JP4433882B2 - ノイズ放射抑制メモリモジュール - Google Patents

Description

本発明は、消費電力低減回路に関し、特にコンピュータ装置、その他電子装置のノイズ放射（EMI）抑制回路に関する。

従来、この種のメモリモジュールは、コンピュータ装置において、記憶回路として用いられている。一般に、記憶回路を構成するメモリモジュールは、信号層、電源層及びグランド層から成る多層プリント基板にメモリが実装された構成である。これらのメモリモジュールにおいては、信号層に流れるノイズ電流によるノイズ放射または電源層に重畳したノイズ電流によるノイズ放射を抑制するために、信号層または電源層では、信号配線または電源パターンをプリント基板の大きさより狭い範囲で設計し、プリント基板周囲の空いたスペースにグランドパターンを設ける周囲グランド設計がなされている。

具体的には、例えば図３に示すメモリモジュールのように、信号層または電源層５１は、信号配線または電源パターン５２と周囲グランドパターン５３から構成され、グランド層５４は全面グランドパターンで構成されている。また、周囲グランドパターン５３とグランド層５４は接続ビア位置５５、５６でビア接続されている。

このほか、特許文献１には、プリント基板の外周に沿ってグランドパターンを設けた構造ではあるが、導電性筐体と、このグランドパターンが接続された構造が開示されている。
特開昭６２−０１８７９８号公報

しかしながら、これらのメモリモジュールが装置に搭載され回路動作すると、装置グランドとメモリモジュールグランド間のインピーダンスにより、メモリモジュールグランドに回路動作による高周波電流がノイズ電流として重畳する。この重畳したノイズ電流は、接続ビアを介して信号層または電源層の周囲グランドに流れる。これは、グランドを地導体、接続ビアを給電点、周囲グランドを放射素子として構成される平面アンテナとして動作し、ノイズがこの平面アンテナから放射される。

これにより、この周囲グランドから放射されるノイズにより、メモリモジュールを搭載した装置がEMI規格を満足できなくなる恐れがあり、また、装置正常動作を満足できなくなる場合がある。

この点を具体的に、図４を用いて説明する。

図４は、図３に示したような従来の周囲グランドを設けた信号層または電源層パターン及び全面グランドパターンで構成されたグランド層とを１つの接続ビアで接続してなるメモリモジュールの断面図である。グランドに重畳したノイズ電流は、接続ビア６１を給電点として信号層または電源層の周囲グランド６２に流れる。ここで、平面アンテナとして動作する場合、基本モードとしてTM_１００波（Transverse magnetic wave）を考える。周囲グランド６２と、地導体として機能するグランド層６３間の両端部には電界６４及び６５が分布し、電界の向きは図で示されるように電界６４と電界６５は相反する向きを示す。

よって、この周囲グランドから放射されるノイズにより、メモリモジュールを搭載した装置がEMI規格を満足できなくなる恐れがあり、また装置正常動作を満足できなくなる場合がある。

図５、６は、従来のメモリモジュールを装置に搭載し、放射ノイズを測定したデータの一例を示すものである。図５は、水平軸に設定したアンテナで測定したデータ、図６は垂直軸に設定したアンテナで測定したデータである。

１つのビアで接続された周囲グランドを持つプリント基板を用いたメモリモジュールと周囲グランドを持たないプリント基板を用いたメモリモジュールそれぞれを装置へ搭載し、比較した特性である。図の縦軸は中央を０ｄBとし、プラス側が周囲グランドを持つプリント基板を用いたメモリモジュールの方が、放射ノイズレベルが大であることを示している。水平軸、垂直軸とも周波数aにおいて１０ｄB以上、周囲グランドを持つプリント基板を用いたメモリモジュールの方が、放射ノイズが大となっていることが示されている。

また、図７、８は、従来のメモリモジュールを装置に搭載した場合のプリント基板端部における磁界強度を示したデータである。

図７は、端部に水平な磁界強度、図８は、端部に垂直な磁界強度を示している。

図の縦軸は中央を０ｄBとし、プラス側が周囲グランドを持つプリント基板を用いたメモリモジュールが磁界強度大であることを示している。図７、８とも広帯域において、周囲グランドを持つプリント基板を用いたメモリモジュールの方が、磁界強度が大となっていることが示されている。

さらに、図９は、図３及び図４に示した従来技術のメモリモジュール用プリント基板構造の電磁界シミュレーションを行い、電界強度を計算したデータの一例を示したものである。

図９の縦軸は、電界強度を示すものであり、横軸はグランド層からの距離を示すものである。

従来のメモリモジュール用プリント基板では、いずれの高さ位置においても比較的電界強度が高いことが示されている。

本発明の目的は、周囲グランドが平面アンテナとして動作しないプリント基板回路を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、メモリモジュールを搭載した装置がEMI規格を満足するノイズ放射特性を持つメモリモジュールを提供することにある。

さらには、本発明の他の目的は、メモリモジュールを搭載した装置が正常動作を実現するノイズ放射特性を持つノイズ放射抑制メモリモジュールを提供することにある。

上記課題を解決するための本発明のノイズ放射抑制メモリモジュールは、信号層、電源層及びグランド層から成る多層プリント基板を用いたメモリモジュールにおいて、信号層または電源層に設けた周囲グランドパターンとグランド層を少なくとも１個のビアで接続し、他の信号層または電源層に設けた周囲グランドパターンとグランド層を少なくとも１個のビアで接続してなり、前記各ビアは、前記信号層または電源層とグランド層とをビアにより接続したことにより生じる電界と、前記他の信号層または電源層とグランド層とをビアにより接続したことにより生じる電界とが、相互に打ち消し合うものとなる位置に配置されていることを特徴とする。

上記課題を解決するための本発明のノイズ放射抑制メモリモジュールは、信号層、電源層及びグランド層から成る多層プリント基板を用いたメモリモジュールにおいて、信号層または電源層に設けた周囲グランドパターンとグランド層を１個のビアで接続し、他の信号層または電源層に設けた周囲グランドパターンとグランド層を１個のビアで接続し、２個のビアの位置がグランド層において、相対する端部に設けられたことを特徴とする。

上記発明においては、信号層、電源層及びグランド層から成る多層プリント基板を用いたメモリモジュールにおいて、信号層または電源層に設けた周囲グランドパターンとグランド層が、平面アンテナとして働きノイズ放射することを抑制してもよい。

本発明によれば、信号層または電源層の周囲グランドと接続ビア及びグランド層で構成される平面アンテナが動作し、生じる電界の向きが、他の信号層または電源層の周囲グランドと接続ビア及びグランド層で構成される平面アンテナが動作し、生じる電界の向きと相反することにより打ち消し合うため、信号層または電源層に設けた周囲グランドからノイズ放射が抑制される。

また、本発明によれば、メモリモジュールに起因するノイズが信号層または電源層の周囲グランドからのノイズ放射抑制により低減されるため、当該メモリモジュールを搭載した装置がEMI規格を満足できる。

さらに、本発明によれば、メモリモジュールに起因するノイズが信号層または電源層の周囲グランドからのノイズ放射抑制により低減されるため、当該メモリモジュールを搭載した装置の正常動作を実現できる。

次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。

まず、図１を用いて、EMIメモリモジュール用多層プリント基板の構造について説明する。

図１は、本発明のノイズ放射抑制メモリモジュール用多層プリント基板の信号層または電源層パターン及びグランドパターン図の一実施形態を示したものである。

図１に示す実施形態においては、ノイズ放射抑制メモリモジュール用多層プリント基板は、信号層または電源層１、他の信号層または電源層４、グランド層７から構成されている。

そして、信号層または電源層１は、信号配線または電源パターン２と周囲グランドパターン３から構成されており、他の信号層または電源層４は、信号配線または電源パターン５と周囲グランドパターン６から構成されている。グランド層７は、全面グランドパターンで構成されている。また、信号層または電源層１の周囲グランドパターン３は、接続ビア位置８、９で接続されており、他の信号層または電源層４の周囲グランドパターン６は、接続ビア位置１０、１１で接続されている。

次に、図２を用いて本発明に係るノイズ放射抑制メモリモジュール用多層プリント基板について説明する。

図２は、図１に示した各パターンにより形成された本発明に係るノイズ放射抑制メモリモジュール用多層プリント基板の一実施形態の断面図である。

図１と同様に、信号層または電源層２１は、信号配線または電源パターン２２と周囲グランドパターン２３で構成されており、他の信号層または電源層２４は、信号配線または電源パターン２５と周囲グランドパターン２６で構成されている。グランド層２７は、全面グランドパターンで構成されている。また、周囲グランドパターン２３とグランド層２７は、接続ビア２８で接続されており、周囲グランドパターン２６とグランド層２７は、接続ビア２９で接続されている。

周囲グランドパターン２３、２６とグランド層２７は、それぞれ接続ビア２８と接続ビア２９によって接続されているが、各接続ビア２８、２９の位置は、グランド層において、相対する端部とされている。

接続ビア２８を給電点、周囲グランドパターン２３を放射素子として構成される平面アンテナの動作により、地導体としてのグランド層２７と周囲グランドパターン２３間に分布する電界３０、３１は図に示すように相反する向きである。

また、接続ビア２９を設置することによって、接続ビア２９を給電点、周囲グランドパターン２６を放射素子として構成される平面アンテナの動作により、地導体としてのグランド層２７と周囲グランドパターン２６間に分布する電界３２、３３は基板の両端部において図に示すように相反する向きであり、かつ前記接続ビア２８、周囲グランドパターン２３による前述の平面アンテナにおける電界３０、３１とは、基板の各端部において相反する向きである。

よって、上述の二つの平面アンテナ動作により、電界３０と電界３３は相反する向きにより打ち消し合い、電界３１と電界３２は相反する向きにより打ち消し合う。

つまり、接続ビア２８と接続ビア２９の位置は、グランド層において、相対する端部に設けられているため、それぞれの電界が打ち消し合うことにより平面アンテナとして動作せず、周囲グランドによるプリント基板からのノイズ放射は抑制される。

なお、本発明において、グランド層と、各信号層または電源層の周囲グランドパターンとを接続する各ビアの配置位置としては、少なくとも前記したような平面アンテナの動作により生じる電界が、相互に打ち消し合うものとなるものであれば、図１及び図２に示した実施形態におけるような、グランド層の相対する端部に特に限定されるものではない。

例えば、第１の信号層または電源層の周囲グランドパターンとグランド層とを接続する第１の接続ビアを他の信号層または電源層の周囲グランドパターンとグランド層とを接続する第２の接続ビアとが、グランド層の中心点を中心として点対称となる、あるいは、グランド層の中心線を中心として線対称となる任意の位置に配置することが可能である。

また、上述した第１の接続ビア及び第２の接続ビアはそれぞれ１つである必要はなく、複数個のものとすることができ、さらに第１の接続ビアの数と、第２の接続ビアの数とは、上述したような電界が総合に打ち消し合う関係が満たされるように各接続ビアを配置することが可能である限り、相互に異なる数とされることも可能である。

なお、本明細書において、「グランド層の端部」とは、信号層または電源層に設けられる周囲グランドパターンの幅等との関係によっても左右されるため、特に限定されるものではないが、例えば、グランド層の各辺よりその辺長の１０％程度、より好ましくは５％程度中心側に入った位置辺りまでの領域である。

次に、本発明のメモリモジュールを用いた場合の磁界強度について説明する。
図１０は、図１及び図２に示した本発明のメモリモジュール用プリント基板構造の電磁界シミュレーションを行い、電界強度を計算したデータの一例を示すものである。

図１０の縦軸は、電界強度を示すものであり、横軸はグランド層からの距離を示すものである。

ここで、従来のメモリモジュール用プリント基板構造の電磁界シミュレーションを行い、電界強度を計算したデータの一例である図９と比較してみる。

例えば、図９と図１０のそれぞれグランド層からの高さ４０ｍｍの位置で比較すると、図９の場合の電界強度よりも図１０の電界強度の方が、２０ｄｂ以上低下しており、全体的に電界強度が低減していることが示されている。

よって、接続ビアを本発明に係る所定位置に設けることにより、電界強度が低減することがわかる。

上述したように、本発明において、周囲グランドによるノイズ放射が抑制されることにより、ノイズ放射抑制メモリモジュールが実現でき、当該メモリモジュールを装置に搭載した場合、装置EMI規格が満足できるノイズ放射特性を実現できる。

さらに、当該メモリモジュールの装置搭載により、メモリモジュールに起因したノイズ放射を抑制でき、ノイズ要因とならない装置正常動作を実現できる。

本発明は、メモリモジュール用プリント回路基板以外の多層プリント回路基板と
しての用途にも適用できる。

本発明の実施の形態のプリント基板パターン図である。 図１のプリント基板の断面図である。 従来のプリント基板パターン図である。 図３のプリント基板の断面図である。 水平軸アンテナにより測定した放射ノイズ特性を示す図である。 垂直軸アンテナにより測定した放射ノイズ特性を示す図である。 プリント基板端部の水平軸の磁界強度特性を示す図である。 プリント基板端部の垂直軸の磁界強度特性を示す図である。 従来のプリント基板の電界強度を示す図である。 本発明のプリント基板の電界強度を示す図である。

符号の説明

１ 信号層または電源層
２、５、２２、２５、５２ 信号配線または電源パターン
３、６、２３、２６、５３、６２ 周囲グランドパターン
４ 他の信号層または電源層
７、２７、５４、６３ グランド層
８、９、１０、１１、５５、５６ 接続ビア位置
２８、２９、
６１ 接続ビア

Claims (5)

1. 信号層、電源層及びグランド層から成る多層プリント基板を用いたメモリモジュールにおいて、
   信号層または電源層に設けた周囲グランドパターンとグランド層とを接続する少なくとも１つのビアと、他の信号層または電源層に設けた周囲グランドパターンとグランド層とを接続する少なくとも１つのビアとを備え、
   前記信号層または電源層の周囲グランドパターンとグランド層とを接続するビアと、前
   記他の信号層または電源層の周囲グランドパターンとグランド層とを接続するビアとが、前記グランド層の中心点を中心として点対称、又は、グランド層の中心線を中心として線対称となる位置に配置されていることを特徴とするノイズ放射抑制メモリモジュール。
2. 前記信号層または電源層の周囲グランドパターンとグランド層とを接続するビアと、前
   記他の信号層または電源層の周囲グランドパターンとグランド層とを接続するビアとが、前記グランド層の端部に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のノイズ放射抑制メモリモジュール。
3. 前記グランド層の端部は、前記グランド層の各辺より辺長の１０％程度中心側に入った位置であることを特徴とする請求項２に記載のノイズ放射抑制メモリモジュール。
4. 前記グランド層の端部は、前記グランド層の各辺より辺長の５％程度中心側に入った位置であることを特徴とする請求項２に記載のノイズ放射抑制メモリモジュール。
5. 信号層または電源層、他の信号層または電源層、及びグランド層の順で配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のノイズ放射抑制メモリモジュール。

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