JP4028970B2 - 電子回路装置及びローパスフィルタ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、回路基板上に集積回路を実装した電子回路装置に関し、特に放射電磁波を軽減するための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
電子回路装置の設計では放射される電磁波を如何に軽減するかが重要な課題である。電磁波の発生源としては、高周波で動作する集積回路で発生するノイズが挙げられる。そして、集積回路で発生したノイズは、特に集積回路に接続した電源パターン又はグランドパターンから強く放射されることが知られている。このような不要電磁波の放射を防止するために、電源パターン及びグランドパターンは通常太く且つ短く設計される。そして、集積回路の近傍において電源パターンとグランドパターンとの間にバイパスコンデンサを配置する。また、場合によっては、集積回路の近傍にローパスフィルタを設ける。これにより、電源パターンから集積回路へノイズが侵入することを防ぐと同時に、集積回路から電源パターン及びグランドパターンへのノイズの侵入を防いでいる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の設計手法では、電子回路装置からの電磁波の放射を十分に軽減できるには至らなかった。その理由の一つについて図12を参照して説明する。図12は従来の電子回路装置の概略構成図である。なお、図12は、説明を容易にするために模式的に記載した。
【0004】
図12に示すように、回路基板1には電源パターン2とグランドパターン3が形成されている。回路基板1には集積回路4が実装されている。具体的には、集積回路4の電源端子4aが電源パターン2と接続し、グランド端子4bがグランドパターン3に接続している。電源パターン2及びグランドパターン3は直流電源回路5に接続している。電源パターン2及びグランドパターン3は、集積回路4と電源回路5の間におけるインダクタンス値をなるべく低く抑えるためにそれぞれ幅広に設計されている。集積回路4の近傍の電源パターン2とグランドパターン3との間にはバイパスコンデンサ6が配置されている。このような回路基板1では、電流の経路が幅広の電源パターン2及びグランドパターン3の全域に亘って形成される。ここで、バイパスコンデンサ6と離れているグランドパターン3の電流経路7について考える。この電流経路7は、バイパスコンデンサ6と離れているため該電流経路7を流れる直流電流に重畳した高周波のノイズはバイパスコンデンサ6の影響を受けない。つまり、グランドパターン3に集積回路4で発生した高周波ノイズが流れる。これにより不要な電磁波が放射される。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、放射電磁波の少ない電子回路装置及び放射電磁波の少ない電子回路装置の構成に有用なローパスフィルタを提供することにある。
【0006】
上記目的を達成するために、請求項1では、電源パターン及びグランドパターンが形成された回路基板と、この回路基板に実装された集積回路とを備えた電子回路装置において、一対の入出力端子及び一対のグランド端子を有する4端子素子を備え、前記電源パターンは、集積回路の電源端子と前記4端子素子の一方の入出力端子とを接続する第1の電源パターンと、前記4端子素子の他方の入出力端子と電源とを接続する第2の電源パターンとからなり、前記グランドパターンは、集積回路のグランド端子と前記4端子素子の一方のグランド端子とを接続する第1のグランドパターンと、前記4端子素子の他方のグランド端子とグランドとを接続する第2のグランドパターンとからなり、前記4端子素子は、入出力端子とグランド端子との間において集積回路のバイパスコンデンサとして機能する容量成分を有することを特徴とするものを提案する。
【0007】
本発明によれば、集積回路に流れる電源電流は4端子素子を必ず通過する。そして、該4端子素子は入出力端子とグランド端子との間において集積回路のバイパスコンデンサとして機能する容量成分を有するので、集積回路で発生したノイズが電源パターン及びグランドパターンに流出しない。これにより、電源パターン及びグランドパターンから前記ノイズが放射することを防止できる。
【0008】
本発明の好適な態様の一例として、請求項2では、請求項1記載の電子回路装置において、前記4端子素子はさらにローパスフィルタとして機能することを特徴とするものを提案する。
【0009】
また、請求項3では、請求項1又は2に記載の電子回路装置において、前記4端子素子は、入力端子及び出力端子間を接続するインダクタンス素子と、入力端子と一方のグランド端子間を接続するキャパシタンス素子と、出力端子と他方のグランド端子間を接続するキャパシタンス素子とを備え、且つ、グランド端子間を短絡接続したパイ型ローパスフィルタ回路を有することを特徴とするものを提案する。
【0010】
さらに、請求項4では、請求項1乃至3何れか1項記載の電子回路装置において、前記4端子素子の各入出力端子及び各グランド端子は、略直方体形状の素体の四隅に形成され、且つ、一対の入出力端子を結ぶ線と一対のグランド端子を結ぶ線が交わらないように配置されていることを特徴とするものを提案する。
【0012】
本発明によれば、前記請求項1乃至3何れか1項記載の電子回路装置の構成を容易に実現することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施形態に係る電子回路装置について図1〜図3を参照して説明する。図1は第1の実施形態に係る電子回路装置の構成図、図2は第1の実施形態に係るローパスフィルタの外観斜視図、図3は第1の実施形態に係るローパスフィルタの等価回路図である。なお、図1は説明を容易にするために電源系統のパターンのみを模式的に記載した。
【0014】
図1に示すように、この電子回路装置は、電源パターン10とグランドパターン20が形成された回路基板30と、電源端子41及びグランド端子42を備えた集積回路40と、入出力端子51及び52並びにグランド端子53及び54を備えた4端子のローパスフィルタ50とを備えている。電源パターン10及びグランドパターン10は、それぞれ直流電源回路60に接続している。
【0015】
電源パターン10は、一端側が集積回路40の電源端子41と接続し他端側がローパスフィルタ50の一方の入出力端子51と接続した第1の電源パターン11と、一端側が直流電源回路60に接続し他端側がローパスフィルタ50の他方の入出力端子52と接続した第2の電源パターン12とからなる。ここで、第2の電源パターン12は、インダクタンスを低減するために幅広に形成してある。また、第2の電源パターン12は、第1の電源パターン11と対向する部位、すなわちローパスフィルタ50側の端部が、他の部位よりも幅が狭く形成されている。さらに、第1の電源パターン11は、第2の電源パターン12のローパスフィルタ50側の端部とほぼ同じ幅となっている。すなわち、電源パターン10は、第1の電源パターン11と第2の電源パターン12が対向する部位において、幅が狭い幅狭部13を備えている。
【0016】
グランドパターン20は、一端側が集積回路40のグランド端子42と接続し他端側がローパスフィルタ50の一方のグランド端子53と接続した第1のグランドパターン21と、一端側が直流電源回路60に接続し他端側がローパスフィルタ50の他方のグランド端子54と接続した第2のグランドパターン22とからなる。ここで、第2のグランドパターン22は、インダクタンスを低減するために幅広に形成してある。また、第2のグランドパターン22は、第1のグランドパターン21と対向する部位、すなわちローパスフィルタ50側の端部が、他の部位よりも幅が狭く形成されている。さらに、第1のグランドパターン21は、第2のグランドパターン22のローパスフィルタ50側の端部とほぼ同じ幅となっている。すなわち、グランドパターン20は、第1のグランドパターン21と第2のグランドパターン22が対向する部位において、幅が狭い幅狭部23を備えている。
【0017】
ここで、電源パターン10の幅狭部13及びグランドパターン20の幅狭部23は集積回路40の近傍に配置することが好ましい。すなわち、第1の電源パターン11及び第2のグランドパターン21による電流経路を出来る限り短くすることが好ましい。
【0018】
ローパスフィルタ50は、図2に示すように、略直方体形状の素体55の四隅に入出力端子51及び52並びにグランド端子53及び54が形成されている。ここで、各端子は、入出力端子51及び52を結ぶ線とグランド端子53及び54とを結ぶ線とが交差しないように配置されている。図3に示すように、ローパスフィルタ50の等価回路は、入出力端子51及び52間を接続するインダクタ56と、それぞれインダクタ51の一端側とグランド間に接続したコンデンサ57,58とを備え、且つグランド端子53及び54間は短絡している。
【0019】
このような電子回路装置では、直流電源回路60から供給される電源電流は、第2の電源パターン12、ローパスフィルタ50、第1の電源パターン11、集積回路40、第1のグランドパターン21、ローパスフィルタ50、第2のグランドパターン22という経路を通る。したがって、集積回路40で発生した高周波のノイズは、ローパスフィルタ50により面積が大きく電磁波が放射しやすい第2の電源パターン12及び第2のグランドパターン22に流れることがない。これにより、不要な電磁波の放射を軽減できる。
【0020】
なお、本実施の形態では、4端子のローパスフィルタ50として図3に示す等価回路を有するものを例示したが、図4に示すはしご型の等価回路や、図5に示す結合型の等価回路を有するものであってもよい。図4に示すはしご型の4端子ローパスフィルタは、入出力端子51及び52間を接続するインダクタ71と、グランド端子53及び54間を接続するインダクタ72と、インダクタ71の入出力端子51側とインダクタ72のグランド端子53側を接続するコンデンサ73とを備えている。また、図5に示す結合型の4端子ローパスフィルタは、図4のはしご型ローパスフィルタにおいてインダクタ71とインダクタ72が磁気結合したものである。
【0021】
また、図6に示すように、ローパスフィルタ50と集積回路40を接続する第1の電源パターンの一部が幅狭部13よりも広い幅を有してもよい。すなわち、電源パターン10及びグランドパターン20が電流の集中する幅狭部13及び23を備え、該幅狭部13及び23の間に高周波電流が短絡するようなローパスフィルタ50を配置すればよい。
【0022】
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施形態に係る電子回路装置について図7〜図9を参照して説明する。図7は第2の実施形態に係る電子回路装置の構成図、図8は第2の実施形態に係るローパスフィルタの外観斜視図、図9は第2の実施形態に係るローパスフィルタの等価回路図である。なお、図7は説明を容易にするために電源系統のパターンのみを模式的に記載した。また、図中、第1の実施の形態と同じ構成については同一の符号を付した。
【0023】
本実施の形態に係る電子回路装置が第1の実施の形態と異なる主な点は、4端子のローパスフィルタに替えて3端子のローパスフィルタを用いているところにある。
【0024】
図7に示すように、この電子回路装置は、電源パターン10とグランドパターン80が形成された回路基板30と、電源端子41及びグランド端子42を備えた集積回路40と、入出力端子91及び92並びにグランド端子93を備えた3端子のローパスフィルタ90とを備えている。電源パターン10及びグランドパターン80は、それぞれ直流電源回路60に接続している。
【0025】
電源パターン10は、第1の実施の形態と同様に、一端側が集積回路40の電源端子41と接続し他端側がローパスフィルタ80の一方の入出力端子81と接続した第1の電源パターン11と、一端側が直流電源回路60に接続し他端側がローパスフィルタ80の他方の入出力端子82と接続した第2の電源パターン12とからなる。ここで、第2の電源パターン12は、インダクタンスを低減するために幅広に形成してある。また、第2の電源パターン12は、第1の電源パターン11と対向する部位、すなわちローパスフィルタ80側の端部が、他の部位よりも幅が狭く形成されている。さらに、第1の電源パターン11は、第2の電源パターン12のローパスフィルタ80側の端部とほぼ同じ幅となっている。すなわち、電源パターン10は、第1の電源パターン11と第2の電源パターン12が対向する部位において、幅が狭い幅狭部13を備えている。
【0026】
グランドパターン80は、一端側が集積回路40のグランド端子42と接続するとともに他端側が直流電源回路60に接続している。グランドパターン80は、前記第1の電源パターン11の幅狭部13に対向する部位において他の部位よりも幅が狭く形成されている幅狭部81を備えている。すなわち、グランドパターン80は、第1の実施の形態における第1のグランドパターン21と第2のグランドパターン22とを接続した形状となっている。このグランドパターン80の幅狭部81はローパスフィルタ90のグランド端子93が接続している。
【0027】
ここで、電源パターン10の幅狭部13及びグランドパターン80の幅狭部81は集積回路40の近傍に配置することが好ましい。すなわち、第1の電源パターン11による電流経路、及び、グランドパターン80のうち集積回路40側の端部から幅狭部81までの電流経路を出来る限り短くすることが好ましい。
【0028】
ローパスフィルタ90は、図8に示すように、略直方体形状の素体94の隣り合う角部に形成された入出力端子91及び92と、入出力端子91及び92が形成されていない素体94の端部に形成されたグランド端子93とを備えている。図9に示すように、ローパスフィルタ90の等価回路は、入出力端子91及び92を接続するインダクタ95と、一端がグランド端子93と接続し他端がコンデンサ96及び97を介してインダクタ95の両端に接続したインダクタ96とを備えている。
【0029】
このような電子回路装置では、直流電源回路60から供給される電源電流は、第2の電源パターン12、ローパスフィルタ90、第1の電源パターン11、集積回路40、グランドパターン80という経路を通る。ここで、グランドパターン80には幅狭部81が設けられており、該幅狭部81にはローパスフィルタ90が接続されているので、集積回路40で発生した高周波のノイズは、ローパスフィルタ90により面積が大きく電磁波が放射しやすい第2の電源パターン12及び直流電源回路60側のランドパターン80に流れることがない。これにより、不要な電磁波の放射を軽減できる。
【0030】
なお、本実施の形態では、3端子のローパスフィルタ90として図9に示す等価回路を有するものを例示したが、図10に示すT型の等価回路を有するものであってもよい。図10に示すT型のローパスフィルタは、入出力端子91及び92間に直列接続されたインダクタ99及び100と、インダクタ99及び100の接続点とグランド端子93とを接続するコンデンサ101とを備えている。
【0031】
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施形態について図11を参照をして説明する。図11は第3の実施形態に係る電子回路装置の構成図である。なお、図11は説明を容易にするために電源系統のパターンのみを模式的に記載した。また、図中、第1の実施の形態と同じ構成については同一の符号を付した。
【0032】
本実施の形態に係る電子回路装置が第1の実施の形態と異なる主な点は、4端子のローパスフィルタに替えてコンデンサを用いているところにある。
【0033】
図11に示すように、この電子回路装置は、電源パターン110とグランドパターン120が形成された回路基板30と、電源端子41及びグランド端子42を備えた集積回路40と、コンデンサ130とを備えている。電源パターン110及びグランドパターン120は、それぞれ直流電源回路60に接続している。
【0034】
電源パターン110は、一端側が集積回路40の電源端子41と接続するとともに他端側が直流電源回路60に接続している。電源パターン110は、コンデンサ130との接続部位において他の部位よりも幅が狭い幅狭部111を備えている。電源パターン110の幅狭部111以外の部位はインダクタンスを低減するために幅広に形成されている。
【0035】
グランドパターン120は、一端側が集積回路40のグランド端子41と接続するとともに他端側が直流電源回路60に接続している。グランドパターン120は、コンデンサ130との接続部位において他の部位よりも幅が狭い幅狭部121を備えている。グランドパターン120の幅狭部121以外の部位はインダクタンスを低減するために幅広に形成されている。
【0036】
このような電子回路装置によれば、直流電源回路60から供給される電源電流は、電源パターン110、集積回路40、グランドパターン120という経路を通る。ここで、電源パターン110には幅狭部111が設けられており、グランドパターン120には幅狭部121が設けられているので、電源電流は幅狭部111及び121を通過する。そして、この幅狭部111及び121間にはコンデンサ130が接続されているので、集積回路40で発生した高周波のノイズは、面積が大きく電磁波が放射しやすい直流電源回路60側の電源パターン110及びグランドパターン120に流れることがない。これにより、不要な電磁波の放射を軽減できる。
【0037】
以上本発明の実施の形態について説明したが本発明はこれに限定されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示されており、各請求項の意味の中に入るすべての変形例は本発明に含まれるものである。
【0038】
例えば、上記各実施の形態では、電源パターン及びグランドパターンが回路基板の表面上に形成されていたが本発明はこれに限定されるものではない。回路基板として多層基板を用いるとともに、電源パターン又はグランドパターンの一方又は双方を内層に形成してもよい。
【0039】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、集積回路に流れる電源電流は電源パターンの幅狭部及びグランドパターンの幅狭部を必ず通過する。そして、この電源パターンの幅狭部とグランドパターンの幅狭部の間に、電源電流に重畳した高周波成分を短絡させる素子を設けたので、集積回路で発生したノイズが電源パターン及びグランドパターンに流出しない。これにより、電源パターン及びグランドパターンから前記ノイズが放射することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係る電子回路装置の構成図
【図2】第1の実施形態に係るローパスフィルタの外観斜視図
【図3】第1の実施形態に係るローパスフィルタの等価回路図
【図4】第1の実施形態の他の例に係るローパスフィルタの等価回路図
【図5】第1の実施形態の他の例に係るローパスフィルタの等価回路図
【図6】第1の実施形態の他の例に係る電子回路装置の構成図
【図7】第2の実施形態に係る電子回路装置の構成図
【図8】第2の実施形態に係るローパスフィルタの外観斜視図
【図9】第2の実施形態に係るローパスフィルタの等価回路図
【図10】第2の実施形態の他の例に係るローパスフィルタの等価回路図
【図11】第3の実施形態に係る電子回路装置の構成図
【図12】従来の電子回路装置の構成図
【符号の説明】
10…電源パターン、11…第1の電源パターン、12…第2の電源パターン、13…幅狭部、20…グランドパターン、21…第1のグランドパターン、22…第2のグランドパターン、23…幅狭部、30…回路基板、40…集積回路、41…電源端子、42…グランド端子、50…ローパスフィルタ、51,52…入出力端子、53,54…グランド端子、60…直流電源回路、80…グランドパターン、81…幅狭部、90…ローパスフィルタ、91,92…入出両区端子、93…グランド端子、110…電源パターン、111…幅狭部、120…グランドパターン、121…幅狭部、130…コンデンサ
Claims (4)
- 電源パターン及びグランドパターンが形成された回路基板と、この回路基板に実装された集積回路とを備えた電子回路装置において、
一対の入出力端子及び一対のグランド端子を有する4端子素子を備え、
前記電源パターンは、集積回路の電源端子と前記4端子素子の一方の入出力端子とを接続する第1の電源パターンと、前記4端子素子の他方の入出力端子と電源とを接続する第2の電源パターンとからなり、
前記グランドパターンは、集積回路のグランド端子と前記4端子素子の一方のグランド端子とを接続する第1のグランドパターンと、前記4端子素子の他方のグランド端子とグランドとを接続する第2のグランドパターンとからなり、
前記4端子素子は、入出力端子とグランド端子との間において集積回路のバイパスコンデンサとして機能する容量成分を有する
ことを特徴とする電子回路装置。 - 前記4端子素子はさらにローパスフィルタとして機能する
ことを特徴とする請求項1記載の電子回路装置。 - 前記4端子素子は、入力端子及び出力端子間を接続するインダクタンス素子と、入力端子と一方のグランド端子間を接続するキャパシタンス素子と、出力端子と他方のグランド端子間を接続するキャパシタンス素子とを備え、且つ、グランド端子間を短絡接続したパイ型ローパスフィルタ回路を有する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の電子回路装置。 - 前記4端子素子の各入出力端子及び各グランド端子は、略直方体形状の素体の四隅に形成され、且つ、一対の入出力端子を結ぶ線と一対のグランド端子を結ぶ線が交わらないように配置されている
ことを特徴とする請求項1乃至3何れか1項記載の電子回路装置。
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