JP6226552B2 - プリント回路板及び電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、送信回路が実装されたプリント配線板を備えたプリント回路板及び電子機器に関する。

半導体パッケージ等の送信回路が実装されたプリント配線板では、送信回路の電源端子及びグラウンド端子間に基幹電源から動作に必要な電源電圧が与えられ、送信回路から受信回路にデジタル信号の送信が行われる。このとき、送信回路から出力される信号の電圧レベルが遷移するタイミングに同期して、送信回路の電源端子から送信回路の内部に電流が引き込まれる。この時間的に変動する電流が、電源端子に接続されたプリント配線板の電源配線パターンを流れることにより、電源配線パターンに存在する寄生インダクタンス成分に起因する電源電位変動ΔＶが発生する。

この電源電位変動ΔＶが、プリント配線板の電源配線パターンを拡散し、プリント配線板にコネクタを介して接続された電源ケーブルなどを励振することによって、大きな放射電磁波ノイズを発生させる原因となっていた。また、このノイズ電流は、送信回路の動作と同期して発生するため、送信回路の動作周波数の整数倍のスペクトラムを有し、発生する放射電磁波ノイズも整数倍のスペクトラムを有する。

そこで、従来、この整数倍のノイズ電流の伝搬を抑制し、基幹電源側での電源電位変動ΔＶを抑制する技術が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載されているシステムは、半導体パッケージとキャパシタをプリント配線板上に実装し、キャパシタと基幹電源との間の電源配線パターンに、動作周波数に対して１／４波長の電気長のオープンスタブ配線パターンを接続したものである。これにより、動作周波数の奇数倍のノイズ電流が電源ケーブルに伝搬するのを抑制し、電源ケーブルからの放射電磁波ノイズを低減している。なお、動作周波数の偶数倍の周波数のノイズ電流の伝搬を抑制するために、更に電源配線パターンに動作周波数の整数倍に配線長を調整したオープンスタブ配線パターンを接続することが記載されている。

特開２０１１−１６０４２８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来例では、オープンスタブ配線パターン間の距離が規定されておらず、オープンスタブ配線パターンとオープンスタブ配線間の配線パターンから発生する放射電磁波ノイズを抑制できないという問題があった。

また、これらオープンスタブ配線パターンを、グラウンド配線パターンに接続した場合や、送信回路の信号端子に接続した信号配線パターンに接続した場合も同様に、オープンスタブ配線パターン間からの放射電磁波ノイズを抑制できないという問題があった。

そこで、本発明は、プリント配線板からの放射電磁波ノイズを抑制したプリント回路板及び電子機器を提供する。

本発明のプリント回路板は、電源端子、グラウンド端子及び信号端子を有し、前記電源端子と前記グラウンド端子との間に動作に必要な直流電圧が印加され、前記信号端子からデジタル信号を送信可能とする送信回路と、前記送信回路が実装されたプリント配線板と、を備え、前記プリント配線板は、前記送信回路の電源端子に接続された電源配線パターンと、前記送信回路のグラウンド端子に接続されたグラウンド配線パターンと、前記送信回路の信号端子に接続された信号配線パターンと、前記電源配線パターン、前記グラウンド配線パターン及び前記信号配線パターンのうち少なくとも１つの配線パターンの第１接続部分に接続され、少なくとも前記デジタル信号の伝送レートに相当する基本周波数のＮ倍（Ｎは１以上の整数）の成分の通過を低減させる配線長に設定された第１オープンスタブ配線パターンと、前記少なくとも１つの配線パターンの第２接続部分に接続され、少なくとも前記基本周波数の（２×Ｎ）倍の周波数の成分の通過を低減させる配線長に設定された第２オープンスタブ配線パターンと、を有し、前記少なくとも１つの配線パターンの経路上で、前記第１接続部分が前記第２接続部分よりも前記送信回路の側にあり、前記少なくとも１つの配線パターンにおいて前記第１接続部分と前記第２接続部分との間の部分の配線の電気長が、前記基本周波数に対する波長の２／（１０×Ｎ）以上３／（１０×Ｎ）以下の範囲内に設定されていることを特徴とする。

本発明によれば、プリント配線板における電源配線パターン、グラウンド配線パターン及び信号配線パターンのうち少なくとも１つの配線パターンからの放射電磁波ノイズを低減することができる。

第１実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図である。 プリント回路板のシミュレーションモデル及び動作を説明するための図である。 プリント回路板のシミュレーションモデル及びシミュレーション結果を説明するための図である。 プリント回路板のシミュレーション結果を説明するための図である。 第２実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図である。 プリント回路板のシミュレーションモデルを示す斜視図である。 プリント回路板のシミュレーション結果を説明するための図である。 第３実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図である。 第４実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図である。 第１〜第４実施形態に係るプリント回路板の変形例を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１に示すプリント回路板１００は、不図示の電子機器に搭載されている。プリント回路板１００は、プリント配線板２００と、プリント配線板２００に実装された送信回路３００と、プリント配線板２００に実装された受信回路４００と、を備えている。

プリント配線板２００には、送信回路３００及び受信回路４００の動作に必要な直流電圧を発生させる電池等の基幹電源５００が搭載されている。なお、基幹電源５００は、電池に限らず、外部電源から電源供給され、直流電圧を発生させる電源回路であってもよい。

また、プリント回路板１００は、プリント配線板２００に実装され、電源ケーブル７００が接続されるコネクタ６００を備えている。更に、プリント回路板１００は、プリント配線板２００に実装されたバイパスコンデンサ６０１，６０２と、プリント配線板２００に実装された水晶振動子６０３とを備えている。

プリント配線板２００は、両面基板を含むいわゆる多層基板であり、誘電体層（不図示）を介して導体層が積層されたものである。誘電体層としては、樹脂やガラス繊維、テフロン（登録商標）、セラミックス等が用いられる。また、導体層には、銅やメッキ材として銀や金などが用いられる。各部品３００，４００，５００，６００，６０１，６０２，６０３は、プリント配線板２００の一対の表層のうちいずれかに実装されている。

送信回路３００は、電源端子３０１、グラウンド端子３０２、信号端子３０３、及びこれら端子３０１，３０２，３０３に内部配線を介して接続される半導体チップからなる送信素子３０４を有している。

送信素子３０４は、電源端子３０１とグラウンド端子３０２との間に動作に必要な直流電圧が印加されることにより、水晶振動子６０３の発振周波数に基づく所定の伝送レート［ｂｐｓ］でデジタル信号を出力する。これにより、送信回路３００の信号端子３０３からは、デジタル信号が送信可能となっている。

受信回路４００は、電源端子４０１、グラウンド端子４０２及び信号端子４０３を有している。基幹電源５００は、正極５０１及び負極５０２を有している。

プリント配線板２００は、基幹電源５００から送信回路３００及び受信回路４００に電源供給するのに用いられる電源配線パターン２０１及びグラウンド配線パターン２０２を有している。また、プリント配線板２００は、送信回路３００と受信回路４００との間でデジタル信号を伝送するのに用いられる信号配線パターン２０３を有している。

電源配線パターン２０１及びグラウンド配線パターン２０２の一端には、コネクタ６００が接続され、基幹電源５００の直流電圧を、ケーブル７００を介して外部機器に供給可能となっている。

また、電源配線パターン２０１の一端と他端との間には、送信回路３００の電源端子３０１、受信回路４００の電源端子４０１、及び基幹電源５００の正極５０１が電気的に接続されている。

また、グラウンド配線パターン２０２の一端と他端との間には、送信回路３００のグラウンド端子３０２、受信回路４００のグラウンド端子４０２、及び基幹電源５００の負極５０２が電気的に接続されている。

また、送信回路３００の信号端子３０３と受信回路４００の信号端子４０３とが信号配線パターン２０３で電気的に接続されている。つまり、信号配線パターン２０３の一端が信号端子３０３に接続され、信号配線パターン２０３の他端が信号端子４０３に接続されている。

バイパスコンデンサ６０１，６０２は、電源配線パターン２０１及びグラウンド配線パターン２０２の間に電気的に接続されている。具体的には、バイパスコンデンサ６０１は、送信回路３００の電源端子３０１及びグラウンド端子３０２の近傍に接続され、バイパスコンデンサ６０２は、基幹電源５００の正極５０１及び負極５０２の近傍に接続されている。

ここで、本実施形態では、電源配線パターン２０１及びグラウンド配線パターン２０２の一端にコネクタ６００が接続されている。そして、電源配線パターン２０１及びグラウンド配線パターン２０２の一端から遠ざかる方向に順次、基幹電源５００、バイパスコンデンサ６０２、バイパスコンデンサ６０１、送信回路３００、受信回路４００が接続されている。

送信回路３００が動作する（つまりデジタル信号を出力する）と、基幹電源５００から電源配線パターン２０１を介して送信回路３００の電源端子３０１に電流が引き込まれることにより、電源電位変動が発生する。つまり、送信回路３００がノイズ源となり、ノイズ電流が電源配線パターン２０１上を基幹電源５００の側（コネクタ６００の側）に向かって流れることとなる。このノイズ電流によるノイズ電圧は、送信回路３００が送信するデジタル信号の伝送レート［ｂｐｓ］に相当する基本周波数［Ｈｚ］の整数倍の周波数でピークを持つ。例えばデジタル信号の伝送レート［ｂｐｓ］が１［Ｇｂｐｓ］の場合は、ノイズ電圧は、１［ＧＨｚ］の整数倍の周波数の成分を持つ。

この送信回路３００の動作に伴うノイズは、電源配線パターン２０１のみならず、グラウンド配線パターン２０２及び信号配線パターン２０３においても発生する。

プリント配線板２００は、第１オープンスタブ配線パターンであるオープンスタブ配線パターン２１１と、第２オープンスタブ配線パターンであるオープンスタブ配線パターン２１２とを有するノイズフィルタ２１０を備えている。

ノイズフィルタ２１０は、電源配線パターン２０１、グラウンド配線パターン２０２及び信号配線パターン２０３のうち少なくとも１つの配線パターン、本実施形態では、電源配線パターン２０１に接続されている。具体的に説明すると、オープンスタブ配線パターン２１１は、電源配線パターン２０１上の第１接続部分である接続部分Ｐ１に接続され、オープンスタブ配線パターン２１２は、電源配線パターン２０１上の第２接続部分である接続部分Ｐ２に接続されている。

つまり、オープンスタブ配線パターン２１１の一端が接続部分Ｐ１に接続される接続端であり、オープンスタブ配線パターン２１１の他端が開放された開放端である。また、オープンスタブ配線パターン２１２の一端が接続部分Ｐ２に接続される接続端であり、オープンスタブ配線パターン２１２の他端が開放された開放端である。

接続部分Ｐ１，Ｐ２は、電源配線パターン２０１の経路上で、基幹電源５００と送信回路３００との間、具体的には、バイパスコンデンサ６０１とバイパスコンデンサ６０２との間にある。本実施形態では、電源配線パターン２０１の経路上で、接続部分Ｐ１が接続部分Ｐ２よりも送信回路３００の電源端子３０１の側にある。

また、オープンスタブ配線パターン２１１とオープンスタブ配線パターン２１２とは、互いに対向するように電源配線パターン２０１から同じ側に延びて形成されている。これにより、プリント配線板２００におけるノイズフィルタ２１０の占有面積（占有領域）を小さくすることができる。

オープンスタブ配線パターン２１１の接続端から開放端までの配線長は、電源配線パターン２０１において少なくともデジタル信号の伝送レートに相当する基本周波数（動作周波数）の成分（基本波）の通過を低減させるように設定されている。

また、オープンスタブ配線パターン２１２の接続端から開放端までの配線長は、電源配線パターン２０１において少なくともデジタル信号の伝送レートに相当する基本周波数の２倍の周波数の成分（２倍高調波）の通過を低減させるように設定されている。

オープンスタブ配線パターン２１１の配線長は、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数（送信回路３００の動作周波数）に対する電気長で、１／４波長に対し±１０％の範囲内に設定されているのが好ましい。つまり、オープンスタブ配線パターン２１１の配線長は、奇数倍の周波数成分に対して６［ｄＢ］以上の低減効果がある範囲内に設定されている。

また、オープンスタブ配線パターン２１２の配線長は、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数（送信回路３００の動作周波数）に対する電気長で、１／８波長に対し±１０％の範囲内に設定されているのが好ましい。つまり、オープンスタブ配線パターン２１２の配線長は、偶数倍の周波数成分に対して６［ｄＢ］以上の低減効果がある範囲内に設定されている。

このように、オープンスタブ配線パターン２１１の物理的な形状は、電気長で約１／４波長となるように調整されていればよく、また、オープンスタブ配線パターン２１２の物理的な形状は、電気長で約１／８波長となるように調整されていれば良い。例えば、オープンスタブ配線パターン２１１，２１２の開放端の形状が矩形に限らず、半円や凹凸形状に加工されていても良い。また、オープンスタブ配線パターン２１１，２１２が、直線状に延びて形成される場合に限らず、ミアンダ配線のように折り曲げられていても良いし、分岐されていても良い。また、オープンスタブ配線パターン２１１，２１２の配線幅も特に制限されないが、共振器のＱ値の観点から３［ｍｍ］程度以下が望ましい。

本実施形態では、オープンスタブ配線パターン２１１の配線長は、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数（送信回路３００の動作周波数）に対する電気長で、１／４波長に設定されている。

また、オープンスタブ配線パターン２１２の配線長は、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数（送信回路３００の動作周波数）に対する電気長で、１／８波長に設定されている。

本第１実施形態の効果を検証するために、CST MICROWAVE STUDIO（登録商標）を用いて電磁界シミュレーションを行った。図２（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るプリント配線板の斜視図である。シミュレーションに使用したノイズフィルタ２１０の概略寸法と材料値は以下の通りである。

なお、ノイズフィルタ２１０及び電源配線パターン２０１は、プリント配線板２００の一方の表層に形成されているものとし、グラウンド配線パターン２０２は、プリント配線板２００の他方の表層に形成されているものとした。

オープンスタブ配線パターン２１１の形状は、幅０．３６［ｍｍ］、厚さ３５［μｍ］、長さ３８．５［ｍｍ］の直方体とした。オープンスタブ配線パターン２１２の形状は、幅０．３６［ｍｍ］、厚さ３５［μｍ］、長さ１９．２５［ｍｍ］の直方体とした。送信回路３００を想定したノイズ電圧源３０からオープンスタブ配線パターン２１１までの距離Ｄ１を３［ｍｍ］とし、基幹電源５００の負荷インピーダンスを想定した抵抗５０からオープンスタブ配線パターン２１２までの距離Ｄ２を３［ｍｍ］とした。また、電源配線パターン２０１の形状は直方体とし、幅０．３６［ｍｍ］、厚さ３５［μｍ］とした。電源配線パターン２０１の長さは、両端から各配線パターン２１１，２１２までの距離（Ｄ１＋Ｄ２）６［ｍｍ］と、配線パターン２１１，２１２間の距離ｄと、配線パターン２１１，２１２の幅０．７２［ｍｍ］との和とした。

ここで、オープンスタブ配線パターン２１１，２１２間の距離ｄとは、電源配線パターン２０１において接続部分Ｐ１と接続部分Ｐ２との間の配線部分２０１Ａの配線長である。なお、接続部分Ｐ１，Ｐ２とは、電源配線パターン２０１において、図２（ａ）中、点線で囲われた矩形状の部分である。そして、配線部分２０１Ａは、電源配線パターン２０１において接続部分Ｐ１と接続部分Ｐ２との間の部分である。

プリント配線板２００の一対の表層間の誘電体層における誘電体２５の形状も直方体とした。誘電体２５の厚さは２００［μｍ］とした。誘電体２５のスタブ短辺方向の長さＷ１は、電源配線パターン２０１の両端に３［ｍｍ］分のスペース（Ｓ１、Ｓ２）を設けた長さとした。誘電体２５のスタブ長辺方向の長さＷ２は、電源配線パターン２０１の側端と３［ｍｍ］分のスペースＳ３を設け、オープンスタブ配線パターン２１１の開放端と３［ｍｍ］分のスペースＳ４を設けた長さとした。また、誘電体２５の比誘電率は、一般的に使用されているＦＲ−４を想定し、４．３とした。

グラウンド配線パターン２０２の形状は、誘電体２５を厚さ方向に他方の表層に投影したサイズとし、厚みは３５［μｍ］とした。

なお、これら配線パターン２０１，２０２，２１１，２１２の導電率は、銅を想定して５８×１０^６［Ｓ／ｍ］とした。また、基幹電源５００を想定した負荷抵抗５０は５０［Ω］とした。

図２（ｂ）は、基本波、２倍高調波、３倍高調波の電圧定在波Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３とノイズ電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３の流れを示した模式図である。オープンスタブ配線パターン２１１，２１２が基本波、２倍高調波、３倍高調波のノイズ電流Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３に対してどうのように作用するのか説明する。

まず、オープンスタブ配線パターン２１１は、基本波の電圧定在波Ｖ１に対しては１／４波長、３倍高調波の電圧定在波Ｖ３に対しては３／４波長の電気長となる。そのため、接続部分Ｐ１においてリアクタンス成分が零となり、オープンスタブ配線パターン２１１の配線長と断面積に依存した実抵抗分のみとなり、低インピーダンス回路として作用する。よって、ノイズ電流の基本波成分Ｉ１と３倍高調波成分Ｉ３は、接続部分Ｐ１において、送信回路３００の側に反射されるので、基幹電源５００の側に伝搬されるのを低減することができる。

一方、２倍高調波の電圧定在波Ｖ２に対しては、オープンスタブ配線パターン２１１は２倍高調波の電圧定在波Ｖ２に対して１／２波長の電気長となるため、接続部分Ｐ２は、開放端のように振る舞う。よって、ノイズ電流の２倍高調波成分Ｉ２は、オープンスタブ配線パターン２１１にはほとんど流れず、基幹電源５００の側に通過する。接続部分Ｐ１を通過したノイズ電流の２倍高調波成分Ｉ２は、基本波に対しては１／８波長、２倍高調波に対しては１／４波長の電気長となるオープンスタブ配線パターン２１２によって送信回路３００の側に反射される。

従って、送信回路３００にて発生したノイズが、ノイズフィルタ２１０により基幹電源５００の側へ拡散するのを防止できる。

図３（ａ）は、接続部分Ｐ１と接続部分Ｐ２との間の配線部分２０１Ａの配線長（オープンスタブ配線パターン２１１，２１２間の距離）ｄが、基本波に対する電気長で１／８波長の場合の２倍高調波の電界分布を示した模式図である。図３（ａ）を用いて、オープンスタブ配線パターン２１１，２１２間の距離ｄと２倍高調波の放射電磁波ノイズとの関係を説明する。

上述のように２倍高調波のノイズ電圧に対して、接続部分Ｐ１におけるインピーダンスと接続部分Ｐ２におけるインピーダンスとが異なるので、配線部分２０１Ａにノイズ電圧の２倍高調波成分の定在波が発生する。

仮に、オープンスタブ配線パターン２１１，２１２間の距離（配線部分２０１Ａの配線長）ｄが２倍高調波に対して１／４波長の奇数倍の電気長に設定したとき、接続部分Ｐ１を腹とし、接続部分Ｐ２を節とした定在波が発生する。そのため、配線部分２０１Ａがモノポールアンテナとして作用する効率の良いアンテナとなり、空間に電磁波ノイズを輻射することとなる。

ここで、ノイズ電圧源３０の電圧を１［Ｖ］、基本周波数を１［ＧＨｚ］とした。そして、配線部分２０１Ａの配線長ｄ（電気長）を基本周波数に対し零から１／２波長まで変化させたときの極座標系における半径３［ｍ］地点での電界強度の最大値をシミュレーションにて求めた。

図３（ｂ）は、シミュレーション結果を示すグラフである。横軸は、配線部分２０１Ａの配線長ｄを基本周波数に対する電気長で表して、基本周波数の１波長で割ったものであり、縦軸は、放射電界強度の最大値である。

破線が基本波である１［ＧＨｚ］、実線が２倍高調波である２［ＧＨｚ］、点線が３倍高調波である３［ＧＨｚ］の放射電界強度を示している。図３（ｂ）より、配線部分２０１Ａの配線長ｄが、基本波に対して１／８波長の電気長となるときに２倍高調波成分の放射電界強度が最大となり、基本波に対して１／４波長の電気長となるときに放射電界強度が最小となることが確認できる。

これは、２倍高調波に対して配線部分２０１Ａのインピーダンスがごく僅かなインピーダンス値に見え、オープンスタブ配線パターン２１２を励振する電圧が相対的に小さくなるからと考えられる。さらに、基本波成分と３倍高調波成分は、配線部分２０１Ａからの放射電磁波ノイズの発生が小さく、配線部分２０１Ａの配線長ｄには依存せず、ほぼ一定の放射電界強度となることが確認できる。そのため、基本波と３倍高調波成分の放射電磁波ノイズを抑制するためには、オープンスタブ配線パターン２１１は送信回路３００の近傍に配置されるのが良い。

なお、配線部分２０１Ａから放射される２倍高調波成分の電磁波ノイズは、基本波に対して、１／８波長の奇数倍のときに増大し、１／８波長の偶数倍のときに減少するので、配線部分２０１Ａの配線長ｄは１／８波長の偶数倍を選択するのが望ましい。

しかしながら、高機能化・低コスト化の観点を鑑みると、ノイズフィルタ２１０の実装面積は小さい方が良いため、むやみに配線部分２０１Ａの配線長ｄを長くすることは望ましくない。

図３（ｂ）より、３／８波長以下で２倍高調波成分の最大放射電界強度値Ｐ１１から半分以下（６［ｄＢ］以上）となる範囲は、１／２５波長以下、２／１０波長以上かつ３／１０波長以下である。

本実施形態での検証結果より、上記の範囲であれば、１００［ｍＶ］程度の電源電位変動に対してＣＩＳＰＲ２２に規定されている放射ノイズに関する１〜６［ＧＨｚ］までの規格値をフィルタ単体で超えることはない。

図４（ａ）は、配線部分２０１Ａの配線長ｄによるノイズ通過特性を示したグラフである。横軸は、配線部分２０１Ａの配線長ｄを基本周波数に対する電気長で表して、基本周波数の１波長で割ったものである。縦軸は送信回路３００をポート１とし基幹電源５００をポート２とした場合の送信回路３００から基幹電源５００へのノイズ通過特性であるＳ２１を示したものである。図４（ａ）より、配線部分２０１Ａの配線長ｄが０付近のとき、ノイズ通過量が急激に大きくなっていることが分かる。

図４（ｂ）は、配線部分２０１Ａの配線長ｄを、基本周波数に対する電気長で０から１／８０波長まで変化させたときの基本波から３倍高調波の共振周波数のずれを示したグラフである。図４（ｂ）より、配線部分２０１Ａの配線長ｄが１／１００波長よりも小さいとき、基本波から３倍高調波の周波数に対して共振周波数がずれているため、ノイズ通過量が大きい。共振周波数のずれの原因は、図２（ａ）に示すように、互いに対向するオープンスタブ配線パターン２１１，２１２同士が近すぎると、オープンスタブ配線パターン２１１，２１２同士で相互影響を与えるためである。

そして、図４（ｂ）より配線部分２０１Ａの配線長ｄが、基本周波数に対する電気長で１／１００波長以上になると、共振周波数のずれが１［％］以下に収束することが分かる。

以上より、電源配線パターン２０１における配線部分２０１Ａの配線長ｄを、基本周波数に対する電気長で１／１００波長以上かつ１／２５波長以下の範囲、又は２／１０波長以上かつ３／１０波長以下の範囲に設定することが好ましい。これにより、オープンスタブ配線パターン２１１，２１２同士の相互影響を無視でき、ノイズ伝搬を抑制することができ、放射電磁波ノイズを抑制することができる。

特に、配線部分２０１Ａの配線長ｄを、２／１０波長以上かつ３／１０波長以下の範囲に設定することで、図３（ｂ）に示すように、電源配線パターン２０１からの放射電磁波ノイズをより効果的に抑制することができる。

なお、本第１実施形態では、５０Ω系の電源配線パターン２０１についてシミュレーションにて検証を行ったが、５０Ω以下の電源配線パターン２０１に関しても同様の効果が得られる。また、基本周波数を１［ＧＨｚ］以上とした場合においても、配線部分２０１Ａの配線長ｄの関係は変わらない。また、オープンスタブ配線パターン２１１の接続端から開放端までの配線長は、基本周波数成分（基本波）のＮ倍の通過を低減させるように設定されていても良い。その場合は、オープンスタブ配線パターン２１２の接続端から開放端までの配線長は、基本周波数の（２×Ｎ）倍の周波数成分の通過を低減させるように設定される。ただし、Ｎは１以上の整数である。一般的にはＮが３までの整数の場合を考慮すれば充分である。

以上、本第１実施形態では、配線部分２０１Ａの配線長ｄが、基本周波数に対する電気長で１／（１００×Ｎ）波長以上かつ１／（２５×Ｎ）波長以下の範囲、又は２／（１０×Ｎ）波長以上かつ３／（１０×Ｎ）波長以下の範囲に設定されている。したがって、配線部分２０１Ａから放射される電磁ノイズ、特に基本波成分、２倍高調波成分及び３倍高調波成分の放射電磁波ノイズを効果的に抑制することができる。

［第２実施形態］
次に、図５に示す本発明の第２実施形態に係るプリント回路板１００Ａの構成について説明する。なお、本第２実施形態では、ノイズフィルタ２１０Ａ以外の構成は、上記第１実施形態と同様であり、本第２実施形態において上記第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。本第２実施形態のプリント回路板１００Ａのプリント配線板２００Ａは、ノイズフィルタ２１０Ａを有している。

このノイズフィルタ２１０Ａは、上記第１実施形態と同様、第１オープンスタブ配線パターンとしてのオープンスタブ配線パターン２１１と、第２オープンスタブ配線パターンとしてのオープンスタブ配線パターン２１２とを有している。なお、電源配線パターン２０１上のノイズフィルタ２１０Ａの配置位置は、上記第１実施形態のノイズフィルタ２１０と同様とし、オープンスタブ配線パターン２１１，２１２の相対的な位置関係が異なる。

ここで、上記第１実施形態と同様、電源配線パターン２０１の経路上で、オープンスタブ配線パターン２１１が接続される第１接続部分が接続部分Ｐ１であり、オープンスタブ配線パターン２１２が接続される第２接続部分が接続部分Ｐ２である。

本第２実施形態では、電源配線パターン２０１の経路上で、接続部分Ｐ２が接続部分Ｐ１よりも送信回路３００の電源端子３０１の側にある。なお、オープンスタブ配線パターン２１１，２１２は、上記第１実施形態と同様、互いに対向するように電源配線パターン２０１から同じ側に延びて形成されている。これにより、プリント配線板２００Ａにおけるノイズフィルタ２１０Ａの占有面積（占有領域）を小さくすることができる。

本第２実施形態の効果を検証するために、上記第１実施形態と同様の電磁界シミュレーションを行った。図６（ａ）は、本発明の第２実施形態に係るプリント配線板の斜視図である。シミュレーションに使用したノイズフィルタ２１０Ａの概略寸法と材料値は以下の通りである。

オープンスタブ配線パターン２１１、オープンスタブ配線パターン２１２、電源配線パターン２０１、誘電体２５、グラウンド配線パターン２０２の形状は、上記第１実施形態のシミュレーションで用いたものと同じとした。

送信回路３００のノイズ電圧源３０から３［ｍｍ］（Ｄ３）離した位置にオープンスタブ配線パターン２１２を配置し、基幹電源５００を想定した負荷抵抗５０から３［ｍｍ］（Ｄ４）離した位置にオープンスタブ配線パターン２１１を配置した。各構成要素の材料値は上記第１実施形態と同じである。

オープンスタブ配線パターン２１１は、基本波成分及び３倍高調波成分を送信回路３００の側に反射するように作用する。また、オープンスタブ配線パターン２１２は、２倍高調波成分を送信回路３００の側に反射させるように作用する。

従って、基本波から３倍高調波までのノイズ電流が各オープンスタブ配線パターン２１１，２１２によって基幹電源５００の側へと伝搬することを抑制できることは、上記第１実施形態と同様である。

しかしながら、基本波と３倍高調波は、接続部分Ｐ１，Ｐ２間の配線部分２０１Ａを伝搬してオープンスタブ配線パターン２１１で反射される。したがって、電源配線パターン２０１とオープンスタブ配線パターン２１１との接続部分Ｐ１を節とする定在波が発生する。

図６（ｂ）は、配線部分２０１Ａの配線長ｄが１／８波長のときにおける基本波の電界定在波分布を示した模式図である。図６（ｂ）を用いて配線部分２０１Ａの配線長ｄと基本波及び３倍高調波の放射電磁波ノイズ特性の関係を説明する。

配線部分２０１Ａの配線長ｄが基本波に対して１／８波長のとき、電源配線パターン２０１とオープンスタブ配線パターン２１１との接続部分Ｐ１からオープンスタブ配線パターン２１２の開放端までの距離が基本波に対して１／４波長となる。このとき、基本波に対して、電源配線パターン２０１とオープンスタブ配線パターン２１１との接続部分Ｐ１を節とし、オープンスタブ配線パターン２１２の開放端を腹とする１／４波長の定在波が発生する。また、３倍高調波に対しては、電源配線パターン２０１とオープンスタブ配線パターン２１１との接続部分Ｐ１を節とし、オープンスタブ配線パターン２１２の開放端を腹とする３／４波長の定在波が発生する。

ここで、ノイズ電圧源３０の入力電圧を１［Ｖ］、基本周波数を１［ＧＨｚ］とした。そして、配線部分２０１Ａの配線長ｄを０から基本周波数に対して１／２波長まで変化させたときの極座標系における半径３［ｍ］地点での放射電界強度の最大値をシミュレーションにて求めた。

図７は、本第２実施形態におけるシミュレーション結果を示すグラフである。横軸は、配線部分２０１Ａの配線長ｄを基本周波数に対する電気長で表して、基本周波数の１波長で割ったものであり、縦軸は、放射電界強度の最大値である。図６中、破線が基本波である１［ＧＨｚ］、実線が２倍高調波である２［ＧＨｚ］、点線が３倍高調波である３［ＧＨｚ］の放射電界強度を示している。

図７より、２倍高調波成分の放射電界強度は、ほぼ一定であるが、基本波と３倍高調波は、配線部分２０１Ａの配線長ｄが約１／８波長となるときに、放射電界強度の第１のピークが発生することがわかる。

さらに、配線部分２０１Ａの配線長ｄと基本波、３倍高調波の放射電磁波ノイズの関係を詳細に述べる。オープンスタブ配線パターン２１１と電源配線パターン２０１との接続部分Ｐ１を節とし、オープンスタブ配線パターン２１２の開放端を腹とする定在波が発生するときに放射ノイズがピークとなる。つまり、基本波に対しては、配線部分２０１Ａの配線長ｄが式（２）を満足するとき、放射電磁波ノイズがピークとなる。

ここで、ｎは正奇数であり、λは基本波の波長である。

さらに、３倍高調波に対しては、配線部分２０１Ａの配線長ｄが式（３）を満足するとき、放射電磁波ノイズがピークとなる。

ここで、ｎは３以上の奇数であり、λは基本波の波長である。ただし、実際は、オープンスタブ配線パターン２１２の開放端でのエンドエフェクトの影響があるため、１０［％］程度のずれが生じることが、図７よりわかる。

前記のように、ノイズフィルタ２１０の実装面積は小さい方が良いため、むやみに配線部分２０１Ａの配線長ｄを長くすることは望ましくない。さらに、本実施形態ではノイズ電圧源３０の電圧を１［Ｖ］として計算しているが、実際には、ノイズ源の周波数成分は、送信回路や受信回路、基幹電源、それらを搭載するプリント配線板上の配線パターン等によって変化する。そのため、基本周波数成分と３倍高調波成分の両成分を同時に抑制できることが望ましい。図７より、３／８波長以下で、基本波成分のピークＰ１３と３倍高調波成分のピークＰ１２から半分以下（６［ｄＢ］以上）をともに満足する範囲は、基本周波数に対する電気長で、１／２０波長以下と３１／１００波長以上かつ３７／１００波長以下である。

また、上記第１実施形態と同様、配線部分２０１Ａの配線長ｄが、基本周波数に対する電気長で１／１００波長以上である場合、オープンスタブ配線パターン２１１，２１２間の相互影響を無視できる。

従って、本第２実施形態では、配線部分２０１Ａの配線長ｄが、基本周波数に対する電気長で１／（１００×Ｎ）波長以上かつ１／（２０×Ｎ）波長以下の範囲、又は３１／（１００×Ｎ）波長以上かつ３７／（１００×Ｎ）波長以下の範囲に設定されている。ただし、Ｎは１以上の整数である。これにより、配線部分２０１Ａから放射される電磁ノイズ、特に基本波成分、２倍高調波成分及び３倍高調波成分の放射電磁波ノイズを効果的に抑制することができる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態に係るプリント回路板について説明する。図８（ａ）は、上記第１実施形態のノイズフィルタをグラウンド配線パターンに接続した場合の説明図である。また、図８（ｂ）は、上記第２実施形態のノイズフィルタをグラウンド配線パターンに接続した場合の説明図である。なお、本第３実施形態において、上記第１，第２実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。

上記第１，第２実施形態では、電源配線パターン２０１にノイズフィルタ２１０，２１０Ａを接続したが、本第３実施形態では、図８（ａ）又は図８（ｂ）に示すように、グラウンド配線パターン２０２にノイズフィルタ２１０，２１０Ａを接続している。

グラウンド配線パターン２０２における接続部分Ｐ１と接続部分Ｐ２との間の部分の配線長ｄは、上記第１，第２実施形態と同様とすればよい。このように構成することで、グラウンド配線パターン２０２からの放射電磁波ノイズを抑制することができる。

なお、上記第１，第２実施形態において、更にグラウンド配線パターン２０２にノイズフィルタ２１０又はノイズフィルタ２１０Ａと同様の構成のノイズフィルタを接続してもよい。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態に係るプリント回路板について説明する。図９（ａ）は、上記第１実施形態のノイズフィルタを信号配線パターンに接続した場合の説明図である。また、図９（ｂ）は、上記第２実施形態のノイズフィルタを信号配線パターンに接続した場合の説明図である。なお、本第４実施形態において、上記第１〜第３実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。

上記第１，第２実施形態では、電源配線パターン２０１にノイズフィルタ２１０，２１０Ａを接続したが、本第４実施形態では、図９（ａ）又は図９（ｂ）に示すように、信号配線パターン２０３にノイズフィルタ２１０，２１０Ａを接続している。

信号配線パターン２０３における接続部分Ｐ１と接続部分Ｐ２との間の部分の配線長ｄは、上記第１，第２実施形態と同様とすればよい。このように構成することで、信号配線パターン２０３からの放射電磁波ノイズを抑制することができる。

なお、上記第１〜第３実施形態において、更に信号配線パターン２０３にノイズフィルタ２１０又はノイズフィルタ２１０Ａと同様の構成のノイズフィルタを接続してもよい。

なお、本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

図１０（ａ）は、上記第１実施形態におけるプリント回路板の変形例を示す説明図である。図１０（ｂ）は、上記第２実施形態におけるプリント回路板の変形例を示す説明図である。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、オープンスタブ配線パターン２１１とオープンスタブ配線パターン２１２とが、電源配線パターン２０１から互いに反対側に延びて形成されていてもよい。その際、電源配線パターン２０１におけるオープンスタブ配線パターン２１１の接続部分とオープンスタブ配線パターン２１２の接続部分との間の配線部分の配線長は、上記第１，第２実施形態と同様とすればよい。この構成によっても、上記第１実施形態又は上記第２実施形態と同様に、電源配線パターン２０１からの放射電磁波ノイズを抑制することができる。

図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）は、上記第３実施形態におけるプリント回路板の変形例を示す説明図である。図１０（ｃ）及び図１０（ｄ）に示すように、オープンスタブ配線パターン２１１とオープンスタブ配線パターン２１２とが、グラウンド配線パターン２０２から互いに反対側に延びて形成されていてもよい。その際、グラウンド配線パターン２０２におけるオープンスタブ配線パターン２１１の接続部分とオープンスタブ配線パターン２１２の接続部分との間の配線部分の配線長は、上記第３実施形態と同様とすればよい。この構成によっても、上記第３実施形態と同様に、グラウンド配線パターン２０２からの放射電磁波ノイズを抑制することができる。

図１０（ｅ）及び図１０（ｆ）は、上記第４実施形態におけるプリント回路板の変形例を示す説明図である。図１０（ｅ）及び図１０（ｆ）に示すように、オープンスタブ配線パターン２１１とオープンスタブ配線パターン２１２とが、信号配線パターン２０３から互いに反対側に延びて形成されていてもよい。その際、信号配線パターン２０３におけるオープンスタブ配線パターン２１１の接続部分とオープンスタブ配線パターン２１２の接続部分との間の配線部分の配線長は、上記第４実施形態と同様とすればよい。この構成によっても、上記第４実施形態と同様に、信号配線パターン２０３からの放射電磁波ノイズを抑制することができる。

また、上記第１〜第４実施形態では、受信回路４００及び基幹電源５００がプリント配線板２００に実装される場合について説明したが、プリント配線板２００に実装されていなくてもよい。この場合、送信回路３００と受信回路４００及び基幹電源５００とは、ケーブルで接続されるように構成すればよい。

１００…プリント回路板、２００…プリント配線板、２０１…電源配線パターン、２０１Ａ…配線部分（部分）、２０２…グラウンド配線パターン、２０３…信号配線パターン、２１１…オープンスタブ配線パターン（第１オープンスタブ配線パターン）、２１２…オープンスタブ配線パターン（第２オープンスタブ配線パターン）、３００…送信回路、３０１…電源端子、４００…受信回路、Ｐ１…接続部分（第１接続部分）、Ｐ２…接続部分（第２接続部分）

Claims (8)

1. 電源端子、グラウンド端子及び信号端子を有し、前記電源端子と前記グラウンド端子との間に動作に必要な直流電圧が印加され、前記信号端子からデジタル信号を送信可能とする送信回路と、
   前記送信回路が実装されたプリント配線板と、を備え、
   前記プリント配線板は、
   前記送信回路の電源端子に接続された電源配線パターンと、
   前記送信回路のグラウンド端子に接続されたグラウンド配線パターンと、
   前記送信回路の信号端子に接続された信号配線パターンと、
   前記電源配線パターン、前記グラウンド配線パターン及び前記信号配線パターンのうち少なくとも１つの配線パターンの第１接続部分に接続され、少なくとも前記デジタル信号の伝送レートに相当する基本周波数のＮ倍（Ｎは１以上の整数）の成分の通過を低減させる配線長に設定された第１オープンスタブ配線パターンと、
   前記少なくとも１つの配線パターンの第２接続部分に接続され、少なくとも前記基本周波数の（２×Ｎ）倍の周波数の成分の通過を低減させる配線長に設定された第２オープンスタブ配線パターンと、を有し、
   前記少なくとも１つの配線パターンの経路上で、前記第１接続部分が前記第２接続部分よりも前記送信回路の側にあり、
   前記少なくとも１つの配線パターンにおいて前記第１接続部分と前記第２接続部分との間の部分の配線の電気長が、前記基本周波数に対する波長の２／（１０×Ｎ）以上３／（１０×Ｎ）以下の範囲内に設定されていることを特徴とするプリント回路板。
2. 電源端子、グラウンド端子及び信号端子を有し、前記電源端子と前記グラウンド端子との間に動作に必要な直流電圧が印加され、前記信号端子からデジタル信号を送信可能とする送信回路と、
   前記送信回路が実装されたプリント配線板と、を備え、
   前記プリント配線板は、
   前記送信回路の電源端子に接続された電源配線パターンと、
   前記送信回路のグラウンド端子に接続されたグラウンド配線パターンと、
   前記送信回路の信号端子に接続された信号配線パターンと、
   前記電源配線パターン、前記グラウンド配線パターン及び前記信号配線パターンのうち少なくとも１つの配線パターンの第１接続部分に接続され、少なくとも前記デジタル信号の伝送レートに相当する基本周波数のＮ倍（Ｎは１以上の整数）の成分の通過を低減させる配線長に設定された第１オープンスタブ配線パターンと、
   前記少なくとも１つの配線パターンの第２接続部分に接続され、少なくとも前記基本周波数の（２×Ｎ）倍の周波数の成分の通過を低減させる配線長に設定された第２オープンスタブ配線パターンと、を有し、
   前記少なくとも１つの配線パターンの経路上で、前記第１接続部分が前記第２接続部分よりも前記送信回路の側にあり、
   前記少なくとも１つの配線パターンにおいて前記第１接続部分と前記第２接続部分との間の部分の配線の電気長が、前記基本周波数に対する波長の１／（１００×Ｎ）以上１／（２５×Ｎ）以下の範囲内に設定されていることを特徴とするプリント回路板。
3. 電源端子、グラウンド端子及び信号端子を有し、前記電源端子と前記グラウンド端子との間に動作に必要な直流電圧が印加され、前記信号端子からデジタル信号を送信可能とする送信回路と、
   前記送信回路が実装されたプリント配線板と、を備え、
   前記プリント配線板は、
   前記送信回路の電源端子に接続された電源配線パターンと、
   前記送信回路のグラウンド端子に接続されたグラウンド配線パターンと、
   前記送信回路の信号端子に接続された信号配線パターンと、
   前記電源配線パターン、前記グラウンド配線パターン及び前記信号配線パターンのうち少なくとも１つの配線パターンの第１接続部分に接続され、少なくとも前記デジタル信号の伝送レートに相当する基本周波数のＮ倍（Ｎは１以上の整数）の成分の通過を低減させる配線長に設定された第１オープンスタブ配線パターンと、
   前記少なくとも１つの配線パターンの第２接続部分に接続され、少なくとも前記基本周波数の（２×Ｎ）倍の周波数の成分の通過を低減させる配線長に設定された第２オープンスタブ配線パターンと、を有し、
   前記少なくとも１つの配線パターンの経路上で、前記第２接続部分が前記第１接続部分よりも前記送信回路の側にあり、
   前記少なくとも１つの配線パターンにおいて前記第１接続部分と前記第２接続部分との間の部分の配線の電気長が、前記基本周波数に対する波長の１／（１００×Ｎ）波長以上１／（２０×Ｎ）以下の範囲内に設定されていることを特徴とするプリント回路板。
4. 電源端子、グラウンド端子及び信号端子を有し、前記電源端子と前記グラウンド端子との間に動作に必要な直流電圧が印加され、前記信号端子からデジタル信号を送信可能とする送信回路と、
   前記送信回路が実装されたプリント配線板と、を備え、
   前記プリント配線板は、
   前記送信回路の電源端子に接続された電源配線パターンと、
   前記送信回路のグラウンド端子に接続されたグラウンド配線パターンと、
   前記送信回路の信号端子に接続された信号配線パターンと、
   前記電源配線パターン、前記グラウンド配線パターン及び前記信号配線パターンのうち少なくとも１つの配線パターンの第１接続部分に接続され、少なくとも前記デジタル信号の伝送レートに相当する基本周波数のＮ倍（Ｎは１以上の整数）の成分の通過を低減させる配線長に設定された第１オープンスタブ配線パターンと、
   前記少なくとも１つの配線パターンの第２接続部分に接続され、少なくとも前記基本周波数の（２×Ｎ）倍の周波数の成分の通過を低減させる配線長に設定された第２オープンスタブ配線パターンと、を有し、
   前記少なくとも１つの配線パターンの経路上で、前記第２接続部分が前記第１接続部分よりも前記送信回路の側にあり、
   前記少なくとも１つの配線パターンにおいて前記第１接続部分と前記第２接続部分との間の部分の配線の電気長が、前記基本周波数に対する波長の３１／（１００×Ｎ）以上３７／（１００×Ｎ）以下の範囲内に設定されていることを特徴とするプリント回路板。
5. Ｎが１であり、
   前記第１オープンスタブ配線パターンの配線の電気長が、前記基本周波数に対する波長の１／４に対し±１０［％］の範囲内に設定され、
   前記第２オープンスタブ配線パターンの配線の電気長が、前記基本周波数に対する波長の１／８に対し±１０［％］の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のプリント回路板。
6. 前記第１オープンスタブ配線パターンと前記第２オープンスタブ配線パターンとが、互いに対向するように前記少なくとも１つの配線パターンから同じ側に延びて形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプリント回路板。
7. 前記第１オープンスタブ配線パターンと前記第２オープンスタブ配線パターンとが、前記少なくとも１つの配線パターンから互いに反対側に延びて形成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のプリント回路板。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプリント回路板を備えた電子機器。

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