JP2006238315A - Method of measures and circuit against emi for electronic circuit device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子回路基板からのEMI(放射ノイズ)を低減させる方法及びその回路に関するものである。 The present invention relates to a method and circuit for reducing EMI (radiated noise) from an electronic circuit board.
従来、電子回路基板からのEMI(放射ノイズ)を低減させる手段として、電子ロジック回路の周波数を変調して分散低減させるためにSSCG(スペクトラム拡散クロックジェネレータ)をシステムクロックに使用する方法があった。また1つのASIC(集積回路)内部に複数の機能ブロックを備えた場合には、高い周波数精度が要求されるブロックにはSSCGオフのクロックを使用する必要がある場合があり、そのためASIC内部でSSCGオンのクロックとSSCGオフのクロックをブロックごとに使い分けているのが一般的である。 Conventionally, as means for reducing EMI (radiated noise) from an electronic circuit board, there has been a method of using a spread spectrum clock generator (SSCG) as a system clock in order to reduce the dispersion by modulating the frequency of the electronic logic circuit. In addition, when a plurality of functional blocks are provided in one ASIC (integrated circuit), it may be necessary to use an SSCG-off clock for a block that requires high frequency accuracy. Generally, an on clock and an SSCG off clock are used separately for each block.
また、リップルノイズや電圧変動に弱いブロックや、逆にリップルノイズや電圧変動の発生源となるブロックが存在しているために、該機能ブロックごとにそれぞれ別の電源端子を設け、それぞれ別の電源を供給する構成が一般的である。 Also, because there are blocks that are vulnerable to ripple noise and voltage fluctuations, and conversely, blocks that are sources of ripple noise and voltage fluctuations, a separate power supply terminal is provided for each functional block. The structure which supplies is common.
又、別の従来例としては、特許文献1及び特許文献2をあげることが出来る。
しかしながら上記従来技術では、SSCG(スペクトラム拡散クロックジェネレータ)をシステムクロックに使用するためにコストアップの要因となっていた。また1つのASIC(集積回路)内部に複数の機能ブロックを備えた場合には、高い周波数精度が要求されるブロックにはSSCGオフのクロックを使用する必要があり、そのためASIC内部でSSCGオンのクロックとSSCGオフのクロックをブロックごとに使い分ける必要があるため回路構成が複雑になっていた。 However, in the above-described prior art, SSCG (spread spectrum clock generator) is used as a system clock, which causes an increase in cost. In addition, when a plurality of functional blocks are provided in one ASIC (integrated circuit), it is necessary to use an SSCG-off clock for a block that requires high frequency accuracy. Therefore, an SSCG-on clock is used inside the ASIC. And the SSCG off clock must be used separately for each block, and the circuit configuration is complicated.
また、リップルノイズや電圧変動に弱いブロックや、逆にリップルノイズや電圧変動の発生源となるブロックが存在しているために、該機能ブロックごとにそれぞれ別の電源端子を設け、それぞれ別の電源を供給する必要が生じていた。 Also, because there are blocks that are vulnerable to ripple noise and voltage fluctuations, and conversely, blocks that are sources of ripple noise and voltage fluctuations, a separate power supply terminal is provided for each functional block. There was a need to supply.
上述した課題を解決するために本発明は、ASIC(集積回路)を実装する電子回路基板において、ASICの電源端子にインピーダンスの高い電源を供給することにより、ASIC内部の電源ライン及びロジック回路信号の電圧に変動を発生させ、ASIC内部の電源ライン及びロジック回路信号の電圧変動により動作周波数の安定性を低下させ、回路動作周波数のジッタ−成分を増加させ、また信号の状態遷移時間を長くさせ、それによってASIC及び電子回路基板からのEMI(放射ノイズ)を低減させることを特徴の1つとしている。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an electronic circuit board on which an ASIC (integrated circuit) is mounted, by supplying a power source having high impedance to a power terminal of the ASIC, thereby providing a power line and logic circuit signal inside the ASIC. Generate fluctuations in the voltage, decrease the stability of the operating frequency due to voltage fluctuations in the power line and logic circuit signal inside the ASIC, increase the jitter component of the circuit operating frequency, and lengthen the signal state transition time, Accordingly, one of the features is to reduce EMI (radiated noise) from the ASIC and the electronic circuit board.
また、ASIC(集積回路)内部の電圧変動が大きくてもASIC(集積回路)から出力される信号の電圧精度を高めるために、ASICの外部にロジックゲート素子を設け、ASICから出力される信号を一旦該ロジックゲートで受けてから出力する構成とし、また該ロジックゲートの駆動電源の電圧変動値は、該ASICを駆動する電源の電圧変動値よりも小さくすることをもう1つの特徴としている。 In order to increase the voltage accuracy of the signal output from the ASIC (integrated circuit) even if the voltage fluctuation inside the ASIC (integrated circuit) is large, a logic gate element is provided outside the ASIC, and the signal output from the ASIC is Another feature is that the voltage variation value of the power supply for driving the ASIC is made smaller than the voltage variation value of the power supply for driving the ASIC.
本発明によって、SSCGを用いる事無く簡易的な方法で電子回路の駆動周波数のスペクトラム拡散を図ることができ、その結果EMI(放射ノイズ)の低減が可能となる。またASIC内部で機能ブロックごとの駆動電源端子が分離できていなかった場合でも、外部にロジックゲート素子を追加することにより必要な信号のみを選択的に電源電圧の安定化を図ることができる。 According to the present invention, spectrum spreading of the driving frequency of an electronic circuit can be achieved by a simple method without using SSCG, and as a result, EMI (radiated noise) can be reduced. Further, even if the drive power supply terminals for each functional block cannot be separated inside the ASIC, the power supply voltage can be selectively stabilized only for necessary signals by adding a logic gate element to the outside.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の実施の形態の一例を示す画像形成装置の電子回路のブロック図である。図1において10はシステムチップであり、CPUコア部、USB−I/F部、メモリコントロール部、I/O部、等、各機能ブロックからなる。該各機能ブロックごとにそれぞれ電源供給端子Vdd1,Vdd2,Vdd3,Vdd4を備える。Vdd1はCPUコア部の電源供給端子であり、通常低電圧である1.5Vで駆動する場合が多い。またCPUコア部の動作は高速であり、消費電流も大きいのでVdd1にはある程度の低インピーダンスと供給能力が必要とされる。従って通常はVdd1に接続されるパスコンの容量は0.1uFかそれ以上が使用される。また高調波ノイズの発生源となるので、直列に挿入されるFBCは検討の上選択する必要がある。Vdd2はUSB−I/F部の電源供給端子であり、接続されるパスコンの容量やインピーダンス、また基板のパターンには細心の注意を払う必要がる。また高調波ノイズの発生源となるので、直列に挿入されるFBCの選択にも細心の注意が必要である。Vdd3はメモリ制御部の電源供給端子であり、SDRAMが接続される場合は3.3Vである場合が多い。メモリ制御部も高速動作であり消費電流も大きく放射ノイズの発生源となる。通常接続されるパスコンの容量は0.1uFかそれ以上が使用される。また高調波ノイズの発生源となるので、直列に挿入されるFBCの選択にも細心の注意が必要である。Vdd4はI/O部の電源供給端子であり、電源電圧は3.3Vであることが多い。通常CPUコア部やメモリコントロール部と比べると低速動作であり、そのため消費電流も少ない。しかし高い電圧精度を要求するI/O信号がある場合がある。
FIG. 1 is a block diagram of an electronic circuit of an image forming apparatus showing an example of an embodiment of the present invention. In FIG. 1,
ここで本発明の特徴である供給電源の高インピーダンス化のために、パスコンC1,C2,C3,C4,は通常必要とされる容量より少なめである0.1uF以下の容量を選択する。その結果各電源端子電圧を測定すると、40mVから100mV程度のリップルが観測される。このリップルは内部動作による消費電流の変動に供給側が追従しきれずに電圧変動を生じさせるものである。電圧変動が生じるということは、内部のロジック動作において状態遷移時間が長くなり立上がり立下りが鈍って高調波成分が低減される事となり、放射ノイズが低減される。また位相遅れにより動作周波数のスペクトラム拡散が生じることも放射ノイズ低減に寄与する。しかしながらここで、内部のロジック動作電圧が変動するということはAC特性のマージン減少につながり、また外部静電やACラインノイズや雷サージなどの外来ノイズにも弱くなるという欠点もあるので、パスコンの容量及びその結果生ずる電圧変動量は慎重に決定する必要がある。電子デバイスの性質は温度依存性があるので温度変化も考慮し、デバイスの個体差も考慮する必要がある。また電源端子部での電圧変動測定値よりもデバイス内部の電圧変動の方が大きくなるので注意が必要である。 Here, in order to increase the impedance of the power supply, which is a feature of the present invention, the capacitance of 0.1 μF or less, which is smaller than the normally required capacitance, is selected for the bypass capacitors C1, C2, C3, C4. As a result, when each power supply terminal voltage is measured, a ripple of about 40 mV to 100 mV is observed. This ripple causes the voltage fluctuation without the supply side following the fluctuation of the consumption current due to the internal operation. The occurrence of voltage fluctuation means that the state transition time becomes longer in the internal logic operation, the rise and fall are dull, the harmonic components are reduced, and the radiation noise is reduced. Further, the spread of the operating frequency due to the phase delay also contributes to the reduction of radiation noise. However, fluctuations in the internal logic operating voltage lead to a reduction in the margin of AC characteristics, and also have the disadvantage of being weak against external static electricity, AC line noise, and external noise such as lightning surges. The capacity and the resulting voltage fluctuation must be carefully determined. Since the properties of electronic devices are temperature dependent, it is necessary to consider temperature changes and individual differences between devices. Note that the voltage fluctuation inside the device is larger than the measured voltage fluctuation at the power supply terminal.
20はシステムチップの外部に設け、I/O部から出力される制御信号に対して挿入するロジックゲート素子である。実施例1では単なるORゲートで片側をLに固定する程度のものである。本発明においては該ロジックゲート素子の挿入は駆動能力アップを目的としたバッファー挿入ではなく、あくまで信号の電圧精度アップを目的としたものであるので、ASICの出力バッファーの駆動能力よりも高い駆動能力のあるロジックゲート素子を使用するとは限らない。
A
実施例1では一例としてCCD制御信号に対してロジックゲート素子を挿入した。Vdd5が該ロジックゲート素子の電源供給端子であり、出力信号の電圧安定化のためにVdd5とGND間に接続されるパスコンC5の容量は1uFから10uFと大きくする。またVdd5だけ独立してレギュレーターを設けて電源を生成しても良い。CCD制御信号はデジタル信号であるが、位相の変動や電圧の変動に大変大きく影響を受ける信号である。CCD制御信号は実施例1の装置構成においては500mm程度と長く引き回され、ケーブルの容量成分が大きいために信号がかなり鈍ってしまう。 In the first embodiment, as an example, a logic gate element is inserted for the CCD control signal. Vdd5 is a power supply terminal of the logic gate element, and the capacitance of the bypass capacitor C5 connected between Vdd5 and GND is increased from 1 uF to 10 uF in order to stabilize the voltage of the output signal. Alternatively, a power source may be generated by providing a regulator independently for Vdd5. The CCD control signal is a digital signal, but is a signal that is greatly affected by phase fluctuations and voltage fluctuations. The CCD control signal is drawn as long as about 500 mm in the apparatus configuration of the first embodiment, and the signal is considerably dull due to the large capacitance component of the cable.
30がCCDユニットである。図2はCCD制御信号の電圧安定化の効果を示す図である。図2の201はCCD制御信号の1つであるclmp信号のASIC(10)の出力端子の内部の出力バッファー前の波形である。ASICの出力は方形波であるが20mVから100mV程度の電圧変動がある。
202はロジックゲート素子(20)を設けなかった場合のCCD基板の入力端子の波形である。ASICの出力は方形波であるがCCD基板との間の接続ケーブルは約500mmと長く容量成分が大きいために立ち上がり立下りがかなり鈍ってしまう。201のASICの出力信号の電圧降下がそのまま202のCCD基板の入力端子位置の電圧降下となる。203はCCD基板上のバッファー通過後の波形であり、202のCCD基板の入力端子の電圧降下がそのまま203のCCD基板上のバッファー通過後の信号の遅延となる事がわかる。
図2の204はCCD制御信号の1つであるclmp信号のASIC(10)の出力端子の後段にロジックゲート素子(20)を設けた場合の波形イメージである。ASICの出力は方形波でロジックゲート素子(20)によって20mVから100mV程度の電圧変動がなくなる。CCD基板との間の接続ケーブルは約500mmと長く容量成分が大きいために立ち上がり立下りがかなり鈍ってしまう。205はCCD基板の入力端子の波形であり、204のロジックゲート素子(20)の出力信号の電圧降下が無いので205のCCD基板の入力端子位置の電圧降下は発生しない。206はCCD基板上のバッファー通過後の波形であり、205のCCD基板の入力端子位置の電圧降下が無いので206のCCD基板上のバッファー通過後の信号の遅延は発生しない。
図3は本発明実施例1のASICの電源端子の電圧を示す図であり、301はVdd1〜Vdd4の電源端子の電圧変動を表す図である。ASIC内部の動作に応じて複数の周期で電圧変動が生じているのがわかる。電圧変動幅は20mV〜100mV程度である。302は従来例の電源端子の電圧を示す図であり、周期性を持った電圧変動は発生しないようにしてあり、高周波のランダムノイズか電源自体のリップルが多少見られる程度である。また302は本発明実施例1のロジックゲート素子20に供給する電源であるVdd5の電圧変動を表す図でもある。本件の特徴であるASICに供給する電源電圧の変動よりも、ロジックゲート素子の電源電圧の変動の方が小さくなっていることを示すものである。
FIG. 3 is a diagram showing the voltage at the power supply terminal of the ASIC according to the first embodiment of the present invention, and 301 is a diagram showing voltage fluctuations at the power supply terminals Vdd1 to Vdd4. It can be seen that voltage fluctuations occur in a plurality of cycles according to the operation inside the ASIC. The voltage fluctuation range is about 20 mV to 100 mV.
10 ASIC(集積回路)
20 ロジックゲート素子
30 CCDユニット
10 ASIC (integrated circuit)
20
Claims (6)
ASIC内部の電源ライン及びロジック回路信号の電圧変動により動作周波数の安定性を低下させ、ASIC内部回路動作周波数のジッタ−成分を増加させ、又ASIC内部回路動作の立ち上がり立ち下りを鈍らせる事により、
ASIC及び電子回路基板からのEMI(放射ノイズ)を低減させることを特徴としたEMI対策方法及び回路。 In an electronic circuit board on which an ASIC (integrated circuit) is mounted, by supplying power with high impedance to the power supply terminal of the ASIC, the voltage of the power line inside the ASIC and the logic circuit signal is changed,
By reducing the stability of the operating frequency due to voltage fluctuations in the power line and logic circuit signal inside the ASIC, increasing the jitter component of the ASIC internal circuit operating frequency, and slowing the rise and fall of the ASIC internal circuit operation,
EMI countermeasure method and circuit characterized by reducing EMI (radiated noise) from ASIC and electronic circuit board.
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JP2008102705A (en) * | 2006-10-18 | 2008-05-01 | Canon Inc | Memory access control circuit and its method |
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JP2013224842A (en) * | 2012-04-20 | 2013-10-31 | Panasonic Corp | Ic peripheral circuit |
-
2005
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