JP2008167198A - ノイズキャンセル回路及び電子回路 - Google Patents

Abstract

【課題】デジタル信号処理回路部から発生する不要輻射を効率的に検知すること。
【解決手段】基板上所定位置に実装されたベースバンド処理回路部５から発生する不要輻射が、該ベースバンド処理回路部５の近傍位置に形成された所定形状の配線でなるコイル部７によって検知され、コイル部７で検知された不要輻射をキャンセルする信号が、キャンセル信号生成部３９によって生成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ノイズキャンセル回路及び電子回路に関する。

ある回線に、他の回線の信号が重畳する「クロストーク」と呼ばれる現象が知られており、漏話がその代表例である。クロストークは、信号劣化の大きな要因となるため、クロストークを生じさせない、或いは、混在したクロストーク成分を除去するための様々な技術が考案されている。

その一例として、特許文献１には、混在したクロストーク成分をキャンセルする信号（以下、「キャンセル信号」と称す。）を生成して、クロストーク成分を除去する技術が開示されている。
米国特許第７０５０３８８号公報

ところで、デジタル信号処理回路部とアナログ信号処理回路部とが基板上に実装されたモジュールでは、デジタル信号処理回路部から発生される不要輻射と呼ばれる高周波のノイズによりアナログ信号処理回路部の特性が劣化する場合がある。この場合、特許文献１に開示された技術を適用して、デジタル信号処理回路部から発生する不要輻射をキャンセルするキャンセル信号を生成し、アナログ信号処理回路部の処理系統の信号に加算する方法が考えられるが、いかにして不要輻射を効率的に検知するかという問題がある。

また、アナログ信号処理回路部を、デジタル信号処理回路部から十分な距離離して実装することで、デジタル信号処理回路部による不要輻射の影響を低減させる方法も考えられるが、この場合はモジュールの全体サイズが増大してしまう。

本発明は、上述した課題に鑑みて為されたものである。

以上の課題を解決するための第１の発明は、基板上所定位置に実装されたデジタル信号処理回路部の近接位置に形成された所定形状の配線でなり、前記デジタル信号処理回路部から発生する不要輻射を検知するコイル部と、前記コイル部で検知された不要輻射をキャンセルする信号を生成するキャンセル信号生成部とを備えたノイズキャンセル回路である。

この第１の発明によれば、基板上所定位置に実装されたデジタル信号処理回路部から発生する不要輻射が、該デジタル信号処理回路部の近傍位置に形成された所定形状の配線でなるコイル部によって検知され、検知された不要輻射をキャンセルする信号が、キャンセル信号生成部によって生成される。

例えば、コイル部をデジタル信号処理回路部の直下の基板上に形成することで、該デジタル信号処理回路部から発生する不要輻射を効率的に検知することができる。また、かかる構成により、アナログ信号処理回路部等の他の電子回路をデジタル信号処理回路部の近傍に実装することが可能となるため、モジュールの全体サイズの増大化を防止でき、回路配置設計の自由度が向上する。

また、第２の発明として、第１の発明のノイズキャンセル回路における前記コイル部が前記デジタル信号処理回路部の下方に形成されてなるノイズキャンセル回路を構成してもよい。

この第２の発明によれば、デジタル信号処理回路部から発生する不要輻射が、該デジタル信号処理回路部の下方に形成されたコイル部によって検知される。

また、第３の発明として、第２の発明のノイズキャンセル回路における前記コイル部が前記デジタル信号処理回路部を構成する所定回路部の下方に形成されてなるノイズキャンセル回路を構成してもよい。

この第３の発明によれば、デジタル信号処理回路部の所定回路部から発生する不要輻射が、該所定回路部の下方に形成されたコイル部によって検知される。

また、第４の発明として、第２の発明のノイズキャンセル回路における前記コイル部が前記デジタル信号処理回路部を構成するメモリ回路部の下方に形成されてなるノイズキャンセル回路を構成してもよい。

この第４の発明によれば、デジタル信号処理回路部のメモリ回路部から発生する不要輻射が、該メモリ回路部の下方に形成されたコイル部によって検知される。

また、第５の発明として、第１の発明のノイズキャンセル回路における前記コイル部が前記デジタル信号処理回路部の外周に沿って形成されてなるノイズキャンセル回路を構成してもよい。

この第５の発明によれば、デジタル信号処理回路部の外周に沿って形成されたコイル部によって、該デジタル信号処理回路部から発生する不要輻射が検知される。

また、第６の発明として、第１〜第５の何れかの発明のノイズキャンセル回路と、前記デジタル信号処理回路部とを備えた電子回路を構成してもよい。

また、第７の発明として、第６の発明の電子回路における前記デジタル信号処理回路部が前記コイル部上方にフリップチップ実装された電子回路を構成してもよい。

この第７の発明によれば、コイル部がデジタル信号処理回路部の回路面と対向することになるため、デジタル信号処理回路部から発生する不要輻射を効率良く検知することが可能となる。

また、第８の発明として、第６又は第７の発明の電子回路における前記デジタル信号処理回路部はＧＰＳ衛星信号処理回路部である電子回路を構成してもよい。

この第８の発明によれば、上述した発明と相まって、ＧＰＳ衛星信号の処理回路部から発生する不要輻射をキャンセルする信号が生成されることになる。

以下、図面を参照して、本発明をＧＰＳ（Global Positioning System）モジュールに適用した場合の実施形態について説明する。但し、本発明を適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。

１．構成
図１は、本実施形態におけるＧＰＳモジュール１の機能構成を示すブロック図である。ＧＰＳモジュール１は、ＲＦ（Radio Frequency）受信回路部３と、ベースバンド処理回路部５と、コイル部７とを備えて構成される。

コイル部７と、ＲＦ受信回路部３に含まれるキャンセル信号生成部３９とにより、本実施形態の特徴的構成であるノイズキャンセル回路１０が構成される。また、ＲＦ受信回路部３と、ベースバンド処理回路部５とは、それぞれ別のＬＳＩ（Large Scale Integration）として製造することも、１チップとして製造することも可能である。

ＲＦ受信回路部３は、加算部３１と、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）フィルタ３３と、ＬＮＡ（Low Noise Amplifier）３５と、ＲＦ変換回路部３７と、キャンセル信号生成部３９とを備えて構成されるＲＦ信号の受信回路である。

加算部３１は、ＧＰＳアンテナ２で受信された無線信号としてのＧＰＳ衛星信号を含むＲＦ信号に、キャンセル信号生成部３９で生成されたキャンセル信号を加算する加算器であり、加算結果の信号をＳＡＷフィルタ３３に出力する。

ＳＡＷフィルタ３３は、加算部３１から出力された信号のうち、所定の周波数帯域成分を通過させる帯域通過フィルタであり、通過させた信号をＬＮＡ３５に出力する。

ＬＮＡ３５は、ＳＡＷフィルタ３３を通過した信号を増幅するローノイズアンプであり、増幅した信号をＲＦ変換回路部３７に出力する。

ＲＦ変換回路部３７は、ＬＮＡ３５で増幅された信号に所定の発振信号を乗算することで、ＲＦ信号を中間周波信号（以下、「ＩＦ（Intermediate Frequency）信号」と称す。）にダウンコンバートし、ＩＦ信号を増幅等した後、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換して、ベースバンド処理回路部５に出力する。

キャンセル信号生成部３９は、コイル部７で検知されたベースバンド処理回路部５から発生した不要輻射をキャンセルする信号（以下、「キャンセル信号」と称す。）を生成する回路部であり、生成したキャンセル信号を加算部３１に出力する。このキャンセル信号生成部３９は、例えばコイル部７から入力した不要輻射の位相を１８０度移相させる移相部と、移相部で移相された信号を所定の減衰率で減衰させる減衰部とを備えて構成される。

ＧＰＳモジュール１では、ＲＦ受信回路部３とベースバンド処理回路部５とは互いに近傍する位置に配置されるため、ベースバンド処理回路部５から発生する不要輻射が、ＧＰＳアンテナ２からＲＦ受信回路部３に出力された信号に対してノイズとして重畳する。しかし、ＧＰＳアンテナ２から出力された信号は、加算部３１において、キャンセル信号生成部３９で生成されたキャンセル信号と加算されるため、重畳された不要輻射によるノイズはキャンセルされることになる。

ベースバンド処理回路部５は、ＲＦ受信回路部３から出力されたＩＦ信号に対して相関処理等を行ってＧＰＳ衛星信号を捕捉・抽出し、データを復号して航法メッセージや時刻情報等を取り出し、疑似距離の演算や測位演算等を行う回路部である。尚、ＧＰＳ衛星信号は、Ｃ／Ａコード（Coarse and Acquisition）と呼ばれるスペクトラム拡散変調された信号である。

ベースバンド処理回路部５は、相関処理を行う回路や相関計算を行うための拡散符号（コードレプリカ）を発生させる回路、データを復号する回路の他、ベースバンド処理回路部５乃至ＲＦ受信回路部３の各部を統括的に制御して各種演算処理を行うプロセッサであるＣＰＵ（Central Processing Unit）５１と、メモリ回路部であるＲＯＭ（Read Only Memory）５３及びＲＡＭ（Random Access Memory）５５とを備えて構成される。

コイル部７は、ベースバンド処理回路部５の近傍位置に形成された所定形状の配線でなり、ベースバンド処理回路部５から発生する不要輻射を検知して、キャンセル信号生成部３９に出力する。

図２は、コイル部７の形態を説明するための図である。
ベースバンド処理回路部５を構成する各回路部は、回路動作に伴い不要輻射をそれぞれ発生するが、その中でも特に信号レベルの高い不要輻射を発生する回路部はＲＡＭ５５である。そこで、本実施形態では、ＲＡＭ５５の下方の基板にコイル部７を形成することで、主にＲＡＭ５５から発生する不要輻射を検知する。

コイル部７は、スパイラルインダクタと呼ばれる渦巻状のコイル配線で形成され、その大きさは、ＲＡＭ５５と同程度の大きさである。また、スパイラルインダクタの線幅及び線間距離については設計的事項であるが、不要輻射を効果的に検知するために、巻数は「３」以上とすることが望ましい。

図３は、ベースバンド処理回路部５のＲＡＭ５５部分の縦断面図である。但し、基板１００については、内部に配線層等の複数の層が形成されているため、ハッチングを省略している。

基板１００の上面には、コイル部７としてのスパイラルインダクタ１０１が、基板配線によって形成されている。そして、その上から、ベースバンド処理回路部５のチップ（以下、「ＢＢＩＣ（Base Band Integrated Circuit）」と称す。）１０５が、回路面１０５ａを上面にした状態で、接着層１０３によって接着・実装されている。

また、ＢＢＩＣ１０５の回路面１０５ａには端子電極１０７が形成されており、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ等の金属でなるボンディングワイヤ１１１によって、基板１００上に形成された基板電極１０９と接続されている。このＢＢＩＣ１０５の実装方式は、ワイヤボンディング実装として知られるフェイスアップ型の実装方式である。

基板１００とＢＢＩＣ１０５とを接着する接着層１０３としては、例えばエポキシ樹脂等の接着剤を用いることができる。但し、接着層１０３の透磁率が低いと、スパイラルインダクタ１０１が、ＢＢＩＣ１０５から発生する不要輻射を検知することができないため、フェライト等の磁性粉を拡散させる等して、接着層１０３の透磁率を向上させておくとよい。

２．作用効果
本実施形態によれば、基板１００の所定位置に実装されたベースバンド処理回路部５から発生する不要輻射が、該ベースバンド処理回路部５の近傍位置に形成された所定形状の配線でなるコイル部７によって検知され、コイル部７で検知された不要輻射をキャンセルする信号が、キャンセル信号生成部３９によって生成される。

コイル部７は、ベースバンド処理回路部５を構成するメモリ回路部であるＲＡＭ５５の下方に形成されているため、主にＲＡＭ５５から発生する信号レベルの高い不要輻射を効率的に検知することができる。また、ＧＰＳアンテナ２で受信された信号に重畳された不要輻射のノイズが、キャンセル信号生成部３９によって生成されたノイズキャンセル信号によってキャンセルされるため、ＲＦ受信回路部３とベースバンド処理回路部５間の配置間距離に制約は称せず、互いに近接する位置に実装することが可能となり、モジュールサイズの縮小化、回路配置設計の自由度向上に寄与することができる。

３．他の実施例
３−１．デジタル信号処理回路部
本発明は、ベースバンド処理回路部５の他、デジタル信号処理を行う回路部であれば、任意の回路部に適用することが可能である。即ち、回路動作に伴って不要輻射を発生するデジタル信号処理回路部であれば適用可能である。

３−２．実装方式
上述した実施形態では、ＢＢＩＣ１０５の実装方式としてワイヤボンディング実装を例に挙げて説明したが、実装方式はこれに限定されるわけではない。

図４は、ＢＢＩＣ１０５をフリップチップ実装した場合のＲＡＭ５５部分の縦断面図である。フリップチップ実装とは、チップの回路面を基板側に向けた状態で実装を行うフェイスダウン型の実装方式である。

基板１００上には、図３と同様に、スパイラルインダクタ１０１が基板配線によって形成されている。また、ＢＢＩＣ１０５の端子電極１０７上には、Ａｕ、Ｐｂ等の金属でなるバンプ１０８と呼ばれる突起電極が形成されており、バンプ１０８が基板電極１０９に当接するように、回路面１０５ａを下面にした状態で、ＢＢＩＣ１０５が基板１００上に実装されている。

また、基板１００とＢＢＩＣ１０５との間隙には、アンダーフィル１１３と呼ばれる樹脂接着剤が充填・硬化されている。但し、この場合も、スパイラルインダクタ１０１による不要輻射の検知を可能とするため、磁性粉を含有させる等して、アンダーフィル１１３の透磁率を向上させておくと好適である。

フリップチップ実装では、スパイラルインダクタ１０１が、ＢＢＩＣ１０５の回路面１０５ａと対向することになるため、ワイヤボンディング実装と比べて、ＢＢＩＣ１０５から発生する不要輻射を効率良く検知することができる。

３−３．コイル部の形状
上述した実施形態では、コイル部７の形状は渦巻状であるものとして説明したが、他の形状とすることも可能である。例えば、図５に示すように、ＲＡＭ５５直下の基板上に、メアンダインダクタと呼ばれるジグザグ状のコイル配線を形成してもよい。メアンダインダクタの線幅及び線間距離については設計事項であるが、不要輻射を効果的に検知するため、平行するライン（線路）の本数は「３」以上とするとより好適である。

また、ベースバンド処理回路部５の外周に沿って、コイル配線を形成することにしてもよい。例えば、図６では、ＲＡＭ５５の外周に沿って、コの字型のコイル配線が基板上に形成されている。このように、不要輻射の発生源の周囲に配線を廻らせるだけでも、不要輻射を検知することができる。

３−４．コイル部の位置・大きさ
コイル部７をＲＡＭ５５の下方に形成するのではなく、ＣＰＵ５１やＲＯＭ５３の下方に形成することにしてもよいし、ＲＡＭ５５に加えてＣＰＵ５１及びＲＯＭ５３の下方にも形成して各コイル部を並列接続するとしてもよい。また、図７に示すように、ベースバンド処理回路部５全体をカバーするようにコイル部７を形成してもよい。この場合は、ＲＡＭ５５から発生する不要輻射ばかりでなく、ＣＰＵ５１やＲＯＭ５３から発生する不要輻射も効率良く検知することが可能となる。

また、コイル部７を基板１００上に積層するのではなく、基板１００内部に積層・形成することにしてもよい。

３−５．ノイズキャンセル回路
上述した実施形態では、ノイズキャンセル回路１０のキャンセル信号生成部３９がＲＦ受信回路部３に組み込まれているものとして説明したが、キャンセル信号生成部３９をＲＦ受信回路部３から独立した回路部とし、ノイズキャンセル回路１０を独立して設けることにしてもよい。

ＧＰＳモジュールの構成を示すブロック図。 コイル部の形態を説明するための図。 ＲＡＭ部分の縦断面図。 変形例におけるＲＡＭ部分の縦断面図。 変形例におけるコイル部の形態を説明するための図。 変形例におけるコイル部の形態を説明するための図。 変形例におけるコイル部の形態を説明するための図。

符号の説明

１ ＧＰＳモジュール、 ２ ＧＰＳアンテナ、 ３ ＲＦ受信回路部、
５ ベースバンド処理回路部、 ７ コイル部、 １０ ノイズキャンセル回路、
３１ 加算部、 ３３ ＳＡＷフィルタ、 ３５ ＬＮＡ、 ３７ ＲＦ変換回路部、
３９ キャンセル信号生成部、 ５１ ＣＰＵ、 ５３ ＲＯＭ、 ５５ ＲＡＭ、
１００ 基板、 １０１ スパイラルインダクタ、 １０３ 接着層、
１０５ ＢＢＩＣ、 １０７ 端子電極、 １０９ 基板電極、
１１１ ボンディングワイヤ

Claims (8)

1. 基板上所定位置に実装されたデジタル信号処理回路部の近接位置に形成された所定形状の配線でなり、前記デジタル信号処理回路部から発生する不要輻射を検知するコイル部と、
   前記コイル部で検知された不要輻射をキャンセルする信号を生成するキャンセル信号生成部と、
   を備えたノイズキャンセル回路。
2. 前記コイル部が前記デジタル信号処理回路部の下方に形成されてなる請求項１に記載のノイズキャンセル回路。
3. 前記コイル部が前記デジタル信号処理回路部を構成する所定回路部の下方に形成されてなる請求項２に記載のノイズキャンセル回路。
4. 前記コイル部が前記デジタル信号処理回路部を構成するメモリ回路部の下方に形成されてなる請求項２に記載のノイズキャンセル回路。
5. 前記コイル部が前記デジタル信号処理回路部の外周に沿って形成されてなる請求項１に記載のノイズキャンセル回路。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載のノイズキャンセル回路と、前記デジタル信号処理回路部とを備えた電子回路。
7. 前記デジタル信号処理回路部が前記コイル部上方にフリップチップ実装された請求項６に記載の電子回路。
8. 前記デジタル信号処理回路部はＧＰＳ衛星信号処理回路部である請求項６又は７に記載の電子回路。

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