JP5599351B2 - コネクタ実装用基板装置 - Google Patents

Description

本発明は、差動伝送用コネクタを配置するコネクタ実装用基板装置に関する。

従来の配線基板として、誘電体膜を介して対向するように差動信号伝送路の対およびグラウンド線路の対を配置したものがある。

この配線基板では、差動信号伝送路の対間の距離よりも隣り合う差動信号伝送路およびグラウンド線路間の距離を大きくすることにより、差動信号伝送路およびグラウンド線路間の電界が差動信号伝送路の対の差動信号に影響を与えるのを防止するものである（下記特許文献１）。

特開２００８−９１７３２号公報

従来の配線基板は、以上のように構成されていたので、誘電体膜を介して対向するように差動信号伝送路の対およびグラウンド線路の対を配置したものである。
したがって、誘電体基板の一方の面にグラウンドを形成し、誘電体基板の他方の面に差動信号線路を形成した構成において、コネクタのグラウンド端子の電位を安定化させることができず、誘電体基板からのＥＭＩ放射やノイズ耐性の劣化を防止することが期待できない等の課題があった。

本発明は、以上のような課題を解消するためになされたものであり、誘電体基板の一方の面にグラウンドを形成し、誘電体基板の他方の面に差動信号線路を形成した構成において、コネクタのグラウンド端子の電位を安定化させ、高性能なコネクタ実装用基板装置を得ることを目的とするものである。

本発明に係るコネクタ実装用基板装置は、誘電体基板の一方の面に形成されたグラウンドと、誘電体基板に配置された差動伝送用コネクタと、誘電体基板に配置されたアイソレーション素子と、誘電体基板の他方の面に形成され、差動伝送用コネクタに一端が接続されると共にアイソレーション素子に他端が接続された差動信号線路と、グラウンドに形成され、差動信号線路およびアイソレーション素子が配置される少なくとも直下の該グラウンドが除去されたグラウンド除去部とを備え、差動伝送用コネクタのグラウンド端子とグラウンド端子の直下に形成されたグラウンドとが電気的に接続されたものである。

本発明によれば、誘電体基板の一方の面にグラウンドを形成し、誘電体基板の他方の面に差動信号線路を形成した構成において、差動伝送用コネクタのグラウンド端子とグラウンド端子の直下に形成されたグラウンドとを電気的に接続させることにより、差動伝送用コネクタのグラウンド端子の電位を安定化させることができ、高性能なコネクタ実装用基板装置が得られる効果がある。

この発明の実施の形態１によるコネクタ実装用基板装置を示す上面図である。 この発明の実施の形態１によるコネクタ実装用基板装置を示す下面図である。 グラウンド除去部を設けなかった場合の等価回路を示す回路図である。 グラウンド除去部を設けた場合の等価回路を示す回路図である。 この発明の実施の形態２によるコネクタ実装用基板装置を示す下面図である。

実施の形態１．
本実施の形態１は、誘電体基板の一方の面にグラウンドを形成し、誘電体基板の他方の面に差動信号線路を形成した構成において、差動伝送用コネクタのグラウンド端子の電位を安定化させ、誘電体基板からのＥＭＩ放射やノイズ耐性の劣化を防止するものである。

図１はこの発明の実施の形態１によるコネクタ実装用基板装置を示す上面図、図２はその下面図である。
図において、グラウンド２は、誘電体基板１の片面に形成されたものである。

差動伝送用コネクタ３は、誘電体基板１のグラウンド２上であってグラウンド２が形成されていない側の片面に配置されたものである。
この差動伝送用コネクタ３には、中央にグラウンド端子４が設けられ、その両側に差動信号端子５，６が設けられている。
また、差動伝送用コネクタ３の上面であってグラウンド端子４の近傍には、矩形状のグラウンド７が形成され、このグラウンド７と直下に形成されたグラウンド２とは、ビア８により、差動伝送用コネクタ３および誘電体基板１を貫通するように電気的に接続されている。
さらに、グラウンド７とグラウンド端子４とは、パターン９により電気的に接続されている。

アイソレーション素子１０は、コモンモードチョークコイル、トランス、あるいはフォトカプラ等により構成され、誘電体基板１のグラウンド２が形成されていない側の片面に配置されたものである。

差動信号線路１１，１２は、誘電体基板１のグラウンド２が形成されていない側の片面に形成されたものである。差動信号線路１１の一端は差動信号端子５に電気的に接続され、他端はアイソレーション素子１０に電気的に接続されたものである。また、差動信号線路１２の一端は差動信号端子６に電気的に接続され、他端はアイソレーション素子１０に電気的に接続されたものである。

グラウンド除去部１３は、差動信号線路１１，１２およびアイソレーション素子１０が配置される少なくとも直下のグラウンド２が、矩形状に除去された部分である。

次に動作について説明する。
図１において、例えば、差動伝送用コネクタ３からアイソレーション素子１０に差動信号が伝送される場合、差動信号が差動信号線路１１，１２を通じて伝送される。なお、差動信号線路１１および差動信号線路１２には、差動信号としてそれぞれ逆相の電圧が印加される。

図３はグラウンド除去部１３を設けなかった場合の等価回路、図４はグラウンド除去部１３を設けた場合の等価回路をそれぞれ示したものである。

図３および図４において、ドライバ２１からアイソレーション素子１０の１次側の差動信号線路２２に差動信号を発生し、同時に、１次側の差動信号線路２２にコモンモードノイズが伝搬した場合を想定する。

図３に示したように、差動信号線路１１，１２およびアイソレーション素子１０が配置される直下のグラウンド２に、グラウンド除去部１３を設けなかった場合には、アイソレーション素子１０の１次側の差動信号線路２２とグラウンド２との間に浮遊容量２３が形成され、アイソレーション素子１０の２次側の差動信号線路１１，１２とグラウンド２との間に浮遊容量２４が形成される。
よって、１次側の差動信号線路２２に伝搬したコモンモードノイズは、浮遊容量２３、グラウンド２および浮遊容量２４を通じて、アイソレーション素子１０の２次側の差動信号線路１１，１２に伝搬してしまう。

これに対して、図４に示したように、差動信号線路１１，１２およびアイソレーション素子１０が配置される直下のグラウンド２に、矩形状に除去されたグラウンド除去部１３を設けた場合には、アイソレーション素子１０の１次側の差動信号線路２２および２次側の差動信号線路１１，１２とグラウンド２との間に浮遊容量２３，２４が形成されることはない。
よって、１次側の差動信号線路２２に伝搬したコモンモードノイズは、グラウンド２を通じてアイソレーション素子１０の２次側の差動信号線路１１，１２に伝搬することができない。
したがって、差動信号線路１１，１２の電磁波障害を防止することができるので、差動伝送用コネクタ３の差動信号線路１１，１２およびグラウンド２の電位を安定化させ、高性能な装置が得られる。

また、図１において、差動伝送用コネクタ３は、誘電体基板１のグラウンド２上に配置されており、その差動伝送用コネクタ３の上面であってグラウンド端子４の近傍には、矩形状のグラウンド７が形成され、このグラウンド７と直下に形成されたグラウンド２とは、ビア８により電気的に接続されている。さらに、グラウンド７とグラウンド端子４とは、パターン９により電気的に接続されている。
したがって、差動伝送用コネクタ３のグラウンド端子４とグラウンド２とが最短で接続されることから、差動伝送用コネクタ３のグラウンドの電位を安定化させ、更に高性能な装置が得られる。

以上のように、本実施の形態１によれば、誘電体基板１の一方の面にグラウンド２を形成し、誘電体基板１の他方の面に差動信号線路１１，１２を形成した構成において、差動信号線路１１，１２およびアイソレーション素子１０が配置される直下のグラウンド２に、矩形状に除去されたグラウンド除去部１３を設けるように構成した。
したがって、アイソレーション素子１０の１次側の差動信号線路２２のコモンモードノイズがグラウンド２を経由してアイソレーション素子１０の２次側の差動信号線路１２に伝搬することがなく、差動信号線路１１，１２の電磁波障害を防止することができるので、差動伝送用コネクタ３の差動信号線路１１，１２およびグラウンド２の電位を安定化させ、高性能なコネクタ実装用基板装置が得られる。

また、差動伝送用コネクタ３が直下にグラウンド２を有する位置に配置され、差動伝送用コネクタ３のグラウンド端子４と、直下に形成されるグラウンド２とが、ビア８、グラウンド７およびパターン９により接続されるように構成した。
したがって、差動伝送用コネクタ３のグラウンド端子４とグラウンド２とが最短で接続され、差動伝送用コネクタ３のグラウンド端子４の電位を安定化させ、更に高性能なコネクタ実装用基板装置が得られる。

なお、本実施の形態１では、差動伝送用コネクタ３およびアイソレーション素子１０を、誘電体基板１のグラウンド２が形成されていない側の片面に配置したが、差動伝送用コネクタ３およびアイソレーション素子１０のうちのいずれか一方、あるいは両方を誘電体基板１のグラウンド２が形成されている側の片面に配置するようにしても良い。
この場合、誘電体基板１を貫通するビアを設け、そのビアに差動信号線路１１，１２を接続するようにすれば良く、このような配置を許容するので、差動伝送用コネクタ３およびアイソレーション素子１０の配置の自由度を高めることができる。

また、本実施の形態１では、誘電体基板１を単層基板により構成したが、誘電体基板を多層基板により構成し、グラウンド２をそれら多層基板の内部の層として配置し、差動伝送用コネクタ３およびアイソレーション素子１０のうちのいずれか一方、あるいは両方を、差動信号線路１１，１２が形成されていない側の誘電体基板に配置するようにしても良い。
この場合、多層の誘電体基板を貫通するビアを設け、そのビアに差動信号線路１１，１２を接続するようにすれば良く、このような配置を許容するので、差動伝送用コネクタ３およびアイソレーション素子１０の配置の自由度を高めることができる。

さらに、本実施の形態１では、グラウンド除去部１３を、矩形状に形成したものとしたが、差動信号線路１１，１２およびアイソレーション素子１０が配置される少なくとも直下のグラウンド２が除去されて、差動信号線路１１，１２およびアイソレーション素子１０とグラウンド２との間に浮遊容量が形成されなければ良く、台形状等、他の形状に形成したものであっても良い。

さらに、本実施の形態１では、差動伝送用コネクタ３およびアイソレーション素子１０間を、一対の差動信号線路１１，１２により電気的に接続したものとしたが、差動伝送用コネクタ３およびアイソレーション素子１０間を、多対の差動信号線路により電気的に接続したものとしても良い。

実施の形態２．
本実施の形態２は、グラウンドを２分割すると共にコンデンサにより接続し、２分割されたグラウンド間を、低周波に関して遮断し、高周波に関して短絡させるものである。

図５はこの発明の実施の形態２によるコネクタ実装用基板装置を示す下面図である。
図において、グラウンド除去部３１は、差動伝送用コネクタ３が配置される直下であって、グラウンド端子４が配置される直下を除くグラウンドまで除去範囲を拡大したものである。
このグラウンド除去部３１により、グラウンドは、差動伝送用コネクタ３のグラウンド端子４の直下に形成されるグラウンド（第１のグラウンド）３２と、その他に形成されるグラウンド（第２のグラウンド）３３とに分離される。
コンデンサ３４，３５は、パターンにより形成され、グラウンド３２およびグラウンド３３間を電気的に接続するものである。

次に動作について説明する。
図５において、基板ＳＧ（Ｓｉｇｎａｌ Ｇｒｏｕｎｄ）と、筐体ＦＧ（Ｆｌａｍｅ Ｇｒｏｕｎｄ）とを分離するために、差動伝送用コネクタ３のグラウンド端子４の直下に形成されるグラウンド３２と、その他に形成されるグラウンド３３とに分離されている場合、グラウンド３２とグラウンド３３との間を、コンデンサ３４，３５により接続する。

以上のように、本実施の形態２によれば、グラウンド３２，３３間がコンデンサ３４，３５により接続されるようにしたので、グラウンド３２，３３間を、低周波に関して遮断し、高周波に関して短絡させることができる。
よって、仮に、グラウンド３３の電位が変動しても、グラウンド３２，３３間はコンデンサ３４，３５により遮断されるので、グラウンド３２の電位の変動を抑えることができる。
また、差動伝送用コネクタ３のグラウンド端子４にノイズが発生しても、グラウンド３２，３３間はコンデンサ３４，３５により短絡されるので、ノイズをグラウンド３３に流すことで、グラウンド３２の電位を安定化させ、更に高性能なコネクタ実装用基板装置が得られる。

実施の形態３．
本実施の形態３は、グラウンドを２分割すると共にインダクタにより接続し、２分割されたグラウンド間を、低周波に関して短絡し、高周波に関して遮断させるものである。

図５において、上記実施の形態２では、コンデンサ３４，３５を形成したものについて説明した。
本実施の形態３は、コンデンサ３４，３５に代えて、２つの同一箇所にインダクタを設け、インダクタは、パターンにより形成され、グラウンド３２およびグラウンド３３間を電気的に接続するようにしたものである。

以上のように、本実施の形態３によれば、グラウンド３２，３３間がインダクタにより接続されるようにしたので、グラウンド３２，３３を、低周波に関して短絡し、高周波に関して遮断させることができる。
よって、仮に、グラウンド３２の電位が変動しても、グラウンド３２，３３間はインダクタにより短絡されるので、その電位の変動をグラウンド３３により緩和し、グラウンド３２の電位の変動を抑えることができる。
また、アイソレーション素子１０の１次側の差動信号線路２２のコモンモードノイズがグラウンド３３に伝搬しても、グラウンド３２，３３間はインダクタにより遮断されるので、そのコモンモードノイズがグラウンド３２に伝搬することなく、グラウンド３２の電位を安定化させ、更に高性能なコネクタ実装用基板装置が得られる。

実施の形態４．
本実施の形態４は、グラウンドを２分割すると共に抵抗により接続し、２分割されたグラウンド間を、低周波および高周波に関わらず減衰させるものである。

図５において、上記実施の形態２では、コンデンサ３４，３５を形成したものについて説明した。
本実施の形態４は、コンデンサ３４，３５に代えて、２つの同一箇所に抵抗を設け、抵抗は、パターンにより形成され、グラウンド３２およびグラウンド３３間を電気的に接続するようにしたものである。

以上のように、本実施の形態４によれば、グラウンド３２，３３間が抵抗により接続されるようにしたので、グラウンド３２，３３間を、低周波および高周波に関わらず減衰させることができる。
よって、仮に、グラウンド３３の電位が変動したり、グラウンド３３にコモンモードノイズが伝搬しても、グラウンド３２，３３間は抵抗により減衰されるので、グラウンド３２への影響を低減させることができる。
また、グラウンド３２の電位が変動したり、差動伝送用コネクタ３のグラウンド端子４にノイズが発生しても、グラウンド３２，３３間は抵抗により減衰されるが導通されるので、時間は掛るものの変動を抑えることができ、グラウンド３２の電位を安定化させ、更に高性能なコネクタ実装用基板装置が得られる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意な構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意な構成要素の省略が可能である。

１ 誘電体基板、２，７，３２，３３ グラウンド、３ 差動伝送用コネクタ、４ グラウンド端子、５，６ 差動信号端子、８ ビア、９ パターン、１０ アイソレーション素子、１１，１２，２２ 差動信号線路、１３，３１ グラウンド除去部、２１ ドライバ、２３，２４ 浮遊容量、３４，３５ コンデンサ。

Claims (4)

1. 誘電体基板の一方の面に形成されたグラウンドと、
   上記誘電体基板の一方および他方のうちのいずれかの面に配置された差動伝送用コネクタと、
   上記誘電体基板の一方および他方のうちのいずれかの面に配置されたアイソレーション素子と、
   上記誘電体基板の他方の面に形成され、上記差動伝送用コネクタに一端が接続されると共に上記アイソレーション素子に他端が接続された差動信号線路と、
   上記グラウンドに形成され、上記差動信号線路および上記アイソレーション素子が配置される少なくとも直下の該グラウンドが除去されたグラウンド除去部とを備え、
   上記差動伝送用コネクタのグラウンド端子と当該グラウンド端子の直下に形成される上記グラウンドとが電気的に接続されたことを特徴とするコネクタ実装用基板装置。
2. 上記誘電体基板の一方の面に形成されたグラウンドは、
   上記差動伝送用コネクタのグラウンド端子の直下に配置される第１のグラウンドと、
   その他に配置される第２のグラウンドとに分離され、
   上記第１および上記第２のグラウンド間がコンデンサにより接続されたことを特徴とする請求項１記載のコネクタ実装用基板装置。
3. 上記誘電体基板の一方の面に形成されたグラウンドは、
   上記差動伝送用コネクタのグラウンド端子の直下に配置される第１のグラウンドと、
   その他に配置される第２のグラウンドとに分離され、
   上記第１および上記第２のグラウンド間がインダクタにより接続されたことを特徴とする請求項１記載のコネクタ実装用基板装置。
4. 上記誘電体基板の一方の面に形成されたグラウンドは、
   上記差動伝送用コネクタのグラウンド端子の直下に配置される第１のグラウンドと、
   その他に配置される第２のグラウンドとに分離され、
   上記第１および上記第２のグラウンド間が抵抗により接続されたことを特徴とする請求項１記載のコネクタ実装用基板装置。

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