JP2011091141A

JP2011091141A - 電子装置

Info

Publication number: JP2011091141A
Application number: JP2009242206A
Authority: JP
Inventors: Naoya Tamaoki; 尚哉玉置
Original assignee: Renesas Electronics Corp
Current assignee: Renesas Electronics Corp
Priority date: 2009-10-21
Filing date: 2009-10-21
Publication date: 2011-05-06

Abstract

【課題】入力信号に対応するリターン電流と、出力信号に対応するリターン電流とが不連続な電子装置では、特に伝送信号が高周波である場合に、伝送特性が劣化してしまう。
【解決手段】２つのリターン電流の経路における不連続点のインピーダンスを低下させるために、１／４波長に対応する長さの開放端スタブを、電子装置の、信号電流の経路とは絶縁された場所に設けることで、良好な信号伝送特性が得られる。
【選択図】図３

Description

本発明は電子装置に係り、特に、リターン電流が発生する電子回路を含む電子装置に係る。

図１は、従来技術による電子装置の図である。第１の配線に信号電流が流れるとき、この第１の配線に隣接する第２の配線には、この信号電流に対応するリターン電流が、この信号電流とは逆向きに流れる。ここで、リターン電流が流れるために十分な電流パスが形成されない場合には、信号電流が流れる第１の配線において良好な信号伝送特性が得られない。

特許文献１（特開２００６−２６１２１３号公報）には、寄生容量を含めたリターン電流パスを形成することにより、信号伝送特性を改善する方法が開示されている。図１を参照すると、この電子回路は、第一の信号層１５１と第二の信号層１２１が第一のビア１４０により接続されるとともに、電源層１１０、１２５および接地層１２０とを備える。この電子回路では、信号電流１５３は、第一の信号層１５１からビア１４０を介して第二の信号層１２１に流れる。一方、右側の電源層１２５を流れるリターン電流１５５は、ビア１４０に隣接して設けられたビア１３０に、ビア１３０と電源層１２５の間の寄生容量１１４を介して流れこみ、さらにビア１３０と左側の電源層１１０との間の寄生容量１１５を介して、左側の電源層１１０にリターン電流１５４が流れる。また、接地層１２０を流れるリターン電流は、接地層１２０を右から左に流れる。

特開２００６−２６１２１３号公報

従来技術による電子回路では、リターン電流は寄生容量１１４、１１５とビア１３０を介して流れることになるため、寄生容量１１４、１１５が充分大きくなければ伝送特性が劣化してしまう。

以下に、（発明を実施するための形態）で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、（特許請求の範囲）の記載と（発明を実施するための形態）との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、（特許請求の範囲）に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による電子装置は、第１の信号配線（１１）と、第１のビア（３０）と、第２の信号配線（２１）と、第１の導体層（１０）と、第２の導体層（２０）と、第２のビア（４０）と、開放端スタブ（４２）と、グランド接続部（４１）とを具備する。ここで、第１の信号配線（１１）には、信号電流（５１）が流れる。第１のビア（３０）は、第１の信号配線（１１）に接続されている。第２の信号配線（２１）は、第１のビア（３０）に接続されている。第１の導体層（１０）は、第１の信号配線（１１）に隣接して配置されている。第２の導体層（２０）は、第２の信号配線（２１）に隣接して配置されている。第２のビア（４０）は、第１の導体層（１０）に接続されている。開放端スタブ（４２）は、第２のビア（４０）に接続され、かつ、第１または第２の導体層（１０、２０）と隣接して配置されている。グランド接続部（４１）は、第２のビア（４０）に接続され、かつ、接地するためのものである。開放端スタブ（４２）は、信号電流（５１〜５３）における１／４波長に対応する長さを具備する。

本発明の電子装置によれば、第１のリターン電流が流れる第１の導体層と、第２のリターン電流が流れる第２の導体層が、絶縁されていながら低インピーダンス化されるので、良好な信号伝送特性が得られる。

図１は、従来技術による電子装置の図である。図２Ａは、本発明の効果を説明する為の、比較例としての電子装置の俯瞰図である。図２Ｂは図２Ａの線Ａ−Ａ’における断面図である。図３は、本発明の第１の実施形態による電子装置の構成について説明するための俯瞰図である。図４は、本発明の第１の実施形態による電子装置の、図３における線Ｂ−Ｂ’における断面図である。図５は、本発明の第２の実施形態による電子装置の構成について説明するための俯瞰図である。図６は、本発明の第２の実施形態による電子装置の、図５における線Ｃ−Ｃ’における断面図である。図７は、本発明の第１の実施形態の電子装置における等価回路図である。

添付図面を参照して、本発明による電子装置を実施するための形態を以下に説明する。

（第１の実施形態）
図３は、本発明の第１の実施形態による電子装置の構成について説明するための俯瞰図である。図４は、本発明の第１の実施形態による電子装置の、図３における線Ｂ−Ｂ’における断面図である。

この電子装置は、多層回路基板であって、第１の導体層１０と、第２の導体層２０と、第１の信号配線１１と、第２の信号配線２１と、第１のビア３０と、第２のビア４０と、グランド接続部４１と、開放端スタブ４２とを具備する。第１の導体層１０は、第１のビア３０が貫通するための、第１の孔１２を具備する。第２の導体層２０は、第１および第２のビア３０、４０が共通して貫通するための、共通孔２４を具備する。開放端スタブ４２は、テーパー状で、幅が連続的に変化する開放端４３を具備する。なお、第２の導体層２０は、開放端スタブ４２の長さに対応する十分な長さを具備することが重要である。

なお、第１および第２の導体層１０、２０の間に、さらなる導体層があっても構わない。また、第１または第２の導体層１０、２０から見て、第１または第２の信号配線１１、２１の向こう側に、さらなる導体層があっても構わない。

第１の信号配線１１は、第１のビア３０における一方の端部に接続されている。第１のビア３０における他方の端部は、第２の信号配線２１に接続されている。第１の導体層１０は、第２のビア４０における一方の端部に接続されている。第２のビア４０における他方の端部は、グランド接続部４１と、開放端スタブ４２とに接続されている。グランド接続部４１は、図示されないグランドに接続されている。このとき、第１の導体層は接地されている。第２の導体層２０は、図示されない電源に接続されている。

なお、第１の信号配線と、第１の導体層と、第２の導体層と、第２の信号配線は、この順番に積層されていて、各層は、図示されない誘電体層などによって絶縁されている。

また、第１のビア３０は、第１の導体層１０を第１の孔１２で貫通しており、第１の導体層１０と絶縁されている。同様に、第１のビア３０は、第２の導体層２０を共通孔２４で貫通しており、第２の導体層２０と絶縁されている。さらに、第２のビア４０も、第２の導体層を共通孔２４で貫通しており、第２の導体層２０と絶縁されている。

この電子装置において、信号電流５１〜５３は、第１の信号配線１１、第１のビア３０および第２の信号配線２１をこの順番に流れるものとする。このとき、第２の信号電流５３に対応して、第２のリターン電流５５が第２の導体層２０に形成される。

第２のリターン電流５５は、第２の導体層２０と、開放端スタブ４２との間のカップリング容量を介して、開放端スタブ４２に流れる。なお、前述したとおり、第２の導体層２０は、開放端スタブ４２の長さに対応する十分な長さを有する。すなわち、第２の導体層２０と、開放端スタブ４２との組み合わせは、マイクロストリップ回路としても動作し得る。

開放端スタブ４２に流れたリターン電流は、第２のビア４０を通って第１の導体層１０に流れる。

第１の導体層１０に流れたリターン電流は、第１の信号配線１１における第１の信号電流５１に対応する第１のリターン電流５４として、第１の信号電流５１とは反対方向に流れる。このとき、第２のビア４０に接続されている開放端スタブの長さが、信号電流の波長の１／４である。したがって、この信号の周波数において、第２のビア４０におけるインピーダンスは０となる。

このように、本発明の電子装置によれば、お互いに絶縁されている第１および第２の導体層１０、２０の間のインピーダンスを低くすることが可能である。また、この結果として、信号における良好な伝達特性が得られる。

なお、開放端スタブ４２は、第２のビア４０との接続部から離れるにしたがってその幅が連続的に狭くなるテーパー形状を有する。また、開放端スタブ４２の先端４３は開放端となっており、どこにも接続されていない。

開放端スタブ４２の長さは、例えば、第２のビア４０の中心から開放端４３までが信号波長の１／４とすることで、本実施形態による電子装置の広帯域化が可能である。これは、ビアの太さの分だけ、１／４波長に幅が出来るからである。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態による電子装置の構成について説明するための俯瞰図である。図６は、本実施形態による電子装置の、図５における線Ｃ−Ｃ’による断面図である。

本実施形態による電子装置は、本発明の第１の実施形態による電子装置に、次の２つの変更を加えたものに等しい。すなわち、第２のビア４０が延長されて、第１の導体層を貫通している。また、グランド接続部４１が、第２のビア４０における、開放端スタブとは反対側の端部に移動している。

本実施形態による電子装置の、その他の構成要素、その他の接続関係、その他の動作説明については、本発明の第１の実施形態と同じであるので、その詳細な説明を省略する。なお、図５および図６は、グランド接続部４１を下方に図示するために、図３および図４とは天地が逆に描かれている。

（比較例）
図２Ａは、本発明の効果を説明する為の、電子装置図である。図２Ｂは、図２Ａにおける線Ａ−Ａ’における断面図である。

この電子装置は、第１の導体層１０と、第２の導体層２０と、第１の信号配線１１と、第２の信号配線２１と、第１のビア３０と、第２のビア４０と、グランド接続部４１とを具備する。第１の導体層１０は、第１のビア３０が貫通するための、第１の孔１２を具備する。第２の導体層２０は、第１および第２のビア３０、４０がそれぞれ貫通するための、第２および第３の孔２２、２３を具備する。

第１の信号配線１１は、第１のビア３０における一方の端部に接続されている。第１のビア３０における他方の端部は、第２の信号配線２１に接続されている。第１の導体層１０は、第２のビア４０における一方の端部に接続されている。第２のビア４０における他方の端部は、グランド接続部４１に接続されている。グランド接続部４１は、図示されないグランドに接続されている。このとき、第１の導体層は接地されている。第２の導体層２０は、図示されない電源に接続されている。

また、第１のビア３０は、第１の導体層１０を第１の孔１２で貫通しており、第１の導体層１０と絶縁されている。同様に、第１のビア３０は、第２の導体層２０を第２の孔２２で貫通しており、第２の導体層２０と絶縁されている。さらに、第２のビア４０は、第２の導体層を第３の孔２３で貫通しており、第２の導体層２０と絶縁されている。

この電子装置において、信号電流５１〜５３は、第１の信号配線１１、第１のビア３０および第２の信号配線２１をこの順番に流れるものとする。このとき、第１の導体層１０には、第１の信号電流５１に対応して、第１のリターン電流５４が流れる。また、第２の導体層２０には、第２の信号電流５３に対応して、第２のリターン電流５５が流れる。

図２Ａおよび図２Ｂの電子回路では、第１の導体層１０と、第２の導体層２０とは絶縁されているため、第１および第２のリターン電流５４、５５は不連続となってしまう。その結果、特に伝送信号が高周波である場合に、電子回路の伝送特性が劣化してしまう。

一方本発明では、第２のビア４０には開放端スタブ４２が設けられているため、第２のビア４０におけるインピーダンスを低く抑えることができる。特に、開放端スタブ４２のグランドプレーンは第２の導体層２０となるため、実質第２のビア４０と第２の導体層２０とは、インピーダンスが０の状態になる。すなわち、開放端スタブ４２の長さが波長の１／４となる周波数ｆ０のリターン電流にとっては、第２のビア４０と第２の導体層２０とは短絡しているとみることができる。

つまり、第２のリターン電流５５は、共通孔２４と第２のビア４０との間の寄生容量を介して第２のビア４０から第１の導体層１０に流れ込む以外に、第２の導体層２０から、周波数ｆ０において短絡状態となっている、開放端スタブ４２の根元に流れ、第２のビアを介して第１の導体層１０に流れ込む。特に後者のリターン電流パスでは第２のビア４０と第２の導体層２０との間のインピーダンスがほぼ０となるために、共通孔２４と第２のビア４０との寄生容量を介して流れる場合と比較し著しくリターン電流を増加させることができる。

図７は、本発明の第１の実施形態の電子装置における等価回路図である。言い換えれば、図７は、図３、４の等価回路を示している。第２の導体層２０は共通孔２４で形成される第２の導体層２０と第２のビア４０との間の寄生容量を介して第１の導体層１０と接続されている。第１の導体層１０は第２のビア４０と接続され、第２のビア４０は開放端スタブ４２と接続される。開放端スタブ４２は、第２の導体層２０がグランドプレーンになっている。従って、開放端スタブ４２の長さが１／４波長となる周波数ｆ０において、開放端スタブ４２の根元と第２の導体層２０は短絡状態となる。つまり、リターン電流は、図７において、左側の第２の導体層２０から右の第２の導体層２０に流れ、さらに、右の第２の導体層２０から開放端スタブ４２の根元に流れる。さらに、このリターン電流は第２のビア４０を介して第１の導体層に流れ込む。このため、リターン電流を増加させることができるため、信号の伝送特性を大幅に向上させることが可能となる。

１０第１の導体層
１１第１の信号配線
１２孔
２０第２の導体層
２１第２の信号配線
２２孔
２３孔
２４共通孔
３０第１のビア
４０第２のビア
４１グランド接続部
４２開放端スタブ
４３開放端
５１信号電流
５２信号電流
５３信号電流
５４リターン電流
５５リターン電流
１１０電源層
１１４寄生容量
１１５寄生容量
１２０接地層
１２１信号層
１２５電源層
１３０ビア
１４０ビア
１５１信号層
１５３信号電流
１５４リターン電流
１５５リターン電流

Claims

信号電流が流れる第１の信号配線と、
前記第１の信号配線に接続された第１のビアと、
前記第１のビアに接続された第２の信号配線と、
前記第１の信号配線に隣接して配置された第１の導体層と、
前記第２の信号配線に隣接して配置された第２の導体層と、
前記第１の導体層に接続された第２のビアと、
前記第２のビアに接続され、かつ、前記第１または第２の導体層と隣接して配置された開放端スタブと、
前記第２のビアに接続され、かつ、接地するためのグランド接続部と
を具備し、
前記開放端スタブは、
前記信号電流における１／４波長に対応する長さ
を具備する
電子装置。
請求項１に記載の電子装置において、
前記第２の導体層は、
前記第２のビアが貫通し、かつ、前記第２のビアと絶縁するための第１の孔
を具備し、
前記開放端スタブは、
前記第２のビアとの接続位置から先端にかけて、幅が連続的に細くなるテーパー形状
を具備する
電子装置。
請求項２に記載の電子装置において、
前記第１のビアは、前記第１の孔を貫通しており、かつ、前記第２の導体層と絶縁されており、
前記第１の導体層は、
前記第１のビアが貫通し、かつ、前記第１のビアと絶縁するための第２の孔
を具備する
電子装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の電子装置において、
前記グランド接続部は、
半田ボール
を具備する
電子装置。
請求項１〜４のいずれかに記載の電子装置において、
前記開放端スタブと、前記グランド接続部とは、前記第２のビアにおける同一の端部に接続されている
電子装置。