JP4343145B2 - Wiring board - Google Patents
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Description
本発明は、配線基板に関し、特に放射ノイズの低減を図った配線基板に関する。 The present invention relates to a wiring board, and more particularly to a wiring board that reduces radiation noise.
パソコン等のデジタル電子機器が扱うデータの大容量化に伴って、その処理能力の向上が進んでいる。即ち、CPUのクロック周波数が高速化され、また周辺のICへのバス配線やクロック線、データ線などが高速かつ高密度になっている。このため、電子機器からの不要輻射ノイズ、すなわち、EMIが問題となってきている。 With the increase in the volume of data handled by digital electronic devices such as personal computers, the processing capacity has been improved. That is, the CPU clock frequency is increased, and the bus wiring, clock lines, data lines, and the like to peripheral ICs are increased in speed and density. For this reason, unnecessary radiation noise from electronic equipment, that is, EMI has become a problem.
CPUと複数のメモリ間を接続したり、パソコンあるいはAV機器からディスプレイを駆動したりする場合には、多量のデータや画像信号を扱うと共に、送信側ICと受信側IC間での接続は、1対1ではなく、1対複数の接続となる場合が多い。
この場合、一本の信号配線によって複数のICを駆動することになり、一本の信号配線が複数の信号配線に分岐される分岐配線が用いられる。このとき、それぞれのICの入力インピーダンスは、分岐配線の特性インピーダンスと異なるのが通例である。このため、分岐箇所において高周波信号が反射されて、不要輻射ノイズが発生する可能性がある。
When connecting a CPU and a plurality of memories, or driving a display from a personal computer or AV device, a large amount of data and image signals are handled, and the connection between the transmitting IC and the receiving IC is 1 In many cases, there are one-to-multiple connections instead of one-to-one.
In this case, a plurality of ICs are driven by one signal wiring, and a branch wiring in which one signal wiring branches into a plurality of signal wirings is used. At this time, the input impedance of each IC is usually different from the characteristic impedance of the branch wiring. For this reason, a high frequency signal is reflected in a branch location, and unnecessary radiation noise may occur.
分岐配線に関連して種々の技術が開示されている。
・分岐点から左右方向に延びる左分岐配線と右分岐配線のインピーダンスを等しくすることで、平面表示装置の駆動装置での信号波形の乱れだけでなく、EMIも低減できる手法が開示されている(特許文献1参照)。
・配線を何回か折り返すことで遅延回路を構成するメアンダラインの技術が、開示されている(非特許文献1参照)。メアンダラインの結合長がλ(波長)/2となった周波数で非通過帯域があり、しかもこの周波数で放射増大が起こる。
A method is disclosed in which not only the signal waveform is disturbed but also EMI is reduced in the driving device of the flat display device by equalizing the impedances of the left branch wiring and the right branch wiring extending in the left-right direction from the branch point ( Patent Document 1).
A meander line technology that configures a delay circuit by folding a wiring several times is disclosed (see Non-Patent Document 1). There is a non-pass band at a frequency where the coupling length of the meander line is λ (wavelength) / 2, and radiation increases at this frequency.
特許文献1では、分岐配線への信号の入力位置が中央にある場合のEMI低減手法のみを開示しており、入力位置が端にある場合のEMI低減手法は開示されていない。また、非特許文献1には、EMI低減手法自体が開示されていない。
ユーザが分岐配線への信号の入力位置を決定できる場合と決定できない場合とがある。例えば、送信側ICが配線基板に搭載されている場合には、ICの配置の変更により入力位置を変えることができる。一方、何らかの理由で、配線基板上の送信側ICの位置を変えられない場合や、送信側ICが別基板にあり、それらを接続するコネクタ位置が決まっている場合には、入力位置を変更することが困難である。
上記に鑑み、本発明は、分岐配線への信号の入力位置に依らず、放射ノイズ(EMI)の低減が可能な配線基板を提供することを目的とする。
There are cases where the user can determine the input position of the signal to the branch wiring and cannot determine it. For example, when the transmission side IC is mounted on the wiring board, the input position can be changed by changing the arrangement of the ICs. On the other hand, if the position of the transmission side IC on the wiring board cannot be changed for some reason, or if the transmission side IC is on a separate board and the connector position for connecting them is determined, the input position is changed. Is difficult.
In view of the above, an object of the present invention is to provide a wiring board capable of reducing radiation noise (EMI) regardless of the input position of a signal to a branch wiring.
本発明に係る配線基板は、平板電極と、前記平板電極上に配置される絶縁基板と、前記絶縁基板上に配置される第1の配線と、前記絶縁基板上に前記第1の配線と近接して略平行に配置され、かつ前記第1の配線と接続される第2の配線と、前記第2の配線の異なる箇所に接続される複数の第3の配線と、を具備することを特徴とする。 A wiring board according to the present invention includes a flat plate electrode, an insulating substrate disposed on the flat plate electrode, a first wiring disposed on the insulating substrate, and the first wiring on the insulating substrate in proximity to the first wiring. And a second wiring connected to the first wiring, and a plurality of third wirings connected to different portions of the second wiring. And
本発明によれば、分岐配線への信号の入力位置に依らず、放射ノイズ(EMI)の低減が可能な配線基板を提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the wiring board which can reduce radiation noise (EMI) can be provided irrespective of the input position of the signal to branch wiring.
(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る配線基板10を表す上面図である。図2は、図1の線A1−A2に沿って配線基板10を切断した状態を表す断面図である。
配線基板10は2層基板であり、基板11,12、保護層13が順に積層されている。なお、図1では、判りやすさのために、基板11,12、保護層13を除外した状態を表している。
(First embodiment)
FIG. 1 is a top view showing a
The
図2に示すように、配線基板10は、境界14,15によって部材16〜18に区分できる。部材16〜18の素材は同一としても、異ならせても良い。また、図2では、部材16〜18それぞれの層(基板11,12、保護層13)の深さが同一となるように配置されているが、部材16〜18それぞれで層厚を変化させ、部材16〜18それぞれの層を不連続とすることも可能である。
As shown in FIG. 2, the
例えば、部材16をプリント基板に用いられるFR4(Flame Retardant Type 4の略であり、ガラス繊維とエポキシ樹脂の複合材料からなる難燃性のプリント基板材料)、あるいはFPC(Flexible Printed Circuit)基板に用いられるポリイミド材料によって構成できる。前者、後者それぞれに対応して、部材16はプリント基板、またはFPC基板によって構成されることになる。
部材17はFPC基板で構成することができる。この場合、部材16をFPC基板で構成したときには、部材16,17は連続したFPC基板から構成されることになる。また、部材16をプリント基板で構成した場合には、部材16,17は互いに接続されたプリント基板およびFPC基板から構成されることになる。
部材18は、プリント基板、FPC基板、およびガラス基板のいずれによって構成してもよい。
For example, the
The
The
配線基板10上には、N個(図1では、例として、6つ)の受信側IC21(21(1)〜21(6))が配置される。受信側IC21は、信号用パッド22(22(1)〜22(6)),グラウンド用パッド23(23(1)〜23(6))を有し、グラウンド面(グラウンド用の平板電極)24(1)〜24(6)に対向して配置される。
信号用パッド22(1)〜22(6)それぞれに、信号配線25(1)〜25(6)が接続される。また、グラウンド用パッド23(1)〜23(6)それぞれに、グラウンド配線26(1)〜26(6)が接続される。
信号配線25、グラウンド配線26は、部材17,18を経由して、受信側IC21に接続される。なお、バックプレーンであるグラウンド面24は、必須ではなく、無くても差し支えない。
On the
Signal wirings 25 (1) to 25 (6) are connected to the signal pads 22 (1) to 22 (6), respectively. In addition, ground wirings 26 (1) to 26 (6) are connected to the ground pads 23 (1) to 23 (6), respectively.
The signal wiring 25 and the
信号配線25(1)〜25(6)は、信号配線31に接続される。即ち、信号配線31は信号配線25(1)〜25(6)に分岐される分岐点を有する分岐配線である。
信号配線31は、接続部32で信号配線33に接続される。信号配線33は、信号配線31と略平行に配置される。
The signal wirings 25 (1) to 25 (6) are connected to the
The
接続部32は、それ自体信号配線であり、信号配線31、33双方の端部に接続される。接続部32は、信号配線31,33、接続部32の全体を1本の配線と考えると、この配線の折り返し点として観念することができる。信号配線31、33が折り返されているため、配線基板10からの放射ノイズを低減することができる。なお、この詳細は後述する。
信号配線33は、信号配線34を経由して、コネクタ側信号用パッド35に接続される。なお、信号配線31、33、34は、基板11上に配置される。
The
The
グラウンド配線26(1)〜26(6)は、ビア27(1)〜27(6)によって、グラウンド面(グラウンド用の平板電極)41に接続される。グラウンド面41は、グラウンド面42、さらにはグラウンド面43(グラウンド用の平板電極)に、配線44,45を介して、電気的に接続される。グラウンド面43にコネクタ側グラウンド用パッド46が接続される。なお、グラウンド面24,41〜43は、基板11,12の境界に配置されている。
The ground wirings 26 (1) to 26 (6) are connected to the ground plane (ground plate electrode) 41 by vias 27 (1) to 27 (6). The
グラウンド面24,41〜43間には、グラウンド面が形成されていない間隙(スリット)47,48、49が配置される。間隙47,48、49を信号配線25,34が通過することで、信号配線25,34からの放射が生じ得る。
Between the
信号配線31,33は、基板12を介してグラウンド面41と対向し、いわゆるストリップラインとして機能する。また、信号配線34は、基板12を介してグラウンド面41〜43と対向し、ストリップラインとして機能する。
The
本実施形態において、配線基板10は以下のような特徴を有する。
(1)配線基板10は、上下に積層される基板11,12からなるインターフェース基板である。
(2)信号配線31,33,34は、基板12上に配置され、その表面においてマイクロストリップライン構造をもつ高速差動信号配線群である。一方、グラウンド面41〜43は、基準電位を持ち、かつ基板11,12間に配置される。
(3)信号配線31は、受信側IC21(1)〜21(6)それぞれに対応する信号配線25(1)〜25(6)に分岐される。
(4)信号配線31,33は、互いに略平行であり、かつ信号配線間距離Sが配線の幅Wに対して、S<2Wを満たすように近接して配置される。なお、製造の容易性の関係からW>Sとなるのが通例である。
In the present embodiment, the
(1) The
(2) The signal wirings 31, 33, and 34 are high-speed differential signal wiring groups that are arranged on the
(3) The
(4) The signal wirings 31 and 33 are substantially parallel to each other and are arranged close to each other so that the distance S between the signal wirings satisfies S <2W with respect to the width W of the wirings. In general, W> S because of ease of manufacturing.
(比較例)
本発明の実施形態の比較例に係る配線基板につき、説明する。
図3〜図5はそれぞれ、本発明の比較例に係る配線基板50,50a、50bを表す上面図であり、図1に対応する。
(Comparative example)
A wiring board according to a comparative example of the embodiment of the present invention will be described.
3 to 5 are top views showing
配線基板50,50a、50bでは、信号配線31が接続部36で直接に信号配線34に接続されている。即ち、信号配線31と略平行に配置される信号配線33を有しない点が配線基板10と異なる。言い換えれば、信号配線31,34に折り返しが無い。
In the
接続部36は、信号配線34から信号配線31への信号の入力位置、あるいは分岐位置と言える。配線基板50,50a、50bそれぞれで、接続部36が受信側IC21(1)、21(2)間、受信側IC21(2)、21(3)間、受信側IC21(3)、21(4)間に配置される。即ち、配線基板50,50a、50bそれぞれでの分岐比は5:1、4:2、3:3である。
The connecting
図6は、配線基板50,50a、50bそれぞれでのEMIシミュレーション結果を表すグラフである。図6のグラフG,H,Iそれぞれが、分岐比5:1,4:2,3:3でのEMI測定の結果に対応する。図6の横軸は周波数、縦軸は放射強度に対応する。なお、シミュレーション方法として3m法を用いた。
EMI測定の結果、次の順序で放射強度の最大値が大きくなった。
分岐比5:1での放射強度>分岐比4:2での放射強度>分岐比3:3での放射強度
即ち、分岐比3:3の場合より、分岐比5:1の場合の方が不要放射ノイズの低減がより必要となる。
FIG. 6 is a graph showing an EMI simulation result in each of the
As a result of the EMI measurement, the maximum value of the radiation intensity increased in the following order.
Radiation intensity at a branching ratio of 5: 1> Radiation intensity at a branching ratio of 4: 2> Radiation intensity at a branching ratio of 3: 3 That is, the branching ratio of 5: 1 is better than that of the branching ratio of 3: 3. It is necessary to reduce unnecessary radiation noise.
分岐配線を持つ基板で、不要放射ノイズを低減する方法として、配線の特性インピーダンスの不連続による反射を小さくする方法がある。特性インピーダンスの不連続はコネクタ部、間隙47〜49、受信側IC21の入力ピンなどで起こる。この不連続によって信号が反射されると、元の信号波形に反射した信号波形が足し合わされ、信号配線ノイズとなる。このノイズが信号配線31、33,34だけでなく、グラウンド面41〜43にもリターン電流として流れこむため、放射が増大する。
As a method of reducing unnecessary radiation noise on a substrate having a branch wiring, there is a method of reducing reflection due to discontinuity of the characteristic impedance of the wiring. The characteristic impedance discontinuity occurs in the connector portion, the
分岐比(5:1)の場合、上記の特性インピーダンス不連続による反射が原因で、放射が増大する原因を説明する。
図3のIC21(1)〜21(6)への入力部で反射が生じると信号配線25だけではなく、グラウンド配線26においても反射が生じる。そして、受信側IC21のグラウンド面24(但し、これがない場合もある)と、分岐配線31があるグラウンド面41との間に間隙47があると、信号配線25とグラウンド配線26との間にループ電流が発生し、放射が増大する。
分岐部(信号配線25,31の接続箇所)それぞれで反射が生じる。このため、接続部36が信号配線31の端にあると、IC21(1)〜21(6)への入力信号が加算され、分岐部(信号配線25,31の接続箇所)それぞれで異なる波形を持つことが予想される。
In the case of the branching ratio (5: 1), the reason why the radiation increases due to the reflection due to the above characteristic impedance discontinuity will be described.
When reflection occurs at the input portion to the ICs 21 (1) to 21 (6) in FIG. 3, reflection occurs not only in the
Reflection occurs at each of the branch portions (connection portions of the
図7は、受信側IC21の信号用パッド22での信号波形を表すグラフである。図8は受信側IC21のグラウンド用パッド23でのグラウンド波形を表すグラフである。これらはSPICEによるシミュレーション結果を表す。
入力端1,4,6(信号配線25(1)、25(4)、25(6)それぞれと信号配線31との接続部)それぞれでの信号波形において、分岐点(接続部36)から最も遠い入力端1がオーバーシュート、アンダーシュートが小さく、分岐点(接続部36)から最も近い入力端6がオーバーシュート、アンダーシュートが大きい。
これから、入力端1のように1対複数の分岐点(接続部36)に近ければ近いほど、すべての入力端1〜6での反射波形が足しあわされることで、波形の乱れが大きくなることがわかる。
FIG. 7 is a graph showing a signal waveform at the
In the signal waveform at each of the
From this point, the closer to the one-to-a plurality of branch points (connections 36) as in the
グラウンド波形では、信号波形と同じく分岐点(接続部36)から最も遠い入力1がオーバーシュート、アンダーシュートが小さく、分岐点(接続部36)から最も近い入力6がオーバーシュート、アンダーシュートが大きい。
水平方向の長さが長いグラウンド面41に、入力端1〜6までの電圧の異なるグラウンド配線が接続されるため、それらの間に電圧差が生じ、グラウンド面に高周波電流が生じる。これらの高周波電流は打ち消しあうためのさらなるグラウンド面が存在しないため、コモンモードノイズとなり遠方界で大きな放射を引き起こす。
In the ground waveform, as in the signal waveform, the
Since ground lines having different voltages from the
図9、図10はそれぞれ、分岐比5:1での受信側IC21の信号用パッド22およびグラウンド用パッド23での信号のFFT(Fast Fourier Transforms)波形を示すグラフである。受信側IC21での入力部、グラウンド部での波形の周波数特性を調べるためである。
図9の縦軸は、便宜的に電圧で表されているが、これを繰り返しパルスの周期で除算した値が本来のFFT波形の強度、即ち、周波数毎の振幅となる。図9の縦軸の電圧値を繰り返しパルスの周期30n秒で除算した値が、周波数毎の振幅の値となる。
なお、この事情は、他のFFT波形の図10〜12,17、18,32,33でも同様であり、縦軸の電圧値を繰り返しパルスの周期30n秒で除算した値が、周波数毎の振幅値である。
FIG. 9 and FIG. 10 are graphs showing FFT (Fast Fourier Transforms) waveforms of signals at the
The vertical axis in FIG. 9 is represented by voltage for convenience, but the value obtained by dividing this by the period of the repetitive pulse is the intensity of the original FFT waveform, that is, the amplitude for each frequency. The value obtained by dividing the voltage value on the vertical axis in FIG. 9 by the period of the repetitive pulse of 30 ns is the amplitude value for each frequency.
This situation is the same in the other FFT waveforms shown in FIGS. 10 to 12, 17, 18, 32, and 33, and the value obtained by dividing the voltage value on the vertical axis by the repetition pulse period of 30 ns is the amplitude for each frequency. Value.
図9に示すように、信号用パッド22では、第一次高調波、第三次高調波が大きい。図10に示すように、グラウンド用パッド23では、第三次高調波が大きく、かつ入力端の位置による分布の相違が大きい。分岐(5:1)の場合は、このグラウンド面41の各分岐点での電位差を小さくすることにより、放射が低減されることが予想される。
As shown in FIG. 9, the first harmonic and the third harmonic are large in the
図11、図12はそれぞれ、分岐比3:3(図5)での受信側IC21の信号用パッド22およびグラウンド用パッド23での信号のFFT(Fast Fourier Transforms)波形を示すグラフである。分岐比が3:3の場合におけるグラウンド面41での電流勾配を調べるためである。
図11、図12より、分岐比3:3の場合は、分岐点(接続部36)近傍の入力端4においても、分岐点から遠い入力端6においても、信号用パッド22およびグラウンド用パッド23の信号の周波数依存性はほぼ同一である。
FIGS. 11 and 12 are graphs showing FFT (Fast Fourier Transforms) waveforms of signals at the
11 and 12, when the branching ratio is 3: 3, the
図6でのEMIシミュレーション結果において、分岐(3:3)の方が分岐(5:1)より放射が小さい。分岐(3:3)の方が分岐(5:1)よりグラウンド面41での電流分布が生じないため、不要放射ノイズが低減すると考えられる。グラウンド面41〜43に流れ込むグラウンド電位をほぼ等しくすることにより、グラウンド面41〜43を電流が流れなくなり、放射を低減させることが予測される。
また、信号の立ち上がり、立ち下がりが大きくなると、高調波成分によるノイズ増大が生じる。
In the EMI simulation result shown in FIG. 6, the branch (3: 3) emits less radiation than the branch (5: 1). Since the branch (3: 3) does not generate a current distribution on the
Further, when the rising and falling edges of the signal become large, noise increases due to harmonic components.
以下、本実施形態に係る配線基板10での放射特性につき説明する。
A.折り返しの効果
配線31,33を折り返すことで、EMIが低減する理由を考察する。
図2に示されるように、配線31,33を折り返すことで、信号波形がほぼ同じで電流方向が逆の信号配線どうしが近接するようになる。
図13は、配線31,33に流れる電流がその周囲に形成する電磁界の分布を示す模式図である。
配線31,33でその電磁界61,62の方向が逆となるため、遠方界では互いの電磁界が打ち消しあい、不要放射ノイズを低減することができる。
Hereinafter, radiation characteristics of the
A. Effect of Folding Consider why the EMI is reduced by folding the
As shown in FIG. 2, by folding the
FIG. 13 is a schematic diagram showing a distribution of electromagnetic fields formed around the currents flowing in the
Since the directions of the
なお、折り返し配線の効果として、各分岐部でのグラウンド面での電位をほぼ等しくし、グラウンド面で高周波電流が流れなくなり、不要放射ノイズの低減ができる効果もある。この詳細は、C.で後述する。 As an effect of the folded wiring, there is an effect that the potentials on the ground planes at the respective branch portions are substantially equal, high frequency currents do not flow on the ground planes, and unnecessary radiation noise can be reduced. Details of this are described in C.I. Will be described later.
折り返した配線31,33を近接して置くことによる低減効果について述べる。配線幅Wを100μm、配線間距離Sを100μmとして信号配線31,33を近接させ、折り返す構造において、結合配線長(配線31と配線33が並走する距離であり、結合長ともいう)Lcoupが115mmの場合について、配線を折り返さない場合と比較する。配線を折り返す場合、折り返さない場合のいずれも分岐部1から分岐部6までの距離Lallは同じとする。なお、この距離Lallは配線31,33の内の長い方(配線31)の線路長(配線長)に相当する。
A reduction effect by placing the folded
図14は、分岐5:1において、配線を折り返さない場合(グラフG)と配線を折り返した場合(グラフK)におけるEMIシミュレーション結果を示すグラフである。配線を折り返すことで、100MHzにおいて3dB、200MHzにおいて8dB放射が低減している。 FIG. 14 is a graph showing an EMI simulation result when the wiring is not folded (graph G) and when the wiring is folded (graph K) at the branch 5: 1. By turning back the wiring, 3 dB at 100 MHz and 8 dB at 200 MHz are reduced.
図15、図16はそれぞれ、信号用パッド22およびグラウンド用パッド23での信号波形を示すグラフであり、図7,図8に対応する。図7と図15を比較すると、図15の方が分岐部による振幅の違いが小さい。グラウンド波形である図8と図16を比較しても同様、図16の方が分岐部による振幅の違いが小さい。
FIGS. 15 and 16 are graphs showing signal waveforms at the
図17、図18はそれぞれ、信号用パッド22およびグラウンド用パッド23での信号波形のFFT結果を示すグラフであり、図9,図10に対応する。図9と図17を比較すると図17の方が200MHz以上での振幅が小さい。グラウンド波形においても、図10と図18を比較すると、図18の方が200MHz以上の振幅が小さい。
以上のように、信号配線を折り返すことで、放射ノイズの低減が可能であることが判った。
FIGS. 17 and 18 are graphs showing the FFT results of the signal waveforms at the
As described above, it has been found that radiation noise can be reduced by folding signal wiring.
B.配線間距離の影響
配線31,33は、互いの電磁界が干渉し合う方が望ましい。非特許文献1によると、互いの配線間距離により、偶モードの特性インピーダンスと奇モードの特性インピーダンスが異なってくる。ここで、誘電体幅、誘電体の比誘電率、配線の厚みはすべて同一とする。上記2種類の特性インピーダンスが異なる値を持つ条件として、マイクロストリップ線路の場合、配線幅W、配線間距離S(配線31のエッジから、配線33のエッジまでの距離)の関係がS<2Wの時となる。
B. Influence of distance between wirings It is desirable that the
図19は、配線基板10で配線31,33間の配線間距離Sを100,180,200,900μmと変化させた時のEMI水平成分についてシミュレーションした結果を表すグラフである。
配線間距離Sが配線幅Wの2倍の200μm以上になると周波数特性が大きく変化している。また、折り返すことにより、200MHz以下のEMIについては折り返さない場合より低減している。
しかし、300MHz以上500MHz以下、700MHz以上900MHz以下では配線間距離180μm以下のEMIが大きく低減し、500MHz以上700MHz以下では配線間距離200μm以上のEMIが低減している。
FIG. 19 is a graph showing a simulation result of the EMI horizontal component when the inter-wiring distance S between the
When the inter-wiring distance S is 200 μm or more, which is twice the wiring width W, the frequency characteristics change greatly. Further, by folding, the EMI of 200 MHz or less is reduced compared to the case of not folding.
However, the EMI with an inter-wiring distance of 180 μm or less is greatly reduced at 300 MHz to 500 MHz and 700 to 900 MHz, and the EMI with an inter-wiring distance of 200 μm is reduced at 500 MHz to 700 MHz.
300MHz以上500MHz以下のEMIを低減する配線間距離200μm以下の構造を採用することが考えられる。なぜなら、クロック周波数が数十MHz以上の場合、高調波成分が低い方の成分を低減する方が有効であるし、また、実装面積を考えると、折り返した配線間距離が長い場合、折り返した配線間に異なる配線を置かざるを得ず、所望の特性を得られない可能性があるからである。
即ち、信号配線31,33間のカップリングを考慮して条件(S<2W)を採用できる。
It is conceivable to adopt a structure with an inter-wiring distance of 200 μm or less that reduces EMI from 300 MHz to 500 MHz. This is because when the clock frequency is several tens of MHz or more, it is more effective to reduce the component with the lower harmonic component, and considering the mounting area, if the distance between the folded wires is long, the folded wires This is because different wirings must be placed between them, and desired characteristics may not be obtained.
That is, the condition (S <2W) can be adopted in consideration of the coupling between the
C.結合長Lcoupの影響
前述のように、配線31,33を折り返すことで、各分岐部でのグラウンド面41での電位をほぼ等しくし、グラウンド面41で高周波電流が流れなくなり、不要放射ノイズの低減ができる。この効果は、折り返して2本の信号配線31,33が並走する部分の配線長(以後、結合長と呼ぶ)と密接に関係する。
C. Influence of coupling length L coup As described above, by folding back the
まず、配線31,33が折り返えされたことによる伝送特性の変化を、非特許文献1を参照して説明する。非特許文献1では、結合長がλ/2の整数倍に相当する周波数で非通過帯域があるとしている。
折り返す地点(接続部32)を延ばすことで、結合長Lcoupを変化させ、その特性の変化を求める。
図20は、分岐(5:1)の場合の結合長が115mmと132mmの場合について3m法による放射強度のシミュレーション結果を表すグラフである。
なお、結合長115mmの場合には、分岐部6で配線31,33を折り返している。また、結合長132mmの場合には、分岐部1からみて分岐部6の位置よりも遠い位置まで配線33を延ばした後に折り返している。
First, a change in transmission characteristics due to the
By extending the turning point (connection portion 32), the coupling length Lcoup is changed, and the change in the characteristic is obtained.
FIG. 20 is a graph showing a simulation result of radiation intensity by the 3 m method when the coupling length in the case of branching (5: 1) is 115 mm and 132 mm.
When the coupling length is 115 mm, the
図20より、折り返しがあるものは500〜600MHzで折り返しが無いものに比べて放射が10dB増大していることがわかる。一方、200〜400MHzで折り返しなしのものに比べて放射が10dB以上低減している。また、結合長が短い方が、放射が増大する周波数が高周波化していることがわかる。 From FIG. 20, it can be seen that the radiation with the aliasing is increased by 10 dB at 500 to 600 MHz as compared with that without the aliasing. On the other hand, the radiation is reduced by 10 dB or more compared to the one without 200-400 MHz. It can also be seen that the shorter the coupling length, the higher the frequency at which the radiation increases.
そこで、結合長がλ/2となる周波数を求める。高周波電流の速度をv(m/s)、非通過帯域となる信号の周波数をfλ/2(Hz)、信号の波長をλ(m)、cを光速(m/s)、基板12の非誘電率をεrとすると次の関係(1)が成立する。
v=c/√εr=fλ/2・λ …(1)
結合長(結合配線長ともいう)をLcoup(m)とするとλ=2・Lcoupとなるので、非通過帯域となる周波数fλ/2は次の式(2)で表せる。
fλ/2=c/(√εr・λ)=c/(√εr・2・Lcoup) …(2)
上記の周波数fλ/2は、結合長Lcoupが115mmの場合、次の式で表せる(非誘電率εrを3.3とする)。
fλ/2=3・108/(3.31/2・115・2)=716MHz
また、結合長Lcoupが132mmの場合、fλ/2=624MHzとなる。
Therefore, the frequency at which the coupling length is λ / 2 is obtained. The speed of the high-frequency current is v (m / s), the frequency of the signal that becomes the non-pass band is f λ / 2 (Hz), the wavelength of the signal is λ (m), c is the speed of light (m / s), When the dielectric constant and epsilon r following relation (1) is satisfied.
v = c / √ε r = f λ / 2 · λ (1)
When the coupling length (also referred to as coupling wiring length) is L coup (m), λ = 2 · L coup is obtained, and therefore the frequency f λ / 2 that becomes the non-pass band can be expressed by the following equation (2).
f λ / 2 = c / ( √ε r · λ) = c / (√ε r · 2 · L coup) ... (2)
The above-mentioned frequency f λ / 2 can be expressed by the following formula when the coupling length L coup is 115 mm (non-dielectric constant ε r is 3.3).
f λ / 2 = 3 · 10 8 /(3.3 1/2 · 115 · 2) = 716 MHz
Further, when the coupling length L coup is 132 mm, f λ / 2 = 624 MHz.
信号配線31,33がカップリングしたことによる共振周波数の低周波化を考慮すると、放射が増大する500〜600MHzは結合長Lcoupがλ/2となる周波数に相当し、放射が低減する200〜400MHzは結合長がλ/4となる周波数に相当するといえる。
Considering the reduction of the resonance frequency due to the coupling of the
(1)結合長λ/2で放射が増大するメカニズム
結合長がλ/2となる周波数で、放射が増大するメカニズムを説明する。
図21は、信号配線31,33の水平方向の電流分布を表すグラフである。(A)〜(C)はそれぞれ、折り返しがある場合、分岐配線がある場合、折り返しおよび分岐がある場合に対応する。グラフの横方向は、入力端の位置に対応するものであり、グラフの右端、左端がそれぞれ入力端1,6に対応する。分岐部1の方が分岐の源である信号源に近い位置である。
(1) Mechanism by which radiation increases at a coupling length λ / 2 A mechanism by which radiation increases at a frequency at which the coupling length is λ / 2 will be described.
FIG. 21 is a graph showing the current distribution in the horizontal direction of the
図21(A)では、配線31,33が並走していることで共振が発生し、電流分布が生じている。結合長がλ/2となる共振周波数では、配線が水平方向に折れ曲がる部位(配線33,34の接続部)、および折れ曲がり部(接続部32)において、電流の節となるため電流値が小さくなる。この一方、信号配線31の中央で電流が最大となる。
図21(B)では、信号配線31と信号配線25(1)〜25(6)の接続部での反射の影響を考慮している。分岐元(配線33,34の接続部)では反射の足し合わせにより電流が高くなり、分岐端(接続部32)近傍では電流が小さくなる。
図21(C)のグラフは、図21(A)と図21(B)での電流分布を足し合わせたものである。分岐配線31の電流分布に起因するグラウンド面41の電流のアンバランスが大きく、かつ共振現象が生じているため、放射が大きくなる。
In FIG. 21A, the
In FIG. 21B, the influence of reflection at the connection portion between the
The graph in FIG. 21C is obtained by adding the current distributions in FIGS. 21A and 21B. Since the current imbalance of the
(2)結合長λ/4で放射が低減するメカニズム
結合長がλ/4となる周波数で、放射が低減するメカニズムを説明する。
図22は、配線31,33の水平方向の配線部の電流分布を表すグラフである。(A)〜(C)はそれぞれ、折り返しがある場合、分岐配線がある場合、折り返しおよび分岐がある場合に対応する。グラフの横方向は、入力端の位置に対応するものであり、グラフの右端、左端がそれぞれ入力端1,6に対応する。
(2) Mechanism for reducing radiation at coupling length λ / 4 A mechanism for reducing radiation at a frequency at which the coupling length is λ / 4 will be described.
FIG. 22 is a graph showing the current distribution of the wiring portions in the horizontal direction of the
図22(A)では、配線31,33が並走していることで共振が発生し、電流分布が生じている。結合長がλ/4となる周波数では水平方向に折れ曲がる部位(配線33,34の接続部)では電流が最も小さく、そして、基板端である折れ曲がり部(接続部32)で電流が最大となる。
図22(B)では、信号配線31と信号配線25(1)〜25(6)の接続部での反射の影響を考慮している。分岐元(配線33,34の接続部)では反射の足し合わせにより電流が高くなり、分岐端(接続部32)近傍では電流が小さくなる。
図22(C)のグラフは、図22(A)と図22(B)での電流分布を足し合わせたものである。分岐配線31の電流分布に起因するグラウンド面41の電流のアンバランスが低減し、電流分布の偏りがなくなり、放射が低減する。
In FIG. 22A, resonance occurs because the
In FIG. 22B, the influence of reflection at the connection portion between the
The graph in FIG. 22C is obtained by adding the current distributions in FIGS. 22A and 22B. The current imbalance in the
(3)結合長がλ/2のときの放射増大防止
次に、結合長がλ/2となる時に放射が増大することを防ぐ方法について述べる。
特に高周波ノイズの源となるのはクロック信号の立ち上がり時間と立下り時間の急峻さによる高調波成分である(参考文献:Clayton R.Paul, “Introduction to Electromagnetic radiation”, pp. 357-402, mimatsu-data-system, JAPAN, 1994)。
そこで、クロック周波数の高調波成分において、結合長がλ/2波長となる周波数成分が十分小さければ、ノイズ源がなくなるので放射も低減することができる。
(3) Prevention of radiation increase when the coupling length is λ / 2 Next, a method for preventing radiation from increasing when the coupling length is λ / 2 will be described.
In particular, high frequency noise is caused by harmonic components due to the steep rise and fall times of the clock signal (reference: Clayton R. Paul, “Introduction to Electromagnetic radiation”, pp. 357-402, mimatsu). -data-system, JAPAN, 1994).
Therefore, in the harmonic component of the clock frequency, if the frequency component having a coupling length of λ / 2 wavelength is sufficiently small, the noise source is eliminated, so that radiation can be reduced.
一般には、高調波の次数nが大きくなると、その高調波成分の強度、ひいてはその高調波成分に起因する放射が低減する傾向がある。このため、放射の低減対策が必要な高調波の次数nに上限を設けることが可能となる。例えば、次数n(n<15、n≠20)の高調波成分までの放射低減対策を考慮する。このとき、n=20次の高調波の周波数において、結合長Lcoupがλ/2で共振が生じる場合であっても、信号源であるクロックの高調波成分が十分小さければ、放射の増大が抑制される。 In general, when the harmonic order n increases, the intensity of the harmonic component, and hence radiation due to the harmonic component, tends to decrease. For this reason, it becomes possible to set an upper limit to the order n of the harmonics that require measures to reduce radiation. For example, radiation reduction measures up to harmonic components of order n (n <15, n ≠ 20) are considered. At this time, even when resonance occurs at a coupling length L coup of λ / 2 at the frequency of the n = 20th harmonic, if the harmonic component of the clock that is the signal source is sufficiently small, the increase in radiation will occur. It is suppressed.
(4)結合長の適性範囲
結合長Lcoupが適切な範囲から外れると、即ち、結合長Lcoupが長過ぎても短すぎても、放射の抑制が困難となる。
・結合長Lcoupが長過ぎると、λ/2共振によって放射が増大する周波数が低周波化して、高調波成分が大きい周波数帯で放射が増大する可能性がある。すなわち、λ/2共振が、クロック信号(周波数fck)のn次高調波(=n・fck)以上の周波数で起きたとする。このとき、このn次高調波成分の信号強度が十分に小さければ、n次高調波成分による放射が抑制される。
(4) Appropriate range of bond length If the bond length L coup deviates from an appropriate range, that is, if the bond length L coup is too long or too short, it becomes difficult to suppress radiation.
If the coupling length L coup is too long, the frequency at which the radiation increases due to the λ / 2 resonance is lowered, and there is a possibility that the radiation increases in a frequency band having a large harmonic component. That is, it is assumed that the λ / 2 resonance occurs at a frequency equal to or higher than the nth harmonic (= n · f ck ) of the clock signal (frequency f ck ). At this time, if the signal intensity of the nth-order harmonic component is sufficiently small, radiation by the nth-order harmonic component is suppressed.
このときの周波数の関係は、λ/2共振の周波数fλ/2,光速c,比誘電率εr,高調波の次数n,クロック信号の周波数fckに基づいて、次の式によって表される。
fλ/2=c/(√εr・2・Lcoup)>n・fck
この式を結合長Lcoupで変形すると、次の式(3)が導出される。
Lcoup < c/(2・n・fck√εr) …(3)
式(3)で、クロック信号の周波数fck=33MHz、次数n=20、比誘電率εr=3.3とすると次の式が導かれる。
Lcoup < 124mm
本実施例では結合長Lcoupが115mmであり、上式が満たされている。
The frequency relationship at this time is expressed by the following expression based on the frequency f λ / 2 of the λ / 2 resonance, the speed of light c, the relative permittivity ε r , the harmonic order n, and the frequency f ck of the clock signal. The
f λ / 2 = c / ( √ε r · 2 · L coup)> n · f ck
When this equation is transformed with the coupling length L coup , the following equation (3) is derived.
L coup <c / (2 · n · f ck √ε r ) (3)
When the frequency f ck = 33 MHz of the clock signal, the order n = 20, and the relative dielectric constant ε r = 3.3 in the expression (3), the following expression is derived.
L coup <124mm
In this embodiment, the coupling length L coup is 115 mm, and the above formula is satisfied.
以上のように、クロック周波数の(n/2)次、およびn次がそれぞれ、放射を低減したい周波数、および放射を増大させてしまう周波数である。n次の高調波が抑制され、その信号強度が十分小さい場合に、前述の式(3)によって結合長Lcoupの上限を設定することができる。即ち、n次の高調波成分の信号強度がある程度小さく(条件1)、これに対して、(n/2)次の高調波成分の信号強度が大きい(例えば、2倍)ときに(条件2)、高調波に起因する放射を有効に抑制できる。 As described above, the (n / 2) -th order and the n-th order of the clock frequency are the frequency at which radiation is desired to be reduced and the frequency at which radiation is increased. When the n-th order harmonic is suppressed and the signal intensity is sufficiently small, the upper limit of the coupling length L coup can be set by the above-described equation (3). That is, when the signal strength of the n-th order harmonic component is somewhat small (condition 1), on the other hand, when the signal strength of the (n / 2) -order harmonic component is large (for example, twice) (condition 2) ), Radiation due to harmonics can be effectively suppressed.
実験によれば、20次以上の高調波成分において、この条件1,2を充足する結果が得られた。一例として、後述の図30,図31に表される入力波形1,2によって、これを示す。後述の図32、図33はそれぞれ、入力波形1、2をFFT変換(Fast Fourier Transform)した結果を示すグラフである。このとき、クロック周波数を33MHzとすると、10次高調波は330MHz、その2倍の20次高調波は660MHzである。
According to the experiment, the results satisfying these
条件1についての詳細は「放射強度が規制値を超えないための条件」として後述するが、図32,図33から500MHz以降で信号強度が明らかに小さくなっていることが認められる。
Details of the
次に条件2につき説明する。図32,図33から9次、18次の高調波の周波数近傍の成分の信号強度(電圧)を求める。ここでは、グラフでの直読値を30nsで割って実際の成分の値を示す。なお、10次高調波成分より9次高調波成分の方が大きく、20次高調波成分より18次高調波成分の方が大きかったため、10次、20次でなく、9次、18次を採用することとした。
入力波形1 9次高調波(300MHz)での信号強度:0.0260V
18次高調波(600MHz)での信号強度:0.0071V
入力波形2 9次高調波(300MHz)での信号強度:0.0065V
18次高調波(600MHz)での信号強度:0.00078V
Next,
Signal strength at the 18th harmonic (600 MHz): 0.0071V
Signal strength at the 18th harmonic (600 MHz): 0.00078 V
これらの値から、n次高調波成分に対する(n/2)次高調波成分の信号強度比R((n/2)次高調波成分での電圧/n次高調波成分での電圧)を求めると、次のようになる。
入力波形1での信号強度比R 3.66
入力波形2での信号強度比R 8.33
求められた信号強度比Rは、2以上であり、条件2を満たす。即ち、入力波形1,2で高調波の次数nを20近辺に設定することで、次数(n/2=10)の高調波成分での放射の抑制が有効となる。
なお、条件2が満たされれば、仮に条件1が満たされていなくても、(n/2)次の高調波成分での放射の抑制が有効であることには変わりない。
From these values, the signal intensity ratio R of the (n / 2) th harmonic component to the nth harmonic component (voltage at the (n / 2) th harmonic component / voltage at the nth harmonic component) is obtained. And the following.
Signal intensity ratio R in
Signal strength ratio R at input waveform 2 R 8.33
The obtained signal intensity ratio R is 2 or more and satisfies the
If the
以上のように、次数nが20以上の場合、(n/2)次付近での高調波成分による放射の抑制が有効となる。なお、次数nが20より多少小さい場合、例えば、15以上の範囲でも(n/2)次付近での高調波成分での放射の低減が有効である。
ここで、次数nを大きくしてゆくと、次数(n/2)での信号強度自体が小さくなり、(n/2)次の放射の抑制自体が不要となる可能性がある。
これを考えると、実用的な範囲での次数nとして、例えば、15以上、かつ25以下を挙げることができる。
As described above, when the order n is 20 or more, suppression of radiation by harmonic components in the vicinity of the (n / 2) order is effective. When the order n is slightly smaller than 20, for example, even in the range of 15 or more, it is effective to reduce the radiation with the harmonic component near the (n / 2) order.
Here, when the order n is increased, the signal intensity itself at the order (n / 2) is reduced, and there is a possibility that the suppression of the (n / 2) order radiation itself is not necessary.
Considering this, the order n in a practical range can be, for example, 15 or more and 25 or less.
・結合長Lcoupが短すぎると、λ/4共振によって放射が低減される周波数帯が高周波に移行して、放射を低減したい周波数よりも周波数が高くなり、放射低減効果が小さくなる可能性がある。
また、分岐配線31,33の長い方の配線長Lallに比べて結合長Lcoupが短か過ぎると、結合することにより電磁界分布が閉じる領域が短い。このため、リターン電流のアンバランスの影響が出てくるので、不要放射ノイズ低減効果が小さい。そのため、結合長Lcoupが総配線長Lallの1/2より長い場合に、不要放射ノイズ低減効果が出てくる。即ち、式(4)で表される関係であることが望ましい。
Lcoup>Lall/2 …(4)
・ If the coupling length L coup is too short, the frequency band in which the radiation is reduced by λ / 4 resonance shifts to a high frequency, the frequency becomes higher than the frequency at which the radiation is desired to be reduced, and the radiation reduction effect may be reduced. is there.
If the coupling length L coup is too short compared to the longer wiring length L all of the branch wirings 31 and 33, the region where the electromagnetic field distribution is closed by the coupling is short. For this reason, the effect of unbalance of the return current appears, and the effect of reducing unnecessary radiation noise is small. Therefore, when the coupling length L coup is longer than ½ of the total wiring length L all, an effect of reducing unnecessary radiation noise appears. That is, it is desirable that the relationship is expressed by the formula (4).
L coup > L all / 2 (4)
上記を確かめるために、結合長Lcoupが配線長Lallの9/10の場合(図1)、7/10の場合(図23)、5/10の場合(図24)について、結合しなかった場合(図3〜図5)と3m法での放射強度を比較する。
その結果、結合長Lcoupが配線長Lallの9/10の場合(図14)、7/10の場合(図25)については折り返しがある方が低周波側における放射強度が低減している。しかし、5/10の場合(図26)については低周波側における放射強度が増大している。上記により式(4)が確かめられた。
To confirm the above, the coupling length L coup is 9/10 of the wiring length L all (FIG. 1), 7/10 (FIG. 23), and 5/10 (FIG. 24). The radiation intensity in the 3m method is compared with the case (FIGS. 3 to 5).
As a result, when the coupling length L coup is 9/10 of the wiring length L all (FIG. 14) and 7/10 (FIG. 25), the radiation intensity on the low frequency side is reduced when there is a turn. . However, in the case of 5/10 (FIG. 26), the radiation intensity on the low frequency side is increased. From the above, the formula (4) was confirmed.
(5)共振周波数の予測
λ/2共振やλ/4共振が起こる周波数を予測できると有効である。簡単には(2)の式を満たす場合にλ/2となる共振が起こる。しかし、実際は信号配線31,33のカップリング効果により、もっと低い周波数で共振が起こる。そのため、結合長と特性インピーダンスの関係をシミュレーションにより求める。配線基板10(図1)における分岐前の信号用パッド35とグラウンド用パッド46の間での特性インピーダンスZをSPICEによるシミュレーションにより求める。反射特性Z11を求め、それらの位相を図27に示す。
(5) Prediction of resonance frequency It is effective to predict the frequency at which λ / 2 resonance or λ / 4 resonance occurs. In brief, resonance satisfying λ / 2 occurs when the expression (2) is satisfied. However, in reality, resonance occurs at a lower frequency due to the coupling effect of the
図27より、周波数が十分低い場合には、位相が−100度程度以下である。結合長Lcoupが115mmの場合、周波数320MHzでλ/4共振(位相が80度程度)が起こり、590MHzでλ/2共振(2回目の−100度)が起こっている。また、結合長132mmの場合、周波数260MHzでλ/4共振(80度)が起こり、周波数550MHzでλ/2共振(2回目の−100度)が起こっている。
EMIが増大するλ/2共振の低周波化を抑制するためには、結合長が短い115mmを選択するとよい。このように、結合長により周波数特性が異なるので、実際に使用する場合は特性インピーダンスをシミュレーションし、EMI低減効果が起こる周波数、あるいは、EMIが増大する周波数も予測し、EMIが増大する周波数でのノイズ源をなくすことは有効である。
From FIG. 27, when the frequency is sufficiently low, the phase is about −100 degrees or less. When the coupling length L coup is 115 mm, λ / 4 resonance (phase is about 80 degrees) occurs at a frequency of 320 MHz, and λ / 2 resonance (second time of −100 degrees) occurs at 590 MHz. When the coupling length is 132 mm, λ / 4 resonance (80 degrees) occurs at a frequency of 260 MHz, and λ / 2 resonance (second time of −100 degrees) occurs at a frequency of 550 MHz.
In order to suppress the low frequency of λ / 2 resonance in which EMI increases, it is preferable to select 115 mm having a short coupling length. As described above, since the frequency characteristics vary depending on the coupling length, when actually used, the characteristic impedance is simulated, the frequency at which the EMI reduction effect occurs, or the frequency at which the EMI increases is predicted, and at the frequency at which the EMI increases. It is effective to eliminate the noise source.
(第2の実施形態)
図28は、本特許の第2の実施形態に係る配線基板10dを表す模式図である。本図では、入力部に高調波成分を抑制するチップ部品(高周波抑制部品)38を挿入している。このチップ部品としては、抵抗、インダクタ(例えば、フェライトビーズ・インダクタ)、LCフィルタなどが考えられる。高周波抑制部品38により、λ/2共振の起こる高調波成分を抑制すればよい。このときの基準周波数fλ/2は、式(3)より、次の式で表される。
fλ/2=c/(√εr・2・Lcoup)
(Second Embodiment)
FIG. 28 is a schematic diagram showing a
f λ / 2 = c / (√ε r · 2 · L coup )
既述のように、高調波成分を低減するには、例えば、図29のように少なくとも基準周波数fλ/2の付近で特性インピーダンスZが増大する特性を持つチップ部品が望ましい。
高周波抑制部品38の挿入前の入力波形(入力波形1)を図30に示す。次に、高調波抑制チップ部品挿入後の入力波形(入力波形2)を図31に示す。図32、図33はそれぞれ、入力波形1、2をFFT変換(Fast Fourier Transform)した結果を示すグラフである。
周波数400MHzでの高調波成分の信号強度は、図32の場合が図33の場合よりも30倍大きくなっている。図34より、400MHzでの放射強度は、入力波形1では55[dBμV/m]で、入力波形2では35[dBμV/m]である。
As described above, in order to reduce the harmonic component, for example, a chip component having a characteristic that the characteristic impedance Z increases at least in the vicinity of the reference frequency fλ / 2 as shown in FIG. 29 is desirable.
FIG. 30 shows an input waveform (input waveform 1) before insertion of the high-
The signal intensity of the harmonic component at a frequency of 400 MHz is 30 times larger in the case of FIG. 32 than in the case of FIG. From FIG. 34, the radiation intensity at 400 MHz is 55 [dBμV / m] in the
・放射強度が規制値を超えないための条件
配線基板10の信号配線31,33からの遠方界での放射強度が規制値を超えないための条件について述べる。
一般に、長さLの一対の導線が間隔s0で並列に配置され、周波数fで互いに逆向きの電流IDが流れている場合を考える。この一対の導線から距離dの地点(測定点)における放射強度(電界強度)の最大値Ed,maxは、以下の式(5)で表される(参考文献: Clayton R.Paul,”EMC概論”,ミマツデータシステム,1996年2月、p435〜p437)。
|Ed,max|=6.316×10−14・ID・f2・L・s0/d ……(5)
-Conditions for the radiation intensity not exceeding the regulation value Conditions for the radiation intensity in the far field from the
In general, a case is considered in which a pair of conducting wires having a length L are arranged in parallel at an interval s0, and currents ID flowing in opposite directions are flowing at a frequency f. The maximum value E d, max of the radiation intensity (electric field strength) at a point (measurement point) at a distance d from the pair of conductors is expressed by the following equation (5) (reference: Clayton R. Paul, “EMC”). "Introduction", Mimatsu Data System, February 1996, p435 to p437).
| E d, max | = 6.316 × 10 −14 · I D · f 2 · L · s0 / d (5)
この式(5)を図1の配線基板10の信号配線31,33のいずれか一方からの放射強度に適用することを考える。
配線基板10では、信号配線31,33とグラウンド41とが対向していることから、グラウンド41によるミラー効果(鏡像効果)が生じる。グラウンド41を挟んで信号配線31,33の鏡像が出現することから、この鏡像も放射強度の最大値Ed,maxに影響を与える。即ち、式(5)は信号配線31,33のいずれかと、その鏡像によって発生する電界強度の算出に用いることができる。
It is considered that this equation (5) is applied to the radiation intensity from one of the
In the
配線基板10は信号配線31,33およびこれらの鏡像の計4本の信号配線を有する。これに対し、式(5)は2本の導線(配線)によって生じる電界の強度を表すものであり、信号配線31,33およびその鏡像の必ずしも正確なモデルであるとはいえない。
しかしながら、式(5)は配線基板10からの放射強度の目安として用いることが可能である。既述のように、配線基板10では、信号配線31,33を並列に配置することで放射強度(電界強度)の低下を図っている。このため、配線基板10からの電界強度は、式(5)で算出される電界強度より小さくなる。即ち、式(5)の電界強度値は、条件が悪い場合における配線基板10からの電界強度の目安として用いることが可能となる。
The
However, equation (5) can be used as a measure of the radiation intensity from the
信号配線31とグラウンド41間の距離(基板12の厚さ)Sk、基板12の比誘電率εrから、信号配線31とその鏡像との距離s0は次の式で表される。
s=sk ×√ε×2
この式を式(6)に代入すると、次の式(6)が導かれる。
|Ed,max|=2.632×10−14・ID・f2・L・√εr・sk/d …(6)
このとき、式(7)での導線の長さLは、配線長Lall(図1の分岐配線31の端から端までの水平方向の長さ)に対応する。
From the distance (thickness of the substrate 12) S k between the
s = s k × √ε × 2
Substituting this equation into equation (6) leads to the following equation (6).
| E d, max | = 2.632 × 10 −14 · I D · f 2 · L · √ε r · s k / d (6)
At this time, the length L of the conducting wire in Expression (7) corresponds to the wiring length L all (the length in the horizontal direction from end to end of the
電界強度|Ed,max|を電界強度の規制値Eregの1/10にするには、次の式(7)を満たす必要がある。
ID<(d・Ereg/10)/(2.632×10−14・f2・L・√εr・sk)
……(7)
In order to set the electric field intensity | E d, max | to 1/10 of the electric field intensity regulation value E reg , it is necessary to satisfy the following formula (7).
I D <(d · E reg /10)/(2.632×10 −14 · f 2 · L · √ε r · s k )
...... (7)
40dBμV/mの電界強度規制値Eregは、その定義より、100μV/mに相当する。この電界強度規制値Eregの1/10の20dBμV/m(=10μV/m)以下に、配線基板10からの電界強度を抑制することを考える。信号配線31の長さLを0.12m、基板12の厚さSkを180μm、基板12の比誘電率εrを4.8、クロック信号の周波数fを400MHz、測定点までの距離dを3mとする。このとき、電流値IDが次の式(8)を満たせば、電界強度|Ed,max|は40dBμV/mの電界強度規制値Eregに比べて十分小さくなる。
ID≦0.015mA ……(8)
The electric field strength regulation value E reg of 40 dB μV / m corresponds to 100 μV / m by its definition. It is considered that the electric field intensity from the
I D ≦ 0.015 mA (8)
次に、n次高調波成分のFFTの振幅を解析式より求める。クロック信号のn次高調波成分の振幅Cnは次の式(9)で表される(前述の参考文献の頁385参照)。
Cn=A・(τ/T)・sin(n・ω0・τ/2)・sin(n・ω0・τr/2)/(n2・ω02・τ・τrf/4)
……(9)
ここで、このクロック信号の立ち上がり時間τr、立下り時間τf、立下り時間τrと立ち上がり時間τfの平均値τrf、周期T、パルス幅(波形振幅の50%の点の間隔)τとする。
Next, the FFT amplitude of the nth-order harmonic component is obtained from an analytical expression. The amplitude C n of the nth-order harmonic component of the clock signal is expressed by the following equation (9) (see page 385 of the aforementioned reference).
C n = A · (τ / T) · sin (n · ω0 · τ / 2) · sin (n · ω0 · τ r / 2) / (n 2 · ω0 2 · τ · τ rf / 4)
...... (9)
Here, the rising time τ r , the falling time τ f , the average value τ rf of the falling time τ r and the rising time τ f , the period T, and the pulse width (interval of 50% of the waveform amplitude) of this clock signal Let τ.
入力波形1において、τr=τf=6ns、周期T=30ns、パルス幅τ=16ns、入力振幅3Vとすると、400MHzは12次高調波となり、周波数成分cnは次のように表される。
c12(波形1)=0.009V …(11)
また、入力波形1において、τr=τf=14ns、周期T=30ns、パルス幅τ=15ns、入力振幅3Vとすると、400MHzは12次高調波となり、周波数成分cnは次のように表される。
c12(波形1)=0.00026V …(12)
In the
c 12 (Waveform 1) = 0.409V (11)
In the
c 12 (Waveform 1) = 0.00026 V (12)
配線31での電流ID、電圧VD、特性インピーダンスZの関係は次の式で表される。
ID=VD/z
この式を用いて、式(11)、(12)を電流値で表現し、配線の特性インピーダンスZを50Ωとすると、以下の式(11)、(12)が導かれる。
I12(波形1)=0.18mA …(13)
I12(波形2)=0.005mA …(14)
The relationship between the current I D , voltage V D , and characteristic impedance Z in the
I D = V D / z
Using this formula, when formulas (11) and (12) are expressed by current values and the characteristic impedance Z of the wiring is 50Ω, the following formulas (11) and (12) are derived.
I 12 (waveform 1) = 0.18 mA (13)
I 12 (Waveform 2) = 0.005 mA (14)
これら式(13)、(14)より、40dBμV/mの電界強度規制値Eregの1/10の20dBμV/mにする条件は、式(9)より波形1では満たされないが、波形2では満たされている。波形2では、IC入力部への高周波抑制部品38の付加によって波形を鈍らせることが電界強度の低減に有効である。
From these formulas (13) and (14), the condition of 20 dBμV / m, which is 1/10 of the electric field strength regulation value E reg of 40 dBμV / m, is not satisfied by
n次高調波の周波数n・fckにおいて配線31、33からの放射電界を電界強度規制値Eregの1/10以下にするには配線31、33での電流IDが式(7)を満たす必要がある。このとき、折り返し配線31,33の結合長Lcoupがλ/2となる周波数以下であると、放射は増大しない。そのためには、前述の式(3)が満たされればよい。
In order to reduce the radiated electric field from the
以上のように、分岐配線を持つ配線基板において、分岐端で信号配線を折り返す。この結果、隣接配線の高周波電流の向きが逆となり、互いの電磁界が遠方界で打ち消すように働くことで、放射を低減できる。結合長がλ/4共振のときには、分岐配線によるグラウンド面の電流分布の偏りを低減することで、不要放射ノイズをより低減できる。なお、信号配線の高調波成分を結合長がλ/2共振を起こす周波数に到達させないことが好ましい。 As described above, in the wiring board having the branch wiring, the signal wiring is folded at the branch end. As a result, the direction of the high-frequency current in the adjacent wiring is reversed, and the radiation can be reduced by acting so that the mutual electromagnetic fields cancel each other in the far field. When the coupling length is λ / 4 resonance, unnecessary radiation noise can be further reduced by reducing the bias of the current distribution on the ground plane due to the branch wiring. It is preferable that the harmonic component of the signal wiring does not reach the frequency at which the coupling length causes λ / 2 resonance.
(その他の実施形態)
本発明の実施形態は上記の実施形態に限られず拡張、変更可能であり、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
例えば、上記実施形態では、配線基板の層数を2としているが、層数が3以上でも本発明の適用が可能である。
(Other embodiments)
Embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and can be expanded and modified. The expanded and modified embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
For example, in the above embodiment, the number of layers of the wiring board is 2, but the present invention can be applied even if the number of layers is 3 or more.
10…配線基板、11,12…基板、13…保護層、21…受信側IC、22…信号用パッド、23…グラウンド用パッド、24…グラウンド面、25,31,33,34…信号配線、26…グラウンド配線、27…ビア、32…接続部、35…コネクタ側信号用パッド、41-43…グラウンド面、44,45…配線、46…コネクタ側グラウンド用パッド、47〜49…間隙
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記平板電極上に配置される絶縁基板と,
前記絶縁基板上に配置される第1の配線と,
前記絶縁基板上に前記第1の配線と略平行に配置される第2の配線と,
前記第2の配線の異なる箇所に接続される複数の第3の配線と,を具備し,
前記第2の配線と前記複数の第3の配線の複数の接続箇所の端において,前記第1,第2の配線が,折り返して接続され,
前記第1,第2の配線間の距離Sが,前記第1,第2の配線の幅Wの2倍(2・W)よりも小さく(S<2・W),
前記第1,第2の配線の結合長L coup が,前記第1,第2の配線によって伝達される信号のクロック周波数f ck ,前記絶縁基板の比誘電率ε r ,自然数n,光速cから算出される値[c/(2・n・f ck ・√ε r )]より小さく(L coup <[c/(2・n・f ck ・√ε r )]),
前記結合長L coup が,前記第1,第2の配線の長い方の線路長L all の1/2(L all /2)より大きい(L coup >L all /2)
ことを特徴とする配線基板。 A plate electrode;
An insulating substrate disposed on the plate electrode;
A first wiring disposed on the insulating substrate;
A second wiring which is disposed the first and substantially parallel lines on the insulating substrate,
A plurality of third wirings connected to different portions of the second wiring ;
At the ends of a plurality of connection locations of the second wiring and the plurality of third wirings, the first and second wirings are folded and connected,
The distance S between the first and second wirings is smaller than twice the width W of the first and second wirings (2 · W) (S <2 · W);
The coupling length L coup of the first and second wirings is derived from the clock frequency f ck of the signal transmitted by the first and second wirings, the relative dielectric constant ε r of the insulating substrate , the natural number n, and the speed of light c. Smaller than the calculated value [c / (2 · n · f ck · √ε r )] (L coup <[c / (2 · n · f ck · √ε r )]),
The coupling length L coup is larger than 1/2 (L all / 2) of the longer line length L all of the first and second wirings (L coup > L all / 2).
A wiring board characterized by that.
ことを特徴とする請求項1記載の配線基板。 Wiring board according to claim 1 Symbol placing the natural number n, characterized in that 15 or more.
をさらに具備することを特徴とする請求項1記載の配線基板。 The wiring board according to claim 1, further comprising: a harmonic suppression element that suppresses a predetermined harmonic component of a signal that is connected to the first wiring and transmitted on the first wiring. .
ことを特徴とする請求項3記載の配線基板。 The harmonic suppression element includes a reference frequency [c / (√ε r · 2 · L] calculated from the coupling length L coup of the first and second wirings, the relative dielectric constant ε r of the insulating substrate, and the speed of light c. wiring board according to claim 3 Symbol mounting, characterized in that impedance increases in the vicinity of the coup)].
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