JP2004527129A - 電磁放射を減少させるための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

電気通信におけるデバイス間の電磁放射（ＥＭＲ）を減少させるための方法であって、ＥＭＲを減少させる傾向が幾分ある第１デバイスにおいて信号を処理する段階（２２０）並びに次のデバイスに信号を伝送する前に前記処理された信号を電磁気的に隔離する段階（２３０）から構成される方法。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリント回路基板（ＰＣＢ）の分野に関し、より詳細には、電磁放射の抑制に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁放射（ＥＭＲ：ＥｌｅｃｔｒｏＭａｇｎｅｔｉｃ Ｒａｄｉａｔｉｏｎ）は全ての動作している電気デバイス及び／又は電子デバイスにより放射される。ＥＭＲ放射電力は、デバイスのサイズと電気的強度及びデバイスが流す又は用いる電流に依存して変化する。更に、電子デバイスへの及び電子デバイスからの入力及び出力ケーブルにおける不必要な電流は、ケーブル自身が不所望のＥＭＲのソースとなる原因となり得る。ＥＭＲは、ＥＭＲのソースの近傍に位置する電子デバイスの構成要素と干渉し、電磁妨害（ＥＭＩ：ＥｌｅｃｔｒｏＭａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）の原因になり得ることから、問題となっている。ＥＭＩの特定のレベルの影響を受ける場合、ＥＭＲソースの近傍にある電子部品又は電子プロダクト及びデバイスはうまく機能しなくなる可能性がある。デバイスの機能を適切に維持するためばかりでなく、適用可能な政府の規則に準拠するようにするために、電子デバイスにより生成され受信されたＥＭＩを減少させる必要がある。電子装置から放射される放射量を制限するため及び準拠を保障するために製造されたプロダクトの定期試験を提供するために、米国においては、連邦通信委員会（ＦＣＣ：Ｆｅｄｅｒａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｍｍｉｓｓｉｉｏｎ）が規則を発布している。カナダ、ヨーロッパ及び他の世界中の他の国においても類似する行政機関が同様の機能を行使している。
【０００３】
電子デバイスを含むプロダクトからの不必要なＥＭＲを抑制するか又は減少させるために用いられる既知の解決方法の１つは、シールドケーブルを用いることによるものである。残念ながら、シールドケーブルは非シールドケーブルに比べて高価である。シールドケーブルは又、大きいフォームファクタを有し、それ故、プロダクトの筺体内の非常に多くの空間を占めている。更に、、シールドケーブルは非シールドケーブルと同じような曲げ易さは有しておらず非シールドケーブルを使用することにより製造における容易さが増すため、シールドケーブルの完全な状態は、そのケーブルが曲げられること又は動かされることと非常に容易に妥協することができる。
【０００４】
電子デバイスを含むプロダクトから不必要なＥＭＲを抑制する又は減少させるための他の解決方法は、取り囲む金属筺体内にその装置を置くことである。取り囲む導体筺体は、電磁波の電磁成分をその導体の表面で略０にするように強いて、それにより波動伝搬を阻止することにより、放射電力を低減するファラデーシールドを形成する。残念ながら、信号を出力するために筺体において必要な孔を通る放射は筺体の効果を低減させる。更に、結果的に得られるパッケージは体積が大きく且つ比較的高価となる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、電子デバイス及び／又は電子デバイスにおける電磁放射（ＥＭＲ）を減少させるための方法及び装置に関する。
【０００６】
電気通信におけるデバイス間のＥＭＲを減少させるための本発明の１つの実施形態に従った方法は、ＥＭＲを減少させる傾向が幾分ある第１デバイス内で信号を処理する段階、並びに次のデバイスに信号を通信することに先立って処理済み信号を電磁気的に隔離させる段階から構成される。この方法の処理はツイストペアにより信号を伝搬させることにより達成することが可能である。
【０００７】
本発明の他の実施形態においては、電気回路からの信号におけるＥＭＲを減少させるためのプリント回路基板（ＰＣＢ）であって、入力部と出力部を有し、ＰＣＢに信号を結合させるためにＰＣＢの入力部に備えられた少なくとも１つの入力コネクタを含むＰＣＢと、ＥＭＲを減少させる傾向が幾分ある方法で結合された信号を処理するためにＰＣＢの入力部に備えられた少なくとも１つの処理要素と、ＰＣＢの出力部からＰＣＢの入力部を電磁気的に隔離するために少なくとも１つの処理要素の出力においてＰＣＢに備えられるシールドウォールであって、出力部に信号を渡すために最小孔をもつシールドウォールと、並びに処理済み信号を出力するためにＰＣＢの出力部に備えられた少なくとも１つの出力コネクタと、を含む。
【０００８】
理解を容易にするために、図の間で共通である同一の構成要素を表すために
可能である場合は、同じ参照番号を用いている。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、テレビの回路とそれに関連するデバイスのような回路のコンテクストにおいて示される。しかしながら、電磁放射を減少させることが所望されるあらゆる回路において本対象発明を好適に用いることが可能であることは、当業者には明確に理解するであろう。従って、本対象発明は以下で説明するテレビの回路以外の回路基板への適用が可能であることを、本発明者は熟慮している。種々の電気デバイス及び／又は電子デバイスの間或いは電気システム又は電子システム等の回路間の電磁放射を減少させるための手段を提供するために、本発明を用いることが可能である。
【００１０】
図１は、システム１００におけるデジタル回路の１つの実施形態を示すハイレベルのブロック図を示している。図１のシステム１００のデジタル回路は、システムの複数の出力デバイスのための入力として利用される処理装置のためのデジタル処理回路１１０と、デジタル処理回路１１０により処理された信号において電磁放射を減少させるためのプリント回路基板（ＰＣＢ）フィルタ１２０と、並びにデジタル処理回路１１０により処理され且つＰＣＢフィルタ１２０によりフィルタリングされた信号を受信するための表示装置、オーディオデバイス、又は他の出力の形態のような複数の出力装置１３０_１乃至１３０_ｎ（集合的には１３０で表す）と、を含む。図１のシステム１００におけるＰＣＢフィルタ１２０はデジタル処理回路１１０の後に設置された離れたＰＣＢとして示されているが、ＰＣＢフィルタ１２０は、種々の構成で好適に設定されることが可能である。例えば、ＰＣＢフィルタ回路は、デジタル処理回路の回路基板又は出力デバイス自身の回路基板に組み込まれることが可能である。更に、１つのデジタル処理回路１１０と１つのＰＣＢフィルタ１２０のみを図１に示しているが、システム１００は複数のデジタル処理回路と複数のＰＣＢフィルタから構成されることが可能である。
【００１１】
図２は、図１のシステムで用いられる適切なＰＣＢフィルタの実施形態の平面図である。ＰＣＢフィルタ１２０は、ＰＣＢフィルタ１２０に備えられたシールドウォール２３０により入力部と出力部とに分割される。図２のＰＣＢフィルタの入力部は、８つの入力コネクタ２１０_１乃至２１０_８と８つのＲＦ抑制ネットワーク（調整可能フィルタのネットワークとして示す）２２０_１乃至２２０_８を含む。調整可能フィルタは、デジタル処理回路１１０からの信号においてＥＭＲのレベルを減少させるためにシステム１００のＰＣＢフィルタ１２０の入力部において示されているが、他のＲＦ抑制ソースは本発明に従ったＰＣＢフィルタ１２０の入力部におけるＥＭＲを減少させるために用いられ、当業者に既知のツイストペアと他のＲＦ抑制方法を用いることを含むことが可能である。
【００１２】
ＰＣＢフィルタ１２０の出力部は８つの出力コネクタ２４０_１乃至２４０_８を含む。又、ＰＣＢフィルタ１２０は図１のテレビシステム１００のコンテクストにおいて示されているが、電磁放射を減少させることを所望されるあらゆる回路において本対象発明を好適に用いることが可能であることを、当業者は明確に理解するであろう。入力コネクタ、フィルタネットワーク及び出力コネクタの数は、ＰＣＢフィルタが実行される回路に依存するであろう。
【００１３】
図２におけるＰＣＢフィルタ１２０の入力部１２０における８つの入力コネクタ２１０_１乃至２１０_８は、非シールドケーブルによりデジタル処理回路からＩ／Ｏリード線に接続される。８つの入力コネクタ２１０_１乃至２１０_８は、接続されるデジタル処理回路１１０からＩ／Ｏリード線又は電力ラインのそれぞれのコネクタに機械的に結合するように、それにより対応するＰＣＢ１フィルタ１２０の入力コネクタに接続するように、各々デザインされている。８つの入力コネクタ２１０_１乃至２１０_８の各々は、出力デバイスに信号を結合左折ためにＰＣＢフィルタの出力部に対応する出力コネクタを有している。
【００１４】
図２におけるＰＣＢフィルタ１２０の入力部の８つのフィルタネットワーク２２０_１乃至２２０_８の各々は、ＰＣＢフィルタ１２０の８つの入力コネクタ２１０_１乃至２１０_８に対応している（即ち、特定のフィルタネットワークは各々の入力のために実行される）。各々のフィルタネットワークは、デジタル処理回路１１０から信号の種類をフィルタリングするためにフィルタが特に選択され、８つの入力コネクタ２１０_１乃至２１０_８の各々によりＰＣＢフィルタ１２０に入力するように、構成される。例えば、図１のシステム１００において、入力コネクタ２１０_１はデジタル処理回路１１０からビデオ信号を受信する。そのビデオ信号の周波数は０乃至５ＭＨｚ（ＤＣ）の範囲内にある。５ＭＨｚのちょっと上のカットオフをもつローパスフィルタが、このとき、入力コネクタ２１０_１に接続されるデジタル処理回路１１０からビデオ信号におけるＥＭＲを減少させるために、フィルタネットワーク２２０において用いられる。８つのフィルタネットワーク２２０_１乃至２２０_８は用いられるフィルタのタイプについて変化するが、ふぃるたネットワークの効用は同じである。第１ディファレンシャルモード（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｍｏｄｅ）フィルタは受電ケーブルから各々の対のラインの信号とリターンとの間に設けられる。これらフィルタは、必要とされるポールの任意の数のローパスフィルタ、ハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタに適合されることができる。これは、ＰＣＢフィルタ１２０の接地に移動させることにより不必要なディフェレンシャルモードの電流を削除する。フィルタリングの第２段階がコモンモード電流を減少させるために用いられる。代表的には、コモンモード変圧器がコモンモード電流を減少させるために用いられるが、コモンモード電流は又、本発明の実施形態におけるように個別部品を用いてコモンモードフィルタを生成することにより減少させることができる。ディファレンシャルモード電流とコモンモード電流の減少はシステム１００においてＥＭＲの減少を結果的にもたらす。ＰＣＢフィルタ１２０の代わりの実施形態においては、そのシステムの回路を適用可能な政府の規則に準拠するようにする必要がある場合、ディファレンシャルモードフィルタ又はコモンモードフィルタのどちらかを削減することが可能である。
【００１５】
シールドウォール２３０は、出力部からＰＣＢフィルタ１２０の入力部を電磁気的に隔離するように配置される。シールドウォール２３０は、ＰＣＢフィルタ１２０の入力部におけるフィルタネットワークの出力において直接はんだ付けされる。ＥＭＲに処理された信号の帯磁率を減少させる方式でＰＣＢフィルタ１２０の出力部から信号が電磁的にシールドされるように、シールドウォール２３０が、フィルタネットワークのこの場合に、ＲＦ抑制ネットワークの出力にできるだけ近くなることは重要なことである。更に、出力部にＰＣＢフィルタの入力部から渡されるＲＦ信号を制限する方式で出力部にＰＣＢフィルタ１２０の入力部からの信号を結合することは必要である。これを達成するために、ＰＣＢフィルタ１２０の入力部からの信号（例えば、電力出力、フィルタネットワーク出力等）は、シールドウォール２３０における小さいアパチャのよりＰＣＢフィルタ１２０の出力部に結合される。シールディングはシールドウォール２３０の表面における孔又はスロットにより効果が小さくなるため、シールドウォール２３０のアパチャは最小化される。シールドウォール２３０のアパチャは、出力部に渡されるフィルタネットワークからのトレースのためにちょっと大きい大きさに作られる。更に、シールドウォール２３０は、好適には、システムにおいて必要とされるＥＭＲの減少量に依存して導電率を変化させる材料から構成されることが可能である。例えば、銅シールドを実行することにより、鉄又はアルミニウムシールドに比べてより効果的な電磁的隔離手段となり得る。
【００１６】
図２におけるＰＣＢフィルタ１２０の出力部の８つの出力コネクタ２４０_１乃至２４０_８は、入力コネクタ２１０_１乃至２１０_８の特定に１つに順々に各々対応する入力部２２０_１乃至２２０_８の１つの対応する出力に結合される。例えば、上述の例における入力コネクタ２１０_１に結合されたデジタル処理回路１１０からの処理済みデジタル信号は、ビデオ出力デバイスに機械的に結合するようにデザインされた出力コネクタ２４０_１における出力である。８つの出力コネクタ２４０_１乃至２４０_８は、ＰＣＢフィルタ１２０の対応する出力コネクタに接続される出力デバイスのコネクタに機械的に結合するように各々個別にデザインされている。一部の出力デバイスは、デジタル処理回路１１０により処理された信号のためのモニタ、チューナ及び他の出力デバイスを含む。本発明に従ったＰＣＢフィルタ１２０を用いることにより、非シールドケーブルを用いて電子システムの種々の構成要素の相互接続が可能になり、それ故、システムのコスト及び全体的なサイズの縮小が可能になる。
【００１７】
図３は、図２のプリント回路基板フィルタで適切に用いるためのシールドウォールの具体例の正面図である。前述のように、シールドウォール２３０は、コモンモードフィルタの出力のポイントで、直接、ＰＣＢフィルタ１２０にはんだ付けされている。シールドウォール２３０はその基板から上方に伸び、ＰＣＢフィルタ１２０と略同一の広がりをもつ。ＰＣＢフィルタ１２０の入力部からＰＣＢフィルタ１２０の出力部に信号を結合させるための、上述した最小化されたアパチャ３４０_１乃至３４０_８（集合的には３４０と表す）を図３に示す。
【００１８】
本発明の実施形態において、ＰＣＢフィルタ１２０は、シールドウォール２３０に設けられた取り付け孔３３０_１、３３０_２、３３０_３及び３３０_４を通ってシールドプロダクト筺体３１０に取り付けられるスタンドオフ３２０_１、３２０_２、３２０_３及び３２０_４（集合的には３２０と表す）にシールドウォール２３０を取り付けることにより、図１のシステム１００のシールドプロダクト筺体３１０に取り付けられる。好適には、システム１００のシールドプロダクト筺体３１０は取り囲む導電性筺体である。取り囲む導電性筺体は、電磁波の電界成分が導体の表面において略０であるように強制し、それ故、波動伝搬をブロックすることにより放射電力を減少させるファラデーシールドを形成する。プロダクト筺体にＰＣＢフィルタを取り付けるために必要な取り付け孔３３０の数とそれに伴うスタンドオフ３２０の数は、システムにおいて実行されるＰＣＢフィルタのサイズに依存する。ＰＣＢフィルタのサイズは、ＰＣＢフィルタへの入力の数とそれに伴うＰＣＢフィルタにおいて必要な入力及び主強くコネクタの数に依存する。損傷をもたらすＰＣＢフィルタの折り曲げが起こらないようにＰＣＢフィルタのための適切なサポートを備える必要がある。ＰＣＢフィルタをプロダクト筺体に設けるとき、ＰＣＢフィルタ、スタンドオフ及び電磁波の伝搬を最小化するためのプロダクト筺体の間に導電性が必要である。設置されたＰＣＢフィルタ１２０は、電気回路及び／又は電子回路からの信号を出力し又は電気回路及び／又は電子回路に信号を入力するための手段を提供する一方、ＥＭＲを減少させるためのプロダクト筺体の完全性を維持する。ＰＣＢフィルタ１２０を実行することにより、電子回路から及び電子回路にデータを移動させるために非シールドケーブルを用いることが可能である。
【００１９】
本発明の他の実施形態において、本発明に従ったＰＣＢフィルタは、上述と同じ方法で電気回路及び／又は電子回路に送信された信号のＥＭＲを減少させるために用いられる。更に、本発明に従った他のＰＣＢフィルタは、同じ電子回路からの信号出力のＥＭＲを減少させるために用いられる。このような方法で電子デバイス又はシステムは構成され、種々の電子部品への信号の全て及び種々の電子部品からの信号の全ては、本発明に従ったＰＣＢフィルタによりＥＭＲを減少される。
【００２０】
本発明の他の実施形態において、種々の電気部品及び／又は電子部品の信号の全て並びに電子デバイス又はシステムの種々の電子部品からの信号の全ては、種々の部品からの信号の全てに適応する複数の入力コネクタ及び複数の出力コネクタから構成された１つのＰＣＢフィルタによりＥＭＲが減少される。
【００２１】
以上の説明は本発明の幾つかの実施形態について説明したが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明の他の更なる実施形態を発明することが可能である。従って、本発明の適切な範囲は、添付した本発明の請求項により決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】テレビシステム１００におけるデジタル回路の１つの実施形態のハイレベルブロック図である。
【図２】図１のシステムで適切に用いるためのプリント回路基板フィルタの実施形態の平面図である。
【図３】図２のプリント回路基板フィルタで適切に用いるためのシールドウォールの実施形態の正面図である。

Claims (14)

1. 電気通信におけるデバイス間の電磁放射（ＥＭＲ）を減少させるための方法であって：
   ＥＭＲを減少させる傾向が幾分ある第１デバイスにおいて信号を処理する段階（２２０）；並びに
   次のデバイスに信号を伝送する前に前記処理された信号を電磁気的に隔離する段階（２３０）；
   から構成されることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記信号を処理する段階（２２０）はツイストペアにより前記信号を伝搬する手順から構成される、ことを特徴とする方法。
3. 請求項１に記載の方法であって、前記信号を処理する段階（２２０）は前記信号においてディファレンシャルモード電流を減少させる手順から構成される、ことを特徴とする方法。
4. 請求項１に記載の方法であって、前記信号を処理する段階（２２０）は前記信号においてコモンモード電流を減少させる手順から構成される、ことを特徴とする方法。
5. 請求項１に記載の方法であって、前記信号を処理する段階（２２０）は前記信号においてディファレンシャルモード電流とコモンモード電流とを減少させる手順から構成される、ことを特徴とする方法。
6. 電気回路からの信号における電磁放射（ＥＭＲ）を減少させるためのプリント回路基板（ＰＣＢ）フィルタ（１２０）であって、前記ＰＣＢフィルタ（１２０）は入力部と出力部とを有し：
   ＰＣＢフィルタ（１２０）に前記信号を結合左折ためにＰＶＢフィルタ（１２０）の入力部に備えられる少なくとも１つの入力コネクタ（２１０）；
   ＥＭＲを減少させる傾向が幾分ある前記結合された信号を処理するためにＰＣＢフィルタ（１２０）の入力部に備えられる少なくとも１つの処理要素（２２０）；
   ＰＣＢフィルタ（１２０）の出力部からＰＣＢフィルタ（１２０）の入力部を電磁気的に隔離するために前記少なくとも１つの処理要素（２２０）の出力においてＰＣＢフィルタ（１２０）に備えられるシールドウォールであって、出力部に前記信号を渡すために最小化されたアパチャを有する、シールドウォール；並びに
   処理された信号を出力するためにＰＣＢフィルタ（１２０）の出力部に備えられる少なくとも１つの出力コネクタ（２４０）；
   から構成されることを特徴とするプリント回路基板（ＰＣＢ）フィルタ（１２０）。
7. 請求項６に記載のＰＣＢフィルタ（１２０）であって、シールドウォール（２３０）は銅から構成される、ことを特徴とするＰＣＢフィルタ。
8. 請求項６に記載のＰＣＢフィルタ（１２０）であって、シールドウォール（２３０）は金属から構成される、ことを特徴とするＰＣＢフィルタ。
9. 請求項６に記載のＰＣＢフィルタ（１２０）であって、シールドウォール（２３０）はアルミニウムから構成される、ことを特徴とするＰＣＢフィルタ。
10. 請求項６に記載のＰＣＢフィルタ（１２０）であって、ＰＣＢフィルタ（１２０）は電気回路に組み込まれる、ことを特徴とするＰＣＢフィルタ。
11. 請求項６に記載のＰＣＢフィルタ（１２０）であって、電気通信がプロダクト筺体（３１０）、ＰＣＢフィルタ（１２０）及びシールドウォール（２３０）の間に確立されるように、取り付け孔（３１０）を通してシールドウォールにより前記電気回路又は電子回路のプロダクト筺体ハウジング（３１０）に備えられる、ことを特徴とするＰＣＢフィルタ。
12. 請求項６に記載のＰＣＢフィルタ（１２０）であって、前記シールドウォール（２３０）は略平面的であって、前記信号は前記シールドウォールの平面に略垂直な経路における前記アパチャ（３４０）を通って移動する、ことを特徴とするＰＣＢフィルタ。
13. 請求項６に記載のＰＣＢフィルタ（１２０）であって、シールドウォール（２３０）はアルミニウムから構成される、ことを特徴とするＰＣＢフィルタ。
14. 電気回路からの信号において電磁放射（ＥＭＲ）を減少させるためのプリント回路基板（ＰＣＢ）フィルタ（１２０）であって、前記ＰＣＢフィルタ（１２０）は入力部と出力部とを有し：
    ＥＭＲを減少させる傾向が幾分ある第１デバイスにおいて信号を処理する（２２０）手段；並びに
    次のデバイスに信号を伝送する前に前記処理された信号を電磁気的に隔離する（２３０）手段；
    から構成されることを特徴とするプリント回路基板（ＰＣＢ）フィルタ（１２０）。

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