JP6389132B2

JP6389132B2 - 電子装置

Info

Publication number: JP6389132B2
Application number: JP2015042234A
Authority: JP
Inventors: 淳史倉内; 誠悟村重
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2018-09-12
Anticipated expiration: 2035-03-04
Also published as: JP2016162951A

Description

本発明は、電子回路を構成する回路基板を備えた電子装置に関し、特に、半導体集積回路等の電源端子の近傍にノイズ除去のための回路部品が搭載された回路基板を有する電子装置に関する。

従来、回路基板を備えた電子装置において、集積回路の動作に伴って生ずる電源変動に起因したノイズ放射を低減することを目的として、当該集積回路の電源端子の近傍に、ノイズ除去のための複数のコンデンサを、当該集積回路に近い側から自己共振周波数の高いコンデンサの順に配置することが知られている（特許文献１）。これにより、この電子装置では、集積回路の電源端子からグランド端子に至るノイズ電流ループの経路面積が、放射ノイズを生じ易い高い周波数のノイズ程小さくなるようにして、これらノイズ電流によって生ずる放射ノイズを抑制している。

上記従来の電子装置では、ノイズ電流ループから生ずるノイズ放射に対しては低減効果を発揮する。しかしながら、集積回路等の電源回路の近傍にノイズ除去用のコンデンサを用いる場合、処理すべき高周波ノイズの帯域幅によっては、上記ノイズ放射に加えて、高域ノイズの一部が当該コンデンサを通過することなく反射し、当該反射ノイズが電源ラインを伝わることで、他の回路部品の動作に悪影響が生じ得る。

このような高周波ノイズの反射は、例えば集積回路を用いた電子回路の場合には、当該集積回路の動作周波数が高いほど（従って、動作速度が速いほど）発生しやすく、マイクロコンピュータを用いたデジタル制御等の高性能化（高機能化、高精度化等）に伴って、対策の必要性が高まり得る。

特開２００７−４８８７９号公報

上記背景より、電源ラインに高周波ノイズを生じさせる集積回路等の回路部品が搭載された回路基板を備える電子装置において、ノイズ除去用コンデンサ（又はノイズ除去用回路部品）から反射した高周波ノイズが電源ラインを伝搬して他の回路部品に干渉するのを、効果的に防止することが望まれている。

本発明の一の態様は、電子回路を構成する回路基板を備える電子装置であって、前記回路基板には、電源装置に接続される電源パターンが形成されており、前記電源パターンには、前記回路基板上に搭載された複数のノイズ除去用部品が接続されており、前記電源パターンのうち、前記複数のノイズ除去用部品間を接続しているパターン部分の少なくとも一部に、当該電源パターンを構成する導体が形成されていない導体除去部が、当該導体に囲まれるように設けられている。
本発明の他の態様によると、前記回路基板上には、一の回路部品の端子と、一の前記ノイズ除去用部品の端子とが、前記電源パターンの対向する２つの辺に相対して接続され、前記導体除去部は、矩形であって、前記相対して前記電源パターンに接続されている前記一の回路部品の端子と前記一のノイズ除去用部品の端子との間の前記電源パターン部分に設けられており、前記矩形の導体除去部の、前記相対して前記電源パターンに接続されている前記一の回路部品の端子から前記一のノイズ除去用部品の端子へ向かう方向に垂直な方向に沿った辺の長さが、当該一の回路部品の端子から当該一のノイズ除去用部品の端子へ向かう方向に沿った辺の長さよりも短く形成されている。
本発明の他の態様によると、前記ノイズ除去用部品はコンデンサである。
本発明の他の態様によると、前記複数のノイズ除去用部品は複数のコンデンサであって、前記複数のコンデンサは、前記一の回路部品に近い側から自己共振周波数が高い順に、前記電源パターンに対して接続されている。
本発明の他の態様によると、前記電子装置は、車両に搭載されて当該車両の動作の少なくとも一つを制御する制御装置である。

本発明の第１の実施形態に係る電子装置の構成を示す図である。図１に示す電子装置における、回路基板上に搭載された回路部品及びその周辺のパターンを示す部分詳細図である。図１に示す電子装置における、電源パターンに設けられた導体除去部の周辺での、ノイズ反射波の流れを模式的に示した図である。第１の実施形態の変形例を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る電子装置の構成を示す図である。図５に示す電子装置における、回路基板上に搭載された回路部品及びその周辺のパターンを示す部分詳細図である。図５に示す電子装置における、電源パターンに設けられた導体除去部の周辺での、ノイズ反射波の流れを模式的に示した図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。本発明の実施形態としてここに示した電子装置は、例えば車両に搭載されて当該車両の動作の少なくとも一つを制御する制御装置である。ただし、本電子装置の構成は、これに限らず、他の用途を含め、広く一般に用いられている電子装置に同様に適用することができる。

〔第１実施形態〕
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電子装置の構成を示す図である。図１（ａ）は本電子装置の正面図、図１（ｂ）は上面図、図１（ｃ）はＡＡ断面矢視図である。
本電子装置１０は、ケース１００ａとカバー１００ｂとがネジ１０２ａ〜１０２ｄにより固定されて構成される筐体１００と、筐体１００内に収容された回路基板１０４と、を備える。回路基板１０４は、回路部品１０６を含む複数の電気回路部品が搭載されて電子回路を構成している。本実施形態では、回路部品１０６は、例えば半導体集積回路である。また、回路基板１０４には、当該回路基板１０４が構成する電子回路を外部の装置やデバイスに接続するためのコネクタ１０８が、筐体１００から外部へ突き出た状態となるように搭載されている。

図２は、回路基板１０４上に搭載された回路部品１０６及びその周辺のパターンを示す部分詳細図である。半導体集積回路である回路部品１０６の電源端子２００は、回路基板１０４上に形成された電源パターン２０２（ハッチング部分）に接続されている。電源パターン２０２は、例えばコネクタ１０８を介して外部の電源装置に接続されるように回路基板１０４上に形成されており、図示の電源パターン２０２はその一部である。なお、以下の説明において「接続」とは、電気的に直流的に接続されていることを言うものとする。また、図２には本発明の説明に必要な要素のみを取り出して示しているが、回路部品１０６は、信号端子やグランド端子、及びその他の端子を備え、回路基板１０４上に形成された不図示の信号パターンやグランドパターン等の種々の配線パターンに接続され得る。

電源端子２００の近傍の電源パターン２０２には、ノイズ除去用部品であるコンデンサ２０４、２０６、２０８が接続されている。なお、コンデンサ２０４〜２０８の端子のうち、電源パターン２０２に接続されている端子に対向する側の端子は、回路基板１０４上に形成されたグランドパターン（不図示）に接続されているものとする。

電源パターン２０２が伝達する電源電流又は電源電圧に重畳されるノイズは、これらのコンデンサ２０４〜２０８を介してグランドパターンへ流れて除去される。ここで、コンデンサ２０４〜２０６は、それぞれ、互いに異なる自己共振周波数を持ち、それぞれの自己共振周波数に等しい周波数及びその近傍の周波数の成分を持つノイズを除去するように作用する。また、コンデンサ２０４〜２０６は、電源パターン２０２に沿って回路部品１０６の電源端子２００に近い部分から、自己共振周波数の高い順に、電源パターン２０２に接続されている。これにより、特許文献１の電子装置と同様に、周波数の高い電源ノイズが輻射ノイズとなって空間に放射されるのを防止することができる。

特に、本実施形態の電子装置１０では、電源パターン２０２のうち、ノイズ除去用部品であるコンデンサ２０４〜２０８を互いに接続している部分に、電源パターン２０２を構成する導体が形成されていない導体除去部２１０、２１２が、当該導体に囲まれるように設けられている。これにより、コンデンサ２０４及び２０６に入射したノイズの反射波が電源パターン２０２を伝わって他の回路部品に影響を与えることが防止される。

図３は、電源パターン２０２に設けられた導体除去部２１０の周辺における、ノイズ反射波の流れを模式的に示した図である。一般に、回路基板上の配線パターンを流れる高周波の信号やノイズは、周波数が高いほど直進しようとする傾向（以下、直進性）が高い。

同様に、コンデンサ２０４において反射したノイズのうち、より高い周波数のノイズ成分は、その直進性がより高いことから、導体除去部２１０により図示上方への流れが阻止されやすく（矢印３００）、より低い周波数のノイズはその直進性がより低いことから、導体除去部２１０を迂回して図示上方へ流れやすい（矢印３０２ａ、３０２ｂ）。このため、より高い周波数を持つノイズが、電源パターン２０２を伝わって他の回路部品に影響を与えることが抑制される。なお、導体除去部２１０を迂回して図示上方へ流れたノイズは、例えばコンデンサ２０６、２０８を介してグランドへ排出され、導体除去部２１０によりその流れが阻止されたノイズ成分は、例えば導体除去部２１０で反射された後、再度、コンデンサ２０４を流れてグランドへ除去される。

なお、本実施形態では、電源パターン２０２のうち、ノイズ除去用部品であるコンデンサ２０４、２０６、２０８を互いに接続している部分の全てに導体除去部（２１０、２１２）を設ける構成としたが、当該接続部分の少なくとも一つに導体除去部を設ける構成としても、上記の高周波ノイズ反射波の伝搬防止効果を得ることができる。ただし、本実施形態のように上記接続部分の全てに導体除去部を設けたほうが、効果はより高くなる。

本実施形態では、電源パターン２０２に接続された回路部品１０６の一つの電源端子２００に対してノイズ除去用部品である複数のコンデンサ２０４〜２０８が設けられる構成を示したが、その変形例として、回路部品１０６に複数の電源端子２００が設けられている場合には、自己共振周波数が最も高いコンデンサ２０４を各電源端子の直近にそれぞれ配し、他の自己共振周波数を持つコンデンサ２０６、２０８を、電源パターン２０２に沿って回路部品１０６の電源端子２００に近い部分から、自己共振周波数の高い順に、電源パターン２０２に接続しても良い。

図４は、本実施形態に係る上記のような変形例を示す図である。回路部品１０６は、電源端子２００ａ〜２００ｃを持ち、各電源端子２００ａ〜２００ｃの直近の電源パターン２０２に、それぞれ、最も高い自己共振周波数を持つコンデンサ２０４ａ〜ｃが接続されている。また、３つのコンデンサ２０４ａ〜ｃと電源パターン２０２との間の３つの接続部を挟む電源パターン２０２上の位置に、次に高い自己共振周波数を持つコンデンサ２０６ａ、２０６ｂがそれぞれ接続されている。さらに、最も自己共振周波数の低いコンデンサ２０８が、各電源端子２００ａ〜２００ｃから最も離れた電源パターン２０２上の位置に接続されている。

また、図４に示す変形例では、図３と同様に、電源パターン２０２のうち、ノイズ除去用部品であるコンデンサ２０４ａ〜ｃ、２０６ａ，２０８を互いに接続している部分に、それぞれ導体除去部２１０ａ〜ｃ、２１２が設けられている。これにより、図３の場合と同様に、コンデンサ２０４ａ〜ｃ及び２０６ａ、ｂに入射したノイズの反射波が電源パターン２０２を伝わって他の回路部品に影響を与えることが防止される。

図４の構成では、特に、コンデンサ２０４〜２０８の自己中心周波数のうちの最も高い自己共振周波数と等しい周波数及びその近傍の周波数を持つノイズ（すなわち、最も干渉を起こしやすいノイズ）が、各電源端子２００ａ〜２００ｃに対して個別に設けられたコンデンサ２０４ａ〜ｃにより効果的に除去されると共に、並んで配置されている電源端子２００ａ〜２００ｃのうち当該配置の両端部に配された電源端子２００ａ、２００ｃの両者に対し、コンデンサ２０６ａ、２０６ｂにより、次に高い自己共振周波数と等しい周波数及びその近傍の周波数を持つノイズが効果的に除去される。なお、電源端子２００ａ〜２００ｃが近接して配置されている等の理由から、コンデンサ２０６ａのみで電源端子２００ａ及び２００ｃの両者に対して、上記次に高い自己共振周波数と等しい周波数及びその近傍の周波数を持つノイズを効果的に除去することができるときは、電源端子２００ｃに近い側のコンデンサ２０６ｂを削除してもよい。

また、図４においては、複数の電源端子２００ａ〜２００ｃは、一つの回路部品１０６に設けられているものとしたが、これに限らず、これらの電源端子２００ａ〜２００ｃは、並んで配置された半導体集積回路等の複数の回路部品にそれぞれ一つずつ設けられた電源端子の集合とすることもできる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
第２の実施形態に係る電子装置は、回路部品の電源端子とノイズ除去用部品であるコンデンサが、電源パターンを挟んで対向する位置に配されており、当該コンデンサと電源端子との間の電源パターン部分に矩形の導体除去部が形成されている。

図５は、本発明の第２の実施形態に係る電子装置の構成を示す図である。図５（ａ）は本電子装置の正面図、図５（ｂ）は上面図、図５（ｃ）はＢＢ断面矢視図である。本電子装置５０は、第１の実施形態に係る電子装置１０と同様の構成を有するが、回路部品１０６が搭載された回路基板１０４に代えて、例えば半導体集積回路である回路部品５０６が搭載された回路基板５０４を有する。

図６は、回路基板５０４上に搭載された回路部品５０６及びその周辺のパターンを示す部分詳細図である。なお、図５及び図６において、第１の実施形態に係る電子装置１０と同じ構成要素については、図１及び図２で用いた符号と同じ符号を用いるものとし、上述した第１の実施形態における説明を援用するものとする。

例えば半導体集積回路である回路部品５０６は、電源端子６００ａ〜６００ｃを持ち、各電源端子６００ａ〜６００ｃは電源パターン６０２の一の辺（図６では、図示左側の辺）に接続されている。また、各電源端子６００ａ〜６００ｃに対し電源パターン６０２を挟んで対向する側の電源パターン６０２の辺（図６では、図示右側の辺）に、最も高い自己共振周波数を持つコンデンサ２０４ａ〜２０４ｃが、それぞれ電源端子６００ａ〜６００ｃに相対して接続されている。また、図４に示す変形例と同様に、電源パターン６０２に沿って回路部品１０６の電源端子６００ａ〜６００ｃに近い部分から、自己共振周波数の高い順に、コンデンサ２０４ａ〜ｃ、２０６、２０８が配されるように、コンデンサ２０６、２０８が、電源パターン６０２に接続されている。

そして、本実施形態では、電源端子６００ａ〜６００ｃと、これらに相対して電源パターン６０２に接続された対応するコンデンサ２０４ａ〜２０４ｃとの間の電源パターン６０２の各部分に、矩形の導体除去部６１０ａ〜６１０ｃが設けられている。特に、導体除去部６１０ａ〜ｃは、それぞれ、電源端子６００ａ〜ｃから対応するコンデンサ２０４ａ〜ｃに向かう方向に対し直交する方向に沿った辺の長さが、当該電源端子６００ａ〜ｃから対応するコンデンサ２０４ａ〜ｃに向かう方向に沿った辺の長さよりも短く形成されている。これにより、電源端子６００ａ〜ｃから、それぞれ対向する位置のコンデンサ２０４ａ〜ｃに向かうノイズは、導体除去部６１０ａ〜ｃによって殆ど阻止されることなく、対応する位置のコンデンサ２０４ａ〜ｃに入力され、一方、これと直交する方向へ伝搬するノイズは、第１の実施形態と同様に、周波数が高いほど、導体除去部６１０ａ〜ｃによってその伝搬が効果的に阻止される。

図７は、電源パターン６０２に設けられた導体除去部６１０ｂの周辺におけるノイズの流れを模式的に示した図である。上述したように、一般に回路基板上の配線パターンを流れる高周波の信号やノイズは、周波数が高いほど直進性が高い。本実施形態では、導体除去部６１０ｂの図示縦方向に沿った辺の長さ、すなわち、電源端子６００ｂからコンデンサ２０４ｂ（電源端子６００ｂに相対する位置のコンデンサ）に向かう方向と直交する方向の辺の長さが、当該電源端子６００ｂからコンデンサ２０４ｂに向かう方向に沿った辺の長さよりも短くなるように、導体除去部６１０ｂが形成されている。

これにより、電源端子６００ｂからコンデンサ２０４ｂに向かうノイズの流れは、図７に示す一点鎖線の矢印７０４ａ、７０４ｂのように、これに直交する方向に流れるノイズ（矢印７００、７０２ａ、７０２ｂ）に比べて、高域のノイズ成分も含めてスムーズにコンデンサ２０４ｂへ流れこむ。その結果、コンデンサ２０４ｃからの高域の反射ノイズは導体除去部６１０ｂにより効果的に除去される一方、電源端子６００ｂからのノイズは、導体除去部６１０ｂにより反射されることなく（又は殆ど反射されることなく）高域成分も含めてコンデンサ２０４ｂに流れ込んでグランドへ除去される。なお、図３において説明したのと同様に、導体除去部６１０ｂにより阻止されたノイズは、例えば再びコンデンサ２０４ｃに入ってグランドへ排出され、導体除去部６１０ｂを迂回したノイズは、例えばコンデンサ２０６、２０８によりグランドへ排出される。

なお、図６に示す例では、電源パターン６０２とコンデンサ２０６との接続部分の近傍に設けられた導体除去部６１２も、導体除去部６１０ａ〜ｃと同様の寸法であるように図示されているが、電源パターン６０２を挟んでコンデンサ２０６と対向する位置には電源端子は存在しないので、導体除去部６１２は必ずしも導体除去部６１０ａ〜ｃと同じ寸法で形成されている必要はない。また、導体除去部６１０ｃの図示下方から上方へ向かうノイズの強度は極めて小さいと考えられるので、当該ノイズの影響を考慮した上で、導体除去部６１０ｃを削除することもできる。

以上、説明したように、本実施形態では、回路基板（１０４等）の電源パターン（２０２等）に複数のノイズ除去用部品（例えば、コンデンサ２０４〜２０８等）が接続され、上記電源パターンのうち、当該複数のノイズ除去用部品間を接続しているパターン部分の少なくとも一部に、当該電源パターンを構成する導体が形成されていない導体除去部が、当該導体に囲まれるように設けられている。これにより、電源パターンを伝搬するノイズは、その周波数が高い成分ほど、当該導体除去部分によりその伝搬が阻止され、当該ノイズが電源パターンを介して他の回路部品に影響を与えるのを防止することができる。

なお、第１及び第２の実施形態において、図２に示す導体除去部２１０、２１２、図４に示す導体除去部２１０ａ〜ｃ、図６に示す導体除去部６１０ａ〜ｃ、６１２、の、各図における図示上下方向の長さは、図示上下方向に伝搬する高域ノイズが阻止される条件として、阻止しようとするノイズの周波数における表皮効果の表皮深さよりも長くする必要がある。

１０、５０・・・電子装置、１００・・・筺体、１００ａ・・・ケース、１００ｂ・・・カバー、１０２ａ〜ｄ・・・ネジ、１０４、５０４・・・回路基板、１０６、５０６・・・回路部品、１０８・・・コネクタ、２００、２００ａ〜ｃ、６００ａ〜ｃ・・・電源端子、２０２、６０２・・・電源パターン、２０４、２０４ａ〜ｃ、２０６、２０６ａ、２０６ｂ、２０８・・・コンデンサ、２１０、２１０ａ〜ｃ、２１２、６１０ａ〜ｃ、６１２・・・導体除去部。

Claims

電子回路を構成する回路基板を備える電子装置であって、
前記回路基板には、電源装置に接続される電源パターンが形成されており、
前記電源パターンには、前記回路基板上に搭載された複数のノイズ除去用部品が接続されており、
前記電源パターンのうち、前記複数のノイズ除去用部品間を接続しているパターン部分の少なくとも一部に、当該電源パターンを構成する導体が形成されていない導体除去部が、当該導体に囲まれるように設けられている、
電子装置。
前記回路基板上には、一の回路部品の端子と、一の前記ノイズ除去用部品の端子とが、前記電源パターンの対向する２つの辺に相対して接続され、
前記導体除去部は、矩形であって、前記相対して前記電源パターンに接続されている前記一の回路部品の端子と前記一のノイズ除去用部品の端子との間の前記電源パターン部分に設けられており、
前記矩形の導体除去部の、前記相対して前記電源パターンに接続されている前記一の回路部品の端子から前記一のノイズ除去用部品の端子へ向かう方向に垂直な方向に沿った辺の長さが、当該一の回路部品の端子から当該一のノイズ除去用部品の端子へ向かう方向に沿った辺の長さよりも短く形成されている、
請求項１に記載の電子装置。
前記ノイズ除去用部品はコンデンサである、請求項１又は２に記載の電子装置。
前記複数のノイズ除去用部品は複数のコンデンサであって、
前記複数のコンデンサは、前記一の回路部品に近い側から自己共振周波数が高い順に、前記電源パターンに対して接続されている、
請求項２に記載の電子装置。
前記電子装置は、車両に搭載されて当該車両の動作の少なくとも一つを制御する制御装置である、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の電子装置。