JP2006121002A - 信号伝送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに対向しない位置に配された、少なくとも一対の信号伝送端子と、これらを接続する第１の導電パターンとを基板の表面に形成した信号伝送装置において、周波数の高低にかかわらず、電磁波の放射ノイズを防止する。
【解決手段】信号伝送装置１の基板ＰＢの表面Ａには、一対の信号伝送端子ＴＩ、ＴＯを互いに接続する第１の導電パターンＰ１と第２の導電パターンＰ２を隣接させて平行に形成し信号伝送端子の一方側では、所定のクロック信号に基づいたデジタル信号が上記第１の導電パターンに出力され、信号伝送端子の他方側には、導電パターンＰ１に出力された信号に対応させて導電パターンＰ２に出力すべき信号の電流値を決定する電流決定手段と、導電パターンＰ１に出力されたデジタル信号と同一周波数かつ逆位相のクロック信号を、電流決定手段で決定された電流値に制御しながら、第２の導電パターンＰ２に出力する信号出力手段とを設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、デジタル信号を伝送する信号伝送装置、特に、液晶モニター付インターホンなどの装置において、制御部と液晶表示ユニットとを互いに接続するために使用される回路基板などに好適に適用される信号伝送装置に関する。

この種の信号伝送装置のうちで、互いに対向しない位置に一対の信号伝送端子を配したものでは、信号伝送端子同士を互いに接続するのに必要な導電パターンを基板の表面に形成し、グランドパターンを裏面全体に形成してシールド効果を持たせるような構成とされていた。

しかし、そのような構成としても、制御部と液晶表示ユニットとの間に電圧パルスを印加して伝送されるデジタル信号を伝送させた場合には、磁気ノイズを発生させ、他の電子部品に影響を与えることがあった。

下記特許文献１には、ノイズ源となる高周波電流自体を抑制することなく、高周波電流によって発生する磁界を抑制し、放射ノイズを軽減するプリント基板のパターン配線方法等が開示されている。
特開平８−２７４４２７号公報

上記のような信号伝送装置の磁気ノイズについて、発明者らによる考察を説明する。図４は、従来の信号伝送装置１００の例を模式的に示した図である。

信号伝送装置１００は、液晶表示ユニットＬＣＤを備えた表示装置Ｓに組み込まれ、表示装置Ｓの全体を制御する制御部ＭＣＵと、液晶表示ユニットＬＣＤとの間に介在し、両者を電気的に接続して、デジタル信号を伝送する機能を有する。信号伝送装置１００の基板ＰＢの表面Ａには、一対の信号伝送端子（入力側の信号伝送端子ＴＩ、出力側の信号伝送端子ＴＯ）と、これらを接続する導電パターンＰａとが形成され、裏面Ｂの全面には、グランドに接続するグランドパターンＰｇが形成されている。ここで、ＩＣは、基板ＰＢの表面Ａに設けた電子部品である。

このような信号伝送装置１００では、その動作時には、導電パターンＰａには、所定の周波数のデジタル信号が伝送されるが、そのとき、往路Ｒａでは、デジタル信号におけるパルス電圧の立ち上がりと立下りで異なる方向の電流が発生する。

ここで、その際に発生する磁気ノイズを考察すると、基板ＰＢにおいて、表面Ａの導電パターンＰａを流れる往路Ｒａの電流に対応して、裏面ＢのグランドパターンＰｇでも、同時に復路Ｒｂの電流が流れ、その結果として、この往路Ｒａの電流と復路Ｒｂの電流とが電流ループを形成して、磁気ノイズを発生させることが推察される。

これに関する本発明者らの実験では、試験用の基板ＰＢで、導電パターンＰａに、１０ＭＨｚと２００ＭＨｚとの２つのデジタル信号を伝送したところ、２００ＭＨｚの信号伝送時には特に問題はなかったものの、１０ＭＨｚの信号伝送時には、他の電子部品ＩＣに誤動作を起こさせる程の磁界が観測され、その磁界の強さはデジタル信号のクロック周波数に強く依存しているようであった。

本発明は、このような事情に鑑みて提案されるもので、互いに対向しない位置に配された、少なくとも一対の信号伝送端子間で、デジタル信号を伝送する信号伝送装置において、デジタル信号の伝送基準となるクロック信号の周波数に影響されずに、電磁波の放射ノイズを軽減できる信号伝送装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明では、互いに対向しない位置に配された、少なくとも一対の信号伝送端子と、これらを接続する第１の導電パターンとを基板の表面に形成し、この基板の裏面には上記導電パターンを含む広がりを有したグランドパターンを形成した信号伝送装置において、上記基板の表面には、上記一対の信号伝送端子を互いに接続する、上記第１の導電パターンと異なる第２の導電パターンを隣接させて平行に形成し、上記一対の信号伝送端子の一方側では、所定のクロック信号に基づいたデジタル信号が上記第１の導電パターンに出力され、上記一対の信号伝送端子の他方側には、上記第１の導電パターンに出力されたデジタル信号に対応させて上記第２の導電パターンに出力すべき信号の電流値を決定する電流決定手段と、上記第１の導電パターンに出力されたデジタル信号と同一周波数かつ逆位相のクロック信号を、上記電流決定手段で決定された電流値に制御しながら、上記第２の導電パターンに出力する信号出力手段とを設けたことを特徴とする。

請求項１によれば、一対の信号伝送端子に電圧パルスを印加してデジタル信号を伝送するときには、第１の導電パターンとグランドパターンとで形成される電流ループと、第２の導電パターンとグランドパターンとで形成される電流ループの２つの電流ループが発生するが、第２の導電パターンは第１の導電パターンに隣接して平行に形成されているので、それぞれの電流ループが流れる寄生的な回路は、ほぼ同等の特性、広がりを有するようになる。

そして、電流決定手段は、２つの電流ループによって生じる磁界が相殺されるように、第２の導電パターンに出力すべき電流値を決定する一方、信号出力手段は、電流決定手段によって決定された電流値に制御しながら、第１の導電パターンに出力された信号と同一周波数かつ逆位相のクロック信号を、第２の導電パターンに出力する。
そのため、第１の導電パターンに出力されたデジタル信号（パルス電圧）が、クロック信号に対応して存在するときには、その２つの電流ループから生じる磁界は効率的に相殺され、磁気ノイズによる電子部品等への悪影響が低減される。
またこの構成は、デジタル信号の周波数の高低にかかわらず、適用可能である。
更に、第１の導電パターンによって送信したデジタル信号に対して、第２の導電パターンを通じてクロック信号が返信されてくるので、前者のデジタル信号が伝送されたことを、送信側では確認できるという効果もある。

図１は、本発明の信号伝送装置の一例を模式的に示した図である。
この信号伝送装置１は、表示装置Ｓに組み込まれており、表示装置Ｓの全体を制御する制御部ＭＣＵと、液晶表示ユニットＬＣＤとの間に介在し、両者を電気的に接続して、デジタル信号を伝送する機能を有する。
信号伝送装置１の基板ＰＢでは、互いに対向しない位置に配された、一対の信号伝送端子ＴＩ、ＴＯと、これらを接続する第１の導電パターンＰ１を基板ＰＢの表面Ａに形成し、裏面Ｂの全面には、グランドと接続されるグランドパターンＰｇを形成している。更に、表面Ａの信号伝送端子ＴＯには、信号出力手段ＢＵＦを接続し、この信号出力手段ＢＵＦから、第２の導電パターンＰ２を、導電パターンＰ１に隣接させて平行に形成している。なお、ＩＣは、基板ＰＢ表面Ａに設けられた電子部品である。

また、グランドパターンＰｇは、この例では裏面Ｂの全面に広がっているが、これに限られず、２つの導電パターンＰ１、Ｐ２を含む広がりを有していればよい。

図２の（ａ）は、液晶表示ユニットＬＣＤと、信号伝送装置１の信号伝送端子ＴＯ付近とを更に詳しく説明するブロック図である。
図２（ａ）に示す通り、液晶表示ユニットＬＣＤは、表示制御手段ＭＣＵ２を備えている。この表示制御手段ＭＣＵ２は、制御部ＭＣＵによって導電パターンＰ１に出力された信号を、信号伝送端子ＴＯを介して、受け付けると、その種別（周波数）を判別し、第２の導電パターンＰ２に出力すべき信号の電流値を決定する電流決定手段ＣＰＵとしての機能を発揮するものであり、その際には、電流決定手段ＣＰＵは、電流値テーブルＴＢＬを参照するようになっている。

図２（ｂ）は、電流値テーブルＴＢＬの一例であり、そこでは、導電パターンＰ１に出力された信号の種別と、導電パターンＰ２に出力すべき信号の電流値とを関連させて記憶している。

信号出力手段ＢＵＦは、図２（ａ）に示すように、電流決定手段ＣＰＵから送信されてくる、導電パターンＰ１に出力されたデジタル信号と同一周波数かつ逆位相のクロック信号を、電流決定手段ＣＰＵで決定された電流値に制御しながら、導電パターンＰ２に出力するものであり、複数の出力ドライバＤ＃０〜Ｄ＃７と、この出力ドライバＤ＃０〜Ｄ＃７を有効、無効にする電流制御レジスタＲＥＧとを備えている。
すなわち、電流制御レジスタＲＥＧの各ビットの値に応じて、出力ドライバＤ＃０〜Ｄ＃７のそれぞれを有効、無効にすることによって、電流値が制御される。なお、電流値を制御しつつ信号を出力する構成は、他の公知手段を利用してもよい。

従って、電流決定手段ＣＰＵが、導電パターンＰ１に出力されたデジタル信号の種別（周波数）に応じて、電流値テーブルＴＢＬから読み出した電流値を、電流制御レジスタＲＥＧに書き込み、かつ、導電パターンＰ１から受け付けたデジタル信号と同一周波数かつ逆位相のクロック信号を、信号出力手段ＢＵＦに入力すれば、信号出力手段ＢＵＦでは、出力ドライバＤ＃０〜Ｄ＃７のうち、電流制御レジスタＲＥＧに書き込まれた電流値に従って有効になったものが、そのクロック信号を導電パターンＰ２に出力する。
なお、導電パターンＰ１はただ一つとは限られず、複数であってもよい。また、導電パターンＰ１によって伝送されるデジタル信号の基本となるクロック信号は、異なった周波数の複数のクロック信号を切り替えたものでもよい。更に、導電パターンＰ２もただ１つとは限られず、複数であってもよい。

本発明では、所定のクロック信号に基づいたデジタル信号を、導電パターンＰ１を通じて伝送するときには、そのクロック信号と同一の周波数かつ逆位相のクロック信号を、導電パターンＰ２を通じて逆方向から伝送するが、そのデジタル信号のパルス電圧がプラス側に変化する場合には、信号伝送端子ＴＩ、導電パターンＰ１、グランドパターンＰｇ（導電パターンＰ１とグランドパターンＰｇとの間では、層間容量を介した変位電流が流れる）、接地点へという経路で電流が流れ、このとき、クロック信号はマイナス側に変化するので、グランドパターンＰｇの接地点、グランドパターンＰｇ、導電パターンＰ２（グランドパターンＰｇと導電パターンＰ２との間では、層間容量を介した変位電流が流れる）、信号出力手段ＢＵＦへという経路で電流が流れる。また、デジタル信号のパルス電圧がマイナス側に変化する場合に関しても同様である。

図３は、信号伝送端子ＴＯを介して、導電パターンＰ１によって伝送されるデジタル信号Ｓ１と、信号伝送端子ＴＯを介して、導電パターンＰ２に出力されるクロック信号Ｓ２との関係を示す波形図である。

図３に示すように、デジタル信号Ｓ１（導電パターンＰ１側）のパルス電圧の変化点と、クロック信号Ｓ２（導電パターンＰ２側）の変化点とは、多くの場合に一致し、そのときには、デジタル信号Ｓ１とクロック信号Ｓ２とで互いに逆方向に電流が流れる。

したがって、デジタル信号Ｓ１の電圧パルスが、クロック信号Ｓ２のあるときに生じるものに対しては、デジタル信号Ｓ１とクロック信号Ｓ２とによって互いに逆方向に電流が流れ、それらによって発生する２つの磁界は、互いに相殺して、磁気ノイズを減少させる。
また、デジタル信号Ｓ１の種別に応じた電流値を電流値テーブルＴＢＬに用意しておけば、磁気ノイズによる電子部品ＩＣ等への悪影響を更に低減することができる。

本発明の信号伝送装置の模式図。 （ａ）は、液晶表示ユニットと信号伝送装置とを含むブロック図と、（ｂ）は、電流値テーブル。 第１の導電パターンにより伝送されるデジタル信号と、第２の導電パターンにより伝送されるクロック信号とを示す波形図。 従来の信号伝送装置の模式図。

符号の説明

１ 信号伝送装置
ＢＵＦ 信号出力手段
ＣＰＵ 電流決定手段
Ｐ１ 第１の導電パターン
Ｐ２ 第２の導電パターン
ＰＢ 基板
Ｐｇ グランドパターン
ＴＩ 入力側の信号伝送端子
ＴＯ 出力側の信号伝送端子

Claims (1)

1. 互いに対向しない位置に配された、少なくとも一対の信号伝送端子と、これらを接続する第１の導電パターンとを基板の表面に形成し、この基板の裏面には上記導電パターンを含む広がりを有したグランドパターンを形成した信号伝送装置において、
   上記基板の表面には、上記一対の信号伝送端子を互いに接続する、上記第１の導電パターンと異なる第２の導電パターンを隣接させて平行に形成し、
   上記一対の信号伝送端子の一方側では、所定のクロック信号に基づいたデジタル信号が上記第１の導電パターンに出力され、
   上記一対の信号伝送端子の他方側には、
   上記第１の導電パターンに出力されたデジタル信号に対応させて上記第２の導電パターンに出力すべき信号の電流値を決定する電流決定手段と、
   上記第１の導電パターンに出力されたデジタル信号と同一周波数かつ逆位相のクロック信号を、上記電流決定手段で決定された電流値に制御しながら、上記第２の導電パターンに出力する信号出力手段とを設けたことを特徴とする信号伝送装置。

Images