JP2023073899A - 信号伝送システム - Google Patents

Abstract

【課題】部品バラツキによるモード変換ロスの増加を抑制する。【解決手段】信号伝送システムとして、それぞれ差動配線を構成する第１の信号配線６及び第２の信号配線７と、第１の信号配線６にかかる第１の領域に配置され、第１の容量値の第１の容量負荷機構部１８Ｐと、第２の信号配線からグランド電位の配線にかかる第２の領域に配置され、第１の容量値とは非対称の容量値の第２の容量負荷機構部１８Ｎと、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、信号伝送システムに関する。

近年、車両に搭載される装置間での信号伝送において、ツイストペアケーブルを用いた信号伝送の高速化が進んでいる。例えば、車載イーサネットでは、これまでの中心であった100Ｍｂｐｓを伝送する100BASE-T1から、1Ｇｂｐｓ以上の伝送を可能とする1000BASE-T1や、マルチギガから25G BASE-T1まで規格化が進みつつある。

このような車載ケーブル伝送の高速化により課題となるのは、高周波化に伴うＥＭＣ性能の維持である。信号伝送に用いられる電流スペクトルがＧＨｚ帯を超える領域まで大きいレベルで存在するため，この高周波帯の放射を抑制する必要がある。また、それと同時に、通信ＬＳＩがＧＨｚ帯まで信号を授受する感度を有するため、ＧＨｚ帯のノイズの回り込みも抑制する必要がある。

しかしながら、差動伝送路を構成する一対（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ、Ｎｅｇａｔｉｖｅ）の信号配線において、様々な要因により生じる電気特性バラツキにより差動バランスが乱れることで、この差動伝送のメリットを享受できなくなり、ＥＭＣ性能が悪化する。この差動ラインのばらつきの度合いはモード変換ロスで定義され、特に100ＭＨｚ以上の高周波領域において、ＥＭＣ性能の判断基準として用いられる。

これは、差動配線において、差動モードがコモンモードに変換される量、あるいはコモンモードが差動モードに変換される量を表すものである。このモード変換ロスが大きいと、意図しないコモンモード成分の発生による放射ノイズの増加や、コモンモード成分が差動成分に変換されることによるノイズ耐性の劣化が発生してしまう。なお、以下の説明では、差動伝送路を構成するＰｏｓｉｔｉｖｅ（Ｐ）側の伝送路をＰ、Ｎｅｇａｔｉｖｅ（Ｎ）側の伝送路をＮと称する。

特許文献１には、電子装置間をツイストペアケーブルで接続し、ツイストペアケーブルに差動信号と電源とを重畳させて伝送するシステムが開示されている。このシステムでは、信号ライン上に直流カット用のコンデンサを配置し、また電源ライン上にはコモンモードチョークコイルやインダクタ等のフィルタ素子をＰｏＤＬフィルタとして挿入している。これにより、フィルタ素子の周波数範囲に応じて信号と電源の分離を行っている。

差動方式による信号伝送では、理想的には差動伝送路を構成するＰ側の伝送路とＮ側の伝送路が対称となっているため、逆相の電流により各配線に電流が流れるときに生じる磁界をキャンセルでき、放射を抑制することができる。また、両者の信号配線に共通のノイズ（コモンモードノイズ）が重畳した場合には、差動レシーバでキャンセルすることができ、外来ノイズに対する耐性を向上させることができる。

米国特許第１０５９４５１９号明細書

特許文献１に記載された技術は、通信回路とツイストペアケーブルとの間にフィルタ素子を配置することで、配線基板上の回路からツイストペアケーブルへのコモンモードノイズの漏洩を低減することができる。さらに、特許文献１に記載された技術によると、ツイストペアケーブルが拾ったコモンモードノイズが配線基板上の回路まで伝搬されることを抑制することができる。

ところが、このような差動伝送路では、伝送系を構成する部品の特性にばらつきが発生し、Ｐ・Ｎ間で電気特性のアンバランスが生じた場合に、伝送路のモード変換ロスが大きくなり、ＥＭＣ性能を悪化させてしまう問題があった。特に高周波では、部品の寄生容量のばらつきが、モード変換ロスの増加に寄与し、ＥＭＣ性能をより悪化させていた。なお、モード変換ロスは、Mixed Mode S-Parameter のScdの項で表現される。

本発明は、部品バラツキによるモード変換ロスの増加を抑制できる信号伝送システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は、上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、本発明の信号伝送システムは、それぞれ差動配線を構成する第１の信号配線及び第２の信号配線と、第１の信号配線にかかる第１の領域に配置され、第１の容量値の第１の容量負荷機構部と、第２の信号配線にかかる第２の領域に配置され、第１の容量値とは非対称の第２の容量値の第２の容量負荷機構部と、を備える。

本発明によれば、部品のバラツキによるモード変換ロスの増加を抑制することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施の形態例による信号伝送システムの電子装置を示す構成図である。 本発明の第１の実施の形態例による効果を示す特性図である。 本発明の第１の実施の形態による信号伝送システム全体の例を示す構成図である。 本発明の第１の実施の形態による実装パターンの例を示す上面図である。 本発明の第２の実施の形態による回路図ある。 本発明の第２の実施の形態による実装パターンを示す上面図である。 本発明の第２の実施の形態によるバランスを調整する例を示す説明図である。 本発明の第２の実施の形態の効果を示す特性図である。 本発明の第３の実施の形態による実装パターンを示す上面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。 本発明の第４の実施の形態による実装パターンとその製造法を示す図である。 本発明の第４の実施の形態による実装パターンの別の例を示す上面図である。 本発明の第５の実施の形態による実装パターンを示す上面図である。

以下、本発明の実施の形態例の信号伝送システムを、図面を参照して説明する。以下の説明及び図面は、本発明のそれぞれの実施の形態例を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。また、本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。さらに、特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。

なお、図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の実施の形態例の理解を容易にするため簡易化しており、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。また、それぞれの実施の形態例の同一箇所には、同一符号を付し、各実施の形態例での重複説明を省略する。

［第１の実施の形態例］
図１は、本発明の第１の実施の形態例に係る信号伝送システムを備えた電子装置１の構成を示す。
図１に示す電子装置１は、外部の他の電子装置と通信を行うための通信ＬＳＩ２を内蔵している。
電子装置１は、ケーブルコネクタ１６に不図示のケーブル（不図示）が繋がれ、そのケーブルを介して外部の他の電子装置と接続される。そして、通信ＬＳＩ（Large Scale Integration：大規模集積回路）２と外部の他の電子装置との信号伝送が行われる。

通信ＬＳＩ２とケーブルコネクタ１６との間は、プリント回路基板上にレイアウトされた差動配線５により接続される。差動配線５は、Ｐ側の信号配線６とＮ側の信号配線７の対で構成される。また、通信ＬＳＩ２とケーブルコネクタ１６の間には、ＤＣ電位をカットするためのＡＣ結合キャパシタ１４Ｐ，１４Ｎと、通信ＬＳＩ２に流入するコモンモードノイズを低減するためのコモンモードチョークコイル（ＣＭＣＣ）１５と、静電破壊を回避するための静電保護素子１７Ｐ，１７Ｎとが配置される。静電保護素子１７Ｐ，１７Ｎは、Ｐ側及びＮ側の信号配線６，７とグランド電位（以下「ＧＮＤ」と称する）の箇所との間に接続される。各符号の末尾にＰ又はＮを付加したものは、それぞれＰ側の信号配線６又はＮ側の信号配線７に接続されることを示す。

なお、通信ＬＳＩ２とケーブルコネクタ１６との間に接続される図１に示す構成要素は、一般的な回路構成であり、それ以外の構成要素が追加されてもよく、またここに記載されている部品の一部が構成要素に含まれない場合もある。図１に示す構成要素以外の部品としては、例えば、コモンモード終端部品、フィルタ部品、電源重畳フィルタ部品などが挙げられる。

そして、本実施の形態例における電子装置１は、ケーブルコネクタ１６とＣＭＣＣ１５を繋ぐ差動伝送路５において、Ｐ側信号配線６とＮ側信号配線７に、それぞれ容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎを、ＧＮＤとの間に有する。但し、容量負荷機構部１８Ｐ，１８ＮがＧＮＤに接続されるのは一例であり、後述する図４の例のように、Ｐ側信号配線６及びＮ側信号配線７だけに容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎを接続する場合もある。
また、それぞれの容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎは、非対称の容量、すなわち相違する容量を持つ。容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎの具体的な例については後述する。

電子装置１のＥＭＣ性能を示す代表値として、モード変換ロスがある。ケーブルコネクタ１６から、ネットワークアナライザを活用して測定したＳｃｄの値が目標値よりも小さいかを確認することで、ＥＭＣ性能の合否を判定することができる。このような電子装置の例としては、自動車の自動運転電子制御装置（ＡＤ－ＥＣＵ）がある。

図２は、モード変換ロス性能の例を示す。図２の横軸は周波数［ＭＨｚ］、縦軸はモード変換ロス［ｄＢ］を示す。このモード変換ロスには、周波数ごとの目標値Ｘａが決められており、ここでは、ある電子装置の設計上のモード変換ロスが、部品ばらつき無しの場合の特性Ｘｄが、どの周波数帯でも目標値Ｘａ以下となる設定とされている。
ここで、例えば、差動伝送路に接続された部品のうち、静電保護素子１７Ｐ，１７Ｎの寄生容量にばらつきが発生した場合を考える。このような部品ばらつきが発生した場合、モード変換ロスが増加してしまい、部品ばらつき有りの特性Ｘｃが、特定の周波数α以上で目標値Ｘａを上回ってしまうことがある。

そこで、本実施の形態例では、Ｐ側信号配線６とＮ側信号配線７に、接続された容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎを用いてモード変換ロスを低減している。例えば、静電保護素子１７Ｐの寄生容量が静電保護素子１７Ｎの寄生容量よりも大きい場合、その差分に相当する寄生容量差を打ち消すように１８Ｐ，１８Ｎの容量を非対称に付与する。これにより、図２に示すように、部品ばらつき有の特性Ｘｃが、調整済みの特性Ｘｂに修正され、モード変換ロスが抑制された状態になって、目標値Ｘａの特性を満たすことが可能となる。

図３は、図１に示す電子装置１を含む信号伝送システム全体の例の構成を示す。
図３に示す伝送システムは、右側の電子装置１－２が、図１に示す電子装置１に相当し、この電子装置１－２が、ツイストペアケーブル８で、外部の他の電子装置１－１と接続された伝送システムである。
各電子装置１－１，１－２は、ケーブルコネクタ１６－１，１６－２にツイストペアケーブル８が接続される。

また、各電子装置１－１，１－２は、内部に通信ＬＳＩ２－１，２－２を備え、ＡＣ結合キャパシタ１４Ｐ－１，１４Ｐ－２，１４Ｎ－１，１４Ｎ－２と、コモンモードチョークコイル（ＣＭＣＣ）１５－１，１５－２と、静電保護素子１７Ｐ－１，１７Ｐ－２，１７Ｎ－１，１７Ｎ－２とを備える。
さらに、電子装置１－２については、図１で説明した容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎを有する。

この図３に示す構成によると、電子装置１－２を起点とするケーブル伝送時の放射や、電子装置１－２における外来のコモンモードノイズに対するノイズ耐性の向上が、容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎによる調整で、実現できることが特徴である。なお、図３に示す構成では、電子装置１－２のみに容量負荷機構を設けているが、電子装置１－１にも容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎを設けることで、システム全体のＥＭＣ性能をより向上させることができる。

図４は、容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎの実装例を示す上面図である。
この図４に示す例では、プリント回路基板上の差動配線５を構成するＰ側信号配線６とＮ側信号配線Ｎのそれぞれに、部分的に幅の広い配線領域を設けて、この幅の広い配線領域を容量負荷機構部１８Ｐ・１８Ｎとしている。

図４の例では、Ｐ側の容量負荷機構部１８Ｐを、Ｎ側の容量負荷機構部１８Ｎよりも大きくしており、非対称な構造となっている。この非対象構造は、電子装置のモード変換ロスを小さくするように調整されたものである。この図４に示すように、Ｐ側信号配線６とＮ側信号配線７の配線上に設けた簡単な構成の容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎにより、外来のコモンモードノイズに対するノイズ耐性の向上が実現できる。なお、この容量負荷機構部のサイズ比やＰ・Ｎの大小関係は、必ずしもこれに従う必然性はなく、実際の伝送系のモード変換ロス量に合わせて調整されるものである。

［第２の実施の形態例］
図５は、本発明の第２の実施の形態例に係る信号伝送システムを備えた電子装置１の構成を示す。
図５に示す電子装置１は、図１に示す電子装置１と同様に、ケーブルコネクタ１６を介してケーブルに繋がれ、外部の他の電子装置と接続されて、信号伝送が行われる。通信を行うための通信ＬＳＩ２とケーブルコネクタ１６の間は、プリント回路基板上にレイアウトされた差動配線５で接続され、差動配線５は、Ｐ側の信号配線６とＮ側の信号配線７の対で構成される点も、図１に示す電子装置１と同様である。

さらに、通信ＬＳＩ２とケーブルコネクタ１６の間に、ＤＣ電位をカットするためのＡＣ結合キャパシタ１４Ｐ，１４Ｎ、通信ＬＳＩに流入するコモンモードノイズを低減するためのコモンモードチョークコイル１５、静電破壊を回避するための静電保護素子１７Ｐ，１７Ｎを有する点も、図１に示す電子装置１と同様である。

そして、図５に示す静電保護素子１７Ｐ，１７Ｎは、信号配線側の部品実装電極１９Ｐ，１９ＮとＧＮＤ側の部品実装電極２０Ｐ，２０Ｎの上に実装される。
この構成において、ケーブルコネクタ１６から観測されるモード変換ロスの中で影響度の大きいものの一つが静電保護素子１７Ｐ，１７Ｎの寄生容量のバラツキである。
そこで、本実施の形態例では、差動配線５の信号配線６，７の近傍である、静電保護素子１７Ｐ，１７Ｎの部品電極に、容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎを併設する構成とした。
ここでの容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎは、静電保護素子１７Ｐ，１７Ｎの信号配線側電極から配線を引き出してグランドとの間に接続されている。

信号の周波数が高くなるほど、伝送路のバランス調整箇所を近接させることが重要になる。このため、図５に示すように、部品電極に容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎを配置することは高周波帯の性能向上に対して効果が高い。なお、近接させるときの距離の目安は、信号の波長の1/20程度とすることが適当である。例えば、10ＧＨｚの信号周波数成分を持つ場合、プリント基板における波長は約15ｍｍのため、その1/20は0.75ｍｍとなる。そのため、容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎを部品電極に併設することの必然性が高まることになる。

図６は、本実施の形態例の容量負荷機構部１８Ｐ、１８Ｎの実装パターンを示すプリント回路基板の上面図である。
本実施の形態例の場合、静電保護素子１７Ｐ、１７Ｎの電極に容量負荷機構部を併設する構成になっており、図６に示すように、差動配線５を構成するＰ側信号配線６とＮ側信号配線７に、それぞれ部品実装電極１９Ｐ，１９Ｎが接続される。また、グランド側の部品実装電極２０Ｐ，２０Ｎが設けられ、それぞれＧＮＤ接続用のＶＩＡである２１Ｐ，２１Ｎを介してグランド配線層に接続される。

この構成では、信号側電極から引き出し配線２２Ｐ，２２Ｎを介して配線を引き出して、グランド接続ＶＩＡから引き出される配線２３Ｐ，２３Ｎとの間で部分的に平行平板容量を形成することで、容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎを構成している。この場合、平行平板を形成する部分の引き出し配線２２Ｐ，２２Ｎの一部またはすべてを削除することで、バランスを調整する方式をとる。したがって、調整前の容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎの容量は、非対称である必要はない。

図７及び図８は、図６に示す構成で調整した場合の、モード変換ロスの低減効果の例を示す。図７は、容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎの調整状態の例を、基板パターンを拡大して示している。図７（ａ）は、容量負荷機構部がない状態を示し、図７（ｂ）は、容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎが形成されたままの状態を示す。また、図７（ｃ）は、調整作業を行って、Ｎ側の容量負荷機構部１８Ｎを削除し、Ｐ側の容量負荷機構部１８Ｐを残した状態を示す。

図８は、このような調整を行った場合の効果を示す。図８の縦軸はモード変換ロス、横軸は周波数である。
例えば、静電保護素子１７Ｐの寄生容量が標準値の＋５％であり、静電保護素子１７Ｎの寄生容量が標準値の－５％にばらつきが発生した場合を考える。このとき、静電保護素子のばらつきによりモード変換ロスが増加してしまい、調整前の特性Ｘ_１が、特定の周波数以上で目標値Ｘａを上回ってしまうことがある。この調整前の特性Ｘ_１は、図７（ａ）に示す容量負荷機構部がない状態の特性に相当する。

今、部品の寄生容量はＰ側の方が＋５％と大きい状態であるため、Ｐ／ＮのバランスをとるためにはＰ側の容量を減らせばよい。そこで、図７（ｃ）に示すように、Ｎ側の容量負荷機構部１８Ｎに相当する箇所Ｚを基板から削り取り、基板パターンとしては非対称性を持たせるようにしている。なお、ここでは削り取る箇所Ｚとして、Ｎ側の容量負荷機構部１８Ｎに相当する箇所全てを削り取るようにしたが、削り取る箇所Ｚの面積の調整で、容量を調整して、より詳細な調整を行うようにしてもよい。

図８に、図７（ｃ）に示す調整を行う前と後のモード変換ロスの特性を示す。
容量調整前（図７（ｂ）の状態）でのモード変換ロスの特性Ｘ_２は、図７（ａ）の容量負荷機構部がない状態のオリジナルの特性Ｘ_１と同程度の特性値を示す。
一方、図７（ｃ）に示すように容量調整した後のモード変換ロスの特性Ｘ_３は、特性Ｘ_２に比べて、約６ｄＢのモード変換ロス改善Ｄａを達成し、目標値Ｘａを満たしていることが分かる。
なお、この図８の特性は、基板パターンを電磁界解析によりモデル化したものであり、実際の部品電極相当のパターンサイズで本効果が得られることを検証したものである。

［第３の実施の形態例］
図９は、本発明の第３の実施の形態例に係る信号伝送システムを備えた電子装置１のプリント回路基板の実装パターンを示す上面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
第３の実施の形態例も、第２の実施の形態例と同様に、静電保護素子の電極に容量負荷機構部を併設する構成を有しているが、第２の実施の形態例とは異なる構成になっている。

図９では、説明を簡便化するためにＮ側配線における容量負荷機構部の構成を示すが、Ｐ側にも同様な構成の容量負荷機構部を設けるものとする。また、図９では、プリント回路基板のＬ１層の配線パターンとＬ２層の配線パターンとの間の平行平板で容量を形成しているが、平行平板を構成する配線の配線層は任意である。

本実施の形態例の場合には、図９（ａ）に示すように、Ｎ側信号配線７に、部品実装電極１９Ｎが接続されている。また、グランド側の部品実装電極２０Ｎが設けられており、ＧＮＤ接続用のＶＩＡ２１Ｎを介してグランド配線層に接続されている。この構成では、Ｌ１層の信号配線１８Ｎ－Ｌ１と、グランド接続ＶＩＡ２１Ｎから引き出される配線２３Ｎとの間で部分的に平行平板容量を形成することで、容量負荷機構部１８Ｎを構成する。

この図９に示す構成の場合、実装電極１９Ｎと平行平板を形成する容量負荷機構部１８ＮのＬ１層の配線１８Ｎ－Ｌ１は最初からは繋がっていない。そして、図９（ｂ）の断面に示すように、電極１９Ｎからの突起部２２Ｎと容量負荷機構部１８ＮのＬ１層配線部１８Ｎ－Ｌ１との間を、半田等の金属接続部２５で接続することで、容量を追加可能とすることで容量の調整を行う方式をとる。

このため、図９（ａ）に示すように、電極１９Ｎの突起部と容量負荷機構部１８ＮのＬ１層の配線１８Ｎ－Ｌ１の表層のレジストは、開口部２４を有している。そして、この開口部２４を介して、図９（ｂ）に示す金属接続部２５により、電極１９Ｎの突起部と容量負荷機構部１８ＮのＬ１層を電気的に接続できるようにする。この手法の利点は、初期状態では容量負荷機構を接続する必要がないので、余分な負荷容量を接続することによる高周波性能の劣化を防ぐことができる。

［第４の実施の形態例］
図１０は、本発明の第４の実施の形態例に係る信号伝送システムを備えた電子装置１のプリント回路基板の実装パターンを示す上面図（ａ）及びその製造工程を示す断面図（ｂ）である。
本実施の形態例の実装パターンは、第４の実施の形態例（図９）の実装パターンで説明した、静電保護素子の電極に容量負荷機構を併設する構成であるが、第４の実施の形態例の実装パターンの発展形である。

図１０（ａ）に示す本実施の態例の実装パターンは、容量負荷機構部１８Ｎを櫛歯状で形成し、容量調整量を櫛歯の接続数や接続箇所で微調整可能とする構成としている。具体的には、図１０（ａ）の構成の場合、櫛歯の接続数を３箇所とし、その３箇所の接続、非接続を選択する調整を行うことで、配線パターンの面積の増減を行って、容量調整量を微調整可能とする構成である。接続箇所が同じ数でも、接続位置の選択で容量調整量の微調整が可能になる。櫛歯の接続数を３箇所としたのは一例であり、２箇所や４箇所以上にしてもよい。
本実施の形態例の実装パターンは、伝送路の測定などでアンバランスの度合いを測定した上で、そのアンバランスを解消するための微調整量を決定し、パターン接続数と接続箇所を決定する方式である。
図１０（ａ）に示す実装パターンのその他の箇所は、図９に示す実装パターンと同様に構成される。

図１０（ｂ）は、接続／非接続のパターンを変更する製造工程を、基板の断面で示す。
図１０（ｂ）の上側は、容量負荷機構部１８Ｎの接続箇所の製造状態を示す。接続を行う場合には、Ｌ１層である基板の表面配線層Ｔ_ｏｐの導電パターン３－１がない箇所に半田転写を行い、半田２５で導通させる。
この場合、半田転写位置のマスク１１に、半田を転写するための開口部を設ける。

図１０（ｂ）の下側は、容量負荷機構部１８Ｎの非接続箇所の製造状態を示す。非接続の場合には、Ｌ１層である基板の表面配線層Ｔ_ｏｐの導電パターン３－１がない箇所に半田転写を行わないように、マスク１２に開口部を設けない。
このような製造工程により、容量調整量を微調整することができる。

図１１は、本実施の形態例に係る信号伝送システムを備えた電子装置１のプリント回路基板の実装パターンの別の例を示す上面図である。
図１１の例の場合にも、Ｎ側信号配線７に、部品実装電極１９Ｎが接続されている。グランド側にも、部品実装電極２０ＮがＧＮＤ接続用のＶＩＡ２１Ｎを介してグランド配線層に接続されており、静電保護素子１７Ｎが、部品実装電極１９Ｎとグランド側の部品実装電極２０Ｎとに接続されている点は、図１０（ａ）の例と同じである。

そして、グランド接続ＶＩＡ２１Ｎから引き出される配線２３Ｎが、基板のＬ２層に比較的大きな面積で形成され、その大きな面積のグランドの配線２３Ｎと重なる基板のＬ１層に、容量負荷機構部１８Ｎが構成される。図１１の例の容量負荷機構部１８Ｎは、Ｌ１層に配置された多数の独立した導電パターン２７－１～２７－６を備え、その内の一つの導電パターン２７－１が、電極１９Ｎからの突起部２２Ｎと接続されている。
導電パターン２７－２～２７－６は、直接的には電極１９Ｎと接続されていない。それぞれの導電パターン２７－１～２７－６は、サイズを変えてあると共に、電極１９Ｎに接続された導電パターン２７－１の周囲に、他の導電パターン２７－２～２７－６が並ぶようにしてある。そして、各導電パターン２７－１～２７－６は、少なくとも１つの開口部２４を有し、電極１９Ｎに接続された導電パターン２７－１は、複数の開口部２４を有する。

このような構成としたことで、容量負荷機構部１８Ｎの容量調整を行う際には、いずれかの開口部２４に半田２５（図１０）の転写を行い、所望の容量調整値が得られるようにする。
この図１１に示すように容量負荷機構部１８Ｎとして多数の導電パターン２７－１～２７－６を有する形状とすることで、より適切な容量調整値が得られるようになる。
なお、容量負荷機構部１８Ｎは、半田などの作業で容量値の調整が可能な形状であれば、図１０（ａ）や図１１に示す容量負荷機構部１８Ｎの形状に限定されない。

［第５の実施の形態例］
図１２は、本発明の第５の実施の形態例に係る信号伝送システムを備えた電子装置１のプリント回路基板の実装パターンを示す上面図である。
本実施の形態例の実装パターンは、第２の実施の形態例で説明した静電保護素子の電極に容量負荷機構部を併設する構成に加えて、ケーブルコネクタ部１６におけるＰ・Ｎの特性差を微調整可能とする構成としている。

すなわち、図６で説明したように、差動配線５を構成するＰ側信号配線６とＮ側信号配線７に、それぞれ部品実装電極１９Ｐ，１９Ｎが接続され、グランド側にも部品実装電極２０Ｐ，２０Ｎが用意される。そして、信号側電極１９Ｐ，１９Ｎから引き出し配線２２Ｐ，２２Ｎを引き出して、グランド接続ＶＩＡ２１Ｐ，２１Ｎから引き出される配線２３Ｐ，２３Ｎとの間で、部分的に平行平板容量を形成した容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎを構成する。ここまでは図６で説明した構成である。

そして、本実施の形態例の場合には、図１２に示すように、ケーブルコネクタ１６（図１）が接続される基板の接続穴２６Ｐ，２６Ｎの電極部に近接して容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎを併設する構成としている。ここでは、ケーブルコネクタのプリント基板への実装方法が、プレスフィットコネクタタイプである。プレスフィットコネクタの場合、Ｐ側信号端子とＮ側端子を、それぞれ基板の接続穴２６Ｐ，２６Ｎに差し込むことで、電気的な接続をとるようにしている。これにより、Ｐ側信号配線６とＮ側信号配線７の途中に設けた容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎで、外来のコモンモードノイズに対する特性の向上が図れると共に、ケーブルコネクタ１６の接続箇所の容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎでも、外来のコモンモードノイズに対する特性の向上が図れ、より良好な特性とすることができる。

接続穴２６Ｐ，２６Ｎの電極部には、引き出し配線２２Ｐ，２２Ｎが接続され、グランド接続ＶＩＡ２１Ｐ，２１Ｎから引き出される配線２３Ｐ，２３Ｎとの間で、部分的に平行平板容量を形成した容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎが構成される。この場合、平行平板を形成する部分の引き出し配線２２Ｐ，２２Ｎの一部またはすべてを削除することで、バランスを調整している。２つの容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎを構成する２つの引き出し配線２２Ｐ，２２Ｎは、独立に調整可能であり、独立に調整することで、適切な非対称を持った容量値に調整することができる。

なお、図１２の例では、Ｐ側信号配線６とＮ側信号配線７の途中に、容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎを設けると共に、ケーブルコネクタ１６の接続箇所に容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎを設けるようにした。これに対して、ケーブルコネクタ１６の接続箇所に容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎを設け、Ｐ側信号配線６とＮ側信号配線７の途中の容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎは省略してもよい。Ｐ側信号配線６とＮ側信号配線７の途中の容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎは省略した場合でも、ケーブルコネクタ１６接続用の接続穴２６Ｐ，２６Ｎの電極部に近接した容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎで独立に調整して、適切な非対称を持った容量値とすることで、外来のコモンモードノイズに対するノイズ耐性の向上が実現できる。

［各実施の形態例での容量負荷機構部の容量値の範囲について］
ここで、ここまで説明した容量負荷機構部１８Ｐ，１８Ｎの容量値の範囲の例について説明する。
まず、高速伝送系では、負荷容量は高周波信号の減衰の元になるため、その容量値は小さいことが望ましい。例えば、1Ｇｂｐｓ以上の信号伝送に用いられる部品の寄生容量は3ｐＦ以下であることが多く、また波形評価用のオシロスコープの寄生容量も同様に１～3ｐＦ以下に抑えられる。

また、10Ｇｂｐｓ超の信号伝送では、寄生容量の制限値は0.1ｐＦ～0.05ｐＦ程度となる。モード変換ロスの原因となる容量バラツキを想定すると、部品の寄生成分の±10％程度が想定される。これにより、1Ｇｂｐｓ超の信号伝送用の部品の寄生容量バラツキは、3ｐＦ×＋／－10％＝＋／－0.3ｐＦ程度となるため、今回問題となる伝送系では、最大で＋／－0.3ｐＦの容量調整が可能であればよい。また、10Ｇｂｐｓ級の信号伝送を想定すると0.05ｐＦ×＋／－10％＝＋／－0.005ｐＦ程度となるため、微調整量としては＋／－0.005ｐＦまでカバーできると効果が高い。これらをまとめると、容量負荷機構部１８Ｎ，１８Ｐの容量調整範囲は、0.005ｐＦ～0.3ｐＦの範囲であることが好ましい。

１－１，１－２…電子装置、２，２－１，２－２…通信ＬＳＩ、５…差動配線、６…Ｐ側信号配線、７…Ｎ側信号配線、８…ツイストペアケーブル、１１，１２…マスク、１４Ｎ，１４Ｐ，１４Ｎ－１，１４Ｎ－２，１４Ｐ－１，１４Ｐ－２…ＡＣ結合キャパシタ、１５…コモンモードチョークコイル、１５－１…コモンモードチョークコイル、１６，１６－１，１６－２…ケーブルコネクタ、１７Ｎ，１７Ｐ，１７Ｎ－１，１７Ｎ－２，１７Ｐ－１，１７Ｐ－２…静電保護素子、１８Ｎ，１８Ｐ…容量負荷機構部、１９Ｎ，１９Ｐ…電極、２０Ｎ，２０Ｐ…部品実装電極、２１Ｎ，２１Ｐ…グランド接続ＶＩＡ、２２Ｎ…突起部、２３Ｎ，２２Ｐ…配線、２３Ｐ…配線、２４…開口部、２５…金属接続部（半田）、２６Ｐ…接続穴、２７－１～２７－６…導電パターン

Claims (13)

1. それぞれ差動配線を構成する第１の信号配線及び第２の信号配線と、
   前記第１の信号配線にかかる第１の領域に配置され、第１の容量値の第１の容量負荷機構部と、
   前記第２の信号配線にかかる第２の領域に配置され、前記第１の容量値とは非対称の第２の容量値の第２の容量負荷機構部と、を備えた
   信号伝送システム。
2. 前記第１の容量負荷機構部は、前記第１の信号配線上に設けられ、
   前記第２の容量負荷機構部は、前記第２の信号配線上に設けられる
   請求項１に記載の信号伝送システム。
3. 前記第１の容量値及び前記第２の容量値は、前記第１の信号配線及び前記第２の信号配線の一部に設けられた局所的な幅広配線部の幅の調整により決定される
   請求項２に記載の信号伝送システム。
4. 前記第１の容量負荷機構部は、前記第１の信号配線の近傍に配置され、
   前記第２の容量負荷機構部は、前記第２の信号配線の近傍に配置される
   請求項１に記載の信号伝送システム。
5. 前記第１の容量負荷機構部は、前記第１の信号配線と電気的に接続され、プリント基板上に配線パターンで形成された第１の電極部であり、
   前記第２の容量負荷機構部は、前記第２の信号配線と電気的に接続され、プリント基板上の配線パターンで形成された第２の電極部である
   請求項１に記載の信号伝送システム。
6. 前記第１の電極部は、前記第１の信号配線とグランド電位の配線との間に接続された第１の部品の実装電極に追加で形成された第１の電極パターンであり、
   前記第２の電極部は、前記第２の信号配線とグランド電位の配線との間に接続された第２の部品の実装電極に追加で形成された第２の電極パターンである
   請求項５に記載の信号伝送システム。
7. 前記第１の容量値及び前記第２の容量値は、前記配線パターンの面積の増減により調整可能である
   請求項６に記載の信号伝送システム。
8. 前記容量負荷機構部の容量調整範囲は０．００５ｐＦ～０．３ｐＦである
   請求項１に記載の信号伝送システム。
9. 前記第１の電極パターンと前記第１の電極部との接続部には開口部を有する
   請求項６に記載の信号伝送システム。
10. 前記第１の電極パターン及び／又は前記第２の電極パターンは、櫛歯形状である
    請求項６に記載の信号伝送システム。
11. 前記第１の信号配線は第１のケーブルコネクタ用電極に接続され、
    前記第２の信号配線は第２のケーブルコネクタ用電極に接続され、
    前記第１の容量負荷機構部は、前記第１のケーブルコネクタ用電極とグランド電位の配線との間に接続され、
    前記第２の容量負荷機構部は、前記第２のケーブルコネクタ用電極とグランド電位の配線との間に接続される
    請求項１に記載の信号伝送システム。
12. 前記第１の信号配線は第１のケーブルコネクタ用電極に接続され、
    前記第２の信号配線は第２のケーブルコネクタ用電極に接続され、
    前記第１のケーブルコネクタ用電極とグランド電位の配線との間に、第３の容量負荷機構部を備え、
    前記第２のケーブルコネクタ用電極とグランド電位の配線との間に、第４の容量負荷機構部を備える
    請求項１に記載の信号伝送システム。
13. 前記第３の容量負荷機構部及び前記第４の容量負荷機構部は、独立に調整可能である
    請求項１２に記載の信号伝送システム。

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