JP2010232473A - 電子装置搭載機器及び電子装置搭載機器のノイズ低減方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子装置のクロック信号周波数又はその高調波周波数でのノイズ放射を抑制することができ、更に筐体間の低周波ノイズ伝搬も抑制することができる電子装置搭載機器及び電子装置搭載機器のノイズ低減方法を提供する。
【解決手段】電子装置５が実装されたプリント回路基板１と、プリント回路基板１の一辺に接続された第１の筐体２と、プリント回路基板１の他辺に接続された第２の筐体３と、を備え、第１の筐体２と第２の筐体３とは高周波接続されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子装置搭載機器及び電子装置搭載機器のノイズ低減方法に関し、特に、クロック信号により動作するＬＳＩ（Large Scale Integration）などの電子装置と、電子装置が搭載されたプリント回路基板、及びプリント回路基板とは異なる回路を実装した複数の筐体が当該プリント回路基板に接続された構造に関する。

パーソナルコンピュータやプロジェクタ等の情報処理機器に使用され、回路動作を行うＬＳＩなどの電子装置は、プリント回路基板に実装される。更に、プリント回路基板へ電圧電流を供給する電源回路を実装した筐体や、他の回路を実装した筐体が当該プリント回路基板に接続され、電子装置搭載機器を構成している。

図１０は、関連するプリント回路基板と筐体とを接続した電子装置搭載機器の斜図である。図１１は、図１０の上面図である。図１２は、図１１の筐体のみの上面図である。図１３は、図１１のＡ−Ａ'線の断面図である。

図１０、図１１に示すように、プリント回路基板１０１は第１の筐体１０２及び第２の筐体１０３に接合手段であるネジ１０４で接続されている。図１２に示すように、第１の筐体１０２と第２の筐体１０３との間は接続されていない。図１３に示す断面図において、プリント回路基板１０１に電子装置１０５が実装され、電子装置１０５のグランド系が、プリント回路基板１０１の誘電体層１０６を介して、グランド層１０７に接続されている。

電子装置１０５がクロック信号で動作する場合、クロック信号は、基本波及び整数倍の高調波の周波数成分を持つ。クロック信号高調波は、ノイズとしてプリント回路基板１０１のグランド層１０７及びネジ１０４を介して、第１の筐体１０２及び第２の筐体１０３へ伝搬する。

次に、クロック信号高調波ノイズがプリント回路基板及び筐体から放射されることを説明する。
図９は、図１１に示す関連するプリント回路基板と筐体とを接続した電子装置搭載機器を上面から見た放射電界強度のパターン図である。当該電子装置搭載機器の放射電界強度パターンは、０度及び１８０度に最大値を持ち、９０度及び２７０度付近に最小値をもつ８の字パターン特性である。このような放射電界強度パターンを持つアンテナとして、９０度から２７０度方向に開放端のアンテナエレメントを持つダイポールアンテナが考えられる。図９の放射電界強度パターンから、図１１に示す第１の筐体１０２−プリント回路基板１０１−第２の筐体１０３の接続系で構成されるアンテナエレメントと考えられる。
当該電子装置搭載機器から放射されるノイズの電界強度特性を図７の×印（未接続）特性に示す。当該電子機器搭載機器の電界強度特性は、横軸周波数１００ＭＨｚから８００ＭＨｚまでの１００ＭＨｚ毎の電界強度を示している。

ノイズ対策技術としては、以下のような技術がある。
特許文献１の技術は、第１の筐体内の第１のプリント回路基板と、第２の筐体内の第２のプリント回路基板とを、グランド線を介して接続している。さらに第１の筐体と第２の筐体とを、高周波成分制限部材を有する導体を介して接続している。
特許文献２の技術は、拡張機器の金属面から突出する導電部材と、電子機器の筐体の金属面に設けた板バネからなる点接続による電気接続手段とを、接続している。
特許文献３の技術は、筐体のうちプリント回路基板の配線パターンが形成された面と対向する筐体の突起の先端に誘電体を設け、この誘電体をプリント回路基板に押圧している。
特許文献４の技術は、同一の基板面上に隣接して配置される２つのグランドを、抵抗素子、コンデンサ、インダクタのうちのいずれか一つの回路素子を介して接続している。
特許文献５の技術は、回路基板上の筐体とのＧＮＤ（グランド）接続箇所を複数持ち、その接続箇所と回路基板上のＧＮＤとを０Ω抵抗などのチップ部品の実装のみを介することによって、回路基板全体と筐体とをＧＮＤ接続している。

特開２００６−１９０８８７号公報 特開２００６−３２４４４９号公報 特開平１１−３１８９１号公報 特開２００８−１３０５８４号公報 特開平１１−３５２５０９号公報

上述の特許文献１〜５の技術は、電子装置が実装されたプリント回路基板の二辺にそれぞれ筐体を接続した電子装置搭載機器におけるノイズ対策技術でない。すなわち、当該電子装置搭載機器は、筐体のプリント回路基板が接続されていない側の端部が開放となるアンテナエレメントとして作用し、アンテナ構造となってしまう。このような課題を、上述の特許文献１〜５の技術は解決することができない。

本発明の目的は、上述した課題を解決する電子装置搭載機器及び電子装置搭載機器のノイズ低減方法を提供することにある。

本発明の電子装置搭載機器は、電子装置が実装されたプリント回路基板と、前記プリント回路基板の一辺に接続された第１の筐体と、前記プリント回路基板の他辺に接続された第２の筐体と、を備え、前記第１の筐体と前記第２の筐体とは高周波接続されている。

本発明の電子装置搭載機器のノイズ低減方法は、電子装置が実装されたプリント回路基板と、前記プリント回路基板の一辺に接続された第１の筐体と、前記プリント回路基板の他辺に接続された第２の筐体と、を備える電子装置搭載機器のノイズ低減方法であって、前記第１の筐体と前記第２の筐体とを高周波接続する。

本発明によれば、電子装置のクロック信号周波数又はその高調波周波数でのノイズ放射を抑制することができ、更に筐体間の低周波ノイズ伝搬も抑制することができる。

本発明の実施の形態に係る電子装置搭載機器の斜図である。 本発明の実施の形態に係る電子装置搭載機器の上面図である。 本発明の実施の形態に係る電子装置搭載機器における、プリント回路基板を省略した上面図である。 本発明の実施の形態に係る電子装置搭載機器のＡ−Ａ'断面図である。 本発明の実施の形態に係る電子装置搭載機器の突出部近傍の磁界分布図である。 本発明の実施の形態に係る電子装置搭載機器のＢ−Ｂ'断面図である。 関連する電子装置搭載機器の放射電界強度特性及び本発明の実施の形態に係る電子装置搭載機器の放射電界強度特性図である。 本発明の実施の形態に係る電子装置搭載機器の放射電界強度パターン図である。 関連する電子装置搭載機器の放射電界強度パターン図である。 関連する電子装置搭載機器の斜図である。 関連する電子装置搭載機器の上面図である。 関連する電子装置搭載機器における、プリント回路基板を省略した上面図である。 関連する電子装置搭載機器のＡ−Ａ'断面図である。

本発明の実施の形態に係る電子装置搭載機器及び電子装置搭載機器のノイズ低減方法について説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

図１は、本発明の実施の形態に係る電子装置搭載機器の斜図である。図２は、図１の上面図である。図３は、図２におけるプリント回路基板の無い上面図である。図４は、図２におけるＡ−Ａ'線での断面図である。図６は、図４におけるＢ−Ｂ'線での断面図である。

電子装置搭載機器は、図１等に示すように、プリント回路基板１、第１の筐体２、第２の筐体３を備える。
プリント回路基板１は、図４に示すように、誘電体層６、グランド層７を備える。誘電体層６上には、電子装置５が実装されている。つまり、電子装置５のグランド系は、誘電体層６を介して、グランド層７へ接続されている。

プリント回路基板１の端部一端（一辺）には、図１、図２に示すように、第１の筐体２が接合手段であるネジ４によりネジ止めされている。プリント回路基板１における前記第１の筐体２がネジ止めされた一辺に相対する一辺、即ちプリント回路基板１の端部他端には、第２の筐体３がネジ４によりネジ止めされている。つまり、プリント回路基板１の対向する二辺にそれぞれ第１の筐体２、第２の筐体３が接続されている。なお、プリント回路基板と筐体との接合手段はネジ４に限らず、導電性の接着剤等でも良い。

第１の筐体２は、内部に例えば無線回路やセンサー回路が実装される被実装部材であり、露出する部分が金属等の導電体で覆われている。第１の筐体２は、図３、図４に示すように、第１の突出部８を備える。すなわち、第１の突出部８は、第１の筐体２と一体的に形成された矩形状の板状部分である。第１の突出部８は、略水平に配置されている。第１の突出部８は、第１の筐体２における第２の筐体３と対向する面の下端部（即ち、プリント回路基板１がネジ止めされた端部と逆側の端部）から突出している。

第２の筐体３は、内部に例えばスイッチング動作を行う電源回路が実装される被実装部材であり、露出する部分が導電体で覆われている。第２の筐体３は、図３、図４に示すように、第２の突出部９を備える。すなわち、第２の突出部９は、第２の筐体３と一体的に形成された矩形状の板状部分である。第２の突出部９は、第１の突出部８と所定の間隔を開けて略平行に配置されている。第２の突出部９は、第２の筐体３における第１の筐体２と対向する面の下端部から突出している。

つまり、第１の突出部８と第２の突出部９とは、図４に示すように、寸法aの範囲で重なり合う構造となる。第１の突出部８と第２の突出部９との重なり合う寸法aの範囲において、第１の突出部８と第２の突出部９との間の部分に誘電体１０が装着されている。その結果、第１の突出部８、誘電体１０、第２の突出部９でコンデンサとして機能することになる。

電子装置５がクロック信号で動作する場合、クロック信号は、基本波及び整数倍の高調波の周波数成分を持つ。クロック信号高調波は、ノイズとしてプリント回路基板１のグランド層７及びネジ４を介して、第１の筐体２及び第２の筐体３へ伝搬する。図１０等に示した電子装置搭載機器は、電子装置５を励振源とし、プリント回路基板１のグランド層７とネジ４で接続された第１の筐体２と、第２の筐体３とから構成されるアンテナエレメントによりノイズ放射される。しかし、本発明の電子装置搭載機器及び電子装置搭載機器のノイズ低減方法は、第１の筐体２の第１の突出部８と第２の筐体３の第２の突出部９とが誘電体１０により高周波接続されている。そのため、第１の筐体２と第２の筐体３との端部が開放とならず、アンテナエレメントとはならない。よって、本発明の電子装置搭載機器及び電子装置搭載機器のノイズ低減方法は、プリント回路基板と筐体との接続構造によるノイズ放射を低減することができる。

突出部上の磁界分布を図５に示す。濃淡の濃い部分が強磁界、淡い部分が低磁界である。突出部重なり合いエリア５１において、突出部両端（即ち、突出部における筐体と連結された辺に隣接する両辺近傍）が濃い強磁界であるのに対して、突出部の中央付近は、淡い低磁界であることがわかる。これはノイズ電流が突出部の端部付近に集中して流れていることを示している。このことから、高周波接続を適切に実現するためには、突出部重なり合いエリア５１において、第１の突出部８の両端部と第２の突出部９の両端部とが低インピーダンス接続されればよい。そこで、本実施の形態の誘電体１０は、図６に示すように、重なり合った第１の突出部８と第２の突出部９との間における両端部、即ち寸法ｂ及びｃ位置に装着することにより、適切な高周波接続を実現している。

このように、第１の突出部８と第２の突出部９との間の部分に誘電体１０が装着された構造は、上述のようにコンデンサ構造となる。コンデンサの容量Ｃは、突出部の誘電体実装エリア寸法ｂ又はｃと、突出部が重なり合う寸法ａとで形成される面積と誘電体厚さｔ及び誘電体の誘電率で決定される。例えば、装着する誘電体は、ガラスエポキシ、テフロン（登録商標）、アクリル、アルミナ等の誘電体材料である。第１の突出部８と第２の突出部９との接続インピーダンスＺは以下の式（１）で表される。
Ｚ＝１／ωＣ＝１／２πｆＣ・・・・・・（１）
但し、ω：角周波数、ｆ：周波数

式（１）は、周波数及び容量にインピーダンスが反比例することを示している。つまり、低周波ではインピーダンスが大きく、一方の筐体内回路で発生したノイズ電流は、他方の筐体へは流れにくい条件となる。高周波では、インピーダンスが小さくなり、一方の筐体内回路で発生したノイズ電流は、他方の筐体へ流れやすくなる。

例えば、第２の筐体３内に実装された電源回路のスイッチング動作によるスイッチングノイズは、ｋＨｚ帯を基本波としたノイズ電流である。そのため、上述の突出部接続構造では、スイッチングノイズは流れにくく、第１の筐体２内に実装された無線回路又はセンサー回路等の高感度回路へノイズが伝搬されにくくなる。

つまり、電源回路のスイッチング動作により、スイッチングノイズが第２の筐体３、しいては第２の突出部９へ伝搬する。第２の突出部９と第１の突出部８との間に誘電体１０が装着され、第２の筐体３と第１の筐体２との間が高周波接続されている。そのため、低周波であるスイッチングノイズは、第２の突出部９から第１の突出部８、しいては第１の筐体２へは伝搬せず、第１の筐体２内の回路へスイッチングノイズが流入せず、無線回路やセンサー回路の正常動作が可能となる。

一方、ＣＰＵ等の電子装置のクロック信号による動作では、ＭＨｚ以上の高周波である。そのため、高周波での突出部間の低インピーダンス接続により、突出部の両端間が接続された構造であり、アンテナとはならない。よって、クロック信号高調波ノイズは、プリント回路基板と筐体との接続構造から放射されない。
ちなみに、誘電体実装エリア寸法ｂ及びｃ、突出部が重なり合う寸法ａ、誘電体の厚さｔは、ノイズの特性等に合わせて、適宜、設定される。

突出部間を誘電体で高周波接続した電子装置搭載機器の放射電界強度特性を図７の■印（接続）特性に示す。当該電子装置搭載機器は、筐体相互間を高周波接続することにより、筐体相互間を接続しない×印特性より、電界強度が低下していることがわかる。当該電子装置搭載機器は、１００ＭＨｚから８００ＭＨｚの周波数範囲で、おおよそ１０〜２０ｄＢのノイズ低減を実現している。

さらに筐体相互間を高周波接続した電子装置搭載機器の放射電界強度パターンを図８に示す。図９に示す、筐体相互間を高周波接続しない電子装置搭載機器の放射電界強度パターンは、０度及び１８０度に最大強度を持つ特性である。これに対して、図８に示す、筐体相互間を高周波接続した電子装置搭載機器の放射電磁強度パターンは、９０度及び２７０度に最大強度を持つ特性である。これは、筐体相互間を高周波接続しない電子装置搭載機器の放射電界強度パターンは、プリント回路基板及び筐体がアンテナエレメントとなり、ダイポールアンテナ構造となる８の字パターンに対して、筐体相互間を高周波接続した電子装置搭載機器の放射電界強度パターンは、プリント回路基板のみがアンテナエレメントとなり、当該プリント回路基板の長手方向がダイポールアンテナ構造となる８の字パターンを示していることとなる。このことにより、筐体相互間を高周波接続した電子装置搭載機器は、プリント回路基板と筐体との接続構造によるノイズ放射が抑制されていることがわかる。

このような電子装置搭載機器及び電子装置搭載機器のノイズ低減方法は、プリント回路基板に接続された複数の筐体間を高周波接続することにより、プリント回路基板と複数の筐体が接続された構造がアンテナ構造とならず、ノイズ放射を抑制することができる。更に、複数の筐体の一方の筐体内回路から発生した低周波ノイズは、他方の筐体内の回路に伝搬しない。したがって、電子装置のクロック信号周波数又はその高調波周波数でのノイズ放射を抑制することができ、更に筐体間の低周波ノイズ伝搬も抑制することができる。

しかも、平板状の第１の突出部８と第２の突出部９とを重ね合わせたので、重ね合わせ面積を広くすることができ、コンデンサ容量を十分に確保することができる。また、筐体相互間で高周波は通し、低周波は遮断するコンデンサを簡単な構造で構成することができる。特に、筐体相互間をケーブル等によって接続しないので、シンプルな構成となり、電子装置搭載機器のパーソナルコンピュータやプロジェクタ等への搭載が容易である。
さらに、ノイズ電流（磁界分布）が集中する第１の突出部８の両端部と第２の突出部９の両端部との間に誘電体１０を装着することにより、適切な高周波接続を実現できる。

本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
例えば、第１の筐体２及び第２の筐体３は構造全体が金属等の導電体で覆われる必要は無く、例えば、板状の金属板上にそれぞれの回路が実装された構造でもよい。つまり、第１の筐体２及び第２の筐体３は、箱形状又は板状のいずれでも良い。
また、第１の筐体２と第２の筐体３とは、プリント回路基板１の対向する二辺に接続されている必要は無く、プリント回路基板１の異なる辺に接続されていれば良い。

１ プリント回路基板
２ 第１の筐体
３ 第２の筐体
４ ネジ
５ 電子装置
６ 誘電体層
７ グランド
８ 第１の突出部
９ 第２の突出部
１０ 誘電体
５１ 突出部重なり合いエリア
１０１ プリント回路基板
１０２ 第１の筐体
１０３ 第２の筐体
１０４ 接合手段（ネジ）
１０５ 電子装置
１０６ 誘電体層
１０７ グランド層

Claims (6)

1. 電子装置が実装されたプリント回路基板と、
   前記プリント回路基板の一辺に接続された第１の筐体と、
   前記プリント回路基板の他辺に接続された第２の筐体と、を備え、
   前記第１の筐体と前記第２の筐体とは高周波接続されていることを特徴とする電子装置搭載機器。
2. 前記第１の筐体は第１の突出部を備え、
   前記第２の筐体は第２の突出部を備え、
   前記第１の突出部と前記第２の突出部とは重なり合い、この重なり合った前記第１の突出部と前記第２の突出部との間の部分に誘電体が装着されていることを特徴とする請求項１に記載の電子装置搭載機器。
3. 前記誘電体は、前記重なり合った第１の突出部と第２の突出部との間における両端部に装着されていることを特徴とする請求項２に記載の電子装置搭載機器。
4. 電子装置が実装されたプリント回路基板と、
   前記プリント回路基板の一辺に接続された第１の筐体と、
   前記プリント回路基板の他辺に接続された第２の筐体と、を備える電子装置搭載機器のノイズ低減方法であって、
   前記第１の筐体と前記第２の筐体とを高周波接続することを特徴とする電子装置搭載機器のノイズ低減方法。
5. 前記第１の筐体に形成された第１の突出部と、前記第２の筐体に形成された第２の突出部とが重なり合った間の部分に、誘電体を装着することを特徴とする請求項４に記載の電子装置搭載機器のノイズ低減方法。
6. 前記誘電体は、前記重なり合った第１の突出部と第２の突出部との間における両端部に装着することを特徴とする請求項５に記載の電子装置搭載機器のノイズ低減方法。