JP4803173B2 - Circuit board - Google Patents
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Description
本発明は、電子回路からのリターン電流が通り、形状が一定でなく変化するグランドを含む回路基板に関し、更に詳しくは、グランド形状の変化に起因して発生するコモンモードノイズを除去するEMI除去フィルタを有する回路基板に関するものである。 The present invention relates to a circuit board including a ground through which a return current from an electronic circuit passes and whose shape is not constant, and more particularly, an EMI removal filter that removes common mode noise generated due to a change in ground shape. It is related with the circuit board which has this.
回路基板は、例えば図6の(a)、(b)に示すように、誘電体基板(図示せず)の一方の主面(上面)に形成された伝送線路1と、誘電体基板に実装されて伝送線路1の両端部にそれぞれ接続された送信部2及び受信部3と、受信部3からのリターン電流が通るように誘電体基板の他方の主面(下面)に形成されたグランド4とを有する電子回路を備えている。高周波電子回路の場合には、高周波信号を送信する送信部2においてノイズが発生し易く、送信部2で発生したノイズは、送信部2からの高周波信号と重畳して伝送線路1を介して受信部3に伝送され、あるいは伝送線路1をアンテナとしてノイズが空間に放射されて、電磁障害を発生する。そのため、伝送線路1にEMI除去フィルタ5を設け、EMI除去フィルタ5によってノイズを除去している。EMI除去フィルタ5は、非特許文献1に記載のように、一般的に受信部3の直後に設けられ、ノイズの高周波信号への重畳や空間への放射を抑制している。
For example, as shown in FIGS. 6A and 6B, the circuit board is mounted on the dielectric substrate (
図6の(a)、(b)に示す電子回路は差動信号回路として構成されている。差動信号回路では、送信部2と受信部3を結ぶ伝送線路1は2本の伝送線路1A、1Bから構成されている。2本の伝送線路1A、1Bを通るそれぞれの高周波信号はそれぞれ逆位相で同一レベルの信号として伝送される。しかし、2本の伝送線路1A、1Bはそれぞれのインピーダンスのバラツキ等でそれぞれの高周波信号間の平衡が崩れ、コモンモードノイズを発生する。そのため、送信部2の直後にEMI除去フィルタとして例えばコモンモードチョークコイル5が設けられている。
The electronic circuits shown in FIGS. 6A and 6B are configured as differential signal circuits. In the differential signal circuit, the
しかしながら、回路基板において、例えば図6の(a)に示すようにグランド4の形状が一定でなく、グランド14の形状がリターン電流の通る途中で狭い線路部4Aから広い拡幅部4Bへと急激に変化すると、この形状変化部位(線路部4Aと拡幅部4Bの境界)がコモンモードノイズの発生源6(図6の(b)参照)になるため、従来のように送信部2の直後の拡幅部4B内に相当する位置にEMI除去フィルタ5を設けても、グランド4の形状変化に起因するコモンモードノイズがEMI除去フィルタ5より受信部3側で発生するため、EMI除去フィルタ5によってコモンモードノイズを除去することが難しいという課題があった。特に、数100MHz以上の高周波信号になると、グランド形状の急激な変化によるコモンモードノイズが発生し易くなる。尚、図6の(b)ではグランド4の線路部4Aは細線で、拡幅部4Bは太線で示してある。
However, on the circuit board, for example, as shown in FIG. 6A, the shape of the
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、差動信号を送信部と受信部間で伝送するための2つの伝送線路とリターン電流を通すためのグランドとを有する差動信号回路において、グランドの形状がリターン電流の通る途中(受信部と送信部の間)で変化する場合、その形状変化に起因して発生するノイズを確実に抑制することができる回路基板を提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problem, and includes a differential signal circuit having two transmission lines for transmitting a differential signal between a transmitter and a receiver and a ground for passing a return current. When the shape of the ground changes in the middle of the return current (between the receiving unit and the transmitting unit), it is possible to provide a circuit board that can reliably suppress noise generated due to the shape change. It is aimed.
また、本発明の請求項1に記載の回路基板は、信号を送信部と受信部間で伝送するための伝送線路とリターン電流を通すためのグランドとを有する電子回路を備え、上記グランドの形状が上記受信部と上記送信部の間で変化する回路基板において、上記電子回路が差動信号回路であり、上記グランドのうち、上記グランドの形状が変化し且つこの形状変化に起因してノイズが発生する形状変化部位から上記受信部側へ偏倚する位置にEMI除去フィルタを実装し、上記EMI除去フィルタを、少なくとも上記差動信号回路の差動信号が伝送される対となる2つの伝送線路に接続したことを特徴とするものである。
The circuit board according to
また、本発明の請求項2に記載の回路基板は、請求項1または請求項2に記載の発明において、上記伝送線路は、ケーブルとの接続部を含むことを特徴とするものである。 A circuit board according to a second aspect of the present invention is the circuit board according to the first or second aspect, wherein the transmission line includes a connection portion with a cable.
また、本発明の請求項3に記載の回路基板は、請求項1または請求項2に記載の発明において、上記電子回路が差動信号回路であり、上記EMI除去フィルタとして、上記差動信号回路の差動信号が伝送される各伝送線路と上記グランドにトリファイラコイルを接続したことを特徴とするものである。
The circuit board according to
また、本発明の請求項4に記載の回路基板は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の発明において、上記EMI除去フィルタが接続される上記グランドの幅を、上記EMI除去フィルタのランド部の幅と同一にしたことを特徴とするものである。 A circuit board according to a fourth aspect of the present invention is the circuit board according to any one of the first to third aspects, wherein the width of the ground to which the EMI removal filter is connected is reduced to the EMI removal. The width of the land portion of the filter is the same as that of the filter.
また、本発明の請求項5に記載の回路基板は、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の発明において、上記EMI除去フィルタが実装される上記グランドの幅を、上記EMI除去フィルタのランド部の幅に合わせて徐々に変化させたことを特徴とするものである。
A circuit board according to
本発明によれば、差動信号を送信部と受信部間で伝送するための2つの伝送線路とリターン電流を通すためのグランドとを有する差動信号回路において、グランドの形状がリターン電流の通る途中(受信部と送信部の間)で変化する場合、その形状変化に起因して発生するノイズを2つの伝送線路において確実に抑制することができる回路基板を提供することができる。 According to the present invention, the differential signal circuit having a ground for the passage of the two transmission lines and the return current for transmitting differential signals between the transmitter and receiver, through the shape of the ground by the return current When changing in the middle (between the receiving unit and the transmitting unit), it is possible to provide a circuit board capable of reliably suppressing noise generated due to the shape change in the two transmission lines .
10、10A、10B 回路基板
11 伝送線路
14 グランド
14A 線路部
14B 拡幅部
15 コモンモードチョークコイル、トリファイラコイル(EMI除去フィルタ)
151、152 コモンモードチョークコイル(EMI除去フィルタ)10, 10A,
151, 152 Common mode choke coil (EMI suppression filter)
以下、図1〜図3に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。 Hereinafter, the present invention will be described based on the embodiment shown in FIGS.
第1の実施形態
本実施形態の回路基板10は、例えば図1の(a)に示すように、高周波信号を伝送するために誘電体基板(図示せず)の上面に形成された差動信号伝送線路11と、差動信号伝送線路11の両端部にそれぞれ接続して誘電体基板に実装された送信部12及び受信部13と、受信部13側から送信部12側へのリターン電流が通るように誘電体基板の下面に形成されたグランド14と、を有する差動信号回路を備えている。First Embodiment A
本実施形態では図1の(a)、(b)に示すように電子回路が差動信号回路として構成されているため、送信部12と受信部13を結ぶ差動信号伝送線路11は、それぞれ高周波信号を伝送する2本の伝送線路11A、11Bによって構成されている。また、グランド14は、同図に示すように、受信部13側から送信部12側へ延びる幅の狭い線路部14Aと、送信部12側で線路部14Aから急激に幅が広くなる拡幅部14Bとで形成されている。図1の(b)ではグランド14の線路部14Aを細線で示し、拡幅部14Bを太線で示してある。
In this embodiment, since the electronic circuit is configured as a differential signal circuit as shown in FIGS. 1A and 1B, the differential
図1の(a)に示すようにグランド14の形状が線路部14Aと拡幅部14Bの間で急激に変化しているため、リターン電流が線路部14Aから拡幅部14Bを通る時の電位の変化等により線路部14Aと拡幅部14Bの境界においてコモンモードノイズが発生する。そこで、本実施形態では、EMI除去フィルタとしてのコモンモードチョークコイル15は、グランド14の線路部14Aと拡幅部14Bの境界から受信部13側へ偏倚した位置において誘電体基板に実装されて差動信号伝送線路11の各伝送線路11A、11Bに接続されている。
As shown in FIG. 1 (a), since the shape of the
本実施形態では、コモンモードチョークコイル15がグランド14の線路部14Aと拡幅部14Bの境界から受信部13側へ偏倚した位置で差動信号伝送線路11の各伝送線路11A、11Bに接続されているため、グランド14の形状変化に起因するコモンモードノイズは送信部12とコモンモードチョークコイル15の間で発生する。従って、グランド14の形状変化に起因して発生するコモンモードノイズは送信部12から送信される高周波差動信号に重畳してコモンモードチョークコイル15を通るため、このコモンモードノイズは送信部12の2つの差動信号間の平衡の崩れに起因するコモンモードノイズと一緒にコモンモードチョークコイル15によって除去される。
In the present embodiment, the common
コモンモードチョークコイル15が受信部13側の近い位置に配置されているほど送信部12からコモンモードチョークコイル15までの差動信号伝送線路11が長くなり、この部分の差動信号伝送線路11がアンテナとして機能してコモンモードノイズを放射するため、コモンモードチョークコイル15は線路部14A上でなるべく拡幅部14Bに近い位置に配置することが好ましい。尚、図1の(b)において破線で示した矢印はコモンモードノイズの伝送方向を示している。他の図においても同様である。
As the common
コモンモードチョークコイル(EMI除去フィルタ)15をグランド14の線路部14Aに設けた場合のノイズ抑制効果を実証するために、本実施形態ではグランド14に対するコモンモードチョークコイルの実装位置を図2に示すように実装1、2、3のように変化させ、それぞれの回路基板10において発生するノイズを電波暗室内で3m法を用い測定し、その測定結果を図2に示した。実装1は図1に示すようにEMI除去フィルタ15をグランド14の線路部14Aに実装した本実施形態の測定結果を示し、実装2はグランドの線路部と拡幅部の境界にEMI除去フィルタを実装した場合の測定結果を示し、実装3は図6に示すように従来と同様にグランド4の拡幅部4B内で送信部2の直後にEMI除去フィルタ15を実装した場合の測定結果を示している。
In order to verify the noise suppression effect when the common mode choke coil (EMI removal filter) 15 is provided in the
図2に示す結果によれば、実装3(拡幅部4B内で送信部2の直後)ではEMI除去フィルタを実装しない場合と比較してノイズレベルを格段に抑制できるが、実装1(線路部14A)の場合には広い周波数帯域で実装3よりも更にノイズを抑制できることができ、また、実装2(線路部14Aと拡幅部14Bの境界)よりもノイズを抑制できることが判った。つまり、実装2ではグランドの形状変化部(線路部14Aと拡幅部14Bの境界部)で発生するノイズを十分に除去することができず、形状変化部から受信部13側に離れている方がノイズ抑制効果の高いことが判った。
According to the result shown in FIG. 2, the noise level can be remarkably suppressed in the mounting 3 (immediately after the
以上説明したように本実施形態によれば、送信部12から受信部13へ高周波差動信号を伝送する伝送線路11と、受信部13から送信部12へのリターン電流を通すためのグランド14と、を有する差動信号回路の場合には、グランド14の形状がリターン電流の通る方向の途中で急激に変化する部位(線路部14Aと拡幅部14Bの境界)から高周波差動信号の伝送方向と同一方向であって受信部13側に偏倚した位置でコモンモードチョークコイル15を差動信号伝送線路11に接続したため、グランド14の形状変化に起因してコモンモードノイズが発生しても、このコモンモードノイズをコモンモードチョークコイル15によって除去して、ノイズを抑制することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
第2の実施形態
本実施形態の回路基板は、EMI除去フィルタを異にする以外は第1の実施形態の回路基板10と同様に構成されているため、本実施形態では第1の実施形態と同一または相当部分には同一符号を附して図3を参照しながら説明する。Second Embodiment Since the circuit board of this embodiment is configured in the same manner as the
本実施形態の回路基板10Aは、図3に示すように、差動信号伝送線路11、送信部12、受信部13、グランド14及びEMI除去フィルタ15を有する差動信号回路を備えている。そして、本実施形態では2個の第1、第2コモンモードチョークコイル151、152がEMI除去フィルタ15として用いられている。第1、第2コモンモードチョークコイル151、152は、第1の実施形態と同様に、いずれもグランド14の線路部14Aと拡幅部14Bの境界から受信部13側へ偏倚する位置において誘電体基板に実装されている。第1コモンモードチョークコイル151は差動信号伝送線路11の一方の伝送線路11Aとグランド14の線路部14Aに接続され、第2コモンモードチョークコイル152は、差動信号伝送線路11の他方の伝送線路11Bとグランド14の線路部14Aに接続されている。
As shown in FIG. 3, the
本実施形態では、第1コモンモードチョークコイル151は、グランド14の拡幅部14Bから受信部13寄りの線路部14Aにおいて差動信号伝送線路11の一方の伝送線路11Aとグランド14の線路部14Aにそれぞれ接続されているため、送信部12から伝送線路11Aを伝送される差動信号と重畳するコモンモードノイズのみならず、グランド14の形状変化に起因して発生するコモンモードノイズを伝送線路11Aとグランド14の双方において除去することができる。また、第2コモンモードチョークコイル152は、グランド14の拡幅部14Bから受信部13寄りの線路部14Aにおいて差動信号用線路11の他方の伝送線路11Bとグランド14の線路部14Aに接続されているため、送信部12から伝送線路11Bを伝送される差動信号と重畳するコモンモードノイズのみならず、グランド14の形状変化に起因して発生するコモンモードノイズを伝送線路11Bとグランド14の双方において除去することができる。
In the present embodiment, the first common
また、本実施形態では、グランド14の形状変化によるノイズの発生を抑制するために、第1、第2コモンモードチョークコイル151、152の各端子(図示せず)とグランド14の線路部14Aとの接続構造は、いずれもグランド14の線路部14Aに幅に応じて図4の(a)、(b)に示すような工夫が施されている。即ち、図4の(a)に示す接続構造の場合には、グランド14の線路部14Aの第1コモンモードチョークコイル151の各端子との接続部となるランド部14Cは、線路部14Aと実質的に同一幅に形成されている。このようにランド部14Cの幅が線路部14Aの幅と実質的に同一に形成されることにより、線路部14Aとランド部14Cとの間での形状変化がなく、形状変化に起因する不要なノイズの発生を抑制することができる。
Further, in the present embodiment, in order to suppress the generation of noise due to the shape change of the
グランド14の線路部14Aの幅がランド部14Cの幅より広い場合には、図4の(b)に示すようにランド部14Cの幅に合わせて線路部14Aの幅が徐々に狭くなるテーパ部14Dをランド部14Cとの接続部に設け、テーパ部14Dの終端幅がランド部14Cの幅と一致するようにしてある。ランド部14Cの幅が線路部14Aの幅より狭くてもテーパ部14Dによって線路部14Aからランド部14Cに至る部分の急激な形状変化を抑制することができ、この部分に起因する不要なノイズを抑制することができる。また、線路部の幅がランド部の幅より狭い場合には、線路部からランド部に向けて幅が徐々に広くなるテーパ部をランド部との接続部に設ければ良い。
When the width of the
本実施形態によれば、グランド14の拡幅部14Bから受信部13寄りの線路部14Aにおいて、第1、第2コモンモードチョークコイル151の該当端子を差動信号伝送線路11の各伝送線路11A、11Bにそれぞれ個別に接続すると共に第1、第2コモンモードチョークコイル151、152の他の該当端子をグランド14の各線路部14A、14Aにそれぞれ個別に接続したため、第1、第2コモンモードチョークコイル151、152によってグランド14の形状変化に起因して発生するコモンモードノイズを差動信号伝送線路11及びグランド14の双方において確実に除去することができる。
According to this embodiment, in the
また、本実施形態によれば、グランド14の線路部14Aの幅を、第1、第2コモンモードチョークコイル151、152の各端子を接続するランド部14Cの幅と実質的に同一に形成したため、第1、第2コモンモードチョークコイル151、152の実装部において線路部14Aの幅が実質的に変化しないため、この部分でのコモンモードノイズの発生を抑制または防止することができる。また、グランド14の線路部14Aの幅が第1、第2コモンモードチョークコイル151、152のランド部14Cより幅が広い場合には、第1、第2コモンモードチョークコイル151、152のランド部14Cの幅に合わせて線路部14Aの幅を徐々に狭くするテーパ部14Dを設けたため、グランド14の急激な形状変化を抑制してこの部分でのコモンモードノイズの発生を抑制または防止することができる。
Further, according to the present embodiment, the width of the
第3の実施形態
本実施形態の回路基板は、伝送線路及びEMI除去フィルタを異にする以外は第1、第2の実施形態の回路基板10、10Aと同様に構成されているため、本実施形態では第1、2の実施形態と同一または相当部分には同一符号を附して図5を参照しながら説明する。Third Embodiment The circuit board of this embodiment is configured in the same manner as the
本実施形態の回路基板10Bは、図5に示すように、伝送線路11、送信部12、受信部13、グランド14及びEMI除去フィルタ15を有する差動信号回路を備えている。そして、本実施形態では、EMI除去フィルタ15としてトリファイラコイル15が用いられている。トリファイラコイル15は、図5に示すように、3つのコイル、即ち第1、第2、第3コイル15A、15B、15Cを内蔵している。このトリファイラコイル15はグランド14の線路部14Aと拡幅部14Bの境界から受信部13側へ偏倚する位置において誘電体基板に実装されている。
As shown in FIG. 5, the
即ち、トリファイラコイル15は、第1コイル15Aが差動信号伝送線路11の一方の伝送線路11Aに接続され、第2コイル15Bが差動信号伝送線路11の他方の伝送線路11Bに接続され、第3コイル15Cがグランド14の線路部14Aに接続されている。従って、トリファイラコイル15は、第2の実施形態における第1、第2コモンモードチョークコイル151、152と実質的に同様の機能を有している。また、第3コイル15Cの端子とグランド14との接続構造には第2の実施形態と同様の工夫が施されている。
That,
本実施形態によれば、トリファイラコイル15をグランド14の線路部14Aと拡幅部14Bの境界から受信部13側へ偏倚する位置において差動信号伝送線路11及び線路部14Aの双方に接続したため、トリファイラコイル15が第2の実施形態における第1、第2コモンモードチョークコイル151、152と実質的に同様に機能して、回路基板10Bにおいてグランド14の形状変化に起因して発生するコモンモードノイズをトリファイラコイル15によって確実に除去して抑制することができる他、第1、第2の実施形態と同様の作用効果を期することができる。
According to the present embodiment, the
尚、本発明は上記各実施形態に何等制限されるものではない。上記各実施形態では、電子回路として差動信号伝送線路11を有する差動信号回路を例に挙げて説明したが、差動信号回路以外で単線の伝送線路を有する電子回路にも本発明を適用することができる。この場合には、EMI除去フィルタを伝送線路とグランドの双方に接続することによってグランドの形状変化に起因して発生するコモンモードノイズを除去して抑制することができる。
The present invention is not limited to the above embodiments. In each of the above embodiments, the differential signal circuit having the differential
また、上記各実施形態では、差動信号伝送線路11を介して送信部12から受信部13へ高周波信号を送信する場合について説明したが、回路基板がケーブルとの接続部を有する場合にも本発明を適用することができる。即ち、回路基板にケーブルとの接続部があると、この接続部が回路基板における信号発生源となって受信部へ高周波信号を伝送するため、受信部からケーブルとの接続部へのリターン電流が通るグランドに形状変化部があると、この部分に起因するコモンモードノイズが発生する。従って、この場合にも上記各実施形態と同様の対策を講ずることによってグランドの形状変化に起因して発生するコモンモードノイズを除去して抑制することができる。
Moreover, although each said embodiment demonstrated the case where a high frequency signal was transmitted from the
また、上記各実施形態ではEMI除去フィルタとしてトリファイラコイルやコモンモードチョークコイルを例に挙げて説明したが、グランドの形状変化に基づいて発生するコモンモードノイズを除去することができるフィルタであれば、種々のタイプのフィルタを用いることができる。 In each of the above embodiments, a trifiler coil or a common mode choke coil has been described as an example of an EMI removal filter. However, any filter that can remove common mode noise generated based on a change in the shape of the ground. Various types of filters can be used.
本発明は、リターン電流が通るグランドの形状が一定でないグランドを有する回路基板に広く利用することができる。 The present invention can be widely used for circuit boards having a ground in which the shape of the ground through which a return current passes is not constant.
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