JPWO2020213122A1 - 信号伝送回路 - Google Patents

Abstract

信号伝送回路１００は、ＢＲＦ（２２）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ＢＲＦ（２２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）とを備える。

Description

この発明は、信号伝送回路に関する。

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。

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。

国際公開第２０１１／０７０７６３号

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。

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。

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。

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。

図１ＡはＥＢＧ構造が実装された回路ブロックを示した図である。図１ＢはＥＢＧ構造が実装された回路ブロックの周波数特性曲線を示した図である。 図２Ａはバンドリジェクションフィルタ（Band Rejection Filter：以下、ＢＲＦと記す）が実装された回路ブロックを示した図である。図２ＢはＢＲＦが実装された回路ブロックの周波数特性曲線を示した図である。 実施の形態１に係る信号伝送回路を示した図である。 実施の形態１に係る信号伝送回路の具体例の全体構成を示した図である。 信号パス及びリターンパスの拡大図である。 ＥＢＧ構造の拡大図である。 送信側端子及び受信側端子の平面図である。 信号伝送回路における第１層の平面図である。 信号伝送回路における第２層の平面図である。 信号伝送回路における第３層の平面図である。 信号伝送回路における第４層の平面図である 信号伝送回路における第５層の平面図である。 周波数特性曲線の対比を示した図である。 ＥＢＧ構造用のグラウンドが別種類の機能信号を伝送する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。 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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Claims (8)

1. 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、
   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。
2. 前記電磁バンドギャップ構造は、空間的周期構造を有しない
   ことを特徴とする請求項１記載の信号伝送回路。
3. 前記バンドリジェクションフィルタは、分布定数回路として構成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の信号伝送回路。
4. 前記バンドリジェクションフィルタと前記電磁バンドギャップ構造との間のインピーダンスは、分布定数的にハイインピーダンスであり、前記バンドリジェクションフィルタと前記電磁バンドギャップ構造とは電気的に独立している
   ことを特徴とする請求項１記載の信号伝送回路。
5. 前記電磁バンドギャップ構造と前記リターンパスとの接続位置は、前記受信側端子よりも前記送信側端子に近い位置に設定される
   ことを特徴とする請求項１記載の信号伝送回路。
6. 前記電磁バンドギャップ構造設計用のグラウンドは、前記信号パス及び前記リターンパスの長さ形状に合わせて形成されている
   ことを特徴とする請求項１記載の信号伝送回路。
7. 前記電磁バンドギャップ構造設計用のグラウンドは、平板状に形成される
   ことを特徴とする請求項１記載の信号伝送回路。
8. 請求項１から請求項７のうちのいずれか一項記載の信号伝送回路を備えた
   ことを特徴とする電子機器。

Images