JP2015220278A - Print circuit board - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、デジタル信号の伝送に用いられるプリント回路板に関する。 The present invention relates to a printed circuit board used for digital signal transmission.
近年、デジタル複合機等の画像形成装置やデジタルカメラに代表されるような電子機器は、小型化の要求が高い。そのため、電子機器に使用されるプリント回路板においても、ICなどの実装部品や配線等をより高密度・省面積に配置することが必要とされる。 In recent years, there is a high demand for downsizing of electronic devices such as digital multifunction peripherals and other electronic devices such as digital cameras. For this reason, printed circuit boards used in electronic devices are also required to have mounting components such as ICs, wirings, and the like arranged with higher density and area saving.
また、近年のデジタル複合機やデジタルカメラは、高速化・高精細化を実現するために、大容量のデジタル信号の高速伝送が必要となっている。高速なデジタル信号がプリント配線板上を伝送すると、プリント配線板に接続されたケーブルなどをアンテナとして放射ノイズ(EMI:Electro Magnetic Interference)が発生し、他の電子機器の動作に影響を与える恐れがある。そのため、高速なデジタル信号に起因する放射ノイズを抑制する必要がある。 Also, recent digital multifunction peripherals and digital cameras require high-speed transmission of large-capacity digital signals in order to realize high speed and high definition. When high-speed digital signals are transmitted on the printed wiring board, radiation noise (EMI: Electro Magnetic Interference) is generated using the cable connected to the printed wiring board as an antenna, which may affect the operation of other electronic devices. is there. Therefore, it is necessary to suppress radiation noise caused by high-speed digital signals.
このような放射ノイズを抑制する手段の1つとして、特許文献1には、低減したい放射ノイズの周波数(高調波)に対して1/4波長(λ/4:λは波長)の長さをもつ先端開放のオープンスタブを用いることが記載されている。
As one means for suppressing such radiation noise,
しかしながら、低減したい高調波が複数ある場合は、各高調波に対して、λ/4の長さをもつオープンスタブが各々必要になるため、複数のオープンスタブが必要になる。この場合、各オープンスタブ間の間隔が狭いと、スタブ同士で相互干渉を与えてしまうため、所望の特性を得ることができなくなってしまう。即ち、所望の特性を得るためには、各オープンスタブ間の間隔を広くする必要があるが、オープンスタブを複数個配置すると、基板面積が大きくなってしまうという問題があった。 However, when there are a plurality of harmonics to be reduced, an open stub having a length of λ / 4 is required for each harmonic, and thus a plurality of open stubs are required. In this case, if the interval between the open stubs is narrow, the stubs give mutual interference, so that desired characteristics cannot be obtained. That is, in order to obtain desired characteristics, it is necessary to widen the interval between the open stubs. However, when a plurality of open stubs are arranged, there is a problem that the substrate area increases.
そこで本発明は、複数の高調波を省面積のプリント配線板で低減するプリント回路板を提供することを目的とするものである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a printed circuit board that reduces a plurality of harmonics with an area-saving printed wiring board.
本発明のプリント回路板は、第1導体層と、前記第1導体層とは異なる第2導体層とを有するプリント配線板と、前記プリント配線板に実装され、デジタル信号を送信する送信回路と、を備え、前記第1導体層には、前記送信回路が送信したデジタル信号の伝送線路となる信号配線と、配線方向の一端が前記信号配線に接続され、配線方向の他端が開放された第1オープンスタブと、が形成され、前記第2導体層には、面状のグランド配線が形成され、前記第1オープンスタブが、前記プリント配線板の表面に垂直な方向から見て前記グランド配線に重なる位置に形成され、前記第1オープンスタブには、開口が形成され、前記開口の内部には、配線方向の一端が前記開口の縁における前記信号配線の側に接続され、配線方向の他端が開放された、前記第1オープンスタブよりも配線方向の長さが短い第2オープンスタブが形成されていることを特徴とする。 The printed circuit board of the present invention includes a printed wiring board having a first conductor layer and a second conductor layer different from the first conductor layer, and a transmission circuit mounted on the printed wiring board and transmitting a digital signal. The first conductor layer has a signal wiring serving as a transmission line for a digital signal transmitted by the transmission circuit, one end in the wiring direction connected to the signal wiring, and the other end in the wiring direction opened. A first open stub is formed, a planar ground wiring is formed on the second conductor layer, and the first open stub is seen from a direction perpendicular to the surface of the printed wiring board. An opening is formed in the first open stub, and one end of the wiring direction is connected to the side of the signal wiring at the edge of the opening inside the opening. End open And, wherein the first open second open stub length of the wiring direction is shorter than the stub is formed.
本発明によれば、第1オープンスタブに形成された開口の内部に第2オープンスタブを形成したので、複数の高調波を省面積のプリント配線板で低減することができる。 According to the present invention, since the second open stub is formed inside the opening formed in the first open stub, a plurality of harmonics can be reduced with a printed wiring board having a small area.
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図である。図1(a)は、プリント回路板を示す斜視図、図1(b)は、プリント回路板の回路構成を示す電気回路図である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a printed circuit board according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a perspective view showing a printed circuit board, and FIG. 1B is an electric circuit diagram showing a circuit configuration of the printed circuit board.
図1(a)に示すプリント回路板100は、不図示の電子機器(例えば、デジタル複合機等の画像形成装置やデジタルカメラ)に搭載されている。プリント回路板100は、プリント配線板200と、プリント配線板200に実装された送信回路300と、プリント配線板200に実装されたコネクタ400と、を備えている。なお、図1(a)及び図1(b)中、矢印X方向、及び矢印X方向に直交する矢印Y方向は、プリント配線板200の表面に沿う方向であり、矢印X,Y方向に直交する矢印Z方向は、プリント配線板200の表面に直交する方向である。
A printed
プリント配線板200は、複数(例えば2つ)の導体層201,202が絶縁体層(誘電体層)203を介して積層されて構成された多層基板である。導体層201,202には、導電性を有する導体パターンが配置された層である。絶縁体層203は、主に絶縁体(誘電体)で形成された層であり、絶縁体は例えばエポキシ樹脂等である。
The printed
第1実施形態では、2つの導体層201,202は表層の導体層であり、2つの導体層201,202のうち、導体層201が第1導体層、導体層201とは異なる導体層202が第2導体層である。
In the first embodiment, the two
導体層202には、導体で形成された面状のグランド配線であるグランドパターン230が配置されている。このグランドパターン230は、電子機器の不図示の金属筐体等に接地されている。
The
送信部である送信回路300は、データを示すデジタル信号であるパラレル信号をシリアル化して送信するものである。その際、送信回路300は、シリアル化したデータ列にクロック信号を埋め込んで伝送する。
The
送信回路300は、シングルエンド方式で所定の伝送レート[bps]のデジタル信号を送信するものであり、例えば半導体パッケージで構成され、送信端子31を有している。つまり、デジタル信号は、送信端子31から送信される。
The
プリント配線板200は、デジタル信号の伝送線路となる、導電性の導体のパターンで形成された信号配線210を有している。信号配線210は、導体層201に形成されている。信号配線210の配線方向(図1では矢印X方向)の一端が送信回路300の送信端子31に接続され、配線方向(矢印X方向)の他端がコネクタ400に接続されている。
The printed
デジタル信号の伝送レートに相当する周波数が基本周波数(繰り返し周波数)[Hz]であり、例えば、デジタル信号の伝送レートが1[Gbps]の場合、デジタル信号の基本周波数は1[GHz]である。換言すると、基本周波数は、1ビット当たりの周期(基本周期)に対応する周波数である。 The frequency corresponding to the transmission rate of the digital signal is the fundamental frequency (repetition frequency) [Hz]. For example, when the transmission rate of the digital signal is 1 [Gbps], the fundamental frequency of the digital signal is 1 [GHz]. In other words, the fundamental frequency is a frequency corresponding to a cycle per bit (basic cycle).
コネクタ400には、デジタル信号を受信する受信部である図1(b)に示す受信回路500に、デジタル信号を伝送するためのケーブル600が接続される。
The
受信回路500は、プリント回路板100が搭載された電子機器における他のプリント回路板や、他の電子機器に搭載される。受信回路500は、シリアル信号を受信して、デシリアライズし、パラレル信号に変換する。これにより、受信回路500は、クロックとデータを再生する。
The
図1(b)に示す送信回路300及び受信回路500のグランド端子は、グランドGNDに接続されている。なお、送信回路300のグランド端子が接続されるグランドGNDは、図1(a)に示すグランドパターン230である。
The ground terminals of the
クロック埋め込み型のシリアル伝送では、データと同期クロックが一緒にシリアル化され、ハイレベルとローレベルの論理遷移率が50%になるように符号化されたデータが伝送される。そのため、伝送されるシリアル信号は、ローレベル又はハイレベルが多ビットで連続することがなく、1ビットを基本周期とした繰り返し波形が支配的に現れることになる。したがって、シリアル伝送系からの強い放射ノイズは、シリアル信号の1ビット周期の逓倍の周波数(高調波)で観測される。 In clock-embedded serial transmission, data and a synchronous clock are serialized together, and data encoded so that the logic transition rate between the high level and the low level is 50% is transmitted. For this reason, the serial signal to be transmitted does not have a continuous low level or high level in multiple bits, and a repetitive waveform having a basic period of 1 bit appears dominantly. Therefore, strong radiation noise from the serial transmission system is observed at a frequency (harmonic) that is a multiple of the 1-bit period of the serial signal.
矩形波で伝送されるシリアル信号(デジタル信号)のスペクトラムは、sinc関数で表され、1ビット周期の整数倍の周波数にはスペクトラムを持たないことが知られている。つまり、伝送信号のスペクトラムが無い基本周波数の整数倍の周波数においてノイズが発生することになる。 The spectrum of a serial signal (digital signal) transmitted by a rectangular wave is represented by a sinc function, and is known to have no spectrum at a frequency that is an integral multiple of a 1-bit period. That is, noise occurs at a frequency that is an integral multiple of the fundamental frequency without the spectrum of the transmission signal.
ここで、デジタル信号の伝送レート[bps]に相当する周波数が基本周波数[Hz]であり、基本周波数の2倍、3倍、4倍…n倍の周波数が、各々、伝送レートに相当する周波数の第2次高調波、第3次高調波、第4次高調波…第n次高調波となる。なお、nは、1以上の整数である。例えば、デジタル信号の伝送レートが2[Gbps]の場合、第2次高調波は4[GHz]、第3次高調波は6[GHz]、第4次高調波は8[GHz]である。 Here, the frequency corresponding to the transmission rate [bps] of the digital signal is the fundamental frequency [Hz], and the frequencies that are twice, three times, four times, n times the fundamental frequency are frequencies corresponding to the transmission rate. Second harmonic, third harmonic, fourth harmonic,... Nth harmonic. Note that n is an integer of 1 or more. For example, when the transmission rate of the digital signal is 2 [Gbps], the second harmonic is 4 [GHz], the third harmonic is 6 [GHz], and the fourth harmonic is 8 [GHz].
なお、伝送レートは、送信端子31において、デジタル信号の時間波形をオシロスコープで計測し、アイパターン表示したときのアイ開口の最小周期で確認することができる。
The transmission rate can be confirmed with the minimum period of the eye opening when the time waveform of the digital signal is measured with an oscilloscope at the
第1実施形態では、プリント配線板200は、信号配線210から分岐する少なくとも2つのオープンスタブ211,212を有している。オープンスタブ211,212は、導体層201に形成されている。オープンスタブ211,212は、信号配線210と同じく導体の配線パターンで形成されている。第1実施形態では、オープンスタブ211が第1オープンスタブであり、オープンスタブ212が第2オープンスタブである。オープンスタブ211,212は、プリント配線板200の表面に垂直な方向(図1では矢印Z方向)から見てグランドパターン230に重なる位置に形成されている。
In the first embodiment, the printed
オープンスタブ211は、配線方向(図1では矢印Y方向)の一端が信号配線210に接続された接続端211aであり、配線方向(矢印Y方向)の他端が開放されている開放端211bである。このオープンスタブ211には、開口H1が形成されている。開口H1は、矢印Z方向から見て、略四角形状に形成されている。開口H1が形成されたオープンスタブ211が信号配線210に接続されているので、オープンスタブ211及び信号配線210の一部で環状に形成されている。換言すると、オープンスタブ211は、接続端が信号配線210に接続された一対のオープンスタブ片211X,211Yと、一対のオープンスタブ片211X,211Yの開放端同士を接続する接続片211Zとを有している。
The
オープンスタブ212は、開口H1の内部に形成されている。オープンスタブ212の配線方向(矢印Y方向)の一端が開口H1の縁における信号配線210の側に接続された接続端212aであり、配線方向(矢印Y方向)の他端が開放された開放端212bである。つまり、オープンスタブ212の接続端212aは、開口H1の4辺のうち、信号配線210の側の辺に接続されている。
The
具体的には、開口H1は、オープンスタブ211の接続端211aにつながっており、開口H1の内部に配置されたオープンスタブ212は、その接続端212aが信号配線210に接続されている。
Specifically, the opening H1 is connected to the
オープンスタブ212は、配線方向(矢印Y方向)の長さがオープンスタブ211よりも短く設定されている。より具体的には、オープンスタブ212の配線方向(矢印Y方向)の長さは、開口H1の配線方向(矢印Y方向)の長さよりも短い。
The
なお、開口H1が接続端211a側に形成されているが、開口H1がオープンスタブ211の略中央に形成されていてもよく、一対のオープンスタブ片211X,211Yと接続片211Zが形成されていればよい。つまり、オープンスタブ211が、一対のオープンスタブ片211X,211Yの接続端同士を接続する接続片を有していてもよい。
Although the opening H1 is formed on the
オープンスタブ211においては、特定の周波数に対して信号の減衰効果がある。オープンスタブ211よりも短いオープンスタブ212においては、オープンスタブ211において減衰効果のある周波数よりも高い周波数に対して、信号の減衰効果がある。よって、オープンスタブ211,212により、複数の高調波を減衰させることが可能である。
The
ここで、オープンスタブ211の配線方向(矢印Y方向)の長さを、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第n次高調波(nは1以上の整数)を減衰させる長さに設定するのが好ましい。そして、オープンスタブ212の配線方向(矢印Y方向)の長さを、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第(n+1)次高調波(nは1以上の整数)を減衰させる長さに設定するのが好ましい。
Here, the length of the
特に、第2次高調波及び第3次高調波の電圧レベルが高い。そのため、第1実施形態では、nが2、即ち、オープンスタブ211の配線方向(矢印Y方向)の長さを、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第2次高調波を減衰させる長さに設定している。具体的には、オープンスタブ211の配線方向(矢印Y方向)の長さを、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第2次高調波の1/4波長近傍の電気長に設定している。
In particular, the voltage levels of the second and third harmonics are high. Therefore, in the first embodiment, n is 2, that is, the length of the
また、オープンスタブ212の配線方向(矢印Y方向)の長さを、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第3次高調波を減衰させる長さに設定している。具体的には、オープンスタブ212の配線方向(矢印Y方向)の長さを、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第3次高調波の1/4波長近傍の電気長に設定している。
Also, the length of the
ここで、1/4波長近傍とは、1/4波長からずれた長さで信号の減衰効果のある範囲内をいう。 Here, the vicinity of ¼ wavelength means a range having a signal attenuation effect with a length shifted from the ¼ wavelength.
以下、プリント回路板100の作用について図2を用いて説明する。図2は、本発明の第1実施形態に係るプリント回路板100の原理を説明するための図である。図2(a)は、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第2次高調波に対する特性を説明するための図、図2(b)は、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第3次高調波に対する特性を説明するための図である。
Hereinafter, the operation of the printed
なお、以下の説明では、オープンスタブ211、オープンスタブ212及び開口H1は、信号配線210に対して直交する方向に延びる、直線状のパターン及び開口であるとする。また、オープンスタブ211は、その接続端211aから開放端211bまでの配線長が、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第2次高調波に対して1/4波長(λ2/4:λ2は第2高調波の波長)の85〜105%の長さであるものとする。また、オープンスタブ212は、その接続端212aから開放端212bまでの配線長が、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第3次高調波に対して1/4波長(λ3/4:λ3は第3高調波の波長)の85〜105%の長さであるものとする。
In the following description, it is assumed that the
図2(a)に示すように、オープンスタブ211上には、第2次高調波の電圧に対して定在波E1が発生する。オープンスタブ211の接続端211aで電圧が最小となり、そこから、第2次高調波に対してλ2/4の電気長だけ離れた開放端211bにおいては電圧が最大となる。接続端211aにおいては、第2次高調波に対するインピーダンスが最小となるので、第2次高調波の信号成分は信号配線210をそのまま流れるよりもオープンスタブ211へ流れ易くなる。そのため、受信回路500側の信号配線210を流れる第2次高調波の信号成分に対して減衰を与える。即ち、オープンスタブ211は、信号配線210を通過するデジタル信号の第2次高調波の信号成分に対して減衰を与える。
As shown in FIG. 2A, a standing wave E1 is generated on the
一方、オープンスタブ211による作用と同様に、図2(b)に示すように、オープンスタブ212上には、第3次高調波の電圧に対して定在波E2が発生する。オープンスタブ212の接続端212aで電圧が最小となり、そこから第3次高調波に対してλ3/4の電気長だけ離れた開放端212bにおいては電圧が最大となる。接続端212aにおいて、第3次高調波に対するインピーダンスが最小となるので、第3次高調波の信号成分は信号配線210をそのまま流れるよりもオープンスタブ212へ流れ易くなる。そのため、受信回路500側の信号配線210を流れる第3次高調波の信号成分に対して減衰を与える。即ち、オープンスタブ212は、信号配線210を通過するデジタル信号の第3次高調波の信号成分に対して減衰を与える。
On the other hand, like the action by the
これにより、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第2次高調波の信号成分と、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第3次高調波の信号成分を減衰させることができる。したがって、放射ノイズを抑制することができる。 As a result, the second harmonic signal component of the frequency corresponding to the digital signal transmission rate and the third harmonic signal component of the frequency corresponding to the digital signal transmission rate can be attenuated. Therefore, radiation noise can be suppressed.
また、オープンスタブ211に設けられた開口H1の中にオープンスタブ212が配置されているので、オープンスタブ211,212同士の相互干渉が、単に2つのオープンスタブを並設した場合よりも小さくなる。よって、オープンスタブ211,212のプリント配線板200における占有領域を小さくすることができる。
Moreover, since the
以下、オープンスタブ211,212同士の相互干渉が小さくなる理由について説明する。
Hereinafter, the reason why the mutual interference between the
オープンスタブ211の外周部分には、第2次高調波に対する定在波の電界が面状のグランドパターン230に向かって集中して発生する。また、オープンスタブ212の外周部分には、第3次高調波に対する定在波の電界が面状のグランドパターン230に向かって集中して発生する。
In the outer peripheral portion of the
第1実施形態では、オープンスタブ211に設けられた開口H1の内部にオープンスタブ212が配置されている。これにより、オープンスタブ211,212の外周部分に集中している各電界の間に、オープンスタブ211の内周部分と、オープンスタブ211,212間の間隙が存在することになる。つまり、オープンスタブ211に設けられた開口H1の中にオープンスタブ212を配置することで、オープンスタブ211の外周部分とオープンスタブ212の外周部分とが離れて配置されることになる。これにより、オープンスタブ211の外周部分に集中している電界と、オープンスタブ212の外周部分に集中している電界との間で相互干渉を低減することが可能となる。
In the first embodiment, an
次に、図1に示すプリント回路板100について、CST社のMW−Studioにより3次元電磁界シミュレーションを実施して効果の検証を行った結果について説明する。また、ここでは一例として、デジタル信号の伝送レートが2[Gbps]、すなわち、第2次高調波が4[GHz]、第3次高調波が6[GHz]の場合について説明する。
Next, with respect to the printed
シミュレーションモデルとして、プリント配線板200は外形が幅40[mm]、長さ40[mm]、厚さ0.253[mm]とした。導体層201には、信号配線として幅0.38[mm]、長さ40[mm]、厚さ0.018[mm]の信号配線210のY方向の端部を、プリント配線板200のY方向の端部から17.15[mm]の位置に設けた。さらに、導体層201から−Z方向に0.2[mm]の位置に幅40[mm]、長さ40[mm]、厚さ0.035[mm]の面状のグランドパターン230を設け、マイクロストリップ構造とした。絶縁体層(誘電体層)203の絶縁体(誘電体)は、FR4(比誘電率4.2)とした。導体は銅(導電率5.8×107[S/m])を用いた。
As a simulation model, the printed
送信回路300は、Sパラメータのポート1として、受信回路500は、Sパラメータのポート2として、信号配線210の両端と面状のグランドパターン230の間に設定した。
The
また、信号配線210のX方向の中点に、信号配線210の−Y方向の端部から、幅1.6[mm]、長さ10.3[mm]、厚さ0.018[mm]のオープンスタブ211を設けた。なお、信号配線210の−Y方向の端部にあるX方向の中点と、オープンスタブ211のY方向の端部にあるX方向の中点とは一致させた。
Further, from the end in the −Y direction of the
また、信号配線210のX方向の中点に、信号配線210の−Y方向の端部から、幅0.975[mm]、長さ9[mm]、厚さ0.018[mm]の開口を設けた。なお、信号配線210の−Y方向の端部にあるX軸方向の中点と、開口のY方向の端部にあるX軸方向の中点は一致させた。
In addition, an opening having a width of 0.975 [mm], a length of 9 [mm], and a thickness of 0.018 [mm] is formed at the midpoint of the
さらに、信号配線210のX軸方向の中点に、信号配線210の−Y方向の端部から、幅0.425[mm]、長さ6.9[mm]、厚さ0.018[mm]のオープンスタブ212を設けた。なお、信号配線210の−Y方向の端部にあるX軸方向の中点と、オープンスタブ212のY方向の端部にあるX軸方向の中点は一致している。
Furthermore, from the end in the −Y direction of the
ここで、放射ノイズに対する低減能力を明らかにするために、第2次高調波である4[GHz]と第3次高調波である6[GHz]におけるSパラメータ(S21)をシミュレーションにより求めた。 Here, in order to clarify the ability to reduce radiation noise, S parameters (S21) at 4 [GHz] as the second harmonic and 6 [GHz] as the third harmonic were obtained by simulation.
図3は、第1実施形態に係るプリント回路板100におけるシミュレーション結果を示すグラフである。図3より、プリント回路板100は、第2次高調波である4[GHz]、第3次高調波である6[GHz]において、6[dB]以上の減衰量を得ることができていることから、放射ノイズを抑制することが可能である。
FIG. 3 is a graph showing a simulation result in the printed
図4は、オープンスタブ211,212の長さを変化させた場合の第2次及び第3次高調波の減衰量を示すシミュレーション結果を示すグラフである。図4(a)は、オープンスタブ211の配線長を、λ2/4からずらした場合に対する、第2次高調波である4[GHz]における信号の減衰量のシミュレーション結果を示すグラフである。図4(b)は、オープンスタブ212の配線長を、λ3/4からずらした場合に対する、第3次高調波である6[GHz]における信号の減衰量のシミュレーション結果を示すグラフである。
FIG. 4 is a graph showing simulation results showing attenuation amounts of the second and third harmonics when the lengths of the
図4(a)に示すように、オープンスタブ211の接続端211aから開放端211bまでの長さが、第2次高調波の1/4波長に対して、85%〜105%の範囲内である場合に、第2次高調波の減衰量が10[dB]以上得られる。つまり、オープンスタブ211の接続端211aから開放端211bまでの長さが1/4波長に対して85%〜105%の範囲内でずれていても、第2次高調波における減衰量が10[dB]以上得られる。したがって、オープンスタブ211の配線方向(矢印Y方向)の長さを1/4波長の85%〜105%の範囲の電気長に設定することで、より効果的に放射ノイズを抑制することが可能となる。
As shown in FIG. 4A, the length from the
特に、オープンスタブ211の配線方向(矢印Y方向)の長さを、第2次高調波の1/4波長に対して95%の電気長に設定することで、第2次高調波の減衰量が最大となる。したがって、更に効果的に放射ノイズを抑制することが可能となる。
In particular, by setting the length of the
また、図4(b)に示すように、オープンスタブ212の接続端212aから開放端212bまでの長さが、第3次高調波の1/4波長に対して、85%〜105%の範囲内である場合に、第3次高調波の減衰量が6[dB]以上得られる。つまり、オープンスタブ212の接続端212aから開放端212bまでの長さが1/4波長に対して85%〜105%の範囲内でずれていても、第3次高調波における減衰量が6[dB]以上得られる。したがって、オープンスタブ212の配線方向(矢印Y方向)の長さを1/4波長の85%〜105%の範囲の電気長に設定することで、より効果的に放射ノイズを抑制することが可能となる。
Also, as shown in FIG. 4B, the length from the
特に、オープンスタブ212の配線方向(矢印Y方向)の長さを、第3次高調波の1/4波長に対して95%の電気長に設定することで、第3次高調波の減衰量が最大となる。したがって、更に効果的に放射ノイズを抑制することが可能となる。
In particular, by setting the length of the
また、第1実施形態では、オープンスタブ211に設けた開口H1の内部に、オープンスタブ212を配置することで、複数の高調波を省面積で低減可能となる。
In the first embodiment, by arranging the
なお、波長λは以下の式(1)により求めている。 The wavelength λ is obtained by the following equation (1).
式(1)において、cは光速[m/s]、fは周波数(高調波)[Hz]、εeffは実効比誘電率である。ここで、実効比誘電率とは、プリント配線板200の比誘電率の実効的な値であり、実効比誘電率を使う理由は、プリント配線板200により発生する電界の一部が空気中を通過するためである。
In Expression (1), c is the speed of light [m / s], f is the frequency (harmonic) [Hz], and ε eff is the effective relative dielectric constant. Here, the effective relative dielectric constant is an effective value of the relative dielectric constant of the printed
式(1)より、第2及び第3次高調波に対する1/4波長を求めてみる。cを3.0×108[m/s]、εeffを3とする。第2次高調波である4[GHz]に対する1/4波長は10.8[mm]、第3次高調波である6[GHz]に対する1/4波長は7.23[mm]、第4次高調波となる8[GHz]に対する1/2波長は10.8[mm]となる。 From Equation (1), the 1/4 wavelength for the second and third harmonics is determined. Let c be 3.0 × 10 8 [m / s] and ε eff be 3. The 1/4 wavelength for 4 [GHz] as the second harmonic is 10.8 [mm], the 1/4 wavelength for 6 [GHz] as the third harmonic is 7.23 [mm], and the fourth The half wavelength with respect to 8 [GHz] which is the second harmonic is 10.8 [mm].
図5は、図1のV−V線に沿うプリント配線板200の断面図である。オープンスタブ211の長さが、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第2次高調波に対して、λ2/4の95%の長さが好ましい理由について、図5を用いて説明する。図5には、電界に対する定在波を矢印で模式的に示している。なお、説明のためにオープンスタブ211と面状のグランドパターン230以外の図示は省略し、オープンスタブ211の長さはデジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第2次高調波に対してλ2/4の長さとしている。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the printed
図5に示すように、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第2次高調波に対してλ2/4の長さを有するオープンスタブ211とグランドパターン230との間に、第2次高調波の電界Eに対して定在波が発生する。
As shown in FIG. 5, between the
しかしながら、電界Eは電位の高いところから低いところへ向かう性質を持っているため、オープンスタブ211の開放端211bにおいて、電界Eが広がるように発生し、電界Eに対する定在波がλ2/4の長さよりも長くなる。電界と電圧は比例関係にあることから、オープンスタブ211に発生する第2次高調波の電圧に対する定在波も、λ2/4の長さよりも長くなる。つまり、第2次高調波の電圧に対する定在波をλ2/4の長さとするためには、オープンスタブ211の長さをλ2/4よりも僅かに短くする必要がある。オープンスタブ212についても、オープンスタブ211と同様、第3次高調波の電圧に対する定在波をλ3/4の長さとするためには、オープンスタブ212の長さがλ3/4よりも僅かに短くする必要がある。そして、シミュレーション結果から、オープンスタブ211,212の長さは、第2次、第3次高調波に対して1/4波長の95%が好ましい。
However, since the electric field E is to have a property toward the low place from where a high potential, at the
よって、オープンスタブ211の長さを、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第2次高調波に対して、λ2/4の95%の長さに設定することで、ケーブル600からの放射ノイズを効果的に低減できる。また、オープンスタブ212の長さを、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第3次高調波に対して、λ3/4の95%の長さに設定することで、ケーブル600からの放射ノイズを効果的に低減できる。
Therefore, the length of the
なお、第1実施形態では、nが2の場合について説明したが、これに限定するものではなく、nが1以上の整数、即ち第n次及び第(n+1)次の高調波に対して放射ノイズの低減効果があるように、各オープンスタブ211,212の長さを設定すればよい。 In the first embodiment, the case where n is 2 has been described. However, the present invention is not limited to this, and n is radiated with respect to an integer equal to or greater than 1, that is, the nth and (n + 1) th harmonics. What is necessary is just to set the length of each open stub 211,212 so that there may be a noise reduction effect.
また、各オープンスタブ211,212を、第n次と第(n+1)次の高調波を低減する長さに設定した場合について説明したが、これに限定するものではく、低減したい高調波に応じて各オープンスタブ211,212の長さを設定すればよい。例えば、第1次と第4次の高調波を低減したい場合には、オープンスタブ211の長さを第1次の高調波、オープンスタブ212の長さを第4次の高調波に対応させて設定すればよい。
Moreover, although the case where each open stub 211,212 was set to the length which reduces the n-th order and the (n + 1) -th order harmonic was demonstrated, it does not limit to this and it responds to the harmonic to reduce. Thus, the length of each
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係るプリント回路板について説明する。なお、第2実施形態のプリント回路板は、上記第1実施形態で説明したプリント回路板100と略同様の構成であり、第2オープンスタブに形成した開口の長さが上記第1実施形態と異なる。図6は、本発明の第2実施形態に係るプリント回路板の原理を説明するための模式図である。以下、上記第1実施形態と同様の構成については説明を省略し、上記第1実施形態と異なる部分について説明する。なお、上記第1実施形態と同様、nが2の場合について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a printed circuit board according to a second embodiment of the present invention will be described. The printed circuit board of the second embodiment has substantially the same configuration as the printed
第2実施形態では、図6に示すオープンスタブ211の配線方向(矢印Y方向)における開口H1の長さは、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第4次高調波に対して1/2波長の90%である。また、オープンスタブ211の配線と垂直方向(矢印X方向)における開口H1の長さは、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第4次高調波に対して1/2波長の10%程度である。
In the second embodiment, the length of the opening H1 in the wiring direction (arrow Y direction) of the
図6に示すように、第4次高調波の電流I1は、開口H1を迂回するように、オープンスタブ211を流れる。そのため、開口H1には、第4次高調波の電流I1に対して定在波E3及び定在波E4が発生する。
As shown in FIG. 6, the fourth harmonic current I1 flows through the
第4次高調波の電流I1に対する定在波E3は、オープンスタブ片211Xの矢印Y方向の長さの中点で電流が最小となる。オープンスタブ片211Xの矢印Y方向の長さとは、オープンスタブ片211Xの信号配線210との接続端25から、オープンスタブ片211Xの接続片211Zとの接続端26までの長さである。また、電流が最大となるのは、開口H1の矢印X方向の長さの影響により、接続端25よりも信号配線210側に、オープンスタブ片211Xの矢印Y方向の長さの5%程度ずれた位置(図6中点線で示す)である。また同様に、接続端26よりも接続片211Z側に、オープンスタブ片211Xの矢印Y方向の長さの5%程度ずれた位置(図6中点線で示す)である。
The standing wave E3 with respect to the fourth harmonic current I1 has a minimum current at the midpoint of the length of the
また、第4次高調波の電流I1に対する定在波E4は、定在波E3に対して逆位相の定在波となる。 In addition, the standing wave E4 with respect to the current I1 of the fourth harmonic is a standing wave having a phase opposite to that of the standing wave E3.
そのため、開口H1の接続端25,26において、第4次高調波に対するインピーダンスが最小となる。このことから、第4次高調波の信号成分は信号配線210をそのまま流れるよりも、開口H1を迂回して流れ易くなるため、受信回路側の信号配線210を流れる第4次高調波の信号成分に対して減衰を与える。即ち、開口H1は、信号配線210を通過するデジタル信号の第4次高調波の信号成分に対して減衰を与える。
Therefore, the impedance with respect to the fourth harmonic is minimized at the connection ends 25 and 26 of the opening H1. Accordingly, the fourth harmonic signal component flows more easily around the opening H1 than the
ここで、開口H1の長さが、デジタル信号の伝送レートの第4次高調波に対するλ4/2よりも短く設定されている理由について説明する。 Here, the length of the opening H1 is why will be described which is shorter than lambda 4/2 for the fourth harmonic of the transmission rate of the digital signal.
図6に示すように、第4次高調波に対してλ4/2の長さを有する定在波E3及び定在波E4は、開口H1を迂回する電流I1により発生している。つまり、定在波E3及び定在波E4を発生させるには、開口H1の短手方向に流れる電流も必要となるため、開口H1の長さは、第4次高調波に対するλ4/2よりも短く設定されることになる。 As shown in FIG. 6, the standing wave E3 and the standing wave E4 has a length of lambda 4/2 for the fourth harmonic is generated by a current I1 to bypass the opening H1. In other words, generates a standing wave E3 and the standing wave E4, since the current flowing in the lateral direction of the opening H1 are required, the length of the opening H1 is than lambda 4/2 for the fourth harmonic Will be set shorter.
これにより、第2次高調波の信号成分と、第3次高調波の信号成分に加えて、第4次高調波の信号成分を減衰させることができる。したがって、より高周波帯域の高調波を抑制することができる。 Thereby, in addition to the signal component of the second harmonic and the signal component of the third harmonic, the signal component of the fourth harmonic can be attenuated. Therefore, harmonics in a higher frequency band can be suppressed.
また、オープンスタブ212による作用と開口H1による作用とでは、作用を及ぼす現象が異なるため、相互に干渉を起こさせないことが可能となる。具体的に図5を用いて、オープンスタブ212による作用を及ぼす現象を説明すると、オープンスタブ211による作用を及ぼす現象と同様に、オープンスタブ212とグランドパターン230との間には、第3次高調波の電界に対して定在波が発生している。つまり、第3次高調波の電界はZ方向に発生している。
In addition, since the action effect is different between the action by the
ここで、仮に、オープンスタブ212と同様の配線パターンを、オープンスタブ212と近接して配置することを考えると、前述のように両方の配線パターンの外側部分には、同一方向(Z方向)の電界が集中して発生するため、各電界間で相互干渉が起こる。
Here, if it is considered that a wiring pattern similar to the
一方、図6を用いて、開口H1による作用を及ぼす現象を説明すると、第4次高調波の電流に対する定在波E3及び定在波E4は逆位相で発生しているため、開口H1の長手方向の両辺の間に電位差、即ち、電界が発生している。つまり、第4次高調波の電界はX方向に発生している。 On the other hand, the phenomenon exerted by the opening H1 will be described with reference to FIG. 6. Since the standing wave E3 and the standing wave E4 with respect to the current of the fourth harmonic are generated in opposite phases, the length of the opening H1 is long. A potential difference, that is, an electric field is generated between both sides in the direction. That is, the electric field of the fourth harmonic is generated in the X direction.
このように、オープンスタブ212による作用を及ぼす現象と、開口H1による作用を及ぼす現象とでは現象自体が異なる上に、電界の方向も直交するため、相互干渉を低減することが可能となる。
Thus, the phenomenon itself is different between the phenomenon exerted by the
次に、第2実施形態のプリント回路板について、CST社のMW−Studioにより3次元電磁界シミュレーションを実施した結果について説明する。デジタル信号の伝送レートを2[Gbps]とした場合、即ち、第2次高調波が4[GHz]、第3次高調波が6[GHz]、第4次高調波が8[GHz]の場合について説明する。シミュレーションモデルについては、上記第1実施形態で用いたモデルと異なる部分のみ説明する。 Next, the result of performing a three-dimensional electromagnetic field simulation on the printed circuit board of the second embodiment by MW-Studio of CST will be described. When the transmission rate of the digital signal is 2 [Gbps], that is, when the second harmonic is 4 [GHz], the third harmonic is 6 [GHz], and the fourth harmonic is 8 [GHz]. Will be described. As for the simulation model, only parts different from the model used in the first embodiment will be described.
信号配線210のX方向の中点に、信号配線210の−Y方向の端部から、幅0.975[mm]、長さ9.8[mm]、厚さ0.018[mm]の開口を設けた。なお、信号配線210の−Y方向の端部にあるX軸方向の中点と、開口のY方向の端部にあるX軸方向の中点とを一致させた。
An opening having a width of 0.975 [mm], a length of 9.8 [mm], and a thickness of 0.018 [mm] from the end in the −Y direction of the
ここで、放射ノイズに対する低減能力を明らかにするために、第2次高調波である4[GHz]、第3次高調波である6[GHz]と第4次高調波である8[GHz]におけるSパラメータ(S21)をシミュレーションにより求めた。 Here, in order to clarify the ability to reduce radiation noise, the second harmonic is 4 [GHz], the third harmonic is 6 [GHz], and the fourth harmonic is 8 [GHz]. The S parameter (S21) was determined by simulation.
図7は、本発明の第2実施形態に係るプリント回路板のシミュレーション結果を示すグラフである。図7より、第2実施形態のプリント回路板は、第2次高調波である4[GHz]、第3次高調波である6[GHz]、第4次高調波である8[GHz]において、6[dB]以上の減衰量を得ることができていることから、放射ノイズを抑制することが可能である。 FIG. 7 is a graph showing a simulation result of the printed circuit board according to the second embodiment of the present invention. From FIG. 7, the printed circuit board according to the second embodiment has a second harmonic of 4 [GHz], a third harmonic of 6 [GHz], and a fourth harmonic of 8 [GHz]. Since the attenuation of 6 [dB] or more can be obtained, radiation noise can be suppressed.
図8は、開口H1の長さを変化させた場合の第4次高調波の減衰量を示すシミュレーション結果を示すグラフである。このシミュレーションでは、開口H1の長さを、λ4/2からずらした場合に対する、第4次高調波である8[GHz]における信号の減衰量を求めた。 FIG. 8 is a graph showing a simulation result indicating the attenuation amount of the fourth harmonic when the length of the opening H1 is changed. In this simulation, the length of the opening H1, for the case where shifting from the lambda 4/2, was determined attenuation of the fourth harmonic at a 8 [GHz] signal in.
図8に示すように、開口H1の長さが第4次高調波の1/2波長に対して88.6%〜91.4%の範囲内である場合に、第4次高調波の減衰量が6[dB]以上得られる。つまり、開口H1の接続端25から接続端26までの長さ(矢印Y方向の長さ)が、第4次高調波の1/2波長に対して、88.6%〜91.4%の範囲内でずれていても、第4次高調波における減衰量が6[dB]以上得られる。したがって、開口H1の矢印Y方向の長さを1/2波長の88.6%〜91.4%の範囲に設定することで、より効果的に放射ノイズを抑制することが可能である。
As shown in FIG. 8, when the length of the opening H1 is in the range of 88.6% to 91.4% with respect to the half wavelength of the fourth harmonic, the fourth harmonic is attenuated. An amount of 6 [dB] or more is obtained. That is, the length (the length in the arrow Y direction) from the
なお、オープンスタブ211の矢印Y方向の長さは、開口H1の矢印Y方向の長さよりも長く設定されている。図8より、開口H1の長さは、第4次高調波に対して1/2波長となる長さの91.4%の長さで最長となる。そのため、オープンスタブ211の接続端211aから開放端211bまでの長さは、第4次高調波に対して1/2波長となる長さの91.4%の長さ、即ち、第2次高調波に対して1/4波長となる長さの91.4%の長さよりも長くなっている。
The length of the
図4(a)に示すように、オープンスタブ211の接続端211aから開放端211bまでの長さが、第2次高調波の1/4波長に対して、91.4%より大きく105%以下の範囲内である場合に、第2次高調波の減衰量が10[dB]以上得られる。つまり、オープンスタブ211の接続端211aから開放端211bまでの長さが1/4波長に対して91.4%より大きく105%以下の範囲内でずれていても、第2次高調波における減衰量が10[dB]以上得られる。したがって、オープンスタブ211の長さを1/4波長の91.4%より大きく105%以下の範囲に設定することで、より効果的に放射ノイズを抑制することが可能である。
As shown in FIG. 4A, the length from the
図4(b)に示すように、オープンスタブ212の接続端212aから開放端212bまでの長さが、第3次高調波の1/4波長に対して、85%〜105%の範囲内である場合に、第3次高調波の減衰量が6[dB]以上得られる。つまり、オープンスタブ212の接続端212aから開放端212bまでの長さが1/4波長に対して85%〜105%の範囲内でずれていても、第3次高調波における減衰量が6[dB]以上得られる。したがって、オープンスタブ212の長さを1/4波長の85%〜105%の範囲に設定することで、より効果的に放射ノイズを抑制することが可能である。
As shown in FIG. 4B, the length from the
以上、第2実施形態では、オープンスタブ211の配線方向(矢印Y方向)長さを、伝送レートに相当する周波数の第2次高調波に対して1/4波長となる長さの91.4%よりも大きく105%以下の範囲に設定している。また、オープンスタブ211に設けた開口H1の配線方向(矢印Y方向)の長さを、伝送レートに相当する周波数の第4次高調波に対して、1/2波長となる長さの88.6%〜91.4%の範囲に設定している。これにより高周波帯域の高調波も省面積で効果的に低減することが可能となる。
As described above, in the second embodiment, the length of the
なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and many modifications are possible within the technical idea of the present invention.
上記実施形態では、送信回路がシングルエンド方式でデジタル信号を送信する場合について説明したが、これに限定するものではなく、送信回路が差動方式でデジタル信号を送信する場合についても本発明は適用可能である。この場合、送信回路は差動信号を送信する2つの送信端子を有しており、各送信端子に接続されるそれぞれの信号配線に対して、第1オープンスタブ及び第2オープンスタブを接続すればよい。 In the above embodiment, the case where the transmission circuit transmits the digital signal by the single end method has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is also applied to the case where the transmission circuit transmits the digital signal by the differential method. Is possible. In this case, the transmission circuit has two transmission terminals for transmitting differential signals, and if the first open stub and the second open stub are connected to each signal wiring connected to each transmission terminal. Good.
また、上記実施形態では、信号配線に第1オープンスタブと第2オープンスタブからなるスタブ組を1組接続した場合について説明したが、スタブ組を複数組接続してもよい。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where one set of stub groups which consist of a 1st open stub and a 2nd open stub were connected to signal wiring, you may connect multiple sets of stub groups.
また、上記実施形態では、信号配線、第1オープンスタブ及び第2オープンスタブをプリント配線板の表層に形成した場合について説明したが、これに限定するものではなく、プリント配線板の内層に形成してもよい。 In the above embodiment, the case where the signal wiring, the first open stub and the second open stub are formed on the surface layer of the printed wiring board has been described. However, the present invention is not limited to this, and is formed on the inner layer of the printed wiring board. May be.
100…プリント回路板、200…プリント配線板、201…導体層(第1導体層)、202…導体層(第2導体層)、210…信号配線、211…オープンスタブ(第1オープンスタブ)、211a…接続端(一端)、211b…開放端(他端)、212…オープンスタブ(第2オープンスタブ)、212a…接続端(一端)、212b…開放端(他端)、300…送信回路、H1…開口
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記プリント配線板に実装され、デジタル信号を送信する送信回路と、を備え、
前記第1導体層には、
前記送信回路が送信したデジタル信号の伝送線路となる信号配線と、
配線方向の一端が前記信号配線に接続され、配線方向の他端が開放された第1オープンスタブと、が形成され、
前記第2導体層には、面状のグランド配線が形成され、
前記第1オープンスタブが、前記プリント配線板の表面に垂直な方向から見て前記グランド配線に重なる位置に形成され、
前記第1オープンスタブには、開口が形成され、
前記開口の内部には、配線方向の一端が前記開口の縁における前記信号配線の側に接続され、配線方向の他端が開放された、前記第1オープンスタブよりも配線方向の長さが短い第2オープンスタブが形成されていることを特徴とするプリント回路板。 A printed wiring board having a first conductor layer and a second conductor layer different from the first conductor layer;
A transmission circuit mounted on the printed wiring board and transmitting a digital signal;
In the first conductor layer,
A signal wiring that becomes a transmission line of a digital signal transmitted by the transmission circuit;
A first open stub in which one end in the wiring direction is connected to the signal wiring and the other end in the wiring direction is opened;
A planar ground wiring is formed on the second conductor layer,
The first open stub is formed at a position overlapping the ground wiring as viewed from a direction perpendicular to the surface of the printed wiring board;
An opening is formed in the first open stub,
Inside the opening, one end in the wiring direction is connected to the signal wiring side at the edge of the opening, and the other end in the wiring direction is opened, and the length in the wiring direction is shorter than the first open stub. A printed circuit board, wherein a second open stub is formed.
前記開口の配線方向の長さが、前記デジタル信号の伝送レートに相当する周波数の第4次高調波の1/2波長に対して88.6%〜91.4%の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項1に記載のプリント回路板。 The length of the first open stub in the wiring direction is greater than 91.4% and less than or equal to 105% with respect to a quarter wavelength of the second harmonic of the frequency corresponding to the transmission rate of the digital signal. Set to
The length of the opening in the wiring direction is set within a range of 88.6% to 91.4% with respect to a half wavelength of the fourth harmonic of the frequency corresponding to the transmission rate of the digital signal. The printed circuit board according to claim 1.
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