JP6914471B2 - Signal transmission circuit - Google Patents
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Description
この発明は、信号伝送回路に関する。 The present invention relates to a signal transmission circuit.
電子機器から放射される電磁ノイズを低減することと、当該電子機器が有する電気回路の電磁ノイズ耐性を強化することとは、総称して、電磁環境両立性(Electromagnetic Compatibility:以下、EMCと記す)と称されている。信号伝送回路は、電磁ノイズのノイズ源になり得るとともに、外部からの電磁ノイズの影響も受けるため、EMC対策を施すことが必要である。 Reducing the electromagnetic noise radiated from an electronic device and strengthening the electromagnetic noise immunity of the electric circuit of the electronic device are collectively referred to as electromagnetic compatibility (hereinafter referred to as EMC). Is called. Since the signal transmission circuit can be a noise source of electromagnetic noise and is also affected by electromagnetic noise from the outside, it is necessary to take EMC measures.
EMC対策に利用される構造として、電磁バンドギャップ(Electromagnetic Band Gap:以下、EBGと記す)構造が知られている。例えば、特許文献1には、それぞれが特定の同一の導体パターンを有する複数の単位セルが周期的に配置されることにより、EBG構造として機能する構造体が、開示されている。 As a structure used for EMC countermeasures, an electromagnetic band gap (hereinafter referred to as EBG) structure is known. For example, Patent Document 1 discloses a structure that functions as an EBG structure by periodically arranging a plurality of unit cells each having the same specific conductor pattern.
特許文献1に開示された構造体と同様に、従来のEBG構造は、特定の形状が空間的に周期的に配置された構造(以下、空間的周期構造と記す)を有する。この従来のEBG構造を用いて電磁ノイズの遮断能力を高めるためには、配置される単位セルの数を増やす必要がある。単位セルの数が増えることは、EBG構造の占有する面積が広くなることを意味する。このため、例えば、信号伝送回路が限られた面積の基板上に形成されている場合、当該基板上に従来のEBG構造を配置してEMC対策を行うことは、困難であった。 Similar to the structure disclosed in Patent Document 1, the conventional EBG structure has a structure in which a specific shape is spatially and periodically arranged (hereinafter, referred to as a spatial periodic structure). In order to enhance the blocking ability of electromagnetic noise by using this conventional EBG structure, it is necessary to increase the number of unit cells to be arranged. Increasing the number of unit cells means that the area occupied by the EBG structure increases. Therefore, for example, when a signal transmission circuit is formed on a substrate having a limited area, it is difficult to arrange a conventional EBG structure on the substrate and take EMC countermeasures.
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、空間的周期構造が不要なEBG構造を用いて、信号伝送回路にEMC対策を施すことを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to apply EMC countermeasures to a signal transmission circuit by using an EBG structure that does not require a spatial periodic structure.
この発明に係る信号伝送回路は、バンドリジェクションフィルタと電磁バンドギャップ構造とを備えた信号伝送回路であって、機能信号を送信側端子から受信側端子に向けて伝送するための信号パスと、信号パスのリターンパスと、電磁バンドギャップ構造設計用のグラウンドと、信号伝送回路全体の基準電位となる基準グラウンドと、信号パスと電磁バンドギャップ構造設計用のグラウンドとの間において実装されるバンドリジェクションフィルタと、リターンパスと電気的に接続され、電磁バンドギャップ構造設計用のグラウンドと基準グラウンドとの間において実装される電磁バンドギャップ構造とを備えたものである。 The signal transmission circuit according to the present invention is a signal transmission circuit including a band rejection filter and an electromagnetic band gap structure, and includes a signal path for transmitting a functional signal from a transmission side terminal to a reception side terminal. A bandliger implemented between the return path of the signal path, the ground for designing the electromagnetic band gap structure, the reference ground which is the reference potential of the entire signal transmission circuit, and the ground for designing the signal path and the electromagnetic band gap structure. It is provided with a signal filter and an electromagnetic bandgap structure that is electrically connected to the return path and is mounted between a ground for designing an electromagnetic bandgap structure and a reference ground.
この発明によれば、空間的周期構造が不要なEBG構造を用いて、信号伝送回路にEMC対策を施すことができる。 According to the present invention, an EMC countermeasure can be applied to a signal transmission circuit by using an EBG structure that does not require a spatial periodic structure.
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。 Hereinafter, in order to explain the present invention in more detail, a mode for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
実施の形態1.
実施の形態1に係る信号伝送回路は、例えば、車載用ナビゲーション装置又は車載用オーディオ装置等の、小型で、且つ、基板面積が限定された電子機器に適用されるものである。この電子機器は、信号伝送回路内を機能信号が流れることにより動作する。信号伝送回路内を流れる機能信号は、電子機器を動作させるための信号である。また、信号伝送回路は、EMC対策のために、後述するEBG構造21及びBRF22を有している。Embodiment 1.
The signal transmission circuit according to the first embodiment is applied to a small electronic device having a limited substrate area, such as an in-vehicle navigation device or an in-vehicle audio device. This electronic device operates by flowing a functional signal in a signal transmission circuit. The functional signal flowing in the signal transmission circuit is a signal for operating an electronic device. Further, the signal transmission circuit has an
先ず、志田 晟,“トランジスタ技術 SPECIAL”,CQ出版社,2014年10月1日,No128,第3章,第1−1図(以下、引用文献と称す)を参照しながら、電流について、電磁波論を用いて説明する。
First, referring to Akira Shida, "Transistor Technology SPECIAL", CQ Publishing Co., Ltd., October 1, 2014, No128,
引用文献では、高周波電流と電磁波とが導体及び基板の誘電体の内部を正常に安定して流れる状態が想定されている。 In the cited document, it is assumed that a high-frequency current and an electromagnetic wave flow normally and stably inside the dielectric of the conductor and the substrate.
引用文献に示した回路は、信号ラインSIG、マイクロストリップラインMSL、スイッチSW1、電源V、及び、抵抗Rを備えている。信号ラインSIGは、信号を流すものである。マイクロストリップラインMSLは、信号の基準電位となるものである。スイッチSW1は、信号を生成するためのものである。 The circuit shown in the cited document includes a signal line SIG, a microstrip line MSL, a switch SW1, a power supply V, and a resistor R. The signal line SIG sends a signal. The microstrip line MSL serves as a reference potential for the signal. The switch SW1 is for generating a signal.
引用文献に示すように、スイッチSW1が閉じられた瞬間、自然に散らばっていた正電荷がスイッチSW1付近に移動し、負電荷が直下のマイクロストリップラインMSLに移動してくる。なお、この説明では、スイッチSW1は、一瞬のみ閉じられ、すぐに開かれることを想定している。 As shown in the cited document, at the moment when the switch SW1 is closed, the naturally scattered positive charges move to the vicinity of the switch SW1 and the negative charges move to the microstrip line MSL directly below. In this description, it is assumed that the switch SW1 is closed only for a moment and opened immediately.
引用文献に示すように、正電荷は、スイッチSW1が開いた状態になっても、スイッチSW1が閉じられた瞬間に発生した高周波成分を保持したまま、信号ラインSIGの図示しない負荷の側(図の右側)に移動し続ける。負電荷は、スイッチSW1が開いた状態になっても、スイッチSW1が閉じられた瞬間に発生した高周波成分を保持したまま、マイクロストリップラインMSLの図示しない負荷の側(図の右側)に移動する。即ち、引用文献に示した回路の状態においては、正電荷が保持した高周波成分と同じ高周波成分が、負電荷にも存在している。 As shown in the cited document, the positive charge is on the side of the load (not shown) of the signal line SIG, while retaining the high frequency component generated at the moment when the switch SW1 is closed, even when the switch SW1 is opened. Continue to move to the right side of). Even when the switch SW1 is opened, the negative charge moves to the side of the load (on the right side of the figure) of the microstrip line MSL while retaining the high-frequency component generated at the moment when the switch SW1 is closed. .. That is, in the state of the circuit shown in the cited document, the same high frequency component as the high frequency component held by the positive charge also exists in the negative charge.
引用文献に示した回路の状態は、クーロンの法則を用いても説明可能である。正電荷と、これに対応した負電荷との間には、強大な引力となるクーロン力が働いている。例えば、正電荷がある時間に振動を含む運動を始めれば、その運動は負電荷にも同じように伝達される。また、信号ラインSIGに存在する正電荷同士は、互いに強大な斥力を有するため、それらが保持した高周波成分は、その近くに存在する正電荷に伝搬される。そして、正電荷に伝搬された高周波成分は、当該正電荷に対応する負電荷に伝搬し、最終的に、マイクロストリップラインMSLの負荷側にまで伝搬する。 The state of the circuit shown in the cited document can also be explained by using Coulomb's law. A Coulomb force, which is a powerful attractive force, acts between the positive charge and the corresponding negative charge. For example, if a positive charge starts a motion including vibration at a certain time, the motion is transmitted to a negative charge as well. Further, since the positive charges existing in the signal line SIG have strong repulsive forces with each other, the high frequency components held by them are propagated to the positive charges existing in the vicinity thereof. Then, the high-frequency component propagated to the positive charge propagates to the negative charge corresponding to the positive charge, and finally propagates to the load side of the microstrip line MSL.
引用文献に示した回路では、送信側で発生した正電荷及び負電荷の両方が、同じ高周波成分を同時に負荷側にまで伝搬したときに、当該高周波成分が伝搬された状態となる。即ち、仮に、一方の電荷が保持する高周波成分だけが負荷側に伝搬された状態を想定したとすると、その状態は、電気磁気学的には成立しない状態である。言い換えれば、正電荷及び負電荷のいずれか一方の運動の伝搬が遮断されれば、高周波成分は遮断されたことになる。 In the circuit shown in the cited document, when both the positive charge and the negative charge generated on the transmitting side propagate the same high frequency component to the load side at the same time, the high frequency component is propagated. That is, assuming a state in which only the high-frequency component held by one of the electric charges is propagated to the load side, that state is not electromagnetically established. In other words, if the propagation of the motion of either the positive charge or the negative charge is blocked, the high frequency component is blocked.
次に、実施の形態1に係る信号伝送回路の概念について、上記電磁波論の原理に基づいて、図1〜図3を参照しながら説明する。 Next, the concept of the signal transmission circuit according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3 based on the principle of the electromagnetic wave theory.
図1Aは、EBG構造が実装された回路ブロック(以下、EBGブロックと記す)を示した図である。図1Bは、EBGブロックの周波数特性曲線を示した図である。 FIG. 1A is a diagram showing a circuit block (hereinafter, referred to as an EBG block) on which an EBG structure is mounted. FIG. 1B is a diagram showing a frequency characteristic curve of the EBG block.
図1Aに示した回路ブロックは、パスA、パスB、抵抗R1、及び、EBG構造21を備えている。パスAは、パスBの電位基準となる基準グラウンドである。パスBは、EBG構造設計用のグラウンドである。抵抗R1は、パスAとパスBとの間のインピーダンスが、分布定数的にハイインピーダンスであることを示している。
The circuit block shown in FIG. 1A includes a path A, a path B, a resistor R1, and an
EBG構造21は、周期的構造を持っていない。このEBG構造21は、主に、パスAとパスBとの間に実装されている。
The
パスBにおける周波数特性曲線は、パスAを理想的な基準グラウンドと仮定すると、図1Bに示した曲線となる。EBG構造21は、周波数f1以上の周波数帯域に対応した電磁ノイズを遮断している。なお、図1Bに示した斜線部の範囲は、図3Aで後述する機能設計用回路が動作する周波数帯域である。図1Bから明らかなように、EBG構造21は、機能設計用回路には含まれていない。
The frequency characteristic curve in the path B is the curve shown in FIG. 1B, assuming that the path A is an ideal reference ground. The
図2Aは、BRFが実装された回路ブロック(以下、BRFブロックと記す)及び機能設計用回路を構成する回路ブロック(以下、機能設計用回路ブロックと記す)を示した図である。図2Bは、BRFブロックの周波数特性曲線を示した図である。 FIG. 2A is a diagram showing a circuit block on which a BRF is mounted (hereinafter referred to as a BRF block) and a circuit block constituting a functional design circuit (hereinafter referred to as a functional design circuit block). FIG. 2B is a diagram showing a frequency characteristic curve of the BRF block.
図2Aに示した回路ブロックは、パスB、パスC、パスD、抵抗R2、BRF22、送信側端子31、及び、受信側端子32を備えている。パスCは、信号パスである。パスDは、リターンパスである。パスC,Dは、機能信号を伝送するためのパスである。
The circuit block shown in FIG. 2A includes a pass B, a pass C, a pass D, a resistor R2, a
抵抗R2は、パスBとパスDとの間のインピーダンスが、分布定数的にハイインピーダンスであることを示している。パスCの一端とパスDの一端とは、送信側端子31を介して接続されている。パスCの他端とパスDの他端とは、受信側端子32を介して接続されている。従って、送信側端子31から入力された機能信号は、信号伝送回路内を伝送され、最終的に、受信側端子32から図示しない外部機器に伝送される。
The resistor R2 indicates that the impedance between the path B and the path D is high impedance in terms of distribution constant. One end of the path C and one end of the path D are connected via a
BRF22は、パスBとパスCとの間に実装されている。BRFブロックは、パスB、パスC、及び、BRF22から構成される。BRFブロックにおいて、パスBは、パスCの電位基準となる。
The
パスCにおける周波数特性曲線は、パスBを理想的な基準グラウンドと仮定すると、図2Bに示した曲線となる。BRF22は、周波数帯域f2に対応した電磁ノイズを遮断している。
The frequency characteristic curve in the path C is the curve shown in FIG. 2B, assuming that the path B is an ideal reference ground. The
機能設計用回路ブロックは、パスC、パスD、送信側端子31、及び、受信側端子32から構成される。言い換えれば、パスC、パスD、送信側端子31、及び、受信側端子32は、機能設計用回路を構成する。機能設計用回路は、クロック信号等の機能信号を伝送する回路である。機能設計用回路において、パスDは、パスCの電位基準となる基準グラウンドである。即ち、パスDは、機能信号用のグラウンドの役割を有する。機能設計用回路が動作する周波数帯域は、図2Bに示した斜線部の範囲である。図2Bから明らかなように、BRF22は、機能設計用回路には含まれていない。
The functional design circuit block is composed of a path C, a path D, a transmitting
EBG構造21及びBRF22によって遮断された周波数帯域の高周波成分を持つ電荷の絶対量は、遮断されない場合の当該周波数帯域の高周波成分を持つ電荷の絶対量と比べて、極めて少ないと考えられる。一方、EBG構造21及びBRF22によって遮断された周波数帯域以外の周波数帯域における高周波成分を持つ電荷の絶対量は、遮断と関係なく、同量になると考えられる。
The absolute amount of charge having a high frequency component in the frequency band blocked by the
図3は、実施の形態1に係る信号伝送回路の概念を示した図である。この図3に示した信号伝送回路100は、図1Aに示した回路ブロックと図2Aに示した回路ブロックとを組み合わせた回路となっている。実施の形態1に係る信号伝送回路100では、EMC対策を目的として、EBG構造21及びBRF22が併用される。
FIG. 3 is a diagram showing the concept of the signal transmission circuit according to the first embodiment. The
実施の形態1に係る信号伝送回路100は、図1A及び図2Aに示したパスA、パスB、パスC、パスD、EBG構造21、BRF22、送信側端子31、及び、受信側端子32に加えて、抵抗R3及び抵抗R4を備えている。
The
抵抗R3は、パスAとパスDとの間のインピーダンスが、分布定数的にハイインピーダンスであることを示している。抵抗R4は、パスBとパスDとの間のインピーダンスが、分布定数的にハイインピーダンスであることを示している。抵抗R3及び抵抗R4は、パスAとパスBとの間のインピーダンスが、分布定数的にハイインピーダンスであることも示している。 The resistor R3 indicates that the impedance between the path A and the path D is high impedance in terms of distribution constant. The resistor R4 indicates that the impedance between the path B and the path D is high impedance in terms of distribution constant. The resistors R3 and R4 also indicate that the impedance between the path A and the path B is high impedance in terms of distribution constant.
実施の形態1に係る信号伝送回路100において、パスAは、信号伝送回路100全体の電位基準となる基準グラウンドである。パスBは、BRF22の電位基準となるBRF構造設計用のグラウンドである。パスCは、信号パスである。パスDは、機能設計用回路におけるパスCの電位基準となる機能信号用グラウンドであると共に、信号パス専用のリターンパスである。
In the
機器におけるEMC対策を評価する場合には、回路内を伝搬する電磁ノイズと、回路から放射される電磁ノイズとを評価する必要がある。回路内を伝搬する電磁ノイズは、例えば、評価の対象となる機器の電源端子と基準グラウンドとの間で測定される。回路から放射される電磁ノイズは、無限遠アンテナと無限遠グラウンドとの間で測定される。 When evaluating EMC countermeasures in a device, it is necessary to evaluate the electromagnetic noise propagating in the circuit and the electromagnetic noise radiated from the circuit. The electromagnetic noise propagating in the circuit is measured, for example, between the power supply terminal of the device to be evaluated and the reference ground. The electromagnetic noise radiated from the circuit is measured between the infinity antenna and the infinity ground.
そこで、実施の形態1に係る信号伝送回路100においても、回路内を伝搬する電磁ノイズを測定するための測定点E、及び、回路から放射される電磁ノイズを測定するための測定点Fが設定されている。測定点Eは、パスAと受信側端子32との間に設定されている。測定点Fは、無限遠アンテナと無限遠グラウンドGとの間における空間の一点に設定されている。
Therefore, also in the
なお、図3には、図1Bで示したパスBにおける周波数特性曲線、及び、図2Bで示したパスCにおける周波数特性曲線が示されており、測定点Eにおける周波数特性曲線、及び、測定点Fにおける周波数特性曲線についても示されている。 Note that FIG. 3 shows the frequency characteristic curve in the path B shown in FIG. 1B and the frequency characteristic curve in the path C shown in FIG. 2B, and the frequency characteristic curve at the measurement point E and the measurement point. The frequency characteristic curve in F is also shown.
測定点Eの基準グラウンドは、パスAと等価な基準グラウンドである。パスAに含まれる電荷は、全帯域に亘ってフラットな周波数特性を有している。測定点Eにおける周波数特性曲線は、パスAと等価な基準グラウンドを基準とし、受信側端子32における周波数特性である。
The reference ground of the measurement point E is a reference ground equivalent to the path A. The charge contained in the path A has a flat frequency characteristic over the entire band. The frequency characteristic curve at the measurement point E is the frequency characteristic at the receiving
測定点Eで測定される電荷は、パスCに含まれる電荷の周波数特性の影響を受けている。また、パスBは、分布定数回路としてのBRF22の基準電位である。従って、測定点Eで測定される電荷は、パスBに含まれる電荷の周波数特性の影響を受ける。
The charge measured at the measurement point E is affected by the frequency characteristics of the charge contained in the path C. Further, the path B is the reference potential of the
また、パスAは、分布定数回路としてのEBGブロックの基準電位であり、パスBは、分布定数回路としてのBRF22の基準電位であり、パスDは、集中定数回路としての機能設計用回路ブロックの基準電位であり、互いのブロック間の接続点は、測定点Eから遠く離れている。このため、高周波領域の信号に対しては、パスA、パスB、及び、パスDのそれぞれと、測定点Eとの間は、ハイインピーダンスである。即ち、図3に示した信号伝送回路100は、互いに電気的に独立した複数の回路ブロックから構成されていると言える。従って、測定点EとパスAとの間において出力される電荷の周波数特性曲線は、パスBにおける周波数特性曲線と、パスCにおける周波数特性曲線とが加算されたものであって、図3に示す測定点Eにおける周波数特性曲線に相当するものと考えることができる。
Further, path A is a reference potential of the EBG block as a distributed constant circuit, path B is a reference potential of BRF22 as a distributed constant circuit, and path D is a functional design circuit block as a lumped constant circuit. It is a reference potential, and the connection points between the blocks are far from the measurement point E. Therefore, for signals in the high frequency region, each of the paths A, B, and D and the measurement point E have high impedance. That is, it can be said that the
測定点Fの基準グラウンドは、無限遠グラウンドGである。 The reference ground of the measurement point F is the infinity ground G.
従来のEBG構造は、空間的周期構造を有する。従来のEBG構造を用いたEMC対策では、EBG構造が電磁ノイズ源を囲んで配置されるような態様で用いられる。この態様では、電磁ノイズ源から空間的に離れた位置にEBG構造が配置されることから、当該EBG構造は、電磁ノイズを間接的に抑制するものといえる。このような態様で用いられる従来のEBG構造によって電磁ノイズの遮断能力を高めるためには、周期回数を増やす必要がある。従って、EMC対策に用いられる従来のEBG構造は、小型化が困難であり、例えば、限られた面積の基板上には配置することができなかった。また、従来のEBG構造により遮断される周波数帯域は、例えば、2GHz以上の帯域であり、数百MHz程度の低周波数帯域を遮断することが、困難であった。 The conventional EBG structure has a spatial periodic structure. In the EMC countermeasure using the conventional EBG structure, the EBG structure is used in such a manner that it is arranged so as to surround the electromagnetic noise source. In this aspect, since the EBG structure is arranged at a position spatially separated from the electromagnetic noise source, it can be said that the EBG structure indirectly suppresses the electromagnetic noise. In order to enhance the blocking ability of electromagnetic noise by the conventional EBG structure used in such an embodiment, it is necessary to increase the number of cycles. Therefore, the conventional EBG structure used for EMC countermeasures is difficult to miniaturize, and cannot be arranged on a substrate having a limited area, for example. Further, the frequency band cut off by the conventional EBG structure is, for example, a band of 2 GHz or more, and it is difficult to cut off a low frequency band of about several hundred MHz.
これに対して、実施の形態1に係る信号伝送回路100では、電磁ノイズ源となる機能信号が通過するパスDに直接に接続されるEBG構造21と、数百MHz帯域を制御するBRF22とが、互いに電気的に独立した状態でされている。実施の形態1に係る信号伝送回路100では、図3に示した態様でEBG構造21とBRF22とが併用されることで、EBG構造21がEBG構造として機能するために必要な電気的周期性の一部を、BRF22が担っている。このため、実施の形態1に係る信号伝送回路100のEBG構造21においては、空間的周期構造が不要である。また、BRF22は、より具体的には、分布定数回路として構成することが可能である。
On the other hand, in the
このように、実施の形態1に係る信号伝送回路100では、機能設計用のパスC,Dと、空間的周期構造が不要なEBG構造21と、BRF22とが、併用されているため、小型化が可能である。従って、信号伝送回路は、例えば、車載用ナビゲーション装置及び車載用オーディオ装置等の、小型で、且つ、基板面積が限定された電子機器に適用可能となる。
As described above, in the
また、実施の形態1に係る信号伝送回路100では、EBG構造21とBRF22が併用されるため、低周波数帯域を含む複数の周波数帯域の電磁ノイズを遮断することができる。一般的には、例えば、遮断周波数が異なる2つのフィルタ回路を用いる場合、単純に当該2つのフィルタ回路を接続すると、反共振状態が発生し、所望の特性が得られないことがある。そのため、通常は、2つのフィルタ回路間にアイソレーションアンプ等を置き、2つのフィルタ回路の分離を図っている。これに対し、実施の形態1に係る信号伝送回路100では、図3に示す態様により、EBGブロックとBRFブロックとを、互いに電気的に独立させることが可能である。従って、実施の形態1に係る信号伝送回路100では、EBG構造21のフィルタ機能と、BRF22のフィルタ機能とは、互いに影響を受けず、信号伝送回路100全体の周波数特性は、両者の周波数特性を加算したものとなる。
Further, in the
また、実施の形態1に係る信号伝送回路100では、EBG構造21が信号パスであるパスDに直接に接続され、かつ、BRF22は分布定数回路として構成することが可能である。このため、実施の形態1に係る信号伝送回路100は、実装部品が不要であり、安価な回路とすることができる。
Further, in the
次に、実施の形態1に係る信号伝送回路を電磁波論の原理に基づいて三次元電磁界シミュレーションしたときの構成について、図4から図15を用いて説明する。 Next, the configuration when the signal transmission circuit according to the first embodiment is simulated in a three-dimensional electromagnetic field based on the principle of electromagnetic wave theory will be described with reference to FIGS. 4 to 15.
図4は、実施の形態1に係る信号伝送回路100の具体例の全体構成を示した図である。図5は、信号パス及びリターンパスの拡大図である。図6は、EBG構造の拡大図である。図7は、送信側端子及び受信側端子の平面図である。図8は、信号伝送回路100における第1層の平面図である。図9は、信号伝送回路100における第2層の平面図である。図10は、信号伝送回路100における第3層の平面図である。図11は、信号伝送回路100における第4層の平面図である。図12は、信号伝送回路100における第5層の平面図である。
FIG. 4 is a diagram showing an overall configuration of a specific example of the
信号伝送回路100は、5層構造となっている。信号伝送回路100は、基準グラウンド11、信号パス12、リターンパス13、ガードパターン14、EBG構造設計用のグラウンド15、基準グラウンド16、ビア接続ライン17、EBG構造21、BRF22、送信側端子31、受信側端子32、及び、ビア41〜52を備えている。
The
基準グラウンド11は、信号伝送回路の第1層を構成している。リターンパス13及びビア接続ライン17は、信号伝送回路の第2層を構成している。信号パス12及びガードパターン14は、信号伝送回路の第3層を構成している。EBG構造設計用のグラウンド15は、信号伝送回路の第4層を構成している。基準グラウンド16は、信号伝送回路の第5層を構成している。第1層から第5層における互いに隣合う層の間には、図示しない誘電体層が形成されている。ビア41〜52は、第1層から第5層までを貫通するように配置されており、それぞれ、第1層から第5層のうち、2以上の層の間を電気的に接続している。
The
基準グラウンド11は、ビア41,42,45,46,48,50,52と接続されており、ビア43,44,47,49,51とは接続されていない。
The
リターンパス13は、ビア48,50,52と接続され、ビア41〜47,49,51とは接続されていない。ビア接続ライン17は、ビア43,47と接続され、ビア41,42,44〜46,48〜52とは接続されていない。
The
信号パス12は、ビア49,51と接続され、ビア41〜48,50,52とは接続されていない。ガードパターン14は、ビア48,52と接続され、ビア41〜47,49〜51とは接続されていない。
The
EBG構造設計用のグラウンド15は、ビア41,42,44〜46,48,50,52と接続され、ビア43,47,49,51とは接続されていない。
The
基準グラウンド16は、ビア41,42,46〜50,52と接続され、ビア43〜45,51とは接続されていない。
The
送信側端子31は、ビア43の一端と接続している。ビア43の一端は、ビア43が有する2つの端部のうち、第1層を構成する基準グラウンド11側に配置される端部である。受信側端子32は、ビア51の一端と接続している。ビア51の一端は、ビア51が有する2つの端部のうち、第1層を構成する基準グラウンド11側に配置される端部である。
The transmitting
信号パス12は、図2A及び図3に示したパスCに相当する。信号パス12は、送信側端子31に入力された機能信号を、受信側端子32に向けて伝送するものである。リターンパス13は、マイクロストリップラインとして形成されている。リターンパス13は、図2A及び図3に示したパスDに相当する。
The
ガードパターン14は、信号パス12の外周を囲むように形成されている。リターンパス13は、その長さ形状が、ガードパターン14の長さ形状と略一致しており、ガードパターン14を第1層側から覆うように配置されている。信号パス12と、リターンパス13及びガードパターン14とによって形成されるパスルートは、信号伝送回路100の本来の目的である機能信号を伝送するための機能を有するものである。
The
EBG構造設計用のグラウンド15は、図1から図3に示したパスBに相当する。EBG構造設計用のグラウンド15は、信号パス12、リターンパス13、及び、ガードパターン14の長さ形状に合わせて形成されている。これにより、信号伝送回路100は、EBG構造設計用のグラウンド15の設置範囲を小さくすることができる。
The
基準グラウンド16は、図1から図3に示したパスAに相当する。基準グラウンド16は、基準グラウンド11とは、同電位である。
The
EBG構造21は、EBG構造設計用のグラウンド15と基準グラウンド16とビア44とに亘って設けられており、リターンパス13及びガードパターン14と接続されている。このEBG構造21と、リターンパス13及びガードパターン14との接続位置は、受信側端子32よりも送信側端子31に近い位置に設定されており、送信側端子31に可能な限り近づけられている。
The
また、EBG構造21は、リターンパス接続部21a、EBG構造設計用グラウンド接続部21b、基準グラウンド接続部21c、及び、ビア接続部21dを有している。
Further, the
リターンパス接続部21aは、信号伝送回路の第3層を構成している。リターンパス接続部21aは、ビア42,44,45と接続され、ビア41,43,44,47〜52とは接続されていない。リターンパス接続部21aは、ビア42,46,48及び基準グラウンド11を介して、リターンパス13及びガードパターン14と接続されている。
The return
EBG構造設計用グラウンド接続部21bは、EBG構造設計用のグラウンド15の一部分を構成している。EBG構造設計用グラウンド接続部21bは、ビア44,45と接続され、ビア41〜43,46〜52とは接続されていない。EBG構造設計用グラウンド接続部21bは、ビア44を介して、ビア接続部21dと接続されている。また、EBG構造設計用グラウンド接続部21bは、ビア45,48、基準グラウンド11、及び、基準グラウンド16を介して、信号パス12及びEBG構造設計用のグラウンド15と接続されている。このように構成されたEBG構造設計用グラウンド接続部21bは、EBG構造21におけるインダクタ成分(コイル)の役割を持っている。
The
基準グラウンド接続部21cは、基準グラウンド16の一部分を構成している。基準グラウンド接続部21cは、ビア42,46と接続され、ビア41,43〜45,47〜52とは接続されていない。
The reference
ビア接続部21dは、環状をなすリターンパス接続部21aの内側に配置されている。ビア接続部21dは、ビア41からビア52の中でも、ビア44のみと接続されている。ビア接続部21dは、ビア44を介して、EBG構造設計用グラウンド接続部21bと接続されている。このように構成されたビア接続部21dは、EBG構造21におけるキャパシタ成分(コンデンサ)の役割を持っている。
The via
BRF22は、信号パス12、ガードパターン14、及び、EBG構造設計用のグラウンド15から構成されている。EBG構造設計用のグラウンド15におけるBRF22の機能は、EBG構造設計用のグラウンド15におけるEBG構造設計用グラウンド接続部21b以外の部分が担っている。これにより、EBG構造設計用のグラウンド15は、EBG構造21とBRF22との双方の機能の一部を担っている。
The
送信側端子31に入力された機能信号は、ビア43、ビア接続ライン17、及び、ビア47を介して、基準グラウンド16における信号パスに伝送される。次いで、その信号パスから伝送された機能信号は、ビア49、信号パス12、及び、ビア51を介して、受信側端子32に伝送される。このような往路を流れる機能信号が有する電荷の周波数成分のうち、不要な周波数成分の正電荷(負電荷)が、BRF22によって制御された遮断周波数帯で遮断される。
The functional signal input to the
また、受信側端子32から出力された機能信号は、主にビア52を介して、リターンパス13及びガードパターン14に伝送される。次いで、リターンパス13に伝送された機能信号、及び、ガードパターン14に伝送された機能信号は、ビア48及び基準グラウンド16を介して、基準グラウンド接続部21cに伝送される。そして、基準グラウンド接続部21cに伝送された機能信号は、ビア42を介して、送信側端子31に伝送される。このような復路を流れる機能信号が有する電荷の周波数成分のうち、不要な周波数成分の負電荷(正電荷)が、EBG構造21によって制御された遮断周波数帯で遮断される。
Further, the functional signal output from the receiving
図13は、周波数特性曲線の対比を示した図である。図13に記載した実線は、実施の形態1に係る信号伝送回路の周波数特性曲線を示しており、図13に記載した2点鎖線は、従来の電子回路の周波数特性曲線を示している。この従来の電子回路は、EBG構造21に相当する構造を有してはいない。この図13に示すように、信号伝送回路は、従来の電子回路と比べて、周波数全域において、電磁ノイズを遮断している。
FIG. 13 is a diagram showing a comparison of frequency characteristic curves. The solid line shown in FIG. 13 shows the frequency characteristic curve of the signal transmission circuit according to the first embodiment, and the two-dot chain line shown in FIG. 13 shows the frequency characteristic curve of the conventional electronic circuit. This conventional electronic circuit does not have a structure corresponding to the
図14は、EBG構造設計用のグラウンドが別種類の機能信号を流すためのパスのリターンパスとして兼用された状態を示した図である。EBG構造設計用のグラウンド15は、パス18のリターンパスを兼用している。パス18は、基準グラウンド16に形成された開口部内に配置されている。このパス18は、送信側端子31と受信側端子32との間で伝送される機能信号とは別種類の機能信号を伝送するものである。このようにEBG構造設計用のグラウンド15を、別種類の機能信号を伝送するためのパス18のリターンパスとして兼用する場合、信号伝送回路100は、レイアウト設計の効率を向上させることができる。パス18を設ける場合には、EBG構造設計用のグラウンド15とパス18とが、機能信号の品質を維持するために、それぞれの振動周波数が互いの整数倍に設定されていることが望ましい。
FIG. 14 is a diagram showing a state in which the ground for EBG structural design is also used as a return path of a path for passing a different type of functional signal. The
図15は、グラウンドプレーンを備えた信号伝送回路の要部拡大図である。この図15に示した信号伝送回路は、EBG構造設計用のグラウンド15に替えて、グラウンドプレーン15Aを備えている。
FIG. 15 is an enlarged view of a main part of a signal transmission circuit provided with a ground plane. The signal transmission circuit shown in FIG. 15 includes a
EBG構造設計用のグラウンド15は、信号パス12、リターンパス13、及び、ガードパターン14の長さ形状に合わせて形成されることにより、その設置範囲を小さいものとしている。また、EBG構造設計用のグラウンド15は、EBG構造21とBRF22との双方に併用される部分となっている。信号伝送回路100は、EBG構造設計用のグラウンド15を設けることにより、EBG構造21及びBRF22の小型化を図ることができる。
The
これに対して、グラウンドプレーン15Aは、平板状に形成されている。これにより、信号伝送回路100は、グラウンドプレーン15Aの設置範囲を大きくすることができるので、機能信号の品質を向上させることができる。
On the other hand, the
以上より、実施の形態1に係る信号伝送回路100は、BRF22とEBG構造21とを備えた信号伝送回路であって、機能信号を送信側端子31から受信側端子32に向けて伝送するための信号パス12と、信号パス12のリターンパス13と、EBG構造設計用のグラウンド15と、信号伝送回路100全体の基準電位となる基準グラウンド11,16と、信号パス12とEBG構造設計用のグラウンド15との間において実装されるBRF22と、リターンパス13と電気的に接続され、EBG構造設計用のグラウンド15と基準グラウンド16との間において実装されるEBG構造21とを備えている。これにより、信号伝送回路100は、空間的周期構造が不要なEBG構造21を用いて、当該信号伝送回路100にEMC対策を施すことができる。
From the above, the
信号伝送回路100は、EBG構造21とBRF22が併用されるため、低周波数帯域を含む複数の周波数帯域の電磁ノイズを遮断することができる。
Since the
信号伝送回路100は、EBG構造21が信号パスであるパスDに直接に接続され、かつ、BRF22が分布定数回路として構成することが可能である。これにより、信号伝送回路100は、実装部品が不要であり、安価な回路とすることができる。
In the
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、各実施の形態における任意の構成要素の変形、もしくは、各実施の形態における任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment can be omitted. It is possible.
この発明に係る信号伝送回路は、機能信号のパスの一部に、EBG構造とBRFとを併用することにより、電磁ノイズを遮断することができ、信号伝送回路等に用いるのに適している。 The signal transmission circuit according to the present invention can block electromagnetic noise by using the EBG structure and the BRF together in a part of the functional signal path, and is suitable for use in a signal transmission circuit or the like.
A〜D パス、E,F 測定点、G 無限遠グラウンド、R1〜R4 抵抗、11 基準グラウンド、12 信号パス、13 リターンパス、14 ガードパターン、15 EBG構造設計用のグラウンド、15A グラウンドプレーン、16 基準グラウンド、17 ビア接続ライン、18 パス、21 EBG構造、21a リターンパス接続部、21b EBG構造設計用グラウンド接続部、21c 基準グラウンド接続部、21d ビア接続部、22 BRF、31 送信側端子、32 受信側端子、41〜52 ビア。 A to D paths, E, F measurement points, G infinity ground, R1 to R4 resistance, 11 reference ground, 12 signal paths, 13 return paths, 14 guard patterns, 15 grounds for EBG structural design, 15A ground planes, 16 Reference ground, 17 via connection line, 18 paths, 21 EBG structure, 21a return path connection, 21b EBG structure design ground connection, 21c reference ground connection, 21d via connection, 22 BRF, 31 transmitter terminal, 32 Receiving terminal, 41-52 vias.
Claims (8)
機能信号を送信側端子から受信側端子に向けて伝送するための信号パスと、
前記信号パスのリターンパスと、
電磁バンドギャップ構造設計用のグラウンドと、
前記信号伝送回路全体の基準電位となる基準グラウンドと、
前記信号パスと前記電磁バンドギャップ構造設計用のグラウンドとの間において実装されるバンドリジェクションフィルタと、
前記リターンパスと電気的に接続され、前記電磁バンドギャップ構造設計用のグラウンドと前記基準グラウンドとの間において実装される電磁バンドギャップ構造とを備える
ことを特徴とする信号伝送回路。A signal transmission circuit having a band rejection filter and an electromagnetic bandgap structure.
A signal path for transmitting a functional signal from the transmitting terminal to the receiving terminal,
The return path of the signal path and
Ground for electromagnetic bandgap structural design and
The reference ground, which is the reference potential of the entire signal transmission circuit, and
A band rejection filter mounted between the signal path and the ground for designing the electromagnetic bandgap structure,
A signal transmission circuit comprising an electromagnetic bandgap structure electrically connected to the return path and mounted between the ground for designing the electromagnetic bandgap structure and the reference ground.
ことを特徴とする請求項1記載の信号伝送回路。The signal transmission circuit according to claim 1, wherein the electromagnetic bandgap structure does not have a spatial periodic structure.
ことを特徴とする請求項1記載の信号伝送回路。The signal transmission circuit according to claim 1, wherein the band rejection filter is configured as a distributed constant circuit.
ことを特徴とする請求項1記載の信号伝送回路。The impedance between the band rejection filter and the electromagnetic bandgap structure is high impedance in terms of distribution constant, and the band rejection filter and the electromagnetic bandgap structure are electrically independent. The signal transmission circuit according to claim 1.
ことを特徴とする請求項1記載の信号伝送回路。The signal transmission circuit according to claim 1, wherein the connection position between the electromagnetic bandgap structure and the return path is set to a position closer to the transmitting side terminal than to the receiving side terminal.
ことを特徴とする請求項1記載の信号伝送回路。The signal transmission circuit according to claim 1, wherein the ground for designing the electromagnetic bandgap structure is formed in accordance with the length shapes of the signal path and the return path.
ことを特徴とする請求項1記載の信号伝送回路。The signal transmission circuit according to claim 1, wherein the ground for designing the electromagnetic bandgap structure is formed in a flat plate shape.
ことを特徴とする電子機器。An electronic device comprising the signal transmission circuit according to any one of claims 1 to 7.
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