JP4587603B2

JP4587603B2 - 電子装置

Info

Publication number: JP4587603B2
Application number: JP2001175187A
Authority: JP
Inventors: 孝直井; 道治山田
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2001-06-11
Filing date: 2001-06-11
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2021-06-11
Also published as: JP2002368358A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子装置のノイズを低減する回路技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子装置として、導電性のパターンが形成された配線基板に部品を実装してなる構成のものが広く用いられている。かかる電子装置に、クロック信号のような交流信号を発生する部品が実装されている場合には、交流信号に基因したノイズ信号が発生するおそれがある。このノイズ信号により、部品内部や配線用のパターンに電流が流れると、磁気ノイズが発生し、他の部品の作動に影響を与えるおそれがある。また、配線用のパターン等からの輻射ノイズを誘因する。
【０００３】
従来、電子装置におけるノイズ対策として、ノイズ信号が伝送するパターンの途中にフィルタ回路を挿入することがなされているが、その分、配線基板に実装する部品の数が多くなり、電子装置を大型にしてしまう。また、ノイズが影響しやすい部品やノイズの影響を特に防止する必要のある部品を、磁気ノイズを発生する部品から離して配置したり、部品の向きを工夫したりしてきたが、今日の電子装置の部品の実装密度は相当高くなっており、部品の配置や向きはそれほど自由にならず、ノイズが影響しない部品の配置や向きとすることは、必ずしも容易ではない。
【０００４】
特公平５−４６６６１号公報、特開平１０−１１６５９４号公報には、無電極蛍光ランプの励磁コイルの外周にリング状の導体を配置して、励磁コイルの磁界を相殺するようにリング状導体に誘導電流を流すようにしたものがあり、これを配線基板に実装される部品に適用して、部品にリング状の導体を取り付けることが考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特公平５−４６６６１号公報、特開平１０−１１６５９４号公報のように、部品にリング状の導体を取り付けると、その分、部品が複雑化する。また、今日の電子装置の部品は格段に小型化が進んでおり、部品の外周にリング状の導体を取り付けるのは必ずしも容易ではない。このため、部品のコストが大幅に上昇することになり、部品をシールドケース付きとするのと何ら変わるところがない。
【０００６】
また、交流信号が発生する部品からノイズ信号がパターンに漏洩して電流が流れた場合には、パターンで区画される内側の領域で当該部品の外側に交流磁界が形成される。かかる交流磁界に対しては、交流信号が発生する部品にリング状の導体を取り付けてもノイズ低減効果を奏しない。
【０００７】
本発明は前記実情に鑑みなされたもので、簡単な手段で磁気ノイズ等のノイズを低減することのできる電子装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明では、導電性のパターンが形成された配線基板に部品を実装して回路を形成した電子装置において、
前記配線基板に、交流回路上閉じたループ状のパターンを、配線基板を板厚方向に貫通する交流磁界を発生してノイズ源となる回路を囲むように形成する。
そして、前記ループ状パターンの途中には、共振周波数を調整する共振周波数調整素子としてインダクタを挿入して、前記ループ状パターンの共振周波数を、前記交流磁界の周波数と略一致せしめたノイズ防止パターンとする。
【０００９】
前記交流磁界が発生すると、該交流磁界を発生する回路を囲むループ状パターンに、交流磁界を相殺するように電流が流れ、磁気ノイズを低減することができる。この電流の向きは交流磁界を生成する電流とは逆向きであるから、輻射ノイズも低減することができる。配線基板にパターンを形成するだけでよいから、製造が簡単である。
さらに、共振作用により、ループ状パターンに、前記交流信号に基因して生成する交流磁界のレベルに見合う十分に大きな電流が流れ、磁気ノイズを効率よく低減することができる。この時、共振周波数調整素子により、ループ状パターンの線路長によらずに、ループ状パターンの共振周波数を前記交流磁界の周波数に一致せしめることができ、ループ状パターンの形状の自由度が広がる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、請求項１の発明の構成において、前記ループ状パターンを、前記配線基板を縁取るように形成する。
【００１１】
単一のループ状パターンで配線基板上に形成されるすべての回路を囲むことができるとともに、部品相互の配線用のパターンの邪魔にもならず、配線用のパターンのレイアウトを自由に行い得る。
【００１６】
請求項３記載の発明では、請求項１または２の発明の構成において、前記ループ状パターンを、前記部品の配線用のパターンとは非導通に形成する。
【００１７】
配線基板に実装された部品に入出力する信号がループ状パターンに混入しないので、ループ状パターンには、前記交流磁界を相殺するための電流のみが流れ、ノイズに対する耐性をさらに向上することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（第１形態）
図１に本発明が適用される電子装置の基本構成を示す。電子装置１は、矩形の配線基板２に種々の部品４１，４２等が実装されており、配線基板２の１辺には、電源装置等と接続するためのコネクタ５が取り付けられている。
【００１９】
配線基板２はベークライト等のプリント配線用の一般的なもので、配線基板２の表面に銅等によりパターン３１，３２１，３２２等が形成してある。パターン３２１は部品４１，４２等を接地するためのグランドパターンであり、配線基板２の直角をなす２辺を略カバーするように、Ｌ字の島状に形成されている。グランドパターン３２１はコネクタ５の図示しないグランド用の端子と導通している。
【００２０】
また、Ｌ字のグランドパターン３２１は、その２つの先端部でパターン３２２とつながっている。パターン３２２は、配線基板２の周縁部を辺方向に形成された略逆Ｌ字で帯状のパターンであり、このパターン３２２とグランドパターン３２１とで、配線基板２を縁取るループ状のパターン３２を形成する。したがって、すべての部品４１，４２等は、このループ状のパターン３２で区画された内側の領域に配置されることになる（以下、適宜、パターン３２をノイズ防止パターン３２という）。
【００２１】
部品４１，４２等のうち、一つはＣＰＵ４１であり、その電源端子４１１とコネクタ５の図示しない端子とが電源用のパターン３１により接続されている。ＣＰＵ４１のグランド端子４１２は前記グランドパターン３２１と接続されている。これにより、コネクタ５と図示しないケーブルを介して接続される外部の電源装置からＣＰＵ４１に給電がなされる。
【００２２】
また、これらパターン３１，３２の他、ＣＰＵ４１の信号用の端子４１１とコネクタ５の図示しない端子とを接続するパターン３３等が形成されている。
【００２３】
本電子装置１の作動について説明する。ＣＰＵ４１はクロック信号を発生するクロック発生回路４１ａを有しており、このクロック信号に基因して高周波のノイズ信号が電源端子４１１から漏洩する。電源用パターン３１とグランドパターン３２１とは、その間に介設されたバイパスコンデンサにより、交流回路上、導通し、電源端子４１１が、電源用パターン３１およびグランドパターン３２１を介してグランド端子４１２と接続される。したがって、これら電源用パターン３１、グランドパターン３２１等により、ノイズ信号が流れるループ状の線路が形成されることになる。図２には、この、ノイズ信号が流れるループ状の線路（以下、ノイズ線路という）６とクロック発生回路４１ａとよりなる閉回路を描いている。
【００２４】
また、図中には、前記ノイズ防止パターン３２を併せて描いている。ノイズ防止パターン３２は、配線基板２を縁取るように形成されるから、ノイズ線路６は、ノイズ防止パターン３２で区画された内側の領域にある。
【００２５】
さて、ノイズ線路６にノイズ信号が流れることにより、ノイズ線路６で区画された内側の領域に、配線基板２を板厚方向に貫通する交流磁束が形成される。これによる電磁誘導で、ノイズ防止パターン３２にはこの磁束を相殺するように電流が流れる。この電流とノイズ線路６に流れる電流とは図中矢印ＩＡ，ＩＢで示すように、逆向きである。これにより、クロック発生回路４１ａに基因した磁気ノイズを低減することができる。
【００２６】
なお、配線基板２に部品として前記バイパスコンデンサが実装されていない場合には、次のようになる。すなわち、電源端子４１１は電源用パターン３１および前記ケーブルの電源側の線路を介して電源装置と接続されており、さらに前記ケーブルのグランド側の線路およびグランドパターン３２１を介してグランド端子４１２と接続される。したがって、前記ノイズ線路６よりも大きなノイズ線路が形成されることになるが、このノイズ線路で区画された内側の領域を通る交流磁束のうち、ノイズ防止パターン３２により縁取られる配線基板２を貫通する交流磁束を相殺するように、ノイズ防止パターン３２に電流が流れ、磁気ノイズ低減効果を発揮する。
【００２７】
また、本形態では、ノイズ防止パターン３２を配線基板２を縁取るように形成したから、単一のノイズ防止パターン３２で配線基板２上のすべての部品４１，４２等を囲むことができる。したがって、配線基板２上のすべての交流磁界を発生する回路に対して低減効果を発揮する。しかも、部品４１，４２等相互の配線用のパターン３１，３３等の邪魔にもならず、配線用のパターンのレイアウトを自由に行い得る。
【００２８】
（第２実施形態）
図３に本発明の基本構成として第２形態になる電子装置を示す。図中、第１形態と実質的に同じ作動をする部分については同じ番号を付して、第１形態との相違点を中心に説明する。
【００２９】
電子装置１Ａのグランドパターン３４は、実質的に第１形態のものと同じであり、ノイズ防止パターン３５はグランドパターン３４から分離して形成されている。ノイズ防止パターン３５は、グランドパターン３４の外側で、配線基板２を縁取るように、配線基板２の周縁部を辺方向に帯状に形成してあり、閉じたループ状をなしている。
【００３０】
本形態では、ノイズ防止パターン３５を、部品４１，４２等を入出力する信号が伝送されないので、さらに、良好に磁気ノイズや輻射ノイズを低減することができる。
【００３１】
（第３形態）
図４に本発明の適用例として第３実施形態になる電子装置を示す。図中、第１形態と実質的に同じ作動をする部分については同じ番号を付して、第１形態との相違点を中心に説明する。
【００３２】
電子装置１Ｂのノイズ防止パターン３６は、その本体３６１が基本的に第２形態のものと同じ形状のパターンであり、一部で寸断されて開いてある点で第２形態のものと相違している。この開いた部分は共振周波数調整素子３６２により接続され、ノイズ防止パターンの途中３６に共振周波数調整素子３６２が挿入された構成となっている。
【００３３】
ノイズ防止パターン３６の共振周波数は、前記各形態ではその線路長に対応した波長で規定されることになるところ、本実施形態では、共振周波数調整素子３６２を挿入することにより、ノイズ防止パターン３６の共振周波数が、ノイズ防止パターン３６の線路長によらずに調整可能となる。したがって、ノイズ防止パターン３６の共振周波数を、配線基板２上の部品４１，４２等により発生する交流磁界の周波数に一致させることで、効率よく磁気ノイズを低減することができる。しかも、ノイズ防止パターン３６の形状をそのままに共振周波数調整素子３６２の定数を変更するだけで、その電子装置１Ｂに適合した共振周波数とすることができるので、設計が容易である。
【００３４】
なお、共振周波数調整素子３６２は、インダクタを用いることができる。インダクタの場合には、ノイズ防止パターン３６の共振周波数を下げることができる。
【００３５】
（第４実施形態）
図５に本発明の基本構成として第４形態になる電子装置を示す。図中、第１形態と実質的に同じ作動をする部分については同じ番号を付して、第１形態との相違点を中心に説明する。
【００３６】
電子装置１Ｃの配線基板２には、クロック発生回路４１ａを有するＣＰＵ４１のみを囲み、ＣＰＵ４１よりもやや大きなループ状のパターンが形成され、ノイズ防止パターン３７としてある。したがって、ノイズ防止パターン３７は、ＣＰＵ４１を貫通する磁束に対してのみ、その磁束を相殺する電流が流れることになる。配線基板２上の各回路（部品単体の場合も含む）に基因した交流磁界のレベルを予め検出しておくことができれば、本実施形態のようにノイズ源となる特定の回路のみを囲むようにノイズ防止パターン３７を形成するのもよい。
【００３７】
なお、ノイズ防止パターン３７は、その内側の領域をノイズの原因となる磁束が通るように配置することができればよく、配線基板の片面のみにパターンと部品とを設けたものだけではなく、二層基板等の多層基板を用いた電子装置にも適用することができる。
【００３８】
また、部品や他のパターンの存在で、配線基板の一つの面のみにノイズ防止パターンを形成することができない場合には、形成することができない部分については配線基板の反対側の面に形成するとともに、配線基板を貫通するビアホールにより縫うようにして、閉じたループ状のパターンとするのもよい。
【００３９】
前記各形態、実施形態では、交流磁界を発生しノイズの原因となる回路がＣＰＵを有する回路である場合について説明したが、本発明は、交流磁界を発生しノイズの原因となる回路を有する電子装置であれば、適用することができ、例えば、電気自動車のモータ駆動装置にも適用することができる。この場合、ＰＷＭ制御回路が交流磁界を発生する回路となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される第１形態の電子装置の構成図である。
【図２】前記電子装置の作用を説明する図である。
【図３】本発明が適用される第２形態の電子装置の構成図である。
【図４】本発明を適用した第３実施形態の電子装置の構成図である。
【図５】本発明が適用される第４形態の電子装置の構成図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ電子装置
２配線基板
３１，３３パターン
３２，３５，３６，３７ノイズ防止パターン（ループ状パターン）
３２１グランドパターン
３２２パターン
３６１ノイズ防止パターン本体
３６２共振周波数調整素子
４１ＣＰＵ（部品）
４２部品
５コネクタ

Claims

導電性のパターンが形成された配線基板に部品を実装して回路を形成した電子装置において、
前記配線基板に、交流回路上閉じたループ状のパターンを、配線基板を板厚方向に貫通する交流磁界を発生してノイズ源となる回路を囲むように形成し、前記ループ状パターンの途中には、共振周波数を調整する共振周波数調整素子としてインダクタを挿入して、前記ループ状パターンの共振周波数を、前記交流磁界の周波数と略一致せしめたノイズ防止パターンとする電子装置。
請求項１記載の電子装置において、前記ループ状パターンを、前記配線基板を縁取るように形成した電子装置。
請求項１または２いずれか記載の電子装置において、前記ループ状パターンを、前記部品の配線用のパターンとは非導通に形成した電子装置。