JP5674363B2 - ノイズ抑制構造を有する回路基板 - Google Patents
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[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施形態に係わる回路基板の構造を示す図である。図1(A)は断面図、図1(B)は各配線層の展開図である。図1を参照して、まず、第1の実施形態の回路基板の構造について説明する。
なお、共振板の長さdは、ノイズの周波数をf、光速をcとすると式(4)から求めることができる。
図4において、回路基板31上にLSI32〜35が実装されており、LSI32とLSI33との間に信号配線が形成され、また、LSI34とLSI35との間に信号配線が形成されている。LSI32からLSI33には1.8GHzの周波数成分を有するクロック信号が伝送され、LSI34からLSI35へは信号配線37を通じて500MbpSのデジタル信号が伝送されている。そして、LSI32の出力信号の一部が信号配線37にノイズとして結合している。
次に、本発明の第2の実施形態について図面を参照して説明する。
図8は、本発明の第2の実施形態に係わる回路基板の構造を示す図であり、図8(A)が断面図、図8(B)が各配線層の展開図である。以下、図8を参照して、第2の実施形態の回路基板の構造について説明する。
次に、本発明の第3の実施形態について図面を参照して説明する。
図9は、本発明の第3の実施形態に係わる回路基板の構造を示す図であり、図9(A)が断面図、図9(B)が各配線層の展開図である。図9を参照して、第3の実施形態の回路基板の構造について説明する。
次に、本発明の第4の実施形態について図面を参照して説明する。
図12は、本発明の第4の実施形態に係わる回路基板の構造を示す図である。図12(A)は断面図、図12(B)は各配線層の展開図である。
図12に示す回路基板では、図1に示した第1の実施の形態と同様に、第1の配線層1に信号配線12が、第2の配線層2にグランドプレーン14と14´が、第3の配線層3に金属板13が形成されており、金属板13の両端がグランドプレーンに短絡されている。図12に示す第4の実施形態の回路基板が、図1に示した第1の実施形態の回路基板と異なる点は、基板上にチップインダクタ111が実装され、チップインダクタ111の2つの端子それぞれがスリット17で分断されたグランドプレーン14と14´とに接続されている点である。他の構成は図1に示す回路基板と同様である。
次に、本発明の第5の実施形態について図面を参照して説明する。
図13は、本発明の第5の実施形態に係わる回路基板の構造を示す図である。図13(A)は断面図、図13(B)は各配線層の展開図である。図13を参照して、第5の実施形態の回路基板の構造について説明する。
次に、本発明の第6の実施形態について図面を参照して説明する。
図14は、本発明の第6の実施形態に係わる回路基板の構造を示す図である。図14(A)は断面図、図14(B)は各配線層の展開図である。図14を参照して、第6の実施形態の回路基板の構造について説明する。
次に、本発明の第7の実施形態について図面を参照して説明する。
図16は本発明の第7の実施形態に係わる回路基板の構造を示す図である。図16(A)は断面図、図16(B)は各配線層の展開図である。図16を参照して、第7の実施形態の回路基板の構造について説明する。
次に、本発明の第8の実施形態について図面を参照して説明する。先の実施の形態、例えば、図1に示した第1の実施形態ではスリットが金属板を短絡する一方のビアの直近に配置されていたが、スリットをビアから離して配置することにより、任意の異なる2つの周波数でノイズを減衰させることができる。
次に、本発明の第9の実施形態について図面を参照して説明する。上述した第1乃至第8の実施の形態では、信号配線(または電源プレーン)から片側の隣接配線層のみにグランドプレーンと金属板からなるノイズ抑制機構が配置されていたが、信号配線の両側の配線層にノイズ抑制機構を設けても良い。
このように、第9の実施形態では、信号配線の上下の配線層それぞれにノイズ抑制機構を設けることにより、任意の2つの周波数でノイズを減衰させることができる。
上記実施形態において、本発明における第1の配線層は配線層1が、第2の配線層は配線層2が、第3の配線層は配線層3が、第4の配線層は配線層4が、第5の配線層は配線層5がそれぞれ対応する。また、本発明におけるスリットは、例えば図1に示すスリット17が対応する。また、本発明における開口部は、例えば図13に示す開口部121が対応する。また、本発明における金属板は、例えば図1に示す金属板13が対応し、本発明における層間接続ビアは、例えば、図1に示すビア15,16が対応する。
このような構成の回路基板では、金属板13とグランドプレーン14とで並行平板伝送路を構成する。この並行平板伝送路は、スリット17が入力部となり端部が短絡終端されている。このため、スリット17から並行平板伝送路の短絡端側をみた入力インピーダンスは金属板13の長さがλ/4となる周波数において非常に大きい値となる。第1の配線層1の信号配線12上を電流が流れる際、そのリターン電流がグランドプレーン14,14´上を流れるが、そのリターン電流の伝搬が並行平板伝送路のノイズ抑制構造によって減衰される。従って、金属板13の長さをノイズの周波数に合わせて調整することにより、伝送線路を伝搬してきたノイズを減衰させることができる。このように本実施形態の回路基板では、基板上に部品を追加したり特別な製造プロセスを追加したりすることなく、電源分配系や信号配線を伝搬するノイズを除去でき、かつ小型化が可能となる。さらに、グランドプレーン14を信号配線12または電源プレーンに隣接した配線層に配置することができ、間に別の配線層を挿入する必要がない。このため、層構成の設計自由度が高く、また信号配線または電源プレーンとグランドプレーンとの結合を強化でき、信号特性を良好に保つことができる。
これにより、ノイズを減衰させる周波数を高域に移動させることができるとともに、並行平板伝送路の特性インピーダンスを、金属板13の幅と基板厚みと、インダクタンス素子のインダクタンス値とで制御することができる。
このような構成の回路基板では、スリット17で分断されたグランドプレーン14と14´とが、バイパス配線18で接続されている。このように、グランドプレーン14と14´とをバイパス配線18で接続することにより、等価的にインダクタで短絡することになり、ノイズを減衰させる周波数を高域に移動させることができる。
このような構成の回路基板では、金属板13とグランドプレーン14とで並行平板伝送路を構成する。この並行平板伝送路は開口部121が入力部となり、伝送線路のもう一方の端は短絡終端されている。このため、開口部121から並行平板伝送路の短絡端側をみた入力インピーダンスは金属板13の長さがλ/4となる周波数において非常に大きい値となる。従って、金属板13の長さをノイズの周波数に合わせて調整することにより、伝送線路を伝搬してきたノイズを減衰させることができる。なお、この開口部121を有する回路基板においては、グランドプレーン14上に幅の広いスリットを設ける必要がないため、より設計自由度が高く、適用範囲が広い利点がある。
このような構成の回路基板では、グランドプレーン14に設けられた開口部131に、信号の伝搬方向(X方向)に溝状に形成される開口部131a,131bが追加されている。この構成の場合、リターン電流の流れる経路は点線132に示すように、大きく迂回する。そのため、電流が流れにくくなり、インダクタ91のインダクタンス値は大きな値となる。その結果、ノイズが減衰する周波数の高域への移動量は少なくなる。このように、本実施形態の回路基板は、グランドプレーン上に大きな開口部を設ける必要が無いため設計の自由度が高く、同時に低周波に減衰周波数を設定できる利点がある。
これにより、信号配線12に流れるノイズ電流を低減することができる。
これにより、第1の配線層1に形成された電源プレーン等に流れるノイズ電流を低減することができる。
これにより、グランドプレーン上を流れるリターン電流が並行平板伝送路に流れ込むとともに、並行平板を縦方向のスリットによって仕切ることにより、複数配線のリターン電流がそれぞれ異なる並行平板伝送路に流れ込むことになる。すなわち、それぞれの信号配線が独立した減衰器を有することになるので、信号のリターン電流が他の信号に影響を及ぼすことなく、低クロストーク特性を維持できる。
このような構成の回路基板では、図18に示すように、5つの配線層を有する回路基板170において第1の配線層1に信号配線172が形成され、第2の配線層2にスリット17Aによって分断されたグランドプレーン173と173´が形成される。また、第4の配線層4にスリット17Bによって分断されたグランドプレーン174と174´が形成され、第3の配線層3と第5の配線層5にそれぞれ金属板175と176が形成されている。そして、金属板175は左端(図上のX方向で左側)がビア177でグランドプレーン173に、右端がビア178でグランドプレーン173´に短絡されている。同様に、金属板176は左端がビア179でグランドプレーン174に、右端がビア171でグランドプレーン174´に短絡されている。このように、信号配線172の上下の配線層それぞれにノイズ抑制機構を設けることにより、任意の2つの周波数でノイズを減衰させることができる。
Claims (12)
- 第1の配線層、第2の配線層、第3の配線層の順に順次積層された3層以上の配線層を有する回路基板であって、第3の配線層に金属板が形成され、かつ第1の配線層と第2の配線層に導体が対向して形成されて伝送線路を構成し、第2の配線層に形成された導体は伝送線路の進行方向に交差する方向に形成されたスリットによって少なくとも2つ以上に分断されており、分断されたそれぞれの導体が前記伝送線路の進行方向に前記スリットを跨いだ各位置において第3の配線層に形成された金属板とそれぞれ1つ以上の層間接続ビアによって接続され、
前記第2の配線層に設けられたスリットから、前記第2の配線層の導体と前記第3の配線層の金属板とを接続するビアまでの距離dが、減衰するノイズの周波数における波長の1/4に設定されている
ことを特徴とするノイズ抑制構造を有する回路基板。 - 前記2つ以上に分断された第2の配線層の導体同士がインダクタンス素子で接続されて構成されることを特徴とする請求項1に記載のノイズ抑制構造を有する回路基板。
- 前記インダクタンス素子が回路基板の配線層に形成される導体の配線パターンで構成されることを特徴とする請求項2に記載のノイズ抑制構造を有する回路基板。
- 前記インダクタンス素子が、回路基板に表面実装または内蔵されたインダクタンス部品で構成されることを特徴とする請求項2に記載のノイズ抑制構造を有する回路基板。
- 前記第2の配線層に形成された導体が前記伝送線路の進行方向に交差する方向に形成された前記スリットによって少なくとも2つ以上に分断される代わりに、前記第2の配線層に形成された導体は前記伝送線路の進行方向に交差する幅方向に開口部が設けられ、前記伝送線路の進行方向に前記開口部を跨いだ各位置において第3の配線層に形成された金属板とそれぞれ1つ以上の層間接続ビアによって接続されることを特徴とする請求項1に記載のノイズ抑制構造を有する回路基板。
- 前記開口部が第2の配線層の導体の幅方向全体をまたがることなく一部に設けられていることを特徴とする請求項5に記載のノイズ抑制構造を有する回路基板。
- 前記開口部の前記伝送線路に交差する方向の両端側のそれぞれまたは中央部には前記伝送線路の進行方向に平行に所定の幅と長さを持って延伸する溝状の開口部がさらに接続されて構成されることを特徴とする請求項6に記載のノイズ抑制構造を有する回路基板。
- 前記第1の配線層に形成された導体が信号配線であることを特徴とする請求項1から7のいずれかに記載のノイズ抑制構造を有する回路基板。
- 前記第1の配線層に形成された導体が面状であることを特徴とする請求項1から8のいずれかに記載のノイズ抑制構造を有する回路基板。
- 前記第1の配線層の下層に第2の配線層と第3の配線層が順次積層されるとともに、前記第1の配線層の上層に、前記第2の配線層と同様の第4の配線層、及び前記第3の配線層と同等の第5の配線層が順次積層されることを特徴とする請求項1から9のいずれかに記載のノイズ抑制構造を有する回路基板。
- 異なるLSI間を接続する伝送線路の間に前記第1の配線層、前記第2の配線層、前記第3の配線層の順に順次積層された3層以上の配線層が設けられていることを特徴とする請求項1から10の何れか一項に記載のノイズ抑制構造を有する回路基板。
- 回路基板の比透磁率μr、
回路基板の比誘電率εr、
前記第3の配線層に形成された金属板の幅方向の長さa、
前記第2の配線層と前記第3の配線層の間の絶縁層の厚みb、
であるときの、
前記第2の配線層に形成された導体と前記第3の配線層に形成された金属板とにより表される伝送線路の特性インピーダンスZgは、
前記第2の配線層に形成された導体と前記第3の配線層に形成された金属板とにより表される伝送線路への第1の入力インピーダンスZinは、
前記距離dが減衰するノイズの周波数における波長の1/4となる前記距離dである場合の、当該周波数においては、前記伝送路への第2の入力インピーダンスZinは、
前記長さaと前記厚みbとを変化させることで、前記距離dが減衰するノイズの周波数における波長の1/4となる前記距離dである場合の、当該周波数の周辺の周波数帯における前記第1の入力インピーダンスZinを調整して、帯域除去する周波数の帯域とその周波数の帯域における減衰量とが決定されたことを特徴とする請求項1から請求項11の何れか一項に記載のノイズ抑制構造を有する回路基板。
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