JP2005353638A - プリント回路基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 効果的に高周波電流伝播を抑制し、ノイズ対策にかかる寸法，重量及びコストを抑えること。
【解決手段】 マイコン２を搭載するプリント回路基板１において、外部からプリント回路基板へ電力を供給する電源コネクタ３からマイコン２までを結ぶ電源配線４のインダクタンス値が半分になる中点４０よりも、電源コネクタ３寄りに電流集中部４３を設け、ここの電源往復路４１，４２間にコンデンサ５を実装した。
【効果】 マイコンで発生した高周波電流が、プリント回路基板からケーブルへ伝播する量を、従来実装に比べ平均２０ｄＢ、最大３５ｄＢ低減した。これにより、従来よりも少ないコンデンサ数で効果的なノイズ対策が可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイコン等の集積回路（ＩＣ）を搭載したプリント回路基板に関する。

電子機器では、回路動作に伴う不要な伝導や放射ノイズにより、他の電子機器や自らの回路動作に悪影響を及ぼす問題が深刻化している。特に、近年のＩＣ内のマイコン動作周波数の高速化や部品の高密度実装化により、上記ノイズ対策は複雑化している。

回路動作の際、マイコン内部の高速スイッチング動作により高周波電流が発生する。この高周波電流は、マイコンが搭載されるプリント回路基板の配線パターン、さらにはプリント回路基板へ接続されるケーブルへと伝播する。特に、周波数帯域が２００ＭＨｚ以下のラジオやテレビ電波の送信帯域では、ケーブルがアンテナとして作用することで不要電磁放射が発生する。そこで、ケーブルへの高周波電流伝播抑制のために、プリント回路基板上へコンデンサが実装される。

特許文献１には、プリント回路基板上において、集積回路のできるだけ近傍の電源配線を狭幅化するとともに、この狭幅部に高周波電流伝播抑制のためのコンデンサを実装する技術が開示されている。

また、特許文献２には、ＩＣチップを納めるパッケージ内に高周波電流伝播抑制用コンデンサを実装することが開示されている。

特開２００３−８１５３号公報（全体）

特開２００２−１８４９３３号公報（全体）

上記従来技術は、集積回路のできるだけ近傍にコンデンサを実装することで、高周波電流のケーブルへの伝播を抑制し、不要な伝導や放射ノイズの発生を対策するものである。しかし、部品の高密度実装化や、集積回路パッケージのピン数増加により、集積回路の近傍に多数のコンデンサを実装することが難しく、高周波電流を十分に抑制できないという問題がある。また、集積回路パッケージにコンデンサを実装する場合、製造コストが高く、不経済となる問題がある。

本発明の目的は、少ないコンデンサで効果的に高周波電流伝播を抑制するプリント回路基板を提供することである。

また、本発明の他の目的は、ノイズ対策にかかるコストを抑制できるプリント回路基板を提供することである。

本発明の一実施形態においては、プリント回路基板内の電源コネクタから集積回路を結ぶ電源配線径路上の往復路間に高周波短絡素子を実装したプリント回路基板において、電源コネクタの両極間に直接に、あるいは、この電源コネクタの近傍に、前記電源配線の往復路間に高周波短絡素子を実装する。

本発明の望ましい実施形態においては、電源コネクタから集積回路を結ぶ電源配線径路上の中点よりも電源コネクタ寄りに電源配線の幅を絞り込んだ電流集中部を設けるとともに、この電流集中部の電源往復路間に高周波短絡素子を実装する。

また、本発明の他の望ましい実施形態においては、電源コネクタから集積回路を結ぶ電源配線径路上の中点よりも電源コネクタ寄りに設けられ、電源配線の幅を絞り込んだ電流集中部と、この電流集中部の電源往復路間に実装した第１の高周波短絡素子と、集積回路近傍の電源往復路間に実装した第２の高周波短絡素子を備える。

本発明の実施形態によれば、集積回路で発生し、不要な伝導や放射ノイズの原因となる高周波電流伝播を少ないコンデンサで効果的に抑制することができる。

また、本発明の望ましい実施形態によれば、効果的なノイズ対策が可能となり、小型・軽量で経済的なプリント回路基板を提供することができる。

本発明のその他の目的及び特徴は、以下に述べる実施形態によって明らかとなる。

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の第１の実施形態による、集積回路（以下、マイコンと呼ぶ）が搭載されたプリント回路基板を模式的に示した平面図である。プリント回路基板１に、マイコン２と、マイコン２へ電力を供給する電源コネクタ３が実装してある。さらに、マイコン２と電源コネクタ３を電気的に接続する電源配線４の往路４１及び復路４２が実装してある。電源コネクタ３からマイコン２に亘る電源配線４のインダクタンス値が半分になる中点４０よりも、電源コネクタ３寄りに、電流が集中するように電源配線４の幅を絞り込んだ電流集中部４３を設けてある。この電流集中部４３とは、電流が流れる電源配線４（４１，４２）の幅を絞り込んだ部分を指しており、電源配線４の狭幅部と言うこともできる。この電流集中部４３に高周波電流バイパス用の高周波短絡素子５を実装する。この高周波短絡素子５は、コンデンサに代表される高周波電流のみを通す容量性回路素子である。

図２は、本発明の第１の実施形態の変形例によるプリント回路基板を模式的に示した平面図である。図１と同一部には同一符号を付け、重複説明は避ける。図1と異なる点は、電源コネクタ３の両極端子３１，３２間に高周波電流バイパス用の高周波短絡素子５を実装したことである。

次に、本発明の第１の実施形態の効果を、評価基板による実測結果で説明する。

図３は、評価基板の回路構成を模式的に示した平面図である。マイコン２と電源コネクタ３の間を結ぶ電源配線４の往路４１と復路４２は、平行となるように設計してある。この電源配線４の往復路４１，４２が平行になる部分は、図１の実施形態の電流集中部（狭幅部）４３に相当する。この電源配線４のマイコン２と電源コネクタ３の間を結ぶ電源配線径路ａ−ｂの範囲内にコンデンサ５の実装位置ｃを設けている。すなわち、電源配線径路ａ−ｂ内の位置４０５から４１４の１０ヶ所に、コンデンサ５を実装するためのパッドを設けてある。これらのパッドのいずれか１つに、１個のコンデンサ５を実装して評価した。ここで、４０は、電源配線４の径路中点である。この径路中点４０は、ａ−ｃ間のインダクタンスが、ｃ−ｂ間のインダクタンスとほぼ同じになる点であることが望ましいが、寸法的な中点であっても構わない場合も多い。

図４は、上記コンデンサの各実装位置ｃに対する電源配線４のインダクタンス値を示したものである。すなわち、図３におけるａ−ｃ間のインダクタンスと、ｃ−ｂ間のインダクタンスを棒グラフに表示している。前記中点４０、すなわちインダクタンス値が半分となる位置は、コンデンサ実装位置４０９と４１０の間にある。

図５は、本発明の第１の実施形態によるノイズ低減量を示すグラフである。これは、図３に示す評価基板の各実装位置へ、コンデンサ５を１個だけ実装したときの、ケーブルへの高周波電流伝播量を周波数毎に測定した結果である。

マイコン２の近傍の位置４０５にコンデンサ５を実装した場合が、先に述べた特許文献１，２の従来の実装法に相当する。これに対して、インダクタンス値が半分になる位置４０よりも電源コネクタ３寄りの位置４１０から４１４の領域にコンデンサ５を実装した場合が、図１に示した本発明の第１の実施形態に相当する。図から、周波数が、４８ＭＨｚ及び６４ＭＨｚ、８０ＭＨｚ、９６ＭＨｚでは、コンデンサ５の実装位置が電源コネクタ３に近づくほど、言い換えれば、マイコン２から遠ざかるほど、ケーブルへ伝播する高周波電流を低減できることが判る。従来の実装に相当するマイコン２の近傍の位置４０５にコンデンサ５を実装した場合に比べ、図1に示す本発明の第１の実施形態による位置４１０から４１４にコンデンサ５を実装した方が、平均２０ｄＢほど高周波電流伝播の抑制効果が大きい。特に、３２ＭＨｚでは、本発明の図１に示す第１の実施形態により、位置４１０に実装した場合の方が、従来の実装法に比べ、約３５ｄＢも高周波電流伝播の抑制効果が大きいことが判る。

図1に示した本発明の第１の実施形態を要約すると次の通りである。まず、集積回路２を搭載するプリント回路基板１の外部から、この基板内へ電力を供給する電源コネクタ３と、この電源コネクタ３から集積回路２を結ぶ電源配線４を実装している。そして、この電源配線４の径路上の往復路４１，４２間に高周波短絡素子５を実装したプリント回路基板を対象としている。ここで、電源コネクタ３から集積回路２を結ぶ電源配線４径路上の中点４０よりも電源コネクタ３寄りに、電源配線４の幅を絞り込んだ電流集中部４３を設けている。そして、この電流集中部４３の往復路４１，４２間に高周波短絡素子５を実装している。

ここで、この第1の実施形態の変形例として、図示しないが、電源配線４径路上の中点４０よりも電源コネクタ３寄りであれば、電源配線４の幅を絞り込んだ電流集中部４３を設けなくても、十分に効果がある。

また、図２に示したように、電源コネクタ３の両極端子３１，３２間に直接、高周波電流バイパス用の高周波短絡素子（コンデンサ）５を実装した場合にも、図５のコンデンサ実装位置４１４と同じく、十分な効果がある。

このように、本発明の第1の実施形態によれば、マイコン２で発生し、不要な伝導や放射ノイズの原因となる高周波電流が、プリント回路基板１からケーブルへ伝播する量を、従来の実装方に比べ平均２０ｄＢ、最大３５ｄＢ低減できた。これにより、従来よりも少ないコンデンサ数により、小型・軽量で、経済的に効果的なノイズ対策が可能となる。

図６は、本発明の第２の実施形態による、集積回路（以下、マイコンと呼ぶ）が搭載されたプリント回路基板を模式的に示した平面図である。図１と同一部には同一符号を付け、重複説明は避ける。図1と異なる点は、電流集中部４３に高周波電流バイパス用の高周波短絡素子５１を実装するとともに、マイコン２の近傍の電源配線４の往復路４１，４２間にも、高周波電流バイパス用の第２のコンデンサ５２を実装したものである。

図７は、本発明の第３の実施形態による、集積回路（以下、マイコンと呼ぶ）が搭載されたプリント回路基板を模式的に示した平面図である。図６と同一部には同一符号を付け、重複説明は避ける。図６と異なる点は、電源配線径路の中点４０よりも電源コネクタ３寄りの電源配線４に、比較的長い電流集中部４３１を設けるとともに、２つの高周波電流バイパス用の高周波短絡素子５３，５４を、間隔を置いて実装したことである。

次に、本発明の第２，第３の実施形態の作用効果を、図８及び図９を参照して説明する。

図８は、図３に示した評価基板のコンデンサ実装位置４０５〜４１４のいずれか２ヶ所ｃ１，ｃ２に、２個のコンデンサ５１，５２又は５３，５４を実装したときの、実装位置の組合わせに対する電源配線４のインダクタンス値を示している。すなわち、図の最上部には、電源コネクタ３の位置ａと第１のコンデンサ５１又は５３の実装位置ｃ１間のインダクタンス値を示している。図の中央には、第１のコンデンサ５１又は５３の実装位置ｃ１と第２のコンデンサ５２又は５４の実装位置ｃ２間のインダクタンス値を示している。同様に、図の最下部には、第２のコンデンサ５２又は５４の実装位置ｃ２とマイコン２の実装位置ｂ間のインダクタンス値を示している。

図９は、本発明の第２及び第３の実施形態によるノイズ低減量を示すグラフである。２個のコンデンサを各位置の組合わせで実装したときの、ケーブルへの高周波電流伝播量を周波数毎に測定した結果である。

マイコン２の近傍の位置４０５と４０６に、２個のコンデンサを実装した場合が、従来の実装法に相当する。

一方、マイコン２の近傍の位置４０５と、電源コネクタ３の近傍の位置４１４に、それぞれ１個づつのコンデンサ５１，５２を実装した場合が、図６に示す本発明の第２の実施形態によるプリント回路基板である。両者を比較すれば明らかなように、従来の実装法に比べ、本発明の第２の実施形態の方が、測定した全ての周波数において、平均１５ｄＢ程度高周波電流の伝播抑制効果が大きいことが判る。特に、３２ＭＨｚでは、従来の実装方法に比べ、本発明の第２の実施形態による実装は、約２５ｄＢも高周波電流の伝播抑制効果が大きいことが判った。

以上、図６に示した本発明の第２の実施形態を要約すると次の通りである。まず、集積回路２を搭載するプリント回路基板１の外部から、この基板内へ電力を供給する電源コネクタ３と、この電源コネクタ３から集積回路２を結ぶ電源配線４を実装している。そして、この電源配線４の径路上の往復路４１，４２間に高周波短絡素子を実装したプリント回路基板を対象としている。ここで、電源コネクタ３から集積回路２を結ぶ電源配線４径路上の中点４０よりも電源コネクタ３寄りに、電源配線４の幅を絞り込んだ電流集中部４３を設けている。そして、この電流集中部４３の往復路４１，４２間に実装した第１の高周波短絡素子５１と、集積回路２の近傍の電源配線４の往復路４１，４２間に実装した第２の高周波短絡素子５２を備えている。

ここで、この第２の実施形態の変形例として、図示しないが、第１の高周波短絡素子（コンデンサ）５１は、電源配線４径路上の中点４０よりも電源コネクタ３寄りであれば、電源配線４の幅を絞り込んだ電流集中部４３に設けなくても、十分に効果が期待できる。

また、図２の例と同様に、電源コネクタ３の両極端子３１，３２間に直接、第１の高周波電流バイパス用の高周波短絡素子（コンデンサ）５１を実装した場合にも、図９のコンデンサ実装位置４０５、４１４の組合わせと同じく、十分な効果が期待できる。

このように、本発明の第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、マイコン２で発生し、不要な伝導や放射ノイズの原因となる高周波電流が、プリント回路基板１からケーブルへ伝播する量を、従来の実装方に比べ平均１５ｄＢ、最大２５ｄＢ低減できた。これにより、従来よりも少ないコンデンサ数により、小型・軽量で、経済的に効果的なノイズ対策が可能となる。

次に、図７に示した本発明の第３の実施形態の効果について説明する。

図９の右端に示す本発明の第３の実施形態によるノイズ低減量特性は、図７に示す実施形態の効果を表わしている。すなわち、比較的長い電流集中部４３１のうち、電源コネクタ３の近傍の位置４１４に第１のコンデンサ５３を実装している。また、電源配線径路の中点４０よりもやや電源コネクタ３寄りの、やはり電流集中部４３１の右方位置４１０〜４１２近傍に、第２のコンデンサ５４を実装している。この結果が、図９の右端に示す本発明の第３の実施形態によるプリント回路基板１のノイズ低減量特性である。図９の左端に示す従来の特性と比較すれば明らかなように、従来の実装法に比べ、本発明の第３の実施形態の方が、測定した全ての周波数において、平均１５ｄＢ程度高周波電流の伝播抑制効果が大きいことが判る。特に、３２ＭＨｚでは、従来の実装方法に比べ、本発明の第３の実施形態による実装は、約３０ｄＢも高周波電流の伝播抑制効果が大きいことが判った。

以上、図７に示した本発明の第３の実施形態を要約すると次の通りである。まず、集積回路２を搭載するプリント回路基板１の外部から、この基板内へ電力を供給する電源コネクタ３と、この電源コネクタ３から集積回路２を結ぶ電源配線４を実装している。そして、電源配線４の径路上の往復路４１，４２間に高周波短絡素子を実装したプリント回路基板１を対象としている。ここで、電源コネクタ３から集積回路２を結ぶ電源配線４径路上の中点４０よりも電源コネクタ３寄りに、電源配線４の幅を絞り込んだ比較的長い電流集中部４３を設けている。そして、この電流集中部４３の左端の電源コネクタ３の近傍の往復路４１，４２間に実装した第１の高周波短絡素子５３と、電源配線径路上の中点４０よりも電源コネクタ３寄りの電源配線の往復路４１，４２間に実装した第２の高周波短絡素子５４を備えている。

ここで、第３の実施形態の変形例として、図示しないが、２つの高周波短絡素子（コンデンサ）５３，５４は、電源配線４径路上の中点４０よりも電源コネクタ３寄りであれば、電源配線４の幅を絞り込んだ電流集中部４３を設けなくても、十分に効果が期待できる。

また、第１の高周波短絡素子（コンデンサ）５３については、図２の例と同様に、電源コネクタ３の両極端子３１，３２間に直接実装した場合にも、図９のコンデンサ実装位置４１４とほぼ同じであり、十分な効果が期待できる。

このように、本発明の第３の実施形態によれば、マイコン２で発生し、不要な伝導や放射ノイズの原因となる高周波電流が、プリント回路基板１からケーブルへ伝播する量を、従来の実装方に比べ平均１５ｄＢ、最大３０ｄＢ低減できた。これにより、従来よりも少ないコンデンサ数により、小型・軽量で、経済的に効果的なノイズ対策が可能となる。

本発明第１の実施形態によるプリント回路基板を模式的に示す平面図。 図１の変形例によるプリント回路基板を模式的に示す平面図。 本発明の効果検証に用いた評価基板を模式的に示す平面図。 図３の評価基板の各実装位置に対する電源配線インダクタンス値のグラフ。 本発明第１の実施形態によるノイズ低減量を示すグラフ。 本発明第２の実施形態によるプリント回路基板を模式的に示した平面図。 本発明第３の実施形態によるプリント回路基板を模式的に示した平面図。 図３の評価基板の実装位置の組合わせに対する電源配線４のインダクタンス値を示すグラフ。 本発明の第２及び第３の実施形態によるノイズ低減量を示すグラフ。

符号の説明

１…プリント回路基板、２…集積回路（マイコン）、３…電源コネクタ、３１，３２…電源コネクタ両極端子、４…電源配線、４０…電源配線（のインダクタンス）の中点、４１，４２…電源配線往復路、４３，４３１…電流集中部（狭幅部）、４０５〜４１４…電源配線上の高周波短絡素子（コンデンサ）実装位置、５，５１〜５４…高周波短絡素子（コンデンサ）。

Claims (12)

1. 集積回路と、この集積回路を搭載するプリント回路基板と、このプリント回路基板の外部から前記プリント回路基板内へ電力を供給する電源コネクタと、この電源コネクタから前記集積回路を結ぶ電源配線と、この電源配線径路上の往復路間に高周波短絡素子を実装したプリント回路基板において、前記電源コネクタから前記集積回路を結ぶ前記電源配線径路上の中点よりも前記電源コネクタ寄りに前記電源配線の幅を絞り込んだ電流集中部を設けるとともに、この電流集中部の前記往復路間に前記高周波短絡素子を実装したことを特徴とするプリント回路基板。
2. 集積回路と、この集積回路を搭載するプリント回路基板と、このプリント回路基板の外部から前記プリント回路基板内へ電力を供給する電源コネクタと、この電源コネクタから前記集積回路を結ぶ電源配線と、この電源配線径路上の往復路間に高周波短絡素子を実装したプリント回路基板において、前記電源コネクタの近傍の前記電源配線の往復路間に前記高周波短絡素子を実装したことを特徴とするプリント回路基板。
3. 集積回路と、この集積回路を搭載するプリント回路基板と、このプリント回路基板の外部から前記プリント回路基板内へ電力を供給する電源コネクタと、この電源コネクタから前記集積回路を結ぶ電源配線を実装したプリント回路基板において、前記電源コネクタの両極間に高周波短絡素子を実装したことを特徴とするプリント回路基板。
4. 集積回路と、この集積回路を搭載するプリント回路基板と、このプリント回路基板の外部から前記プリント回路基板内へ電力を供給する電源コネクタと、この電源コネクタから前記集積回路を結ぶ電源配線と、この電源配線径路上の往復路間に高周波短絡素子を実装したプリント回路基板において、前記電源コネクタから前記集積回路を結ぶ前記電源配線径路上の中点よりも前記電源コネクタ寄りに設けられ、前記電源配線の幅を絞り込んだ電流集中部と、この電流集中部の前記往復路間に実装した第１の高周波短絡素子と、前記集積回路近傍の前記電源配線の往復路間に実装した第２の高周波短絡素子を備えたことを特徴とするプリント回路基板。
5. 集積回路と、この集積回路を搭載するプリント回路基板と、このプリント回路基板の外部から前記プリント回路基板内へ電力を供給する電源コネクタと、この電源コネクタから前記集積回路を結ぶ電源配線と、この電源配線径路上の往復路間に高周波短絡素子を実装したプリント回路基板において、前記電源コネクタの近傍の前記電源配線の往復路間に実装した第１の高周波短絡素子と、前記集積回路近傍の前記電源配線の往復路間に実装した第２の高周波短絡素子を備えたことを特徴とするプリント回路基板。
6. 集積回路と、この集積回路を搭載するプリント回路基板と、このプリント回路基板の外部から前記プリント回路基板内へ電力を供給する電源コネクタと、この電源コネクタから前記集積回路を結ぶ電源配線を実装したプリント回路基板において、前記電源コネクタの両極間に実装した第１の高周波短絡素子と、前記集積回路近傍の前記電源配線の往復路間に実装した第２の高周波短絡素子を備えたことを特徴とするプリント回路基板。
7. 集積回路と、この集積回路を搭載するプリント回路基板と、このプリント回路基板の外部から前記プリント回路基板内へ電力を供給する電源コネクタと、この電源コネクタから前記集積回路を結ぶ電源配線と、この電源配線径路上の往復路間に高周波短絡素子を実装したプリント回路基板において、前記電源コネクタ近傍の前記往復路間に実装した第１の高周波短絡素子と、前記電源配線径路上の中点よりも前記電源コネクタ寄りの前記電源配線の往復路間に実装した第２の高周波短絡素子を備えたことを特徴とするプリント回路基板。
8. 集積回路と、この集積回路を搭載するプリント回路基板と、このプリント回路基板の外部から前記プリント回路基板内へ電力を供給する電源コネクタと、この電源コネクタから前記集積回路を結ぶ電源配線と、この電源配線径路上の往復路間に高周波短絡素子を実装したプリント回路基板において、前記電源コネクタ近傍の前記電源配線の幅を絞り込んだ電流集中部と、この電流集中部の前記往復路間に実装した第１の高周波短絡素子と、前記電源配線径路上の中点よりも前記電源コネクタ寄りの前記電源配線の往復路間に実装した第２の高周波短絡素子を備えたことを特徴とするプリント回路基板。
9. 請求項１，４，７又は８のいずれかにおいて、前記電源配線径路上の中点は、前記電源配線の配線インダクタンス値の中点であることを特徴とするプリント回路基板。
10. 請求項１，４，７又は８のいずれかにおいて、前記電源配線径路上の中点は、前記電源配線径路の寸法上の中点であることを特徴とするプリント回路基板。
11. 請求項１〜１０のいずれかにおいて、前記高周波短絡素子としてコンデンサを備えたことを特徴とするプリント回路基板。
12. 請求項１〜１１のいずれかにおいて、前記集積回路はマイクロコンピュータを備えたことを特徴とするプリント回路基板。
    

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