JP4780318B2 - プリント基板搭載筐体解析システムと方法、これによるプリント基板搭載筐体構造、プログラムおよび記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、プリント基板を金属筐体に搭載した構造に関し、不要輻射周波数を予測し、低減させるために効果的なねじ止め配置を行うためのプリント基板搭載筐体解析システム、プリント基板搭載筐体解析方法、プリント基板搭載筐体構造、プリント基板筐体解析プログラムに関する。

電子機器の高速化に伴い、プリント基板を搭載した筐体からの不要輻射（以下、ＥＭＩ（Electro-Magnetic Interference）と略す）問題が顕著となってきている。プリント基板を筐体上に実装するには、通常、導電性のポスト（以下、グランディングポストと呼ぶ）を用いて、プリント基板のグランドプレーンと筐体を、数ｍｍ〜数ｃｍの間隔を保った状態で電気的に接続する。

従来、特許文献１（特開２００２−１６３９１号公報）などで指摘されているように、プリント基板を搭載した筐体構造からのＥＭＩは、対向するプリント基板と筐体面が特定の共振条件を満たしたときに増大することが知られているが、グランディングポストをプリント基板と筐体間に接続した状態でのＥＭＩ予測方法は確立されていない。

一方、特許文献２（特開２００１−２１０９２２号公報）で指摘されているように、グランド層以外の層（信号層等）の外枠をベタグランドとし、グランディングポストで基板端部を覆うように配置することによりＥＭＩを減じさせることができるということが指摘されているが、この方法では信号層等にも、外枠にベタグランドを設ける必要があるため、実装面積が減少してしまうという特徴があった。

さらに、特許文献３（特開２００４−１５８６０５号公報）では、プリント基板の電源グランド間に抵抗素子を挿入することにより、電源系の共振を抑え、筐体に流れるコモンモード電流を抑えるとあるが、そもそもこの方法は電源系からのＥＭＩを抑える手段であり、プリント基板と筐体の実装に関する技術とは別物である。
特開２００２−１６３９１号公報 特開２００１−２１０９２２号公報 特開２００４−１５８６０５号公報

上述のように、従来のプリント基板を搭載した筐体構造においては、グランディングポスト無しの状態でＥＭＩが発生する共振周波数を予測する方法はあったが、グランディングポストを有する状態でＥＭＩが発生する共振周波数を予測する方法は無い。また、従来は信号層の外枠をグランド層としグランディングポストをプリント基板端部と筐体間に接続する、という指針はあったが、この場合には、余計なグランド層を設ける分、プリント基板の実装面積が限られてしまうという問題点があった。

本発明は以上の課題を克服するためになされたものであって、第一の目的は、プリント基板を筐体上にグランディングポストを用いて接続した構造に関して、ＥＭＩがとりわけ大きくなる周波数や、グランディングポスト配置によるＥＭＩの増減量を予測する方法を提供することにある。

本発明の第二の目的は、上記プリント基板を筐体上にグランディングポストを用いて接続した構造において、ＥＭＩを極力減じることが可能な構造を提供することになる。

上記課題を克服するため、本発明の第一のプリント基板搭載筐体解析システムは、プリント基板構造、物理定数、ノイズ源と観測点の位置、解析周波数に関する情報、メッシュの設定を行う手段と、グランディングポスト配置の設定を行う手段と、プリント回路基板と筐体間の等価回路モデルを作成する手段と、上記等価回路モデルを用いてプリント基板と対向する筐体間の共振特性を計算する手段と、上記共振特性を表示する手段と、を有する。

また、本発明の第一のプリント基板搭載筐体解析方法は、プリント基板構造、物理定数、ノイズ源と観測点の位置、解析周波数に関する情報、メッシュの設定を行うステップと、グランディングポスト配置の設定を行うステップと、プリント回路基板と筐体間の等価回路モデルを作成するステップと、上記等価回路モデルを用いてプリント基板と対向する筐体間の共振特性を計算するステップと、上記共振特性を表示するステップと、を有する。

本発明の第一のプリント基板搭載筐体解析プログラムは、プリント基板構造、物理定数、ノイズ源と観測点の位置、解析周波数に関する情報、メッシュの設定を行う処理と、グランディングポスト配置の設定を行う処理と、プリント回路基板と筐体間の等価回路モデルを作成する処理と、上記等価回路モデルを用いてプリント基板と対向する筐体間の共振特性を計算する処理と、上記共振特性を表示する処理と、を有する。

さらに、本発明の第２の実施の形態におけるプリント基板実装筐体解析システムは、プリント基板構造、物理定数、ノイズ源と観測点の位置、解析周波数に関する情報、メッシュの設定を行う手段と、グランディングポスト配置の設定を行う手段と、プリント基板電源系等価回路を作成する手段と、上記プリント基板電源系等価回路モデルを回路ソルバーを指定した上で計算し、端部電圧計算値から電源系ＥＭＩを計算する手段と、プリント回路基板電源系と筐体間の統合等価回路モデルを作成する手段と、上記プリント回路基板電源系と筐体間の統合等価回路モデルを計算し、端部電圧計算値から電源＆筐体統合系ＥＭＩを計算する手段と、上記電源系ＥＭＩと電源＆筐体統合系ＥＭＩを比較する手段、とを有する。

また、本発明の第２の実施の形態におけるプリント基板実装筐体解析方法は、プリント基板構造、物理定数、ノイズ源と観測点の位置、解析周波数に関する情報、メッシュの設定を行うステップと、グランディングポスト配置の設定を行うステップと、プリント基板電源系等価回路を作成するステップと、上記プリント基板電源系等価回路モデルを回路ソルバーを指定した上で計算し、端部電圧計算値から電源系ＥＭＩを計算するステップと、プリント回路基板電源系と筐体間の統合等価回路モデルを作成するステップと、上記プリント回路基板電源系と筐体間の統合等価回路モデルを計算し、端部電圧計算値から電源＆筐体統合系ＥＭＩを計算するステップと、上記電源系ＥＭＩと電源＆筐体統合系ＥＭＩを比較するステップ、とを有する。

また、本発明の第２の実施の形態におけるプリント基板実装筐体解析プログラムは、プリント基板構造、物理定数、ノイズ源と観測点の位置、解析周波数に関する情報、メッシュの設定を行う処理と、グランディングポスト配置の設定を行う処理と、プリント基板電源系等価回路を作成する処理と、上記プリント基板電源系等価回路モデルを回路ソルバーを指定した上で計算し、端部電圧計算値から電源系ＥＭＩを計算する処理と、プリント回路基板電源系と筐体間の統合等価回路モデルを作成する処理と、上記プリント回路基板電源系と筐体間の統合等価回路モデルを計算し、端部電圧計算値から電源＆筐体統合系ＥＭＩを計算する処理と、上記電源系ＥＭＩと電源＆筐体統合系ＥＭＩを比較する処理、とを有する。

以上説明したように本発明のプリント基板搭載筐体構造解析システム、プリント基板搭載筐体構造によれば、プリント基板を搭載した筐体構造に起因する不要輻射周波数を瞬時に予測し、なおかつ不要輻射を減じさせるグランディングポスト配置を予測することができる。これは設計の上流において不要輻射対策を行うＥＭＣ分野や電気実装の分野においてきわめて重要である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の第一の実施の形態によるプリント基板搭載筐体解析システムの構成を機能的に示すブロック図である。

本発明の実施の形態によるプリント基板搭載筐体解析システムは、プリント基板情報入力部１０１、グランディングポスト配置指定部１０２、プリント基板筐体間等価回路定数計算部１０３、メッシュ情報入力部１０４、物理定数計算部１０５、回路ソルバー１０６、共振特性計算部１０７、共振特性表示部１０８、とから構成される。

プリント基板情報入力部１０１は、筐体に搭載するプリント基板の構造情報を入力する部であり、具体的には、プリント基板の縦横の寸法等を入力する機能を有する。

グランディングポスト配置指定部１０２は、グランディングポストの本数、配置と、グランディングポストの回路定数を指定する機能を有する。

プリント基板筐体間等価回路定数計算部１０３は、メッシュ情報入力部１０４によって指定されたメッシュに対して、平行平板モデルを適用した等価回路を作成し、グランディングポストのある箇所では上述のグランディングポスト指定部１０２で指定した回路定数を用いて、等価回路に組み込んだ上で、全体の回路定数を算出し、物理定数入力部１０５で指定したノイズ源位置に最も近いノードを電流源として指定し、なおかつ、物理定数入力部１０５で指定した観測点に最も近いノードを観測点として指定する機能を有する。

メッシュ情報入力部１０４は、互いに向かい合うプリント基板と筐体間の等価回路モデル作成用のメッシュ情報を入力する部であり、具体的にはメッシュ数もしくはメッシュ間隔を指定する機能を有する。

物理定数入力部１０５は、プリント基板の材料に関する情報と解析周波数、を入力する部であり、具体的には、基板導体の損失値、解析したい周波数帯域、さらには、プリント基板筐体間等価回路定数計算部１０３で必要となるノイズ源や観測点の位置を指定する機能を有する。

共振特性計算部１０７は、プリント基板筐体間等価回路定数計算部１０３で得られた情報を用いて、回路ソルバー１０６を用いて回路解析を行い、物理定数入力部１０５で指定された周波数帯域において観測点での電圧分布を計算する機能を有する。

共振特性表示部１０８では、共振特性計算部１０７で得られた情報を用いて、物理定数計算部１０５で指定した電圧観測点の計算値を縦軸として、同様に物理定数計算部１０５で指定した周波数を横軸としてグラフ表示し、ピーク周波数を共振周波数として列挙して表示する機能を有する。

図２は、本発明の実施の形態によるプリント基板搭載筐体解析システムの解析処理の手順を示すフローチャートであり、以下に、本発明の第一の実施の形態に係るプリント基板搭載筐体解析システムの解析処理の処理手順に関して図２を参照して説明する。

図２のフローチャートにおいて、まず、プリント基板情報入力部１０１にプリント基板の構造情報を入力し、物理定数入力部１０５に物理定数、解析周波数、不要輻射抑制周波数、ノイズ源と電圧観測点の位置を入力し、メッシュ情報入力部１０４にメッシュに関する情報を入力する（ステップＳ２０１）。並行して、グランディングポスト配置指定部１０２にグランディングポスト配置と、グランディングポストの回路定数に関する情報を入力する（ステップＳ２０２）。

次に、プリント基板筐体間等価回路定数計算部１０３にてプリント基板筐体間の等価回路定数を計算し、等価回路モデルを作成する（ステップS２０３）。次に、ステップＳ２０３にて作成された等価回路モデルについて、共振特性計算部１０７は、回路解析を回路ソルバー１０６を用いて行い、観測点における共振特性を算出する（ステップS２０４）。次に、共振特性表示部１０８が共振特性を表示して処理を終了する（ステップＳ２０５）。

図３は、本発明の第二の実施の形態によるプリント基板搭載筐体解析システムの構成を機能的に示すブロック図である。

本発明の第二の実施の形態によるプリント基板搭載筐体解析システムは、プリント基板情報入力部３０１、グランディングポスト配置指定部３０２、プリント基板電源系＆筐体統合等価回路定数計算部３０３、メッシュ情報入力部３０４、物理定数計算部３０５、プリント基板電源系等価回路計算部３０６、プリント基板電源系ＥＭＩ評価部３０７、回路ソルバー３０８、プリント基板電源系＆筐体統合等価回路計算部３０９、プリント基板電源系＆筐体統合系ＥＭＩ評価部３１０、ＥＭＩ比較表示部３１１、とから構成される。

プリント基板情報入力部３０１は、筐体に搭載するプリント基板の構造情報を入力する部であり、具体的には、プリント基板の縦横の寸法等を入力する機能を有する。

グランディングポスト配置指定部３０２は、グランディングポストの本数、配置と、グランディングポストの回路定数を指定する機能を有する。

プリント基板電源系＆筐体統合等価回路定数計算部３０３は、メッシュ情報入力部３０４によって指定されたメッシュに対して、プリント基板電源系とプリント基板＆筐体間にそれぞれ平行平板モデルを適用した等価回路を作成し、それら二つの平行平板モデルを連結するグランディングポスト部の等価回路を作成し、全体の回路定数を算出し、物理定数入力部３０５で指定したノイズ源位置に最も近いノードを電流源として指定する機能を有する。

メッシュ情報入力部３０４は、互いに向かい合うプリント基板と筐体間の等価回路モデル作成用のメッシュ情報、さらにはプリント基板電源グランドプレーン対の等価回路モデル作成用のメッシュ情報を入力する部であり、具体的にはメッシュ数もしくはメッシュ間隔を指定する機能を有する。

物理定数入力部３０５は、プリント基板の材料に関する情報と解析周波数、を入力する部であり、具体的には、基板誘電体の比誘電率、基板導体の損失値、解析したい周波数帯域、さらには、プリント基板電源系＆筐体統合等価回路定数計算部３０３で必要となるノイズ源の位置を指定する機能を有する。

プリント基板電源系等価回路計算部３０６は、プリント基板電源系＆筐体統合等価回路定数計算部３０３によるプリント基板電源グランドプレーン部のみの等価回路モデルと回路ソルバー３０８を用いて、電源グランドプレーンの電圧分布を計算する機能を有する。

プリント基板電源系ＥＭＩ評価部３０７は、プリント基板電源系等価回路計算部３０６の電源グランドプレーンの電圧分布における端部電圧計算値を用いてＥＭＩを計算する機能を有する。

プリント基板電源系＆筐体統合等価回路計算部３０９は、プリント基板電源系＆筐体統合等価回路定数計算部３０３によるプリント基板＆筐体間にそれぞれ平行平板モデルを適用した等価回路モデルと回路ソルバー３０８を用いて電源グランドプレーンの電圧分布を計算する機能を有する。

プリント基板電源系＆筐体統合系ＥＭＩ評価部３１０は、プリント基板電源系＆筐体統合等価回路計算部３０９で得られた電源グランドプレーンの電圧分布における端部電圧計算値から、ＥＭＩを計算する機能を有する。

ＥＭＩ比較表示部３１１は、プリント基板電源系ＥＭＩ評価部３０７で得られたプリント基板電源系ＥＭＩと、プリント基板電源系＆筐体統合系ＥＭＩ評価部３１０で得られたプリント基板電源系＆筐体統合系ＥＭＩを比較する機能を有する。

図４は、本発明の第二の実施の形態によるプリント基板搭載筐体解析システムの解析処理の手順を示すフローチャートであり、本発明の第二の実施の形態に係るプリント基板搭載筐体解析システムの解析処理の処理手順に関して図４を参照して説明する。

図４のフローチャートにおいて、まず、プリント基板情報入力部３０１にプリント基板の構造を入力し、物理定数入力部３０５に物理定数、解析周波数、不要輻射抑制周波数、ノイズ源の位置を入力し、メッシュ情報入力部３０４にメッシュに関する情報を入力する（ステップS４０１）。並行して、グランディングポスト配置指定部３０２にグランディングポスト配置と、グランディングポストの回路定数に関する情報を入力する（ステップＳ４０２）。

次に、プリント基板電源系＆筐体統合等価回路定数計算部３０３がプリント基板電源グランドプレーンのみの等価回路モデルを作成し、等価回路定数を計算する（ステップS４０３）。

次に、プリント基板電源系等価回路計算部３０６がステップＳ４０３で作成された等価回路モデルについて、回路ソルバー３０８を用いて電源グランドプレーンの電圧分布を計算し、プリント基板電源系ＥＭＩ評価部３０７が、電源グランドプレーンの電圧分布の端部電圧計算値を用いてＥＭＩを計算する（ステップS４０５）。

次に、プリント基板電源系＆筐体統合等価回路定数計算部３０３がプリント基板＆筐体間にそれぞれ平行平板モデルを適用した等価回路モデルを作成し、等価回路定数を計算する（ステップＳ４０４）。

次に、プリント基板電源系＆筐体統合等価回路計算部３０９がステップS４０４で作成された等価回路モデルについて、回路ソルバー３０８を用いて電源グランドプレーンの電圧分布を計算し、プリント基板電源系＆筐体統合系ＥＭＩ評価部３１０が電源グランドプレーンの電圧分布の端部電圧計算値を用いてＥＭＩを計算する（ステップＳ４０６）。

次に、プリント基板電源グランドプレーンからのＥＭＩと、プリント基板電源系＆筐体統合系からのＥＭＩを比較表示して処理を終了する（ステップＳ４０７）。

次に、本発明の第一の実施の形態に係わるプリント基板搭載筐体構造のＥＭＩ発生の理論に関して説明する。

図５に示すように、プリント基板電源５０３とプリント基板グランド５０２を備えるプリント基板を筐体グランド５０１を備える筐体上に実装した場合、プリント基板と筐体の対向面の構造に起因する共振が大きなＥＭＩ５０４の発生要因となる。ＥＭＩ５０４はプリント基板グランド５０２と筐体グランド５０１の間の電気力線５０５に垂直に発生するがその大きさは各グランド間の漏洩電磁波５０６が２次元的に伝播し、プリント基板と筐体の対向面間の共振が生じて増加する。そのプリント基板と筐体の対向面間の共振は、プリント基板と筐体間の構造を２次元等価回路と置くことにより解析することができる。

図６はプリント基板と筐体の対向面対をメッシュ化して等価回路モデルで表した図である。

図６（ａ）はプリント基板−筐体間の上面部の等価回路モデル６０１を示す図であり、筐体側を接地導体として、プリント基板側側を回路モデルで表している。aとbはそれぞれプリント基板の横辺と縦辺の大きさを表しており、Δ_xとΔ_yはそれぞれメッシュの横辺と縦辺の大きさを表している。プリント基板の回路モデル６０１の１メッシュは具体的には回路６０２として表示されている。RxとRyはそれぞれ横方向と縦方向の辺の抵抗を表しており、LxとLyはそれぞれ横方向と縦方向のインダクタンスを表している。

図６（ｂ）はプリント基板−筐体間の側面部の等価回路モデル６０３を示す図であり、Hはプリント基板−筐体間の距離を表している。同時に、回路モデル上の接地点６０５と等価回路モデル６０３の回路モデルの高さ方向の一辺における回路定数６０４が具体的に示されている。Czはグランディングポストが無い点における容量を表す。

図６（ｃ）は、グランディングポストがある点におけるインダクタンスLｚを表している。

２次元等価回路の回路定数は、数式１としてあらわせる。

図７は、プリント基板と筐体間の適当な位置にノイズ源を想定し、そのノイズ源を図６の等価回路内の電流源とみなしたモデルを表している。７０１はプリント基板と筐体間のノイズ源をモデル化した電流源であり、７０２はプリント基板と筐体間の等価回路モデルを電流源がある面で切断した側面図であり、７０３はプリント基板と筐体間のノイズ源のある部分に相当するノードを表している。

図７のモデルをSPICE等の回路ソルバーを用いて解くことにより、各ノードにおける電圧分布が計算でき、特定の観測点における電圧値を、周波数を横軸としてプロットすることにより、プリント基板と筐体間の共振特性を特定することができる。

以上の方法によりプリント基板と筐体間の共振特性を調査すると、グランディングポストを可能な限り均等に数多く配置するか、プリント基板端部に沿って配置することにより、プリント基板と筐体間の共振周波数を高くすることができるため、ＥＭＩを発生させたくない周波数帯があらかじめ定められている場合は、懸案の周波数帯では共振しないようにグランディングポストを可能な限り均等に配置するか、プリント基板端部に沿って配置すれば良いことになる。

次に、本発明の第二の実施の形態に係わるプリント基板搭載筐体構造のＥＭＩ発生および抑制の理論に関して説明する。

図８に示すように、プリント基板電源８０３とプリント基板グランド８０２を備えるプリント基板を筐体グランド８０１を備える筐体について、プリント基板電源８０３をプリント基板のグランド８０２と筐体グランド８０１で挟むように実装し、グランディングポストを電源面の穴を貫通させるように配置した場合、プリント基板電源８０３と筐体グランド８０１との間には電気力線８０５が生じ、また、漏洩電磁波８０６およびＥＭＩ８０４が生じる。ＥＭＩ８０４のピークはプリント基板電源８０３の面と筐体グランド８０１との対向面の構造に起因する共振周波数と、プリント基板の電源グランドプレーン対の構造に起因する共振周波数で観測される。また、プリント基板の電源グランドプレーン対の共振は、グランディングポストの配置方法により抑制することが可能である。

上記の現象は、図９のように、プリント基板の電源グランドプレーン対の２次元等価回路（Ｐａｉｒ−１）と、プリント基板電源面と筐体の対向面から構成される２次元等価回路（Ｐａｉｒ−２）を、グランディングポストの等価回路により結合することにより解析することが可能である。

プリント基板の電源グランドプレーン対の等価回路、プリント基板電源面と筐体対向面の２次元等価回路ともに、図６のプリント基板と筐体の対向面の２次元等価回路と同様にして求めることができる。この場合、プリント基板の電源グランドプレーンの等価回路定数は、数式２を用いて計算可能である。

二つの２次元等価回路を接合するグランディングポストの等価回路は、例えばインダクタンスとして表すことが可能である。

以上のようにして決定されたプリント基板電源系＆筐体統合系２次元等価回路をＳＰＩＣＥ等の回路ソルバーで解析し、その端部電圧値から、ＥＭＩを計算することが可能である。なぜなら、平面アンテナ構造の放射電磁界は、板状導体の端部電圧分布を等価磁流源として、既存のMaxwell方程式の変形式として表すことができるからである（S.Ramo et al: Fields and Waves in Communication Electronics, Third Edition, pp.616参照）。たとえば、図１０（ｂ）のように、プリント基板を搭載した筐体構造のＥＭＩは、プリント基板電源グランドプレーン対端部、および筐体＆グランドプレーン対端部間の端部電圧分布が等価電流源としてＥＭＩに寄与するため、プリント基板電源グランドプレーン対端部電圧分布、およびプリント基板＆筐体間端部電圧分布を、それぞれ等価磁流源として表すことができる。

同様に、筐体の無いプリント基板電源系からのＥＭＩについては、プリント基板電源グランドプレーン対端部の電圧分布が等価電流源としてＥＭＩに寄与するため、ＥＭＩをプリント基板電源グランドプレーン対の２次元等価回路（図９）の端部電圧計算値から計算することも可能である（図１０（ａ））。具体的には数式３を用いれば良い。

したがって、プリント基板電源系＆筐体統合系２次元等価回路を用いて計算されたＥＭＩと、プリント基板電源グランドプレーン対の２次元等価回路を用いて計算されたＥＭＩを比較することにより、グランディング配置によるＥＭＩの増減を定量化することが可能である。以上の方法を用いて、プリント基板電源系＆筐体統合系構造のＥＭＩ量を評価することにより、グランディングポストを可能な限り内部に満遍なく配置するか（図１１（ａ））、もしくは基板端部に沿って可能な限り満遍なく配置することにより（図１１（ｂ））、プリント基板電源グランドプレーン対からのＥＭＩを著しく減じさせることが可能なことが既にわかっている。その間隔は、プリント基板＆筐体間の共振を起こしにくくするという観点から、ＥＭＩを発生させたくない周波数に相当する電磁波の波長の４分の１以下とすることが推奨される。

さらに、４隅グランディングポスト配置（図１１（ｃ））や、５点グランディング配置（図１１（ｄ））でも、プリント基板＆筐体間の共振は起こりえるものの、電源系からのＥＭＩは著しく減じさせることが可能なこともわかっている。

つぎに、この発明の実施の形態によるプリント基板搭載筐体解析システムのハードウエア構成を説明する。図１３は、本実施の形態によるプリント基板搭載筐体解析システムのハードウエア構成を示す説明図である。

図１２において、本実施の形態によるプリント基板筐体解析システムは、本発明のプリント基板搭載筐体解析プログラムと回路ソルバーであるSPICEのプログラムが記憶された記録媒体１３０６と解析システムとからなり、解析システムは、データの入出力をおこなう入出力システム１３０１と、読み込まれたプログラムあるいはデータを記録するメモリ１３０２と、全体を制御したり、計算などの処理を行う演算システム１３０３と、計算結果を出力する表示システム１３０４とを含み構成されている。また、パス１３０５は上記各部を結合させるためのパスを示している。

以下に、本発明の第二の実施の形態によるプリント基板搭載筐体解析システムの実施例を、図面を用いて示す。

図１３は、電源プレーンをグランドプレーンと筐体で挟んだプリント基板搭載筐体構造を寸法とともに示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。

図１３に示すように、電源プレーンをグランドプレーンと筐体で挟んだプリント基板搭載筐体構造において、プリント基板と筐体構造に関する情報（縦横の寸法、電源グランドプレーン対の厚み、プリント基板と筐体対向面対の厚み、ノイズ源の位置、およびグランディングポスト配置に関する情報）を、図１３に示す値として入力する。

さらに計算に必要なメッシュ数を、プリント基板電源グランドプレーン対、プリント基板と筐体対向面対ともに５ｍｍ間隔メッシュとし、周波数を１０ＭＨｚから１ＧＨｚまでの１００周波数とする。プリント基板の誘電体の比誘電率を４．３、誘電損失を０．０２、グランディングポスト半径を２．５ｍｍ、グランディングポストを貫通させるための電源層のクリアランス半径を３．０ｍｍとして入力情報を定めた場合、本発明の第二の実施の形態に従い、プリント基板電源＆筐体統合系からのＥＭＩを、プリント基板電源系からのＥＭＩを基準として比較表示したのが図１４である。

以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、プリント基板を搭載した筐体からのＥＭＩの、プリント基板電源系からのＥＭＩに対する増加量を効率良く算出することができる。

尚、本発明の実施の形態で説明したプリント基板搭載筐体解析方法は、あらかじめプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーション等のコンピュータで実行することにより実現される。このプログラムは、ハードディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行されるものであり、本発明には、本発明のプリント基板搭載筐体解析方法をコンピュータに実行させるプログラムや、該プログラムを格納する記録媒体、本発明のプリント基板搭載筐体解析方法により作製されたプリント基板搭載筐体構造が含まれる。

本発明の第一の実施の形態に係わるプリント基板搭載筐体解析システムのブロック図である。 本発明の第一の実施の形態に係わるプリント基板搭載筐体解析方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の第二の実施の形態に係わるプリント基板搭載筐体解析システムのブロック図である。 本発明の第二の実施の形態に係わるプリント基板搭載筐体解析方法の手順を示すフローチャートである。 プリント基板と筐体との対向面対が共振構造となり、ＥＭＩ発生源となることを示す図である。 プリント基板と筐体との対向面対の等価回路を示す図である。 プリント基板と筐体との対向面対の等価回路にノイズ源を表す電流源を含めた図である。 プリント基板グランドプレーンと筐体で電源プレーンを挟むように実装したプリント基板搭載筐体構造において、グランディングポストを、電源プレーン内のクリアランスホールを貫通するように配置した場合、プリント基板電源グランドプレーン対内のノイズがグランディングポストを介してプリント基板と筐体の対向面対内に伝播し、ＥＭＩ源となることを示す図である。 プリント基板グランドプレーンと筐体で電源プレーンを挟むように実装したプリント基板搭載筐体構造において、グランディングポストを、電源プレーン内のクリアランスホールを貫通するように配置した場合に対して、プリント基板電源グランドプレーン対、及びプリント基板と筐体の対向面対、グランディングポストを含めて等価回路として表せることを示した図である。 プリント基板電源系、プリント基板搭載筐体構造からのＥＭＩがそれぞれ基板端部の電圧値から計算できることを示す図である。 ＥＭＩ抑制に効果的なグランディング配置パターンを示す図である。 本発明の実施の形態に係わるプリント基板搭載筐体解析システムのハードウエア構成を説明する図である。 本発明の第二の実施の形態に係わるプリント基板搭載筐体解析システムの実施例を説明する図である。 本発明の第二の実施の形態に係わるプリント基板搭載筐体解析システムの実施例における解析結果である。

符号の説明

１０１ プリント基板情報入力部
１０２ グランディングポスト配置指定部
１０３ プリント基板筐体間等価回路定数計算部
１０４ メッシュ情報入力部
１０５ 物理定数入力部
１０６ 回路ソルバー
１０７ 共振特性計算部
１０８ 共振特性表示部
Ｓ２０１ プリント基板構造、物理定数、解析周波数、メッシュの設定ステップ
Ｓ２０２ グランディングポスト配置設定ステップ
Ｓ２０３ プリント基板筐体間等価回路モデル作成ステップ
Ｓ２０４ 共振特性計算ステップ
Ｓ２０５ 共振特性表示ステップ
３０１ プリント基板情報入力部
３０２ グランディングポスト配置指定部
３０３ プリント基板電源系＆筐体統合等価回路定数刑三部
３０４ メッシュ情報入力部
３０５ 物理定数入力部
３０６ プリント基板電源系等価回路計算部
３０７ プリント基板電源系ＥＭＩ評価部
３０８ 回路ソルバー
３０９ プリント基板電源系＆筐体統合等価回路計算部
３１０ プリント基板電源系＆筐体統合系ＥＭＩ評価部
３１１ ＥＭＩ比較表示部
Ｓ４０１ プリント基板構造、物理定数設定、解析周波数、メッシュの設定ステップ
Ｓ４０２ グランディングポスト配置設定ステップ
Ｓ４０３ プリント基板電源系等価回路作成ステップ
Ｓ４０４ プリント基板＆筐体統合等価回路モデル作成ステップ
Ｓ４０５ プリント基板電源系ＥＭＩ計算ステップ
Ｓ４０６ プリント基板電源系＆筐体統合系ＥＭＩ計算ステップ
Ｓ４０７ ＥＭＩ比較部
６０１ プリント基板と筐体対向面対の等価回路モデル（上面図）
６０２ プリント基板と筐体対向面対の等価回路モデルの直列部等価回路
６０３ プリント基板と筐体対向面対の等価回路モデル（側面図）
６０４ プリント基板と筐体対向面対の等価回路モデルの並列部等価回路
６０５ プリント基板と筐体対向面対の等価回路モデル上のグランド
７０１ 電流源
７０２ プリント基板と筐体対向面対の等価回路モデル（側面図）
７０３ ノイズ源の位置に対応するノード
１３０１ 入出力システム
１３０２ メモリ
１３０３ 演算システム
１３０４ 表示システム
１３０５ 記録媒体
１３０６ バス

Claims (12)

1. 筐体に搭載するプリント基板の縦横の寸法、およびプリント基板と筐体対向面対間の距離を入力するプリント基板情報入力手段と、
   プリント基板の基板導体の損失値と、解析周波数と、ノイズ源と観測点の位置に関する情報を入力する物理定数入力手段と、
   グランディングポストの本数と、配置と、グランディングポストの回路定数に関する情報を入力するグランディングポスト配置指定手段と、
   互いに向かい合うプリント基板と筐体間の等価回路モデル作成のためのメッシュ数もしくはメッシュ間隔に関する情報を入力するメッシュ情報入力手段と、
   メッシュ情報入力手段によって指定されたメッシュに対して、平行平板モデルを適用した等価回路を作成し、グランディングポストのある箇所では上記グランディングポスト配置指定手段で指定した回路定数を用いて、前記等価回路に組み込んだ上で、全体の回路定数を算出し、前記物理定数入力手段で指定したノイズ源位置に最も近いノードを電流源として指定し、なおかつ前記物理定数入力手段で指定した観測点に最も近いノードを観測点として指定するプリント基板筐体間等価回路定数計算手段と、
   前記プリント基板筐体間等価回路定数計算手段で得られた情報を用いて、回路ソルバーを用いて回路解析を行い、前記物理定数入力手段で指定された周波数帯域、及び観測点での電圧分布を計算する共振特性計算手段と、
   前記共振特性計算手段で得られた情報を用いて、前記物理定数計算手段で指定した観測点での電圧計算値を縦軸として、前記物理定数入力手段で指定した周波数を横軸としてグラフ表示し、電圧値ピークを共振周波数として表示する手段を有することを特徴とするプリント基板搭載筐体解析システム。
2. 筐体に搭載するプリント基板の縦横の寸法と、電源グランドプレーン対の厚みと、プリント基板と筐体との対向面対の距離に関する情報を入力するプリント基板情報入力手段と、
   プリント基板の誘電体の比誘電率と、基板導体の損失値と、解析したい周波数帯域と、ノイズ源の位置に関する情報を入力する物理定数入力手段と、
   グランディングポストの本数と、配置と、グランディングポストの回路定数に関する情報を入力するグランディングポスト配置指定手段と、
   プリント基板と筐体との対向面対の等価回路モデル作成用のメッシュ数もしくはメッシュ間隔、およびプリント基板電源グランドプレーン対の等価回路モデル作成用のメッシュ数もしくはメッシュ間隔に関する情報を入力するメッシュ情報入力手段と、
   前記メッシュ情報入力手段によって指定されたメッシュに対して、プリント基板の電源グランドプレーン対と、プリント基板と筐体との対向面対に平行平板モデルを適用した等価回路を作成し、尚且つそれら二つの平行平板モデルを連結するグランディングポスト部の等価回路を作成し、全体の回路定数を算出し、前記物理定数入力手段で入力したノイズ源位置に最も近いノードを電流源として入力する、プリント基板電源系＆筐体統合等価回路定数計算手段と、
   前記プリント基板電源系＆筐体統合等価回路定数計算手段のプリント基板電源グランドプレーン対のみの等価回路モデルを用いて、電源グランドプレーン対の電圧分布を、回路ソルバーを用いて計算するプリント基板電源系等価回路計算手段と、
   前記プリント基板電源系＆筐体統合等価回路定数計算手段の等価回路モデルを、回路ソルバーを用いて計算するプリント基板電源系＆筐体統合等価回路計算手段と、
   前記プリント基板電源系等価回路計算手段にて得られるプリント基板の電源グランドプレーン対端部の電圧計算値を用いてＥＭＩを計算するプリント基板電源系ＥＭＩ評価手段と、
   前記プリント基板電源系＆筐体統合等価回路計算手段にて得られるプリント基板電源グランドプレーン対端部の電圧計算値、およびプリント基板と筐体対向面対の端部の電圧計算値を用いて、プリント基板を搭載した筐体からのＥＭＩを計算するプリント基板電源＆筐体統合系ＥＭＩ評価手段と、
   前記プリント基板電源系ＥＭＩ評価手段で得られたプリント基板電源系ＥＭＩと、前記プリント基板電源＆筐体統合系ＥＭＩ評価手段で得られたプリント基板電源系＆筐体統合系ＥＭＩを比較して表示する手段と、を有するプリント基板搭載筐体解析システム。
3. プリント基板情報入力手段により、筐体に搭載するプリント基板の縦横の寸法、およびプリント基板と筐体対向面対間の距離を得るプリント基板情報入力ステップと、
   物理定数入力手段により、プリント基板の基板導体の損失値と、解析周波数と、ノイズ源と観測点の位置に関する情報を得る物理定数入力ステップと、
   グランディングポスト配置指定手段により、グランディングポストの本数と、配置と、グランディングポストの回路定数に関する情報を得るグランディングポスト配置指定ステップと、
   メッシュ情報入力手段により、互いに向かい合うプリント基板と筐体間の等価回路モデル作成のためのメッシュ数もしくはメッシュ間隔に関する情報を得るメッシュ情報入力ステップと、
   プリント基板筐体間等価回路定数計算手段により、前記メッシュ情報入力ステップにて得たメッシュに対して、平行平板モデルを適用した等価回路を作成し、グランディングポストのある箇所では上記グランディングポスト配置指定ステップで得た回路定数を用いて、前記等価回路に組み込んだ上で、全体の回路定数を算出し、前記物理定数入力ステップで得たノイズ源位置に最も近いノードを電流源として指定し、なおかつ前記物理定数入力ステップで得た観測点に最も近いノードを観測点として指定するプリント基板筐体間等価回路定数計算ステップと、
   共振特性計算手段により、前記プリント基板筐体間等価回路定数計算ステップで得られた情報を用いて、回路ソルバーを用いて回路解析を行い、前記物理定数入力ステップで得た周波数帯域、及び観測点での電圧分布を計算する共振特性計算ステップと、
   共振特性表示手段により、前記共振特性計算ステップで得た情報を用いて、前記物理定数計算ステップで指定した観測点での電圧計算値を縦軸として、前記物理定数入力ステップで指定した周波数を横軸としてグラフ表示し、電圧値ピークを共振周波数として表示するステップを有することを特徴とするプリント基板搭載筐体解析方法。
4. プリント基板情報入力手段により、筐体に搭載するプリント基板の縦横の寸法と、電源グランドプレーン対の厚みと、プリント基板と筐体との対向面対の距離に関する情報を得るプリント基板情報入力ステップと、
   物理定数入力手段により、プリント基板の誘電体の比誘電率と、基板導体の損失値と、解析したい周波数帯域と、ノイズ源の位置に関する情報を得る物理定数入力ステップと、
   グランディングポスト配置指定手段により、グランディングポストの本数と、配置と、グランディングポストの回路定数に関する情報を得るグランディングポスト配置指定ステップと、
   メッシュ情報入力手段により、プリント基板と筐体との対向面対の等価回路モデル作成用のメッシュ数もしくはメッシュ間隔、およびプリント基板電源グランドプレーン対の等価回路モデル作成用のメッシュ数もしくはメッシュ間隔に関する情報を得るメッシュ情報入力ステップと、
   プリント基板電源系＆筐体統合等価回路定数計算により、前記メッシュ情報入力ステップによって得たメッシュに対して、プリント基板の電源グランドプレーン対と、プリント基板と筐体との対向面対に平行平板モデルを適用した等価回路を作成し、尚且つそれら二つの平行平板モデルを連結するグランディングポスト部の等価回路を作成し、全体の回路定数を算出し、前記物理定数入力ステップで入力したノイズ源位置に最も近いノードを電流源として入力する、プリント基板電源系＆筐体統合等価回路定数計算ステップと、
   プリント基板電源系等価回路計算手段により、前記プリント基板電源系＆筐体統合等価回路定数計算ステップのプリント基板電源グランドプレーン対のみの等価回路モデルを用いて、電源グランドプレーン対の電圧分布を、回路ソルバーを用いて計算するプリント基板電源系等価回路計算ステップと、
   プリント基板電源系＆筐体統合等価回路計算手段により、前記プリント基板電源系＆筐体統合等価回路定数計算ステップで得た等価回路モデルを、回路ソルバーを用いて計算するプリント基板電源系＆筐体統合等価回路計算ステップと、
   プリント基板電源系ＥＭＩ評価手段により、前記プリント基板電源系等価回路計算ステップにて得たプリント基板の電源グランドプレーン対端部の電圧計算値を用いてＥＭＩを計算するプリント基板電源系ＥＭＩ評価ステップと、
   プリント基板電源＆筐体統合系ＥＭＩ評価手段により、前記プリント基板電源系＆筐体統合等価回路計算ステップにて得たプリント基板電源グランドプレーン対端部の電圧計算値、およびプリント基板と筐体対向面対の端部の電圧計算値を用いて、プリント基板を搭載した筐体からのＥＭＩを計算するプリント基板電源＆筐体統合系ＥＭＩ評価ステップと、
   ＥＭＩ比較表示手段により、前記プリント基板電源系ＥＭＩ評価ステップで得たプリント基板電源系ＥＭＩと、前記プリント基板電源＆筐体統合系ＥＭＩ評価ステップで得たプリント基板電源系＆筐体統合系ＥＭＩを比較して表示するステップと、を有するプリント基板搭載筐体解析方法。
5. 請求項１記載のプリント基板搭載筐体解析システムにおいて、
   プリント基板と筐体対向面対の等価回路を以下により表すプリント基板搭載筐体解析システム。
   

   
6. 請求項３記載のプリント基板搭載筐体解析方法において、
   プリント基板と筐体対向面対の等価回路を以下により表すプリント基板搭載筐体解析方法。
   

   
7. 請求項２記載のプリント基板搭載筐体解析システムにおいて、
   プリント基板と筐体対向面対の等価回路を以下により表し、
   

   

   プリント基板電源グランドプレーン対の等価回路を以下により表すことを特徴とするプリント基板搭載筐体解析システム。
   

   
8. 請求項２記載のプリント基板搭載筐体解析システムにおいて、
   プリント基板電源＆筐体統合系構造からのＥＭＩ評価を以下により表すことを特徴とするプリント基板搭載筐体解析システム。
   

   
9. 請求項４記載のプリント基板搭載筐体解析方法において、
   プリント基板と筐体対向面対の等価回路を以下により表し、
   

   

   プリント基板電源グランドプレーン対の等価回路を以下により表すことを特徴とするプリント基板搭載筐体解析方法。
   

   
10. 請求項２記載のプリント基板搭載筐体解析方法において、
    プリント基板電源＆筐体統合系構造からのＥＭＩ評価を以下により表すことを特徴とするプリント基板搭載筐体解析方法。
    

    
11. 請求項３、４、９、１０のいずれかに記載の方法をコンピュータに実行させるプログラム。
12. 請求項１１に記載のプログラムを格納する記録媒体。

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