JP2006333290A - モニタ回路 - Google Patents
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Abstract
【目的】 動作中の高周波回路特性に別段の影響を与えることなく、高周波信号を確実・安定にモニタ可能なことを課題とする。
【構成】 誘電体多層基板3A,3Bを挟んで表面の主線路1と背面の接地板2とを備えるストリップ線路のモニタ回路であって、主線路1直下の内層に該主線路と平行に設けた電磁結合部11Aと、該結合部と異なる方向に延展した導波部11Bとを有する内層パターン11を設け、前記導波部の端部と基板表面に設けた表面パターン12とをスルーホール13で接続することにより、主線路1との電磁結合により内層パターン11に抽出したモニタ信号を基板表面に取り出す。
【選択図】 図1
Description
本発明はモニタ回路に関し、更に詳しくは、誘電体(多層)基板を挟んで表面の主線路と背面の接地板とを備えるストリップ線路のモニタ回路に関する。
マイクロストリップ線路を有する高周波回路では、デバイス間でやり取りされる信号の波形やレベルを外部よりモニタしたい場合が少なくない。
図10は従来技術を説明する図である。図において、デバイス51Aの出力信号レベルを測定したい場合には、例えば主線路52A上に測定器のプローブを接触させる方法があるが、プローブ先端部の接触状態が一定とならないため、安定な測定を行えない。
このため、従来は、予め主線路52Aの近傍にモニタ用回路(モニタ線路54及びコネクタ55)を設けておき、デバイス51Aの出力信号をモニタする場合には、主線路52A,52B間に実装されていた部品(コンデンサ等)53の主線路52B側を取り外して、これをモニタ線路54の側に付け替え、主信号をモニタ回路の側に取り出していた。こうすれば、外部の測定装置をコネクタ55に確実に接続できるため、安定な計測を行える。
しかし、上記部品53を付け替える際には、半田作業が煩雑であるばかりか、繰り返し付け替えることによる基板の劣化や、半田クズ等による電極間のショート等が考えられ、回路の品質劣化に繋がるおそれがあった。
なお、本願発明と直接には関係ないが、誘電体基板を有効活用する技術として、従来は、同一面上に複数電極を形成した複数の誘電体シートを、上下の電極が重ならない部分を持つよう複数枚積層すると共に、それぞれをスルーホールで接続して形成した基板内蔵キャパシタの製造技術が知られている(特許文献1)。
また、多層プリント基板8の表面層に実装されたIC1の電源端子部2のパターン3と、該多層プリント基板8の内層接地パターン11との間に誘電体30を設けることで、パターンによるインダクタンスを減少し、高周波雑音を抑制をするプリント基板内蔵型バイパスコンデンサが知られている(特許文献2)。
特開2004−172530(要約,図)
特開平8−204341(要約,図)
本発明は上記従来技術の問題点に鑑みなされたものであり、その目的とする所は、動作中の高周波回路特性に別段の影響を与えることなく、高周波信号を確実・安定にモニタ可能なモニタ回路を提供することにある。
上記の課題は例えば図1の構成により解決される。即ち、本発明(1)のモニタ回路は、誘電体多層基板3A,3Bを挟んで主線路1と接地板2とを備えるストリップ線路のモニタ回路であって、主線路1直下の内層に該主線路と平行に設けた電磁結合部11Aと、
該結合部と異なる方向に延展した導波部11Bとを有する内層パターン11を設け、前記導波部の端部と基板表面に設けた表面パターン12とをスルーホール13で接続したものである。
該結合部と異なる方向に延展した導波部11Bとを有する内層パターン11を設け、前記導波部の端部と基板表面に設けた表面パターン12とをスルーホール13で接続したものである。
本発明(1)では、主線路1と内層パターン11との間の電磁結合(主に電界結合)を介して常時モニタ信号を抽出できる構成により、予め、このモニタ回路も含めた態様で主線路1の伝送特性を設計・調整できると共に、稼働中の高周波回路特性に別段の影響を与えることなく、いつでも高周波信号を安定にモニタ可能となる。また、内層パターン11を主線路1直下の基板内層に設ける構成により、基板表面では本来の高周波回路を自由に設計できる。また、内層パターン11で抽出したモニタ信号をスルーホール13を介して基板表面に取り出す構成により、外部の測定装置を容易に接続できる。
また、上記の課題は例えば図5の構成により解決される。即ち、本発明(2)のモニタ回路は、誘電体基板3を挟んで表面の主線路1と背面の接地板2とを備えるストリップ線路のモニタ回路であって、主線路1直下の背面に該主線路と平行に設けた電磁結合部14Aと、該結合部と異なる方向に延展した導波部14Bとを有する背面パターン14とを設け、該背面パターン14は、前記接地板2が形成されていない該背面パターンと相似形な領域内に配置されることで、コプレナーウェイブガイドを形成したものである。
本発明(2)では、背面パターン14で抽出したモニタ信号をコプレナーウェイブガイドで導波する構成により、誘電体基板3を多層構造にしなくてもモニタ回路を構成できる。
本発明(3)では、上記本発明(2)において、前記導波部14Bの端部と基板表面に設けた表面パターン12とをスルーホールで接続したものである。従って、外部の測定装置を容易に接続できる。
また、上記の課題は例えば図7の構成により解決される。即ち、本発明(4)のモニタ回路は、誘電体多層基板3A,3Bを挟んで表面の主線路1と内層の接地板2とを備えるストリップ線路のモニタ回路であって、主線路1直下の背面に該主線路と平行に設けた電磁結合部14Aを有する背面パターン14を設け、主線路1の信号を該主線路直下の接地板2に形成した矩形状スロット5を介して背面パターン14に電磁結合させたものである。従って、モニタ信号を背面から容易かつ確実に観測できる。
以上述べた如く本発明によれば、動作中の高周波回路特性に別段の影響を与えることなく、高周波信号を確実・安定にモニタできるため、いつでも必要な時にモニタ可能であると共に、回路の品質劣化を防止できる。
以下、添付図面に従って本発明に好適なる実施の形態を詳細に説明する。なお、全図を通して同一符号は同一又は相当部分を示すものとする。
図1は第1の実施の形態によるレベルモニタ回路を示す図で、誘電体多層基板の内(中間)層に主信号(マイクロ波信号)をモニタするための内層パターンを設けた場合を示している。図1(A)は斜視図、図1(B)は上面図、図1(C)は側断面図である。なお、図1(A)ではレベルモニタ回路の構成を明瞭に示すため、中間の誘電体基板を図示していない。
図において、11は基板表面の主線路、2は背面の接地板、3A,3Bは2層に設けら
れた誘電体基板、11は基板内層に設けられた内層パターン、11Aは主線路と平行に設けられた電磁結合部、11Bは該結合部とは異なる方向(図の例では直角)に延展された導波部、12は基板表面の表面パターン、13は内層パターン11と表面パターン12間を接続するスルーホール、P1は主信号の入力ポート、P2は同出力ポート、P3はモニタ信号の出力ポート(以下、モニタポートとも呼ぶ)である。
れた誘電体基板、11は基板内層に設けられた内層パターン、11Aは主線路と平行に設けられた電磁結合部、11Bは該結合部とは異なる方向(図の例では直角)に延展された導波部、12は基板表面の表面パターン、13は内層パターン11と表面パターン12間を接続するスルーホール、P1は主信号の入力ポート、P2は同出力ポート、P3はモニタ信号の出力ポート(以下、モニタポートとも呼ぶ)である。
図1(A)において、レベルモニタを行いたい主線路1の直下に内層パターン11を形成し、主線路1と、これに平行な電磁結合部11Aとの間の電磁結合(主に電界結合)を利用して主信号のモニタ信号を内層パターン11にて抽出すると共に、該抽出したモニタ信号をスルーホール13を介して基板表面の表面パターン12に取り出す。この構成では、主線路1と背面の接地板2とで主信号のマイクロストリップ線路を形成すると共に、内層パターン11及び表面パターン12と背面の接地板2とでモニタ信号のマイクロストリップ線路を形成しており、これらによって、主信号とモニタ信号とが予め設計された伝送路特性にて基板上を伝送する。
好ましくは、表面パターン12の端部に不図示のコネクタを接続し(又は差し込み)、外部の計測器によるレベル測定を行う。
なお、本実施の形態では、上記主信号伝送路1の一部に内層パターン11を挿入した形になるため、マイクロストリップ線路1の伝送路特性に多少の影響があると考えられるが、それがどの程度のものであるかを、主線路1と内層パターン11との結合量(具体的には、内層パターンのサイズや主線路との間隔)をパラメータにして、以下に公知の3次元電磁解析法により定量的に求めた。特性の検証には公知の3次元電磁界シミュレータを用いた。解析の中心周波数は1GHzとし、主線路1の線路幅を3mm、線路厚を35μm、基板誘電率を4.4とする。
図1(B)、図1(C)に電磁解析を行うための回路のパラメータを示す。本回路のS特性の解析は主信号の入力ポートP1、同出力ポートP2、及びモニタ信号の出力ポートP3について行った。パラメータCLLは電磁結合部11Aの長さ(以下、単に内層パターン長と呼ぶ)、パラメータCLWは同電磁結合部11Aの幅(以下、単に内層パターン幅と呼ぶ)、パラメータCLTは主線路1と電磁結合部11A(即ち、内層パターン)との間隔である。
図2〜図4は第1の実施の形態によるレベルモニタ回路のS特性を示すグラフ図(1)〜(3)で、内層パターン長CLL=40mm、内層パターン幅CLW=3mm、主線路1と内層パターン11との間隔CLT=1mmをデフォルト値として、これらの内の各1つのパラメータを変化させた場合のS11特性、S21特性、S31特性を示している。ここで、S11は入力ポートP1から見た反射係数、S21は入力ポートP1から出力ポートP2への振幅変換利得伝達係数(主線路の通過特性)、S31は入力ポートP1からモニタポートP3への振幅変換利得伝達係数(モニタ線路の通過特性)である。
図2は内層パターン長CLLのみを20/30/40mmと変化させた場合のS特性を示している。なお、アンダラインはデフォルト値を示す。図2(A)において、入力反射係数S11は、内層パターン長CLLの増加に伴い、単調には変化していないが、デフォルト長CLL=40mm、かつ1GHzでは−25dBを下回っている。図2(B)において、主線路の伝達係数S21は、内層パターン長CLLが増す程、即ち、結合量が増すほど、低下(ロスが増加)する傾向にあるが、デフォルト長CLL=40mm、1GHzでは−0.9dB以上が得られている。図2(C)において、モニタ線路の伝達特性S31は、内層パターン長CLLが増す程、即ち、結合量が増すほど、増加する傾向にあり、デフォルト長CLL=40mm、1GHzでは−10dBが得られている。なお、モニタ
レベルは、観測可能なものであれば十分である。
レベルは、観測可能なものであれば十分である。
図3は内層パターン幅CLWのみを2/3/4mmと変化させた場合のS特性を示している。図3(A)において、入力反射係数S11は、内層パターン幅CLWの増加と共に低下する傾向にあるが、いずれも−20dBを十分に下回っている。図3(B)において、主線路の伝達係数S21は、内層パターン幅CLWが増す程、増加(ロスが減少)する傾向にあるが、デフォルト幅CLW=3mm、1GHzでは−0.9dBが得られている。図3(C)において、モニタ線路の伝達係数S31は、内層パターン幅CLWが増加する程、低下する傾向にあるが、デフォルト幅CLW=3mm、1GHzでは−10dB程度が得られている。
図4は主線路と内層パターンとの間隔CLTのみを0.5/1.0/1.5mmと変化させた場合のS特性を示している。図4(A)において、入力反射係数S11は、主線路と内層パターンとの間隔CLTが増加する程、低下する傾向にあり、デフォルト間隔CLT=1.0mm、1GHzでは−25dBを下回っている。図4(B)において、主線路の伝達係数S21は、間隔CLTが増す程、即ち、結合量が減るほど、増加(ロスが低下)しているが、デフォルト間隔CLT=1mm、1GHzでは−0.9dB程度が得られている。図4(C)において、モニタ線路の伝達係数S31は、間隔CLTが増す程、即ち、結合量が減るほど、低下する傾向にある。
図5は第2の実施の形態によるレベルモニタ回路を示す図で、誘電体基板背面の接地板2に設けた、後述の背面パターン14と相似形の開口部4に背面パターン14を設けて、コプレナーウェイブガイドを形成した場合を示している。図5(A)は斜視図、図5(B)は上面図、図5(C)は側断面図である。
図5(A)において、レベルモニタを行いたい主線路1直下の背面に背面パターン14を形成し、該背面パターン周囲の接地板2を相似形に切り欠いてコプレナーウェイブガイドを形成している。この構成では、主線路1と背面の接地板2とで主信号のマイクロストリップ線路を形成すると共に、背面パターン14と周囲の接地板2とでモニタ信号のコプレナーウェイブガイドを形成しており、これらによって、主信号とモニタ信号とが予め設計された伝送路特性にて基板上を伝送する。好ましくは、背面パターン導波部14Bの端部と基板表面に設けた表面パターン12とをスルーホール13で接続して、モニタ信号を表面に取り出す。
本実施の形態でも、主信号伝送路1の一部に背面パターン14を挿入した形になるため、マイクロストリップ線路1の伝送路特性に多少の影響があると考えられるが、それがどの程度のものであるかを、主線路1と背面パターン14との結合量(具体的には、主線路1と電磁結合部14Aとの間隔)をパラメータにして、以下のように定量的に求めた。なお、解析の中心周波数は1GHzとし、主線路1の線路幅を3mm、線路厚を35μm、基板誘電率を4.4、背面パターン14の線路幅を3mmとしている。
図6は主線路と背面パターンとの間隔CLTのみを0.5/1.0/5.0mmとした場合のS特性を示している。図6(A)において、入力反射係数S11は、主線路1と背面パターン14との間隔CLTが増加する程、低下する傾向にあり、デフォルト間隔CLT=1.0mm、1GHzでは、−15dBを下回っている。図6(B)において、主線路の伝達係数S21は、主線路1と背面パターン14との間隔CLTが増す程、低下(ロスが増加)する傾向にあるが、デフォルト間隔CLT=1mm、1GHzでは−0.7dBを上回っている。図6(C)において、モニタ線路の伝達係数S31は主線路1と背面パターン14との間隔CLTが増す程、逆に上昇する傾向にあり、デフォルト間隔CLT=1mm、1GHzでは−16dB程度が得られている。
図7は第3の実施の形態によるレベルモニタ回路を示す図で、誘電体多層基板3A,3Bの内層に設けた接地板2の一部をくり抜いてスロット5を形成すると共に、該スロット5を介して、基板表面の主線路1と、基盤背面の背面パターン14とを電磁結合させた場合を示している。図7(A)は斜視図、図7(B)は上面図、図7(C)は側断面図である。
図7(A)において、5は内層接地板2の一部をくり抜いたスロット、14はスロット5を介して主線路1の対向位置に設けた背面パターンである。この構成では、主線路1と内層の接地板2とで主信号のマイクロストリップ線路を形成すると共に、背面パターン14と内層の接地板2とでモニタ信号のマイクロストリップ線路を形成しており、これらによって、主信号とモニタ信号とが予め設計された伝送路特性にて基板上を伝送する。
図7(B)、図7(C)に電磁解析を行うための回路のパラメータを示す。パラメータSLWはスロット5の幅、パラメータSLLはスロット5の長さである。
図8,図9は第3の実施の形態によるレベルモニタ回路のS特性を示す図(1),(2)で、図8はスロット5の長さSLLを5mm、背面パターン14の端からスロット5までの距離を3mmとすると共に、スロット5の幅Wのみを2/2.5/3mmと変化させた場合のS特性を示している。また、解析の中心周波数は1GHzとし、主線路1の線路幅を3mm、線路厚を35μm、基板誘電率を4.4、背面パターン長を40mm、背面パターン幅を3mm、主線路と背面パターンとの間隔を1mmとする。本実施の形態では、スロット長SLLを余り長くしないこと、即ち、比較的少ない結合量とすること、で主線路1の伝送路特性への干渉分を少なくしている。
図8(A)において、入力反射係数S11は、スロット幅SLWの増加に伴い、増加する傾向にあり、デフォルト幅SLW=2.5mm、かつ1GHzでは−11dB程度が得られている。図8(B)において、主線路の伝達係数S21は、スロット幅SLWが増す程、低下(ロスが増加)する傾向にあるが、デフォルト幅SLW=2.5mm、1GHzでは−0.9dBが得られている。図8(C)において、モニタ線路の伝達係数S31は、スロット幅SLWが増す程、上昇する傾向にあり、デフォルト幅SLW=2.5mm、1GHzでは−22dB程度が得られている。
図9はスロット5の長さSLLのみを4/5/7mmに変化させた場合のS特性を示している。図9(A)において、入力反射係数S11は、スロット長SLLの増加に伴い、増加する傾向にあり、デフォルト長SLL=5mm、かつ1GHzでは−11dB程度が得られている。図9(B)において、主線路の伝達係数S21は、スロット長SLLが増す程、低下(ロスが増加)する傾向にあるが、デフォルト長SLL=5mm、1GHzでは−0.9dB程度が得られている。図9(C)において、モニタ線路の伝達係数S31は、スロット長SLLが増す程、上昇する傾向にあり、デフォルト長SLL=5mm、1GHzでは−20dB程度が得られている。
なお、上記各実施の形態では主信号線路の信号レベルをモニタするレベルモニタ回路への適用例を述べたが、本発明は、波形観測などを含む、より一般的なモニタ回路に適用可能であることは明らかである。
また、上記本発明に好適なる複数の実施の形態を述べたが、本発明思想を逸脱しない範囲内で各部の構成、制御、処理及びこれらの組合せの様々な変更が行えることは言うまでも無い。
1 主線路
2 接地板
3 誘電体基板
4 切り欠き部(開口部)
5 スロット
11 内層パターン
12 表面パターン
13 スルーホール
14 背面パターン
2 接地板
3 誘電体基板
4 切り欠き部(開口部)
5 スロット
11 内層パターン
12 表面パターン
13 スルーホール
14 背面パターン
Claims (4)
- 誘電体多層基板を挟んで主線路と接地板とを備えるストリップ線路のモニタ回路であって、
主線路直下の内層に該主線路と平行に設けた電磁結合部と、該結合部と異なる方向に延展した導波部とを有する内層パターンを設け、前記導波部の端部と基板表面に設けた表面パターンとをスルーホールで接続したことを特徴とするモニタ回路。 - 誘電体基板を挟んで表面の主線路と背面の接地板とを備えるストリップ線路のモニタ回路であって、
主線路直下の背面に該主線路と平行に設けた電磁結合部と、該結合部と異なる方向に延展した導波部とを有する背面パターンとを設け、該背面パターンは、前記接地板が形成されていない該背面パターンと相似形な領域内に配置されることで、コプレナーウェイブガイドを形成したことを特徴とするモニタ回路。 - 前記導波部の端部と基板表面に設けた表面パターンとをスルーホールで接続したことを特徴とする請求項2記載のモニタ回路。
- 誘電体多層基板を挟んで表面の主線路と内層の接地板とを備えるストリップ線路のモニタ回路であって、
主線路直下の背面に該主線路と平行に設けた電磁結合部を有する背面パターンを設け、主線路の信号を該主線路直下の接地板に形成した矩形状スロットを介して背面パターンに電磁結合させたことを特徴とするモニタ回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005156720A JP2006333290A (ja) | 2005-05-30 | 2005-05-30 | モニタ回路 |
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-
2005
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