JP6686180B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、有線通信用のコネクタを備える電子機器に関する。

電子機器同士を有線で通信接続するために、各種の通信インタフェースが利用されている。その中には、例えばＵＳＢ３．０やＨＤＭＩ（登録商標）等、高速の通信を実現するために、比較的速いクロックで信号を送受信するものもある。

上述したような通信インタフェースに用いられるコネクタは、そのコネクタが取り付けられている基板上に輻射電流を発生させる場合がある。このような輻射電流は、基板から放射されるノイズの原因になることもあり、基板上に搭載された他の回路素子等に対して悪影響を及ぼすおそれがある。

本発明は上記実情を考慮してなされたものであって、その目的の一つは、有線で通信を行うコネクタから発生する輻射電流を抑制することのできる電子機器を提供することにある。

本発明に係る電子機器は、基板と、前記基板の外周を構成する一つの辺上に配置されたコネクタと、を備え、前記辺の一方の端点と、前記コネクタが配置された位置と、の間の位置を起点として、前記基板にスリットが形成されていることを特徴とする。

本発明の第１の実施形態に係る電子機器が備える基板の外観の一例を示す図である。 スリットがない場合の輻射電流の分布の一例を示す図である。 スリットを設けた場合の輻射電流の分布の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る電子機器が備える基板の外観の一例を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る電子機器が備える基板の外観の一例を示す図である。 本発明の第４の実施形態に係る電子機器が備える基板の外観の一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。

［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態に係る電子機器１ａは、例えばパーソナルコンピュータや据え置き型ゲーム機、携帯型ゲーム機、スマートフォンなどであって、他の電子機器と有線で通信接続するためのコネクタ１０と、基板２０と、を備えている。図１は、電子機器１ａに内蔵される基板２０の外観の一例を示している。

基板２０は、電子機器１ａの機能を実現するための各種の回路素子が搭載された電子回路基板である。本実施形態では、基板２０は、図１に示されるように、平面視長方形の平板状をしている。コネクタ１０は、基板２０の外周を構成する４辺のうちの一辺に向けて固定されている。以下では、基板２０の外周を構成する辺のうち、コネクタ１０が配置されている側の一辺を、辺Ｎという。ここではコネクタ１０は、ＵＳＢ３．０規格に基づく有線通信に用いられるものであって、ＵＳＢケーブル等を介して他のＵＳＢ機器を接続するためのレセプタクルであるものとする。コネクタ１０に対して他のＵＳＢ機器が接続され、電子機器１ａと接続されたＵＳＢ機器との間でＵＳＢ３．０規格に基づく通信が行われると、その影響で基板２０上に輻射電流が発生する。この輻射電流は、主として基板２０の外周に沿って、基板２０内を伝搬する。

この輻射電流を抑制するために、基板２０のコネクタ１０近傍にスリット２１が形成されている。スリット２１は、基板２０の外周上の一点（以下、起点Ｓという）から基板２０内部に向かって延びる、基板２０の表裏方向を貫通する切り欠きである。起点Ｓは、辺Ｎ上に位置している。つまり、スリット２１は、基板２０のコネクタ１０が配置される側と同じ側を切り欠いて形成されている。また、スリット２１は、直線形状であって、辺Ｎに対して交差する方向（ここでは略直交する方向）に向けて延伸している。このスリット２１によって、基板２０上に発生する輻射電流の伝搬が抑制される。

スリット２１の電気長は、コネクタ１０から発生する輻射電流の波長をλとした場合に、１／８λ以上３／８λ以下であることが好ましく、１／４λに近い長さであることがより好ましい。スリット２１の電気長を１／４λに近い値にすることで、効果的に波長λの輻射電流を抑制することができる。基板２０表面の比誘電率が１の場合、スリット２１の電気長はその長さＬに一致するが、基板２０表面が比誘電率の大きな誘電体である場合、スリット２１の電気長は長さＬに対して大きくなる。この電気長が１／４λに近い値になるように、スリット２１の長さＬを決定すればよい。そのため、比誘電率の大きな誘電体を使用することで、同じ波長の輻射電流を制限するために必要なスリット２１の長さＬを短くすることができる。

図２及び図３は、いずれも基板２０上に配置されたコネクタ１０から発生する輻射電流の分布をシミュレーションした結果を示している。これらの図では、濃度が濃くなっている場所が、強い輻射電流が発生している箇所を示している。図２はスリット２１が存在しない場合の輻射電流の分布を示しており、図３はスリット２１が存在する場合の輻射電流の分布を示している。図２に示されるように、スリット２１が存在しない場合、コネクタ１０から発生する輻射電流は、主としてコネクタ１０が配置されている辺Ｎに沿って伝搬する。一方、スリット２１が存在する場合、図３に示されるように、スリット２１の周囲に強い輻射電流が現れているが、輻射電流はスリット２１の先には伝搬せず、スリット２１を挟んでコネクタ１０と反対側の領域には輻射電流の影響がほとんどないことが分かる。そのため、特に輻射電流の影響を受けることが好ましくない回路素子を、このスリット２１の右側の領域内に配置することで、輻射電流の影響を抑えることができる。換言すると、コネクタ１０と、その通信によって生じる輻射電流から保護したい回路素子と、の間にスリット２１を設けることで、回路素子を保護することができる。

これまで説明したように、スリット２１の起点Ｓは、辺Ｎの一方の端点Ｐ１と、コネクタ１０の配置位置との間に位置している。さらに、起点Ｓは、辺Ｎの端点Ｐ１よりもコネクタ１０の配置位置に近い位置にあることが好ましい。具体的に、辺Ｎ上においてスリット２１から端点Ｐ１までの距離をｘ１とし、スリット２１からコネクタ１０の配置位置までの距離をｘ２とする。このとき、ｘ１＞ｘ２になるようにスリット２１の形成位置を決定する。これにより、コネクタ１０から発生する輻射電流の影響を狭い領域に制限することができ、基板２０上のより広い範囲を輻射電流から保護することができる。

本実施形態に係る電子機器１ａによれば、コネクタ１０を介した高速通信によって基板２０上に発生する輻射電流の伝搬をスリット２１の位置で抑えることができ、スリット２１を挟んでコネクタ１０と反対側の領域を輻射電流から保護することができる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る電子機器１ｂについて、図４を用いて説明する。本実施形態では、第１の実施形態と比較してスリット２１の形状が異なっているが、その他の点については第１の実施形態と共通している。そのため、第１の実施形態と対応する構成要素については同一の参照符号を付与し、その詳細な説明は省略する。これ以降説明するその他の実施形態についても、同様である。

図４に示されるように、本実施形態では、スリット２１が平面視において一直線になっておらず、蛇行している。つまり、スリット２１はメアンダ形状を有している。このような形状であっても、スリット２１によって輻射電流の伝搬を抑制することができる。この場合、スリット２１の起点Ｓから最深部までの全長が、第１の実施形態における長さＬと一致するようにする。これにより、スリット２１はその電気長の略４倍の波長の輻射電流を抑制することができる。

本実施形態に係る電子機器１ｂによれば、第１の実施形態と同様、スリット２１によってコネクタ１０から生じる輻射電流の伝搬を抑えることができる。さらに、スリット２１をメアンダ形状とすることで、直線状で全長が同じスリットと比較して、基板２０の奥までスリット２１を延ばす必要がなくなり、回路パターン設計上の自由度が向上する。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る電子機器１ｃについて、図５を用いて説明する。本実施形態では、これまでの実施形態と比較して、基板２０上に複数のスリットが設けられている点が異なっている。すなわち、本実施形態では、スリット２１及びスリット２２の２つのスリットが、端点Ｐ１とコネクタ１０の配置位置との間に並んで配置されている。

この２つのスリットは、長さが互いに異なっている。ここでは、スリット２１の長さをＬ１、スリット２２の長さをＬ２とする。このとき、誘電率を１とすると、この２つのスリットにより、波長λ１＝４・Ｌ１の輻射電流、及び波長λ２＝４・Ｌ２の輻射電流を特に効果的に抑制することができる。このように、長さの異なる複数のスリットを並べて配置することにより、コネクタ１０から生じる輻射電流の波長にある程度の幅がある場合や、複数の波長ピークがある場合にも、このような輻射電流を制限することができる。

なお、ここでは２つのスリットを並べて配置することとしたが、互いに長さの異なる３個以上のスリットを並べて配置してもよい。

［第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態に係る電子機器１ｄについて、図６を用いて説明する。本実施形態では、これまでの実施形態と比較して、基板２０上に複数のコネクタが配置されている点、及びこれら複数のコネクタの一方側だけでなく両側にスリットが配置されている点が相違している。

具体的に本実施形態では、コネクタ１０及びコネクタ１１の２つのコネクタが基板２０の同じ側に並んで配置されている。また、コネクタ１０と端点Ｐ１との間に配置されているスリット２１のほかに、コネクタ１０を挟んで反対側に、さらにもう一つのスリット２３が配置されている。より具体的に、辺Ｎ上においてコネクタ１０及びコネクタ１１を挟んで、スリット２１及びスリット２３の２つのスリットが配置されている。コネクタ１１は、例えばＨＤＭＩ規格に基づいて映像信号を外部の映像表示装置に送信するためのレセプタクルであってよい。

スリット２１は、これまでの実施形態と同様に、コネクタ１０と辺Ｎのコネクタ１０側の端点Ｐ１との間に配置されている。一方、スリット２３は、コネクタ１１と辺Ｎのコネクタ１１側の端点Ｐ２との間に配置されている。なお、スリット２３の長さは、スリット２１の長さと同じであってよい。これにより、辺Ｎ上において、コネクタ１０を挟んで両側にスリットが配置されており、同時に、コネクタ１１についても、その両側にスリットが配置されていることになる。このような配置により、コネクタ１０及びコネクタ１１の双方から発生する輻射電流が、スリット２１及びスリット２３を超えて外部に伝搬しないよう制限することができる。

なお、図６では、スリット２１から端点Ｐ１までの距離ｘ１とスリット２１からコネクタ１０までの距離ｘ２について、第１〜第３の実施形態と同様に、ｘ１＞ｘ２の関係が成り立っている。さらに、スリット２３からコネクタ１１までの距離ｘ３とスリット２３から端点Ｐ２までの距離ｘ４についても、ｘ４＞ｘ３の関係が成り立っている。つまり、各スリットは、基板２０の端部よりもコネクタの配置位置に近い位置に形成されている。これにより、基板２０の左右両側に、コネクタ１０及び１１からの輻射電流の影響が小さい領域を比較的広く確保することができる。

なお、本発明の実施の形態は、以上説明したものに限られない。例えば、以上の説明ではＵＳＢ３．０規格、及びＨＤＭＩ規格に基づく通信に使用されるコネクタを対象としたが、これ以外の各種のコネクタから発生する輻射電流を抑制するためにスリットを設けてもよい。また、スリットの形状は以上説明したものに限られず、その電気長がコネクタから発生する輻射電流の波長に対応していれば、各種の形状であってよい。

また、以上説明した複数の実施形態のそれぞれが備える特徴を組み合わせて、一つの電子機器に適用してもよい。例えば、上述した第３の実施形態や第４の実施形態において、複数のスリットの一部又は全部をメアンダ形状としてもよい。また、第１〜第３の実施形態においても、複数のコネクタが並べて配置されていてもよい。また、第４の実施形態において、コネクタを一つだけにしてもよい。

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ 電子機器、１０，１１ コネクタ、２０ 基板、２１，２２，２３ スリット。

Claims (13)

1. 基板と、
   前記基板の外周を構成する一つの辺上に配置されたコネクタと、
   を備え、
   前記辺の一方の端点と、前記コネクタが配置された位置と、の間の位置を起点として、前記基板にスリットが形成されており、
   前記スリットの電気長は、前記コネクタを介した通信により発生する輻射電流の波長の８分の１以上８分の３以下である
   ことを特徴とする電子機器。
2. 請求項１に記載の電子機器において、
   前記スリットの起点は、前記辺の前記端点よりも前記コネクタに近い位置にある
   ことを特徴とする電子機器。
3. 請求項１又は２に記載の電子機器において、
   前記スリットは、直線形状を有する
   ことを特徴とする電子機器。
4. 請求項１又は２に記載の電子機器において、
   前記スリットは、メアンダ形状を有する
   ことを特徴とする電子機器。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の電子機器において、
   前記端点と前記コネクタが配置された位置との間の位置を起点として、互いに長さの異なる複数のスリットが前記基板に形成されている
   ことを特徴とする電子機器。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の電子機器において、
   前記辺の前記端点とは逆側の端点と、前記コネクタが配置された位置と、の間の位置を起点として、さらに別のスリットが前記基板に形成されている
   ことを特徴とする電子機器。
7. 基板と、
   前記基板の外周を構成する一つの辺上に配置されたコネクタと、
   を備え、
   前記辺の一方の端点と、前記コネクタが配置された位置と、の間の位置を起点として、前記基板にスリットが形成されており、
   前記スリットは、メアンダ形状を有する
   ことを特徴とする電子機器。
8. 請求項７に記載の電子機器において、
   前記スリットの起点は、前記辺の前記端点よりも前記コネクタに近い位置にある
   ことを特徴とする電子機器。
9. 請求項７又は８に記載の電子機器において、
   前記端点と前記コネクタが配置された位置との間の位置を起点として、互いに長さの異なる複数のスリットが前記基板に形成されている
   ことを特徴とする電子機器。
10. 請求項７から９のいずれか一項に記載の電子機器において、
    前記辺の前記端点とは逆側の端点と、前記コネクタが配置された位置と、の間の位置を起点として、さらに別のスリットが前記基板に形成されている
    ことを特徴とする電子機器。
11. 基板と、
    前記基板の外周を構成する一つの辺上に配置されたコネクタと、
    を備え、
    前記辺の一方の端点と、前記コネクタが配置された位置と、の間の位置を起点として、互いに長さの異なる複数のスリットが前記基板に形成されている
    ことを特徴とする電子機器。
12. 請求項１１に記載の電子機器において、
    前記スリットの起点は、前記辺の前記端点よりも前記コネクタに近い位置にある
    ことを特徴とする電子機器。
13. 請求項１１又は１２に記載の電子機器において、
    前記スリットは、直線形状を有する
    ことを特徴とする電子機器。