい。例えば、第１の表面層２に高周波信号を伝
送するデジタル回路８が設置されている場合において
は、第１の表面層２の隣をデジタルグランド１２である
第１の中間層４とすることが好ましい。デジタルグラン
ドは分割のないプレーンパターンを用いるので、高周波
信号の流れるループの面積を小さくできるからである。

【００２４】プリント基板１は、第１のコンデンサ１３
をさらに備えている。第１のコンデンサ１３は、一端が
アナロググランド７に、他端がスルーホール１０を介し
て第１の中間層４のデジタルグランド１２に接続されて
いる。つまり、アナロググランド７とデジタルグランド
１２とは第１のコンデンサ１３を介して接続されてい
る。第１のコンデンサ１３は、代表的には、高周波数
（例えば、数１０〜数１００MＨｚ）においてインピー
ダンスが低いチップ型セラミックコンデンサ等を用い、
容量は例えば数１００ｐFである。図３（ａ）は、第１
のコンデンサ１３をアナロググランド７とデジタルグラ
ンド１２との間に接続した状態を示す概略図である。

【００２５】以下、第１のコンデンサ１３を設けた際の
プリント基板１の動作について図２および図３（ａ）を
用いて説明する。アナログ回路６に混入した高周波ノイ
ズは、アナロググランド７を流れ、第１のコンデンサ１
３を介してデジタルグランド１２に伝送される。本発明
においては、デジタルグランド１２はプレーンであり、
回路部品等は設置されていない。したがって、デジタル
グランド１２においては高周波ノイズが伝送するループ
の面積は、第１の表面層２を伝送する場合と比べてきわ
めて小さくすることができる。したがって、ループの面
積をきわめて小さくできるので、プリント基板表面から
輻射する高周波ノイズはきわめて良好に低減できる。さ
らに、ループの面積を小さくすることにより、実効イン
ダクタンスを小さくすることができ、高周波ノイズ電圧
をきわめて小さくすることができる。

【００２６】好ましい実施形態においては、第１のコン
デンサ１３は、外部接続部９の近傍においてアナロググ
ランド７およびデジタルグランド１２に接続されてい
る。外部接続部９の近傍とは、外部接続部９におけるア
ナロググランド電位がプリント基板の基準電位であるデ
ジタルグランド１２の電位と概略同一電位となる位置で
ある。従って、第１のコンデンサ１３は、外部接続部９
に可能な限り近接して接続するのが好ましいが、実用上
は、第１のコンデンサ１３は、外部接続部９から２ｍｍ
〜１０ｍｍの位置に接続される。

【００２７】第１のコンデンサ１３を外部接続部９の近
傍で接続することにより、アナロググランド７とデジタ
ルグランド１２との接続点であるＢ点は外部接続部９の
近傍となる。ここで、第１のコンデンサ１３を設けない
場合には、アナロググランド７とデジタルグランド１２
との接続点はＡ点のみであり、高周波ノイズに対しては
Ａ点から外部接続部９までの経路は高インピーダンスで
ある。しかし、Ｂ点から外部接続部９までの経路はＡ点
からと比べてきわめて短いので、高周波ノイズに対する
インピーダンスは第１のコンデンサ１３を考慮してもき
わめて小さくなる。したがって、プリント基板の基準電
位であるＢ点から外部接続部９までについて高周波ノイ
ズが流れることによるアナロググランド電位の変動は概
略０であり、外部接続部９とデジタルグランド１２とは
概略同一電位となる。デジタルグランド１２を基準電位
とするのは、デジタルグランド１２がプレーンであり電
位変動が概略０とみなせるからである。外部接続部９と
デジタルグランド１２とが概略同一電位となることによ
って、ケーブルを介して輻射する高周波ノイズをきわめ
て低減することができる。

【００２８】好ましい実施形態においては、アナログ回
路６を第２のコンデンサ１４を介してアナロググランド
７と接続する。第２のコンデンサ１４を接続することに
より、アナログ回路６を伝送する高周波ノイズは、第２
のコンデンサ１４を介してアナロググランド７に伝送す
る。アナロググランド７に伝送した高周波ノイズは、第
１のコンデンサ１３を介してデジタルグランド１２に伝
送する。

【００２９】第２のコンデンサ１４は、伝送すべきアナ
ログ信号の周波数域により容量は変るが、例えばアナロ
グ回路が２０ｋHzまでの低周波を扱う場合、数百〜数千
ｐF程度のものが用いられる。第２のコンデンサ１４の
個数および接続位置については限定されないが、少なく
とも外部接続部９とアナログ回路６との間に第２のコン
デンサ１４の一端を接続する。外部接続部９に高周波ノ
イズが伝送することを防止するためである。また、アナ
ロググランド７において、第１のコンデンサ１３の接続
点に第２のコンデンサ１４を接続すると好ましい。高周
波ノイズがアナロググランド７を伝送する距離を最小に
することができるからである。

【００３０】好ましい実施形態においては、外部接続部
９にノイズ除去フィルタ１５を接続する。図３（ｂ）
は、ノイズ除去フィルタ１５を接続した状態を示す概略
図である。ノイズ除去フィルタ１５は、例えば、高域遮
断フィルタが用いられる。外部接続部９に伝送する信号
は、ノイズ除去フィルタ１５により高周波ノイズが減衰
され、外部接続部９に伝送するべき信号のみが伝送す
る。したがって、ケーブルを介して輻射される高周波ノ
イズをさらに低減することができる。

【００３１】本実施形態においては、多層基板として４
層基板を用いたが、本発明は４層基板には限定されな
い。例えば、６層基板等にも採用され得る。また、第１
の中間層をデジタルグランドとしたが、デジタルグラン
ド層に限定されず、プレーンであり、回路部品が設置さ
れていなければよい。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例について具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例には限定されない。

【００３３】（実施例１）本発明によるプリント基板を
用いてＵＳＢ（ユニバーサル・シリアル・バス）オーデ
ィオプロセッサを作製した。第１のコンデンサはアナロ
グ入出力端子から３ｍｍの距離に取付けられている。但
し、アナログ入力端子にはマイクロフォン（ホシデン
（株）製）、パソコン、ケーブルを、アナログ出力端子
にはケーブルを接続する。得られたオーディオプロセッ
サを用いて通常の方法で、輻射する高周波ノイズを測定
した。測定結果を実施例２および比較例１と共に図４に
示す。図４において、横軸は周波数（ＭＨｚ）を示し、
縦軸はノイズの輻射レベル（ｄＢμＶ）を示す。ＶＣＣ
Ｉ（情報処理装置等電波障害自主規制協議会）Limitは
規格値である。

【００３４】（実施例２）本発明のプリント基板におい
て、第１のコンデンサをアナログ入出力端子から約４ｃ
ｍの距離に設置したこと以外は実施例１と同様にして、
ＵＳＢオーディオプロセッサを作製した。得られたオー
ディオプロセッサを実施例１と同様にしてプリント基板
から輻射するノイズを測定した。測定結果を図４に示
す。

【００３５】（比較例１）第１のコンデンサを設けない
こと以外は実施例１と同様にして、オーディオプロセッ
サを作製した。得られたオーディオプロセッサを実施例
１と同様にしてプリント基板から輻射するノイズを測定
した。測定結果を図４に示す。

【００３６】（実施例３）アナログ入出力端子にマイク
ロフォンおよびケーブルを接続しないこと以外は、実施
例１と同様にして、輻射する高周波ノイズを測定した。
測定結果を比較例２と共に図５に示す。

【００３７】（比較例２）アナログ入出力端子にマイク
ロフォンおよびケーブルを接続しないこと以外は、比較
例１と同様にして、輻射する高周波ノイズを測定した。
測定結果を図５に示す。

【００３８】図４に示すように、実施例１および２によ
れば、比較例１と比べて特に９６ＭＨｚおよび１４４Ｍ
Ｈｚの周波数できわめて良好にノイズが低減している。
特に、実施例１においては、比較例１に比べて６０パー
セント程度にノイズが低減している。しかも、１４４Ｍ
Ｈｚおよび３３６ＭＨｚの周波数では、比較例１におい
てはノイズがＶＣＣＩの規格値を越えているが、実施例
１においては、ノイズが規格値以下に改善されている。
また、実施例１と実施例２とを比べることにより、第１
のコンデンサをアナログ入出力端子に近接して設ける
程、アナロググランドの電位変動は小さくなり、輻射す
るノイズは低減することがわかる。さらに、実施例３お
よび比較例２においては、ケーブルおよびマイクロフォ
ンを接続していないので、概略プリント基板表面からの
高周波ノイズのみを測定している。図５に示すように、
実施例３と比較例２とを比較すると、第１のコンデンサ
によりループを小さくし、プリント基板表面からのノイ
ズが低減する効果が分かる。

【００３９】

【発明の効果】本発明のプリント基板によれば、アナロ
ググランドに混入した高周波ノイズは、第１のコンデン
サを介してデジタルグランドプレーンである第１の中間
層に伝送しループ面積はきわめて小さくなるとともに、
外部接続部でのアナロググランドの電位変動が抑えられ
るので、デジタル回路とアナログ回路とが混在するにも
かかわらず、高周波ノイズがきわめて低減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施形態によるプリント基板
を示す概略断面図である。

【図２】本発明の好ましい実施形態によるプリント基板
を説明するブロック図である。

【図３】（ａ）は第１のコンデンサを接続した状態を説
明する概略図である。（ｂ）は（ａ）においてノイズ除
去フィルタを接続した状態を説明する概略図である。

【図４】本発明の実施例における測定結果を示すグラフ
である。

【図５】本発明の実施例における測定結果を示すグラフ
である。

【符号の説明】

１ プリント基板 ２ 第１の表面層 ３ 第２の表面層 ４、５ 中間層 ６ アナログ回路 ７ アナロググランド ８ デジタル回路 ９ 外部接続部 １２ デジタルグランド １３ 第１のコンデンサ １４ 第２のコンデンサ １５ ノイズ除去フィルタ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アナログ回路と、アナロググランドと、デ
   ジタル回路と、外部に接続される外部接続部とを有する
   第１の表面層と、 第２の表面層と、 デジタルグランドプレーン層を含む中間層と、 該アナロググランドと該デジタルグランドとの間に接続
   された第１のコンデンサとを備える、プリント基板。
2. 【請求項２】前記第１のコンデンサが、前記外部接続部
   の近傍において前記アナロググランドと前記デジタルグ
   ランドとの間に接続されている、請求項１に記載のプリ
   ント基板。
3. 【請求項３】前記アナログ回路と前記アナロググランド
   との間に接続された第２のコンデンサをさらに備える、
   請求項１または２に記載のプリント基板。
4. 【請求項４】前記外部接続部に接続されたノイズ除去フ
   ィルタをさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載
   のプリント基板。