JP6602241B2

JP6602241B2 - 信号伝送基板

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Publication number: JP6602241B2
Application number: JP2016047561A
Authority: JP
Inventors: 哲石坂; 悠廣川; 誠悟射延
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-03-10
Publication date: 2019-11-06
Anticipated expiration: 2036-03-10
Also published as: JP2017163054A

Description

本発明は、電気および、電子機器内において、外界からのノイズに対する耐ノイズ性能を備えた信号伝送基板に関する。

産業用電子機器の置かれる電磁環境は劣悪で、通常、キロボルト級の高電圧の開閉器ノイズなどが侵入する可能性のある電源回路と、信号配線とは近接させないようにする必要がある。このため、基板寸法を拡大したり、基板を追加することで電源回路と信号配線とを近づけないように、回路の配置あるいは配線を行う。昨今の電子機器の小型化への要求に伴い、回路配置の自由度が小さくなり、電源回路と信号配線を近接させることを許容しなければ、要求する寸法の信号伝送基板を成立させることが困難になってきている。

従来、耐ノイズ性能を有する配線基板として、特許文献１あるいは特許文献２が提案されている。特許文献１は信号配線同士を近接配置した際のクロストーク等の抑制あるいは信号線のインピーダンスコントロールを課題とするものである。上記課題に対しては、
１．差動平衡信号線対同士の間に、２次側接地用配線あるいは２次側電源用配線の少なくとも一方を設けることにより、クロストークなどのノイズを抑制する点、
２．差動信号線対の両側に必ず接地用配線および電源用配線を配置し、信号配線中に流れる信号の負荷を通って信号源に帰ってくるリターン電流が、必ず隣接する配線中を流れるようにする点、
３．２次側接地用配線および２次側電源配線のそれぞれの幅が、差動信号線対の信号線の幅よりも広い点、
の以上３点で解決を図っている。

特許文献２では、特許文献１と同様の課題に対し、信号配線を電源配線と交差させることで解決を図っている。

特開２００１−７４５８号公報特開２００３−１６３４６７号公報

しかしながら、特許文献１の配線配置方法では高電圧ノイズによる１次側電源配線および１次側グランド配線と、２次側信号配線との間の強電界が抑制できず、１次側電源配線および１次側グランド配線と、２次側信号配線とを直交配置することによっても十分なノイズ抑制効果が得られていない。

特許文献１における２次側電源配線の配置では、差動平衡信号線の不平衡が大きくなるため、ノイズの抑圧効果が十分に得られない。

また、特許文献１および２では、１次側信号配線間または２次側信号配線間、つまり「信号線路」間のクロストーク低減については、解決されるものの、１次側電源配線、１次側グランド配線といった、「１次側配線」から「２次側配線」へのノイズ漏洩を回避するのが困難であった。特に、「１次側配線」から「２次側信号配線」へのノイズ漏洩は深刻な課題である。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、１次側配線から２次側信号配線へのノイズを抑制しつつ、１次側配線と２次側信号配線とを重ねることができ、回路レイアウトの自由度が高い信号伝送基板を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、多層基板と、１次側電源回路と、第１の２次側回路と、第２の２次側回路と、外部電源と前記１次側電源回路とを接続する１次側配線であって、前記多層線路の第１の層に配置される線路状の１次側電源配線および前記多層基板の前記第１の層に隣接する層である第２の層に配置される線路状の１次側グランド配線を有する１次側配線と、前記第１の２次側回路と前記第２の２次側回路とを接続する２次側配線であって、前記多層基板の表面層に配置される線路状の２次側信号配線と、前記多層基板の表面層であって前記２次側信号配線の一部領域の両側に一定の間隔を隔てて配置された線状の第１の２次側グランド配線と、前記２次側信号配線の前記一部領域以外の領域の両側に一定の間隔を隔てて配置されて前記第１の２次側グランド配線に接続されたベタ状の第２の２次側グランド配線とを有する２次側配線と、を備え、前記１次側配線と、前記２次側信号配線の前記一部領域および前記第１の２次側グランド配線とは空間的に交差され、前記１次側グランド配線が配置される前記第２の層は、前記１次側電源配線が配置される前記第１の層より、前記表面層からの距離が近いことを特徴とする。

本発明によれば、１次側配線から２次側信号配線へのノイズを抑制しつつ、１次側配線と２次側信号配線とを重ねることができ、回路レイアウトの自由度が高い信号伝送基板を得ることができるという効果を奏する。

実施の形態１の信号伝送基板を用いた送受信モジュールの回路構成を示す説明図実施の形態１の信号伝送基板の要部拡大説明図図２のIII−III断面図図２のIV−IV断面図２次側グランド配線接続部の変形例であり、図２のIV-IV断面図に相当する断面図図１のVI−VI断面図実施の形態２の信号伝送基板の要部拡大説明図図７のVIII−VIII断面図実施の形態３の信号伝送基板の要部拡大説明図図９の信号伝送基板における交差回路部の交差角θと並行線路長との関係を示す図実施の形態４の信号伝送基板を斜視的に示す説明図実施の形態４の信号伝送基板の要部拡大説明図実施の形態５の信号伝送基板の配線層の層構造の断面を示す説明図実施の形態６の信号伝送基板の要部拡大説明図実施の形態７および８の信号伝送基板の要部拡大説明図実施の形態９の信号伝送基板の要部拡大説明図

以下に、本発明に係る信号伝送基板の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１の信号伝送基板を用いた送受信モジュールＭの回路構成を示す説明図である。図２は、実施の形態１の信号伝送基板の要部拡大説明図である。図３は、図２のIII−III断面図である。図４は、図２のIV−IV断面図である。図５は、２次側グランド配線接続部２ＧＣの変形例であり、図４と同様、図２のIV−IV断面に相当する断面図である。図６は、図１のVI−VI断面図である。なお図１は、説明図であるが、図６は図１の断面を想定した図とした。また、図２において、基材１１を省略して下層が見えるように説明している。実施の形態１の信号伝送基板１０は、外部電源１０１に接続された１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇを含む１次側配線１、後述する１次側電源１０２などの機能回路とを備えた１次側回路部１００と、１次側回路部１００の出力が入力され、信号伝送基板１０内に信号入力を行う２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢと２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢから一定の間隔を隔てて配置された２次側グランド配線２Ｇとを含む２次側配線２と、後述する電子回路２０３などの各機能回路とを備えた２次側回路部２００とを備える。２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢは、差動配線対を構成する。２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢおよび２次側グランド配線２Ｇは、１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇと空間的に交差する交差回路部３００を備える。２次側グランド配線２Ｇは、交差回路部３００において、１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇの周囲で欠落部を有し、１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇとの距離がより大きい重畳回避部３００Ｓを構成したことを特徴とする。２次側グランド配線２Ｇは、交差回路部３００で１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇと交差しており、重畳回避部３００Ｓでは、２次側グランド配線２Ｇが切除されており、１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇの周囲で１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇとの距離が一定値以上となっている。２次側グランド配線２Ｇは、交差回路部において、１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇの周囲で１次側電源配線との距離が、交差領域における１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇとの距離より大きい重畳回避部を構成する。つまり、２次側グランド配線２Ｇは、交差回路部において、１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇの周囲で、実質的な交差領域を最小限にし、交差領域の周辺では重畳を回避し１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇとの距離が、交差領域における距離よりも大きくなるようにしている。また、１次側電源配線１Ｐと１次側グランド配線１Ｇ間の高電圧ノイズがなす強電界を、１次側電源配線１Ｐと１次側グランド配線１Ｇを近距離で重ねることで最小にする。

送受信モジュールＭに実装される信号伝送基板１０は、外部の外部電源１０１から電源電圧を入力される１次側電源１０２を備えた１次側回路部１００と、１次側回路部１００から入力された電源電圧により駆動される２次側回路部２００とを具備している。２次側回路部２００は、１次側回路部１００から入力された電源電圧を制御する２次側電源２０１と、２次側電源２０１の出力を所望の電圧に制御する中間バス電源２０２と、中間バス電源２０２の出力に接続された、負荷回路である電子回路２０３と、電子回路２０３に接続された信号送受信回路２０４Ｍとを具備している。実施の形態１の信号伝送基板１０では、送受信用のコネクタ２０４Ｃ、信号送受信回路２０４Ｍを構成する半導体チップが、隣接する２つの角Ａ，Ｂに設けられている。従って、送受信用のコネクタ２０４Ｃ、信号送受信回路２０４Ｍとを接続する２次側配線２が必要となるが、信号伝送基板１０の隣接する２つの角Ａ，Ｂを結ぶ第１辺１０Ａに沿った配線とするのが最短の配線長となる。そこで１次側回路部１００から電源電圧が入力されるための１次側配線１は、信号伝送基板１０の隣接する２つの角Ａ，Ｂを結ぶ第１辺１０Ａと直交する位置で入力されているため、１次側配線１と２次側配線２とが交差することになる。

図３に示すように、１次側配線１は、１層、２層に配されている。また２次側配線２は、２本の差動配線対を構成する２次側信号配線２ＳＡおよび２ＳＢと差動配線対の両側に並置された２本の２次側グランド配線２Ｇとを具備している。そして２次側グランド配線２Ｇが、１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇと交差する交差領域で、除去されて重畳回避部３００Ｓを形成している。実施の形態１で、重畳回避部３００Ｓによって、１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇからの距離が既定の値以上となるように、１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇとの交差部では２次側グランド配線が除去されている。そしてビア２Ｖによって最上層の接続部２ＧＣを介して２本の２次側グランド配線２Ｇは接続され、同電位となっている。

２次側信号配線２ＳＡおよび２ＳＢからなる差動配線対の両側に２本の２次側グランド配線２Ｇを並置するとともに、１次側配線１との交差部の２次側グランド配線２Ｇに重畳回避部３００Ｓを形成することで、２次側配線２を形成している。従って、クロストークを低減しかつ、１次側配線１のノイズによる影響を低減している。従って、実施の形態１の信号伝送基板１０によれば、２次側信号配線２ＳＡおよび２ＳＢのクロストークを低減しかつ、１次側配線１のノイズによる影響を抑制しつつも、２次側配線２で形成される送受信回路２０４Ｍから送受信用のコネクタ２０４Ｃとの接続を最短距離で実現し配線長を低減することができる。

１次側電源１０２は、信号伝送基板１０内の２次側回路部２００に直流電力を供給する機能を有している。１次側電源１０２は、絶縁回路、あるいは絶縁回路に準ずるＸコンデンサ、Ｙコンデンサおよびコモンモードチョークコイルなどのフィルタ回路を介して、２次側電源２０１に接続される。上記フィルタ回路により、１次側回路部１００から２次側回路部２００間へと絶縁、もしくは不要な交流電力が伝播しないようになっている。２次側信号配線は、１次側配線１との交差部に対応する領域にフィルタ回路を配することで、１次側回路部１００からの不要な交流電力の伝搬を防止することができる。

以上のように、実施の形態１の信号伝送基板１０によれば、回路配置の自由度を得るために、１次側回路部１００からの１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇが２次側回路部２００の形成された領域を横断するように配線するとき、２次側回路部２００は分断された部位である、重畳回避部３００Ｓをもつ。信号伝送基板１０上で２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢおよび２次側グランド配線２Ｇを構成する回路パターン１２において、１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇとの交差部で２次側グランド配線２Ｇを分断し、重なり合うのを回避している。分断された２次側グランド配線２Ｇは図２から図３に示すように、最上層配線層上でビア２Ｖを介して最上層の配線パターン１２で２次側グランド配線接続部２ＧＣを構成する。

なお、分断された２次側グランド配線２Ｇは図５に示すように、最下層の回路パターンにベタ状の配線からなるグランド層２ＧＣＣを形成し最上層にはグランド接続部２ＧＣを形成し、それぞれベタ状の配線としてもよい。分断された２次側回路部２００の２次側グランド配線２Ｇ同士はビア２Ｖを介した配線接続部２ＧＣで接続する。また、分断された２次側回路部２００間における信号伝送のために、２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢおよび２次側グランド配線接続部２ＧＣについては、１次側回路部１００からの１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇに対して信号伝送基板１０内で重ねて配置する。

なお、２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢには、フィルタ回路２０５ａ，２０５ｂを、必要に応じて、１次側回路部１００からの１次側電源配線１Ｐおよび１次側グランド配線１Ｇを河渡する前後いずれか若しくは両方に配置する。２次側信号配線に１次側電源配線および１次側グランド配線からのノイズが重畳するので、１次側電源配線および１次側グランド配線を河渡する前後両方に構成したフィルタ回路２０５ａ，２０５ｂがノイズを除去する。１次側電源配線および１次側グランド配線を河渡する前後両方にフィルタ回路２０５ａ，２０５ｂを設けたが、いずれか一方でもよいことはいうまでもない。

分断された２次側回路部２００の２次側グランド配線２Ｇにはそれぞれベタ状の配線を信号伝送基板１０の内層もしく表層あるいは両方に配置してもよい。分断された２次側回路部２００の２次側グランド配線２Ｇ同士はグランド配線接続部２ＧＣで接続することにより、高周波領域において同電位を保つ、あるいは電気的に共振しない構造になり、ノイズが発生しにくくなる。

また、分断された２次側回路部２００間における信号伝送のために、１次側電源配線１Ｐおよび１次側グランド配線１Ｇに対してプリント配線板内で重ねた２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢを配置し、分断された２次側回路部２００間を最短で信号伝送する。

送受信モジュールＭを構成する信号伝送基板１０は、例えばガラス、エポキシ樹脂などを主成分とする基材に銅等の金属を主成分とする回路パターンおよびビアホールを形成し、３層程度積層した基板を用いる。

つまり信号伝送基板１０は、図６に図１のVI−VI断面図を示すように、基材１１と回路パターン１２とで構成されている。回路パターン１２は、基材１１間に形成される中間層パターン１２ｉ、チップ部品搭載領域に形成されるパッド１２ｄを含む回路形成部を具備している。実施の形態１の信号伝送基板１０では、回路形成部は、基材１１を介して積層され、スルーホールで電気的に接続された回路パターンを構成する４層の配線層１２Ｃ１から１２Ｃ４を備えている。

なお、図６では、電子回路２０３を構成するチップ部品のみが図示されているが、回路パターン１２については配線層のみを図示し、パターン配置は省略している。電子回路２０３を構成するチップ部品は、半導体集積回路部品２０３ａと、チップコンデンサ２０３ｃと、チップ抵抗２０３Ｒとを備え、最表層の配線層１２Ｃ４で構成された回路パターン上に搭載され、電子回路２０３を構成している。

また信号伝送基板１０上には、図１に示した、１次側電源１０２、２次側電源２０１と、中間バス電源２０２と、信号送受信回路２０４Ｍは、電子回路２０３と同様、チップ部品及び回路パターンにて構成されている。

実施の形態１の信号伝送基板によれば、１次側電源配線１Ｐと１次側グランド配線１Ｇ間の高電圧ノイズがなす強電界を１次側電源配線１Ｐと１次側グランド配線１Ｇを近距離で重ねることで最小にするものである。基板サイズを大きくして、２次側信号配線を配線することなく、あるいは基板を追加して１次側電源配線および１次側グランド配線を迂回することなく信号伝送を行うことが可能になる。

２次側回路内の２次側グランド配線を２次側グランド配線接続部２ＧＣで接続することで２次側グランド配線内が高周波領域において同電位になることで回路の誤動作を抑制する効果を得る。

重畳回避部を設けることにより１次側電源配線および１次側グランド配線から２次側回路に侵入したノイズを抑制できるので、信号通信における誤動作の発生を抑制することができる。

実施の形態２．
実施の形態２の信号伝送基板について図７および８を参照しつつ説明する。図７は、実施の形態２の信号伝送基板の要部拡大説明図である。また、図７において、基材１１を省略して下層が見えるように説明している。図８は、図７のVIII−VIII断面図である。２次側グランド配線２Ｇと２次側グランド配線接続部２ＧＣとを別の配線層で形成した実施の形態１に対して、実施の形態２では、２次側信号配線を信号伝送基板上の同一層に構成し、２次側グランド配線２Ｇを２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢの近傍に並行および並列配置し、１次電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇに対して直交配置する。他の構成については実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

実施の形態２の信号伝送基板によれば、２次側信号配線、２次側グランド配線同士を接続する配線を同一層で構成することができ、構成の簡略化および基板の薄型化をはかりつつも、分断された２次側回路の２次側グランド配線同士を接続する配線に重畳するノイズを一定量以下に抑制でき、分断された２次側回路間の通信が可能となることから省配線の効果を得ることができる。また、回路配置に自由度を与えることができる。

実施の形態３．
実施の形態３の信号伝送基板について図９および１０を参照しつつ用いて説明する。図９は、実施の形態３の信号伝送基板の要部拡大説明図である。また、図９において、基材１１を省略して下層が見えるように説明している。図１０は、図９の信号伝送基板における交差回路部の交差角θと並行線路長との関係を示す図である。２次側グランド配線接続部２ＧＣを２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢと同一の配線層で形成した実施の形態２と同様、実施の形態３でも、２次側信号配線を信号伝送基板上の同一層に構成し、２次側グランド配線２Ｇを２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢに並行および並列配置し、１次電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇに対して角度θ以内で交わる配置とする。他の構成については実施の形態２と同様であるため、説明を省略する。

１次側電源配線および１次側グランド配線に対して既定の並行線路長以下に配線する点について説明する。並行線路とは並行および並列配置された信号線路をいうものとする。並行線路長とは分断された２次側回路の２次側信号配線、２次側グランド配線同士を接続する配線が１次側電源配線および１次側グランド配線となす角度θのときの、１次側電源配線および１次側グランド配線に対する等価的な並走距離Ｄpをいう。

等価的な並走距離Ｄpが、１次側電源配線および１次側グランド配線に重畳しているノイズの周波数で決定される波長λに対して、λ／２０以下となるように設定する。並走距離が、重畳しているノイズの周波数で決定される波長λに対して、λ／２０以下となるように設定するのは、重畳するノイズの波長λに対し、並走距離Ｄpがλ／４のとき、アンテナとして機能し、配線に漏洩する。このため、ノイズの波長λに対し、並走距離Ｄpを十分に小さいλ／２０以下とし、配線への漏洩量を低減する。

２次側信号配線、分断された２次側回路の２次側グランド配線同士を接続する配線長をＤcとすると、θに対する制約は次のとおりである。

２次側信号配線を差動配線対とすると信号へのノイズ漏洩をさらに大幅に抑制することが可能である。

上記構成によれば、分断された２次側回路の２次側グランド配線同士を接続する配線に重畳するノイズを一定量以下に抑制でき、分断された２次側回路間の通信が可能となることから省配線の効果を得ることができる。また、交差角度の余裕を与えたことで、回路配置にさらなる自由度を与えることができる。

実施の形態４．
実施の形態４の信号伝送基板について図１１および１２を参照しつつ用いて説明する。図１１は、実施の形態４の信号伝送基板を斜視的に示す説明図である。図１２は、実施の形態４の信号伝送基板の要部拡大説明図である。実施の形態４の信号伝送基板は、実施の形態１に対し、１次側電源配線１Ｐを覆うよう投影した１次側グランド配線１Ｇを配置した構成をとることを特徴とする。また、図１１，１２において、基材１１を省略して下層が見えるように説明している。

１次側電源配線１Ｐと１次側グランド配線１Ｇ間の高電圧ノイズがなす強電界を１次側電源配線１Ｐと１次側グランド配線１Ｇを近距離で重ねることで最小にする。そして、１次側電源配線１Ｐと１次側グランド配線１Ｇを重ねる地点を分断された２次側回路部２００の２次側グランド配線２Ｇ同士を接続する２次側グランド配線接続部２ＧＣの配線幅Ｗgに対して、１次側電源配線１Ｐと１次側グランド配線１Ｇを重ねる地点から２次側グランド配線接続部２ＧＣまでの距離Ｗを、３Ｗg以上離すことで強電界の影響を避ける効果を得ることができる。２次側グランド配線接続部２ＧＣがノイズの影響を受ける電界は、パターン幅Ｗgを用いて３Ｗg以内に集中する。この構成によれば、１Ｗgのときのノイズ漏れ込み量を１００％としたとき、２Ｗgでは３０％、３Ｗgでは３％となり、２Ｗgと３Ｗgの間で大きく漏れ込み量が減衰することによる。

実施の形態４の構成によれば、１次側電源配線１Ｐと１次側グランド配線１Ｇ間に生じる輻射ノイズが分断された２次側回路の２次側グランド配線２Ｇ同士を接続する配線に漏れこむ量を小さくする効果を得ることができる。

なお、実施の形態４においても、２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢと１次側電源配線１Ｐおよび１次側グランド配線１Ｇを河渡する前後両方に構成したフィルタ回路２０５ａ，２０５ｂが配されノイズを除去している。フィルタ回路フィルタ回路２０５ａ，２０５ｂは、必要であれば、２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢと１次側電源配線および１次側グランド配線を河渡する前後いずれか、または両方に設けられていてもよい。

実施の形態５．
図１３は、実施の形態５の信号伝送基板の配線層の層構造の断面を示す説明図である。実施の形態５の信号伝送基板は、実施の形態２における、分断された２次側回路部２００の２次側グランド配線２Ｇ同士を接続する配線の配線層を変えた構造をもつものである。２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢは差動信号として信号伝送基板１０上の同一層に構成し、２次側グランド配線２Ｇは２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢを投影した隣接層に配置する。また、図１３において、基材１１を省略している。

実施の形態５の信号伝送基板では、２次側電源グランド配線２Ｇを１次側電源配線１Ｐまたは１次側グランド配線１Ｇおよび２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢとの間に配置することで、１次側電源配線１Ｐまたは１次側グランド配線１Ｇからのノイズが２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢに輻射するのを抑制する。

１次側電源配線１Ｐまたは１次側グランド配線１Ｇからのノイズが２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢへ侵入するのを抑制する効果がある。

なお、２次側グランド配線２Ｇは、２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢを形成する配線層の隣接層に設けられ、２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢの投影部と同等もしくは投影部よりも大きくすることで、より効率よく輻射ノイズが抑制される。また１次側電源配線１Ｐは、１次側グランド配線１Ｇを形成する配線層の隣接層に設けられ、１次側グランド配線１Ｇの投影部と同等ともしくは投影部よりも小さくすることで、より効率よく２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢへの輻射ノイズが抑制される。

実施の形態６．
実施の形態６の信号伝送基板について図１４を参照しつつ用いて説明する。図１４は、実施の形態６の信号伝送基板の要部拡大説明図である。また、図１４において、基材１１を省略して下層が見えるように説明している。実施の形態６の信号伝送基板では、分断された２次側回路部２００の２次側グランド配線２Ｇ同士を接続する配線である２次側グランド配線接続部２ＧＣは、１次側電源配線１Ｐおよび１次側グランド配線１Ｇを河渡する前後に内層の２次側グランド配線２Ｇとビア２Ｖで接続される。

分断された２次側回路部２００の２次側グランド配線２Ｇ同士を接続する配線は、１次側電源配線１Ｐおよび１次側グランド配線１Ｇを河渡する際に重畳したノイズがビア２Ｖを通じて共通インピーダンスの低い２次側回路部２００の内層の２次側グランド配線２Ｇに伝導する。

共通インピーダンスの低い２次側グランド配線２Ｇにノイズを伝導させることで、２次側グランド配線２Ｇ内の電位差により２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢへのノイズの伝搬を抑制する効果を得ることができる。

実施の形態７．
実施の形態７の信号伝送基板について図１５を参照しつつ用いて説明する。図１５は、実施の形態７の信号伝送基板の要部拡大説明図である。実施の形態７の信号伝送基板は、分断された２次側配線２の２次側グランド配線２Ｇ同士を接続するグランド配線接続部２ＧＣの配線長Ｄcは１次側電源配線１Ｐおよび１次側グランド配線１Ｇの幅Ｗoutの７倍以上とすることを特徴とする。

１次側電源配線１Ｐおよび１次側グランド配線１Ｇからの輻射ノイズの電気力線の集中範囲はこれら配線幅Ｗoutの３倍である。したがって、電気力線の集中範囲を避けるために、グランド配線接続部２ＧＣの配線長Ｄcは、配線幅Ｗoutの７倍以上を確保することでより効率よく不要輻射ノイズを回避することができる。なお、実施の形態７においても１次側電源配線１Ｐと１次側グランド配線１Ｇ間の高電圧ノイズがなす強電界を１次側電源配線１Ｐと１次側グランド配線１Ｇを近距離で重ねることで最小にするものである。

実施の形態７の信号伝送基板によれば、１次側電源配線１Ｐおよび１次側グランド配線１Ｇからの２次側回路部２００へのノイズ侵入を効果的に抑制する効果が得られる。グランド配線接続部２ＧＣの配線長Ｄcが、配線幅Ｗoutの７倍に満たない時、電気力線の集中範囲を避けることができず、不要輻射ノイズを回避するのが困難となる。

実施の形態８．
実施の形態８の信号伝送基板についても図１５を参照しつつ用いて説明する。図１５は、実施の形態８の信号伝送基板の要部拡大説明図である。また、図１５において、基材１１を省略して下層が見えるように説明している。

分断された２次側配線２の２次側グランド配線２Ｇ同士を接続するグランド配線接続部２ＧＣの配線幅Ｗgは１次側電源配線１Ｐあるいは１次側グランド配線１Ｇに重畳するノイズの最高周波数における波長λに対してλ／２０以下とする。

１次側電源配線１Ｐと１次側グランド配線１Ｇからの輻射ノイズが２次側グランド配線接続部２ＧＣへの結合的かつ誘導的結合を抑制するために、グランド配線接続部２ＧＣの配線幅Ｗgが、１次側電源配線１Ｐあるいは１次側グランド配線１Ｇに重畳するノイズの最高周波数における波長λに対して、１／２０以下としてそのノイズの結合を抑制する。

グランド配線接続部２ＧＣの配線幅Ｗgが、１次側電源配線１Ｐあるいは１次側グランド配線１Ｇに重畳するノイズの最高周波数における波長λに対して、１／２０以下であるとき、輻射ノイズの結合的かつ誘導的結合は、ほとんど発生しないことになり、ノイズの結合が抑制される。

従って、上記構成により、分断された２次側配線２の２次側グランド配線２Ｇ同士を接続する配線に対する１次側電源配線１Ｐおよび１次側グランド配線１Ｇからの輻射ノイズが抑制されるようになる。

また、配線幅Ｗgは２次側信号線２ＳＡ、３ＳＢのリターンパスとなっていることから、以下の関係式を満たすように形成するのが望ましい。
２次側信号線２ＳＡ（２ＳＢ）の幅≦Ｗg≦λ／２０

実施の形態７、８の構成によれば、交差部を有しながらも、１次側電源配線１Ｐおよび１次側グランド配線１Ｇからの輻射ノイズが抑制され、配線に自由度を有し、小型で高速伝送の可能な信号伝送基板を得ることが可能となる。

実施の形態９．
実施の形態９の信号伝送基板について図１６を参照しつつ用いて説明する。図１６は、実施の形態９の信号伝送基板の要部拡大説明図である。図１６において、基材１１を省略して下層が見えるように説明している。

実施の形態９の信号伝送基板では、実施の形態１のフィルタ回路２０５ａ，２０５ｂを、２次側回路部２００間における信号伝送のために、１次側電源配線１Ｐおよび１次側グランド配線１Ｇに対してプリント配線板内で重ねた２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢにおける差動信号間へのコンデンサによる容量結合２０５Ｘ、および各差動信号Ｐチャネル、Ｎチャネルと２次側グランド配線２Ｇとのコンデンサによる容量結合２０５Ｙ、および同相除去フィルタ、つまりコモンモードチョークコイル２０５Ｚで構成するものである。

２次側回路部２００間における信号伝送のために、１次側電源配線１Ｐおよび１次側グランド配線１Ｇに対してプリント配線板内で重ねた２次側信号配線２ＳＡ、２ＳＢにおける差動信号間へのコンデンサによる容量結合２０５Ｘにより、差動信号の不平衡で差動信号間に発生したノイズを除去する。デジタル信号の矩形波形の周波数成分は、ほぼ基本波、３倍波、５倍波で構成されるため、デジタル２値信号を差動信号にて伝送する際の基本波周波数に対して５倍波帯域内に減衰領域を持たないように定めるとデジタル信号の波形ひずみを防ぐ最適な効果が得られる。

また、各差動信号Ｐチャネル、Ｎチャネルと２次側グランド配線２Ｇとのコンデンサによる容量結合２０５Ｙおよび、２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢにおける差動信号へのコモンモードチョークコイル２０５Ｚの配置により１次側電源配線１Ｐおよび１次側グランド配線１Ｇからの、差動信号に重畳した同相ノイズを除去することが可能になる。

分断された２次側回路部２００の２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢの配線に重畳したノイズの２次側回路部２００側への侵入を、周波数帯域の選択およびコモンモードまたはノーマルモードの選択により効果的に除去することが可能になる。

以上説明したように、１次側電源配線１Ｐと１次側グランド配線１Ｇ間の高電圧ノイズによる強電界を１次側電源配線１Ｐと１次側グランド配線１Ｇとを近距離で重ねることで、１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇ自体のノイズを抑制する構成とする。さらに、１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇを２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢと直交させるかあるいは、直交からθ度以内で重ねる構成とすることで、２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢが１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇと重畳している部分をできるだけ少なくし、２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢに発生するノイズの抑制効果を得ることが可能となる。

また、直交からθ度以内で重ねる制約、つまりノイズ波長λと接地用配線間距離Ｄｃによる制約θ度以内を与えることで、ノイズの抑制効果を得るようにした。信号配線に対して２次側電源配線路の配置ではなく、２次側グランド配線２Ｇのみの配置を必須とし、差動信号配線の平衡を上げてノイズ侵入を抑制する。

１次側電源配線１Ｐおよび１次側グランド配線１Ｇのノイズの最短波長λのとき、２次側信号配線２ＳＡ，２ＳＢである差動平衡信号配線の両側に配置する配線幅をλ／２０以下としてノイズの侵入を抑圧する。

以上を特徴とする信号伝送基板の配線構造に加え、さらに、Ｘコンデンサ、Ｙコンデンサで構成したフィルタを交差回路部に追加し、１次側回路部からの同相で重畳したコモンモードノイズを通信回路以外の２次側回路部に伝播させない効果と、不平衡により発生した信号配線へのノーマルモードノイズを抑制する効果とを高めるようにしている。この結果、従来実施しなかった２次側信号配線を１次側電源配線および１次側グランド配線からのノイズを受けることなく重ねることができ、基板上の回路レイアウトの自由度が大きくなることで基板の小型化が可能になり、電気、電子回路機器の小型化を図ることが可能となる。

加えて、２次側グランド配線同士を接続する２次側グランド配線接続部は、配線幅Ｗg、１次側電源配線１Ｐ、１次側グランド配線１Ｇを重ねる地点との距離Ｗを、調整することで、ノイズ侵入をさらに抑制をすることができる。

また、二次側信号配線については、差動信号配線対を構成するものに限定されることなく、例えばアナログ信号あるいは高速信号でもよく、すべての信号配線基板に適用可能であることはいうまでもない。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１１次側配線、１Ｐ１次側電源配線、１Ｇ１次側グランド配線、２２次側配線、２ＳＡ，２ＳＢ２次側信号配線、２Ｇ２次側グランド配線、２ＧＣ２次側グランド配線接続部、１０信号伝送基板、１１基材、１２回路パターン、１００１次側回路部、１０１外部電源、１０２１次側電源、２００２次側回路部、２０１２次側電源、２０２中間バス電源、２０３電子回路、２０４Ｍ信号送受信回路、２０４Ｃ送受信用のコネクタ、３００交差回路部、３００Ｓ重畳回避部。

Claims

多層基板と、
１次側電源回路と、
第１の２次側回路と、
第２の２次側回路と、
外部電源と前記１次側電源回路とを接続する１次側配線であって、前記多層基板の第１の層に配置される線路状の１次側電源配線および前記多層基板の前記第１の層に隣接する層である第２の層に配置される線路状の１次側グランド配線を有する１次側配線と、
前記第１の２次側回路と前記第２の２次側回路とを接続する２次側配線であって、前記多層基板の表面層に配置される線路状の２次側信号配線と、前記多層基板の表面層であって前記２次側信号配線の一部領域の両側に一定の間隔を隔てて配置された線状の第１の２次側グランド配線と、前記２次側信号配線の前記一部領域以外の領域の両側に一定の間隔を隔てて配置されて前記第１の２次側グランド配線に接続されたベタ状の第２の２次側グランド配線とを有する２次側配線と、
を備え、
前記１次側配線と、前記２次側信号配線の前記一部領域および前記第１の２次側グランド配線とは空間的に交差され、
前記１次側グランド配線が配置される前記第２の層は、前記１次側電源配線が配置される前記第１の層より、前記表面層からの距離が近いことを特徴とする信号伝送基板。
前記第２の２次側グランド配線は、前記表面層とは異なる層に配置されることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送基板。
前記第２の２次側グランド配線は、前記多層基板の表面層に配置されることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送基板。
前記第１の層は、前記多層基板の裏面層であることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送基板。
前記２次側信号配線は差動信号対であることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送基板。
前記１次側配線と、前記２次側信号配線の前記一部領域および前記第１の２次側グランド配線とは直交配置されたことを特徴とする請求項１に記載の信号伝送基板。
前記２次側信号配線の前記一部領域および前記第１の２次側グランド配線が前記１次側配線に対して既定の並行線路長以下に換算される角度θ以内で重ねて配置されていることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送基板。
前記第１の２次側グランド配線の配線長は１次電源配線および１次側グランド配線幅に対して７倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送基板。
前記第１の２次側グランド配線の幅は前記１次側電源配線あるいは前記１次側グランド配線に重畳するノイズの最短波長λに対し、λ／２０以下であることを特徴とする請求項１に記載の信号伝送基板。