JP2010123710A - 伝送線路装置と、これを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】クロストークノイズを低減させつつ、高密度化を実現できる伝送線路装置の実現。
【解決手段】本発明の伝送線路装置は、入力信号が差動伝送される第１伝送線路、第２伝送線路と、出力信号が差動伝送される第３伝送線路、第４伝送線路と、入力端子に第１伝送線路、第２伝送線路が電気的に接続され、出力端子に第３伝送線路、第４伝送線路が電気的に接続される回路素子とを備え、第２伝送線路が第４伝送線路よりも第３伝送線路に近接するように配置されており、第２伝送線路の入力端子における信号の位相と、第３伝送線路の出力端子における信号の位相が概ね等しく、第１伝送線路の入力端子における信号の位相と、第４伝送線路の出力端子における信号の位相が概ね等しいという構成を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、伝送線路等の構造に関するものであり、特に高密度化、高速伝送を必要とする多層配線基板に使用される伝送線路等に関する。

以下、携帯電話等に用いられる多層配線基板に形成された従来の伝送線路の構造について、図５を用いて説明する。図５は、多層配線基板に形成された従来の伝送線路の断面図である。

図５に示した多層配線基板の導体層６２において、グランド６２ａと伝送線路６２ｂが交互に配置されている。同様に導体層６３においても、グランド６３ａと伝送線路６３ｂが交互に配置されている。

更に、積層方向でも前記グランド６２ａと前記伝送線路６２ｂが交互に配置されている。

これは、前記伝送線路６２ｂを前記グランド６２ａおよび前記グランド６３ａで挟むことにより他の層の伝送線路からの影響（クロストークノイズ）を低減させたものである。

同様に、前記伝送線路６３ｂを前記グランド６３ａおよび前記グランド６２ａで挟むことにより左右上下方向に他の伝送線路からの影響（クロストークノイズ）を低減させている。

尚、本出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平１０−４１６３７号公報

しかし、図５のようにグランドにより左右上下方向を囲む伝送線路の構造では、伝送線路として用いることのできる面積は、実際の半分以下にしかならず、必要以上に基板面積が大きくなるという欠点があった。

そこで本発明は、クロストークノイズを低減させつつ、高密度化を実現できる伝送線路装置を実現することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明の伝送線路装置は、入力信号が伝送される入力信号伝送線路と、出力信号が伝送される出力信号伝送線路と、入力端子に入力信号伝送線路が電気的に接続され、出力端子に出力信号伝送線路が電気的に接続される回路素子とを備え、入力信号伝送線路は、第１グランドと、第１グランドの上方に絶縁状態で配置された第１伝送線路と、第１伝送線路と略平行で且つ前記第１グランドの上方に絶縁状態で配置された第２伝送線路とを有し、入力信号は、第１伝送線路と前記第２伝送線路を介して差動伝送されると共に、回路素子へ入力され、出力信号伝送線路は、第２グランドと、第１伝送線路と略平行で且つ第２グランドの上方に絶縁状態で配置された第３伝送線路と、第３伝送線路と略平行で且つ第２グランドの上方に絶縁状態で配置された第４伝送線路とを有し、出力信号は、第３伝送線路と第４伝送線路を介して差動伝送されると共に、回路素子から出力され、入力信号伝送線路と出力信号伝送線路とは、第２伝送線路が第４伝送線路よりも第３伝送線路に近接するように配置されており、第２伝送線路の入力端子における信号の位相と、第３伝送線路の出力端子における信号の位相が概ね等しく、第１伝送線路の入力端子における信号の位相と、第４伝送線路の出力端子における信号の位相が概ね等しいという構成を有している。

本発明の伝送線路装置は、第２伝送線路と第１グランドとの間に発生する磁界の向きと、第３伝送線路と第２グランドとの間に発生する磁界の向きが逆方向となるため、入力信号伝送線路と出力信号伝送線路との間のクロストークノイズを低減できるという有利な効果を有している。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１について図を用いて詳しく説明する。図１は本発明の一実施形態による伝送線路装置１０のブロック図である。同図において、第１入力部１ａは、第１伝送線路２ａに接続され、前記第１伝送線路２ａは、回路素子３の第１入力端子３ａに接続される。同じく、第２入力部１ｂは、第２伝送線路２ｂに接続され、前記第２伝送線路２ｂは、回路素子３の第２入力端子３ｂに接続される。

回路素子３の第１出力端子３ｃは、第３伝送線路４ａに接続され、前記第３伝送線路４ａは、第１出力部５ａに接続される。同じく、回路素子３の第２出力端子３ｄは、第４伝送線路４ｂに接続され、前記第４伝送線路４ｂは、第２出力部５ｂに接続される。

尚、第２伝送線路２ｂは、第４伝送線路４ｂよりも第３伝送線路４ａに近接して配置されている。また、第１伝送線路２ａと第２伝送線路２ｂと第３伝送線路４ａと第４伝送線路４ｂとは概ね平行に配置されている。

入力信号は、第１入力部１ａと第２入力部１ｂとから入力され、第１伝送線路２ａと第２伝送線路２ｂとの２つの伝送線路を用いて差動伝送され、回路素子３に入力される。この回路素子に入力された入力信号は、回路素子３で所定の処理が行われ、回路素子３の第１出力端子３ｃと第２出力端子３ｄとから出力される。そしてこの回路素子３からの出力信号は、第３伝送線路４ａと第４伝送線路４ｂとを用いて差動伝送されて、第１出力部５ａと第２出力部５ｂとから信号処理回路（図示せず）へ出力される。信号処理回路において、信号は処理され、例えば、映像や音声が再生される。なお、本実施の形態における回路素子３は、入力信号の振幅が所定の振幅になるように入力信号を増幅または減衰させる素子である。

ここで、第１入力端子３ａにおける信号の位相と、第１出力端子３ｃにおける信号の位相とは、概ね等しくなるように回路素子３は構成されており、また、第２入力端子３ｂにおける信号の位相と、第２出力端子３ｄにおける信号の位相とは、概ね等しくなるように回路素子３は構成されている。ここで、それぞれの信号の位相が概ね等しいとは、それぞれの信号の位相差が、概ね０度または±３６０＊ｎ（ｎは整数）となることを意味している。

尚、図１においては便宜上図示していないが、第１伝送線路２ａと第２伝送線路２ｂとの下方には、第１グランドが第１伝送線路２ａおよび第２伝送線路２ｂとそれぞれ絶縁された状態で配置されており、また、第３伝送線路４ａと第４伝送線路４ｂとの下方には、第２グランドが第３伝送線路４ａおよび第４伝送線路４ｂとそれぞれ絶縁された状態で配置されている。

図１に示した本発明の一実施例である伝送線路装置１０は、以降、詳説するが、第２伝送線路と第１グランドとの間に発生する磁界の向きと、第３伝送線路と第２グランドとの間に発生する磁界の向きが逆方向となるため、入力信号伝送線路と出力信号伝送線路との間のクロストークノイズを低減できるという有利な効果を有している。

（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２について図を用いて詳しく説明する。図２は、配線基板に形成された本発明の一実施形態における伝送線路装置の上面図である。

同図において、配線基板の表面には、第１伝送線路２ａと第２伝送線路２ｂとが、略平行に形成されている。そして、第１伝送線路２ａと第２伝送線路２ｂとに対向する配線基板の裏面には、第１グランド６が形成されている。また、配線基板の裏面には、第３伝送線路４ａと第４伝送線路４ｂとが、第２伝送線路２ｂと略平行に形成されている。そして、第３伝送線路４ａと第４伝送線路４ｂとに対向する配線基板の表面には、第２グランド７が形成されている。

入力信号は第１伝送線路２ａと第２伝送線路２ｂとを介して差動伝送され、第１入力端子３ａと第２入力端子３ｂとを介して回路素子３に入力される。以下、便宜上、第１伝送線路２ａと第２伝送線路２ｂとを入力信号伝送線路と呼ぶ。

回路素子３の第１出力端子３ｃと第２出力端子３ｄとを介して出力された差動の出力信号は、第３伝送線路４ａと第４伝送線路４ｂとを介して差動伝送され、信号処理回路（図示せず）へ入力される。

以下、便宜上、第３伝送線路４ａと第４伝送線路４ｂとを出力信号伝送線路と呼ぶ。

本実施の形態において回路素子３は、ＩＦ周波数用の可変利得増幅器９と複数の伝送線路とにより構成されている。尚、図２において、伝送線路の記載は、表面に形成されている場合は実線で、裏面に形成されている場合は点線でなされている。第１入力端子３ａと第２入力端子３ｂとを介して入力された入力信号は、それぞれ表面に形成された伝送線路を通過して可変利得増幅器９へ入力され、所望の増幅率で増幅される。増幅後、可変利得増幅器９からの出力信号は、差動で出力され、第１出力端子３ｃと第２出力端子３ｄとへ入力される。ここで、可変利得増幅器９と第２出力端子３ｄとを電気的に接続する第５伝送線路４ｃは、概ね配線基板の裏面に形成されており、可変利得増幅器９の信号出力端子（図示せず）とは配線基板に設けられたスルーホール（図示せず）を介して電気的に接続されている。このスルーホールは、図２においては、可変利得増幅器９の下方に配置されている。

第１出力端子３ｃと可変利得増幅器９とを電気的に接続する第６伝送線路４ｄは、可変利得増幅器９の信号出力端子（図示せず）からスルーホール４ｅまでの区間については、配線基板の表面に形成され、スルーホール４ｅから第１出力端子３ｃまでの区間は配線基板の裏面に形成されている。

このような構成とすることにより、第５伝送線路４ｃと第６伝送線路４ｄとは、途中、配線基板の表面と裏面とで立体交差している（図２における点Ａにて立体交差している）。このような立体交差を設けることや、各伝送線路の線路長を調整することにより、第１入力端子３ａにおける信号の位相と、第１出力端子３ｃにおける信号の位相とが概ね等しく、且つ、第２入力端子３ｂにおける信号の位相と、第２出力端子３ｄにおける信号の位相とが概ね等しくなるように、容易に調整する事ができる。

また、入力信号伝送線路と出力信号伝送線路は、略平行になるように配線されているので、配線基板におけるこれら伝送線路の占有面積を小面積化することができる。

尚、便宜上図示していないが、第１グランド６と第２グランド７とは、スルーホールまたは金属フレームによって、電気的に接続されている。スルーホールと金属フレームの両方によって、接続されてもよい。

また、特許請求の範囲における「入力端子」とは、第１入力端子３ａと第２入力端子３ｂとを指しており、特許請求の範囲における「出力端子」とは、第１出力端子３ｃと第２出力端子３ｄとを指している。そして、第１入力端子３ａ、第２入力端子３ｂ、第１出力端子３ｃ、第２出力端子３ｄの位置は、第１伝送線路２ａ、第２伝送線路２ｂ、第３伝送線路４ａ、第４伝送線路４ｂのそれぞれの伝送線路上で、且つ、それぞれの伝送線路に対して垂直な１本の任意線上に配置されている。

図２中のＢ線での断面図を図３に示す。図３において、入力信号伝送線路（第１伝送線路２ａ、第２伝送線路２ｂ）は第１グランド６と対向して配置され、出力信号伝送線路（第３伝送線路４ａ、第４伝送線路４ｂ）は第２グランド７と対向して配置されている。

そして、入力信号伝送線路（第１伝送線路２ａ、第２伝送線路２ｂ）と第２グランド７とは配線基板の表面に配置され、入力信号伝送線路（第３伝送線路４ａ、第４伝送線路４ｂ）と第１グランド６とは配線基板の表面に配置されている。

また、第２伝送線路２ｂは第４伝送線路４ｂよりも第３伝送線路４ａに近接するように配置されている。

ここで、第１伝送線路２ａと第１グランド６との間、第２伝送線路２ｂと第１グランド６との間、第３伝送線路４ａと第２グランド７との間、第４伝送線路４ｂと第２グランド７との間をそれぞれ伝搬する信号は、ＴＥＭ波として扱うことができる。

図２で示したように、入力信号伝送線路を流れる電流方向（図３における電流方向２０）と、出力信号伝送線路を流れる電流方向（図３における電流方向２１）とは逆方向となっている。この場合の基板絶縁層８における電界と磁界の向きを、図３中の電界２２，２３，２４，２５と磁界２６、磁界２７、磁界２８、磁界２９により図示する。

図３中の電界、磁界の様子からわかるように、電界の方向は配線基板面に対して概ね垂直であり、各々の電界２２，２３，２４，２５は概ね平行な位置関係にある。

これに対し、磁界の方向は配線基板面に対して概ね平行であり、各々の磁界２６，２７，２８，２９は概ね直線上にあるため、前記差動入力信号２と前記差動出力信号４同士の干渉は電界よりも磁界が支配的となる。

しかし、本願発明の伝送線路装置においては、図２中の第１入力端子３ａにおける信号の位相と、第１出力端子３ｃにおける信号の位相とが概ね等しく、且つ、第２入力端子３ｂにおける信号の位相と、第２出力端子３ｄにおける信号の位相とが概ね等しい。このため、図３に示したように、第２伝送線路２ｂと第１グランド６との間の磁界２６と、第３伝送線路４ａと第２グランド７との間の磁界２９との互いに隣接する２組の磁界の向きが逆向きであり、打ち消し合う方向に作用する。

すなわち、入力信号伝送線路と出力信号伝送線路との間の干渉を低減できるため、入力信号伝送線路と出力信号伝送線路は近接させて、平行に配置することが可能となる。

これを言い換えると、差動伝送される入力信号と出力信号の電流方向と、入力信号伝送線路、出力信号伝送線路、第１グランド６、第２グランド７の位置関係を図２、図３に説明したように設定することにより、第１伝送線路２ａと第２伝送線路２ｂと第３伝送線路４ａと第４伝送線路４ｂに発生する磁界を各々打ち消し合うことができ、これにより入力信号と出力信号との信号間干渉の低減を可能にしている。

（実施の形態３）
以下、本発明の実施の形態３について図を用いて詳しく説明する。

図４は、回路素子３を構成する可変利得増幅器９の出力端子部分の一実施例であり、配線基板上に形成された基板パターンの上面図を示している。

図４において、第５伝送線路４ｃは可変利得増幅器９のパッケージ下を通って配線され、可変利得増幅器９の出力端子３０に接続される。

すなわち、可変利得増幅器９のパッケージの下方のスペースを利用する事により、第５伝送線路４ｃと第６伝送線路４ｄの交差を同一層で実現している。これにより、図２に示したように、両面の配線基板を用いることなく、第５伝送線路４ｃと第６伝送線路４ｄの交差を実現できるため、伝送線路装置を生産する上での効率を向上させることができる。

尚、本発明は、実施の形態１、２、３においては説明した構成のみに限定されるものではなく、基板絶縁層８における磁界が互いに打ち消し合うように、伝送線路が配置されれば良く、層数のより多い多層配線基板に適用することも可能である。

以上のように、本発明の伝送線路装置は、入力信号伝送線路と出力信号伝送線路とを近接させて配線基板上に形成しても、相互干渉しにくいという優れた効果を有しているため、小型の通信機器等に利用する事ができる。

本発明の伝送線路装置のブロック図 本発明の伝送線路装置の上面図 本発明の伝送線路装置の断面図 本発明の伝送線路装置の一部の配線方法を示す上面図 従来の多層配線基板の断面図

符号の説明

１ａ 第１入力部
１ｂ 第２入力部
２ａ 第１伝送線路
２ｂ 第２伝送線路
３ 回路素子
３ａ 第１入力端子
３ｂ 第２入力端子
３ｃ 第１出力端子
３ｄ 第２出力端子
４ａ 第３伝送線路
４ｂ 第４伝送線路
４ｃ 第５伝送線路
４ｄ 第６伝送線路
５ａ 第１出力部
５ｂ 第２出力部
９ 可変利得増幅器
１０ 伝送線路装置
３０ 出力端子

Claims (5)

1. 入力信号が伝送される入力信号伝送線路と、
   出力信号が伝送される出力信号伝送線路と、
   入力端子に前記入力信号伝送線路が電気的に接続され、出力端子に前記出力信号伝送線路が電気的に接続される回路素子とを備え、
   前記入力信号伝送線路は、第１グランドと、前記第１グランドの上方に絶縁状態で配置された第１伝送線路と、前記第１伝送線路と略平行で且つ前記第１グランドの上方に絶縁状態で配置された第２伝送線路とを有し、
   前記入力信号は、前記第１伝送線路と前記第２伝送線路を介して差動伝送されると共に、前記回路素子へ入力され、
   前記出力信号伝送線路は、第２グランドと、前記第１伝送線路と略平行で且つ前記第２グランドの上方に絶縁状態で配置された第３伝送線路と、前記第３伝送線路と略平行で且つ前記第２グランドの上方に絶縁状態で配置された第４伝送線路とを有し、
   前記出力信号は、前記第３伝送線路と前記第４伝送線路を介して差動伝送されると共に、前記回路素子から出力され、
   前記入力信号伝送線路と前記出力信号伝送線路とは、前記第２伝送線路が前記第４伝送線路よりも前記第３伝送線路に近接するように配置されており、
   前記第２伝送線路の前記入力端子における信号の位相と、前記第３伝送線路の前記出力端子における信号の位相が概ね等しく、
   前記第１伝送線路の前記入力端子における信号の位相と、前記第４伝送線路の前記出力端子における信号の位相が概ね等しい伝送線路装置。
2. 入力信号が伝送される入力信号伝送線路と、
   出力信号が伝送される出力信号伝送線路と、
   入力端子に前記入力信号伝送線路が電気的に接続され、出力端子に前記出力信号伝送線路が電気的に接続される回路素子とを備え、
   前記入力信号伝送線路は、第１グランドと、前記第１グランドの上方に絶縁状態で配置された第１伝送線路と、前記第１伝送線路と略平行で且つ前記第１グランドの上方に絶縁状態で配置された第２伝送線路とを有し、
   前記入力信号は、前記第１伝送線路と前記第２伝送線路を介して差動伝送されると共に、前記回路素子へ入力され、
   前記出力信号伝送線路は、第２グランドと、前記第１伝送線路と略平行で且つ前記第２グランドの下方に絶縁状態で配置された第３伝送線路と、前記第３伝送線路と略平行で且つ前記第２グランドの下方に絶縁状態で配置された第４伝送線路とを有し、
   前記出力信号は、前記第３伝送線路と前記第４伝送線路を介して差動伝送されると共に、前記回路素子から出力され、
   前記入力信号伝送線路と前記出力信号伝送線路とは、前記第２伝送線路が前記第４伝送線路よりも前記第３伝送線路に近接するように配置されており、
   前記第１伝送線路の前記入力端子における信号の位相と、前記第３伝送線路の前記出力端子における信号の位相が概ね等しく、
   前記第２伝送線路の前記入力端子における信号の位相と、前記第４伝送線路の前記出力端子における信号の位相が概ね等しい伝送線路装置。
3. 第１層と第２層とを有する配線基板を備え、
   前記第１層に前記第１伝送線路と前記第２伝送線路と前記第３伝送線路と前記第４伝送線路とが形成され、
   前記第２層に前記第１グランドと前記第２グランドとが形成された請求項１に記載の伝送線路装置。
4. 第１層と第２層とを有する配線基板を備え、
   前記第１層に前記第１伝送線路と前記第２伝送線路と前記第２グランドとが、それぞれ絶縁された状態で形成され、
   前記第２層に前記第３伝送線路と前記第４伝送線路と前記第１グランドとが、それぞれ絶縁された状態で形成された請求項２に記載の伝送線路装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の伝送線路装置と、
   前記伝送線路装置の出力側に電気的に接続された信号処理回路とを備えた電子機器。

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