JP6452332B2 - Printed circuit board - Google Patents
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Description
本発明は、デジタル信号を送信する送信回路と、送信回路が実装されたプリント配線板とを有するプリント回路板に関する。 The present invention relates to a printed circuit board having a transmission circuit for transmitting a digital signal and a printed wiring board on which the transmission circuit is mounted.
近年のデジタル複合機やデジタルカメラ等の電子機器は、高速化・高精彩化の要求のため、大容量のデジタル信号を高速に伝送する必要がある。これらの大容量データを高速に伝送するためには、伝送線路の数を増やすか、伝送速度を上げる必要がある。小型化・高密度化しているプリント配線板においては、増やすことができる伝送線路に限界がある。また、ケーブルで伝送する場合には、ケーブル芯数の増加がコスト増加に直結してしまう。さらに、伝送速度の向上に伴いスキューによる信号間タイミングのばらつきが顕著になり、セットアップ/ホールドを満たすことが困難となる。そのため、少ない伝送線路で高速に大容量のデータを伝送することが可能なシリアル伝送が広く用いられるようになっている。 In recent years, electronic devices such as digital multi-function peripherals and digital cameras are required to transmit large-capacity digital signals at high speeds in order to demand high speed and high color. In order to transmit these large volumes of data at high speed, it is necessary to increase the number of transmission lines or increase the transmission speed. There is a limit to the number of transmission lines that can be increased in a printed wiring board that is miniaturized and densified. Moreover, when transmitting with a cable, the increase in the number of cable cores directly leads to an increase in cost. Further, as the transmission rate is improved, the timing variation between signals due to skew becomes remarkable, making it difficult to satisfy the setup / hold. Therefore, serial transmission capable of transmitting a large amount of data at high speed with a small number of transmission lines has been widely used.
シリアル伝送方式とは、データやアドレス、制御線といった伝送線路に低速なパラレル信号をシリアル化して差動出力し、送られてきたシリアル信号を受信側でデシリアライズしてパラレル信号に変換するものである。このシリアル伝送方式では、シリアル化したデータ列にクロック信号を埋め込んで伝送し、受信側ではクロックとデータが再生される。 The serial transmission system serializes low-speed parallel signals on transmission lines such as data, addresses, and control lines, outputs them differentially, and deserializes the received serial signals to convert them into parallel signals. is there. In this serial transmission method, a clock signal is embedded in a serialized data string for transmission, and the clock and data are reproduced on the receiving side.
一方、ケーブル等の長い有損失伝送線路上に高速な信号が伝送された場合、信号成分の一部がケーブルをアンテナとして放射され、他の機器の動作に影響を与える恐れがある。そのため、機器からのEMI(Electromagnetic interference:不要電磁ノイズ)を抑制する必要がある。 On the other hand, when a high-speed signal is transmitted on a long lossy transmission line such as a cable, part of the signal component is radiated using the cable as an antenna, which may affect the operation of other devices. Therefore, it is necessary to suppress EMI (Electromagnetic interference) from the equipment.
クロック埋め込み型シリアル伝送では、データと同期クロックが一緒にシリアル化され、ハイレベルとローレベルの論理遷移率がほぼ50%になるように符号化されたデータが伝送される。そのため、伝送されるシリアルデータは、ローレベルまたはハイレベルが多ビット連続することがなく、1ビットを基本周期とした繰り返し波形が支配的に現れることになる。従って、シリアル伝送系からの強いEMIが、シリアルデータの1ビット周期の整数倍で観測される。また、矩形波で伝送されるデータのスペクトラムは、sinc関数で表され、1ビット周期の整数倍の周波数にはスペクトラムを持たないことが知られている。つまり、伝送信号のスペクトラムが無い周波数においてEMIが発生することになる。例えば、伝送レートが1Gbpsの場合、1ビットの周期は1GHz(基本周波数)となり、その整数倍には伝送信号スペクトラムは無いが、強いEMIが発生する。このクロック埋め込み型シリアル伝送方式を採用する場合、伝送信号のスペクトラムが無い周波数においてEMIが発生するため、差動伝送線路にバンドリジェクションフィルタ又はノッチフィルタを使用することが考えられる。その理由は、伝送信号スペクトラムが無い周波数近傍の帯域を遮断するため、伝送信号に影響を与えることなく、積極的にEMIを遮断することが出来るからである。 In the clock embedded serial transmission, data and a synchronous clock are serialized together, and data encoded so that the logic transition rate between the high level and the low level is approximately 50% is transmitted. Therefore, in the serial data to be transmitted, the low level or the high level does not continue for many bits, and a repetitive waveform having a basic period of 1 bit appears dominantly. Therefore, strong EMI from the serial transmission system is observed at an integral multiple of 1-bit period of serial data. The spectrum of data transmitted by a rectangular wave is represented by a sinc function and is known to have no spectrum at a frequency that is an integral multiple of a 1-bit period. That is, EMI occurs at a frequency where there is no spectrum of the transmission signal. For example, when the transmission rate is 1 Gbps, the cycle of 1 bit is 1 GHz (fundamental frequency), and there is no transmission signal spectrum in the integral multiple, but strong EMI occurs. When this clock-embedded serial transmission method is adopted, EMI occurs at a frequency where there is no spectrum of the transmission signal, so it is conceivable to use a band rejection filter or a notch filter for the differential transmission line. The reason is that since the band in the vicinity of the frequency where there is no transmission signal spectrum is cut off, EMI can be cut off positively without affecting the transmission signal.
そこで、従来、バンドリジェクションフィルタを、伝送線路に並列にコイルとコンデンサの直列回路を接続した構成とするか、伝送線路に直列にコイルとコンデンサの並列回路を接続した構成とすることが知られている(非特許文献1参照)。しかし、このバンドリジェクションフィルタでは、回路素子をチップ部品等の集中定数素子にて構成するため、GHz帯のような高周波領域では部品定数値が非常に小さな値となり標準的な部品では希望する遮断周波数を得にくい。また、部品の素子値のばらつきで希望する遮断周波数にするのが困難である。 Therefore, conventionally, it is known that the band rejection filter has a configuration in which a series circuit of a coil and a capacitor is connected in parallel to the transmission line, or a configuration in which a parallel circuit of the coil and the capacitor is connected in series to the transmission line. (See Non-Patent Document 1). However, in this band rejection filter, the circuit elements are composed of lumped constant elements such as chip parts, so the part constant value is very small in the high frequency region such as the GHz band, and the desired cutoff is required for standard parts. Difficult to get frequency. In addition, it is difficult to obtain a desired cutoff frequency due to variations in component element values.
高周波領域での所望特性を確保し、部品の素子値ばらつきの問題に対処するため、分布定数回路にてバンドリジェクションフィルタを構成する技術が知られている。GHz帯等の高い周波数帯では、基板上に形成されたパターンを分布定数素子として分布定数回路を構成するのが一般的である。分布定数素子で分布定数回路を構成する場合、集中定数素子でいう素子値はパターンの幅、線路長といった物理的な寸法で設定され、希望する遮断周波数は形成する寸法で制御でき、任意の特性を容易に得ることができる。 A technique for configuring a band rejection filter with a distributed constant circuit is known in order to secure desired characteristics in a high-frequency region and to cope with the problem of variations in element values of components. In a high frequency band such as a GHz band, a distributed constant circuit is generally configured using a pattern formed on a substrate as a distributed constant element. When a distributed constant circuit is composed of distributed constant elements, the element values of lumped constant elements are set by physical dimensions such as the pattern width and line length, and the desired cutoff frequency can be controlled by the dimensions to be formed. Can be easily obtained.
従来、分布定数素子で構成されたバンドリジェクションフィルタは、除去したい周波数の電気長に関係する線路を、主たる伝送線路に近接させて配置し、不要な周波数成分を除去している(特許文献1参照)。特許文献1では、伝送線路に近接して、一端をグランドに接続し、他端を開放した線路を配置している。
Conventionally, a band rejection filter composed of distributed constant elements arranges a line related to the electrical length of a frequency to be removed in the vicinity of the main transmission line to remove unnecessary frequency components (Patent Document 1). reference). In
このように構成された伝送線路の通過特性は、一端をグランド接続した線路の電気長が、λ/4(λ:波長)に相当する基本周波数とその奇数倍の周波数において信号成分が減衰を示すようになる。 The transmission characteristics of the transmission line configured as described above show that the signal component is attenuated at the fundamental frequency corresponding to λ / 4 (λ: wavelength) and an odd multiple of the electrical length of the line with one end connected to the ground. It becomes like this.
しかしながら、上記特許文献1では、基本周波数の奇数倍の周波数に対してEMI除去能力があるが、偶数倍の周波数に対しては減衰が得られず、偶数倍の周波数のEMI除去効果が極めて低いという問題があった。特に、クロック埋め込み型シリアル伝送では、データ伝送レートに対応した基本周波数の整数倍に強いスペクトラムを発生し、偶数倍の成分を除去できない。
However, in
そこで、本発明は、デジタル信号のデータレートに対応する基本周波数の奇数倍及び偶数倍の周波数成分を伝送線路に対して減衰させることを目的とするものである。 Therefore, an object of the present invention is to attenuate the frequency components of an odd multiple and an even multiple of the fundamental frequency corresponding to the data rate of the digital signal with respect to the transmission line.
本発明のプリント回路板は、デジタル信号を送信する送信回路と、前記送信回路が実装されたプリント配線板と、を備え、前記プリント配線板は、グランド導体と、前記送信回路から送信されたデジタル信号を伝送する伝送線路と、前記伝送線路に沿うように前記伝送線路と間隔をあけて配置され、前記伝送線路に沿う配線方向の一端部が前記グランド導体に接続され、前記配線方向の他端部が開放された、前記伝送線路と電磁的に結合する結合線路と、を有し、前記結合線路の配線方向の中央部と、前記グランド導体とが接続部材で接続されており、前記結合線路の電気長は、前記送信回路が送信するデジタル信号のデータレートに相当する周波数の1/2波長に対し±20[%]の範囲であることを特徴とする。
また、本発明のプリント回路板は、デジタル信号を送信する送信回路と、前記送信回路が実装されたプリント配線板と、を備え、前記プリント配線板は、グランド導体と、前記送信回路から送信されたデジタル信号を伝送する伝送線路と、前記伝送線路に沿うように前記伝送線路と間隔をあけて配置され、前記伝送線路に沿う配線方向の一端部が前記グランド導体に接続され、前記配線方向の他端部が開放された、前記伝送線路と電磁的に結合する結合線路と、を有し、前記結合線路の一端部と前記結合線路の配線方向の中央部との間の区間、および前記結合線路の他端部と前記結合線路の配線方向の中央部との間の区間に定在波をそれぞれ発生させるために、前記結合線路の配線方向の中央部と、前記グランド導体とが接続部材で接続されていることを特徴とする。
The printed circuit board of the present invention includes a transmission circuit that transmits a digital signal, and a printed wiring board on which the transmission circuit is mounted. The printed wiring board includes a ground conductor and a digital signal transmitted from the transmission circuit. A transmission line that transmits a signal, and is arranged at a distance from the transmission line along the transmission line, one end of the wiring direction along the transmission line is connected to the ground conductor, and the other end in the wiring direction A coupling line that is electromagnetically coupled to the transmission line, and a central portion in the wiring direction of the coupling line and the ground conductor are connected by a connecting member, and the coupling line the electrical length of the is characterized by a range der Rukoto of the ± 20 [%] with respect to a half wavelength of the frequency at which the transmission circuit corresponds to the data rate of the digital signal to be transmitted.
The printed circuit board of the present invention includes a transmission circuit for transmitting a digital signal and a printed wiring board on which the transmission circuit is mounted. The printed wiring board is transmitted from a ground conductor and the transmission circuit. A transmission line that transmits the digital signal, and the transmission line is disposed so as to be spaced along the transmission line, and one end of the wiring direction along the transmission line is connected to the ground conductor, A coupling line that is electromagnetically coupled to the transmission line, the other end of which is open, and a section between one end of the coupling line and a central portion in the wiring direction of the coupling line, and the coupling In order to generate a standing wave in the section between the other end of the line and the central part of the coupling line in the wiring direction, the central part of the coupling line in the wiring direction and the ground conductor are connected members. Connected And said that you are.
本発明によれば、結合線路により、伝送線路を伝送するデジタル信号に対して、デジタル信号のデータレートに対応する基本周波数の奇数倍及び偶数倍の周波数成分を減衰させることができる。よって、効果的に放射される不要電磁ノイズを低減することができる。 According to the present invention, it is possible to attenuate the frequency components of odd and even multiples of the fundamental frequency corresponding to the data rate of the digital signal with respect to the digital signal transmitted through the transmission line by the coupling line. Therefore, it is possible to reduce unnecessary electromagnetic noise that is radiated effectively.
以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態に係るプリント回路板を説明するための図である。図1(a)はプリント回路板の平面図、図1(b)はプリント配線板の断面図、図1(c)はプリント回路板の回路構成を示す回路図、図1(d)は基本周波数の1倍、2倍、3倍の周波数において結合線路に発生する電圧定在波の様子を示す模式図である。図1(a)に示すプリント回路板200は、不図示の電子機器(例えば、撮像装置や画像形成装置等)に搭載されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a view for explaining a printed circuit board according to the first embodiment of the present invention. 1A is a plan view of a printed circuit board, FIG. 1B is a sectional view of the printed wiring board, FIG. 1C is a circuit diagram showing a circuit configuration of the printed circuit board, and FIG. It is a schematic diagram which shows the mode of the voltage standing wave which generate | occur | produces in a coupling line in the frequency of 1 time, 2 times and 3 times the frequency. A printed
プリント回路板200は、図1(a)に示すように、プリント配線板100と、プリント配線板100に実装された、例えば半導体パッケージで構成された、送信回路(信号源)1を備えている。
As shown in FIG. 1A, the printed
プリント配線板100は、複数の導体層が絶縁体層(誘電体層)を介して積層された多層基板であり、第1実施形態では、図1(b)に示すように、2つの導体層101,102が絶縁体層103を介して積層された2層基板(両面基板)である。なお、図1(a)は、導体層101側からプリント回路板200を見た平面図である。導体層101,102は、導電性を有する導体が配置された層であり、絶縁体層103は、絶縁性を有する絶縁体(誘電体)が配置された層である。なお、導体層であっても、導体と導体との間には絶縁体が存在し、絶縁体層であっても、絶縁体を貫通するヴィアに形成された導体が存在する。第1実施形態では、プリント配線板100が2層基板であるので、両方の導体層101,102とも表面層の導体層である。送信回路1は、導体層101に実装されている。なお、表面層の外表面には、ソルダーレジスト等の絶縁膜が形成されていてもよい。
The printed
プリント配線板100は、図1(a)に示すように、グランド導体7と、送信回路1から送信されたデジタル信号を伝送する伝送線路3と、伝送線路3に沿って伝送線路3と間隔をあけて配置され、伝送線路3と電磁的に結合する結合線路5と、を有する。
As shown in FIG. 1A, the printed
結合線路5は、図1(b)中、複数の導体層101,102のうちいずれか、第1実施形態では導体層101に配置されている。よって、導体層101は、結合線路5が配置された導体層であり、導体層102は、結合線路5が配置された導体層101とは異なる導体層、つまり導体層101に隣接する導体層である。
In FIG. 1B, the
グランド導体7には、送信回路1のグランド端子が接続されている。グランド導体7は、導体層101に配置されたグランドパターン(結合線路5と同じ層の同層グランドパターン)71と、導体層102に配置されたグランドパターン(結合線路5と異なる層の異層グランドパターン)72と、を有する。なお、第1実施形態では、グランドパターン71が2つあるが、1つでも3つ以上であってもよい。また、グランド導体7は、グランドパターン71とグランドパターン72とを電気的に接続する複数のグランドヴィア導体73を有する。グランドヴィア導体73は、プリント配線板100に形成されたヴィア(第1実施形態ではスルーホール)に形成された導体である。
A ground terminal of the
伝送線路3は、導体層101に、結合線路5に隣接して配置されている。換言すると、結合線路5は、伝送線路3に隣接して配置されている。第1実施形態では、結合線路5は、伝送線路3に平行に配置されている。
The
グランドパターン71,71は、伝送線路3及び結合線路5を囲むように(挟むように)配置され、線路3,5から漏れ出る電磁放射を低減するガードグランドとして機能している。また、グランドパターン72は、プリント配線板100の面に垂直な方向から見て(つまり、図1(a)で)伝送線路3、結合線路5及びグランドパターン71に重なる位置に配置されている。このグランドパターン72は、信号のリターン経路として機能するので、伝送線路3に対向して配置させておくのがよい。
The
伝送線路3の始端は、送信回路1に接続され、終端には、終端抵抗4が接続されている。より具体的には、終端抵抗4は、プリント配線板100の導体層101に実装されており、一端が伝送線路3の終端に接続され、他端がグランド導体7のグランドパターン71に接続されている。
The
なお、図示は省略するが、受信回路が、伝送線路3の終端(終端抵抗4の一端)にプリント配線板100の配線パターン又はプリント配線板100にコネクタ等で連結されるケーブルを介して接続されている。つまり、受信回路は、プリント配線板100に実装されていてもよいし、別の基板に実装されてプリント配線板100にケーブル接続されていてもよい。これにより、受信回路は、送信回路1から送信され、伝送線路3を伝送したデジタル信号を受信することができる。
Although not shown, the receiving circuit is connected to the end of the transmission line 3 (one end of the terminating resistor 4) via a wiring pattern of the printed
結合線路5は、伝送線路3に沿う配線方向の一端部51がグランド導体7のグランドパターン71に接続され(繋がれ)ており、配線方向の他端部53が開放されている。グランドパターン71は、表面積が結合線路5よりも大きく形成されている。これにより、グランドパターン71の各位置でのグランド電位の均一化(インピーダンスの低減化)を図っており、結合線路5の一端部51の接地効果が高められている。
In the coupled
そして、結合線路5の配線方向の中央部52と、グランド導体7のグランドパターン72とが接続部材であるヴィア導体6で接続されている。ヴィア導体6は、プリント配線板100に形成されたヴィア(第1実施形態ではスルーホール)に形成された導体である。図1(c)中、抵抗2は、送信回路1のインピーダンスである。
And the
ここで、送信回路1から出力されるデジタル信号は、データと同期クロックが共にシリアル化され、ハイレベルとローレベルの論理遷移率がほぼ50%になるように符号化された信号である。送信回路1は、シングルエンド方式によりデジタル信号としてシングルエンド信号を出力する。
Here, the digital signal output from the
デジタル信号のデータレートに相当する周波数を基本周波数とすると、結合線路5は、伝送線路3に隣接して配置され、伝送線路3と電磁的に結合しているので、伝送線路3を伝送するデジタル信号において、基本周波数の整数倍の周波数成分が減衰される。
Assuming that the frequency corresponding to the data rate of the digital signal is a fundamental frequency, the
なお、基本周波数は、デジタル信号の時間波形をオシロスコープで測定し、アイパターン表示したときのアイ開口の最小周期(T)の逆数(1/T)を求めることで確認することができる。 The fundamental frequency can be confirmed by measuring the time waveform of the digital signal with an oscilloscope and calculating the reciprocal (1 / T) of the minimum period (T) of the eye opening when the eye pattern is displayed.
第1実施形態では、結合線路5は、配線方向の長さが、基本周波数の1/2波長(許容差を含む)に設定された線路(1/2波長線路)である。ここで、第1実施形態では、基本周波数の1/2波長(許容差を含む)に設定された線路とは、電気長で180[°]に対し±20[%]程度の許容差を有する線路、即ち、電気長で144[°]以上216[°]以下の範囲の線路をいう。つまり、結合線路5の電気長は、送信回路1が送信するデジタル信号のデータレートに相当する周波数を基本周波数としたときに、基本周波数の1/2波長に対し±20[%]の範囲に設定されている。結合線路5がこの範囲であれば、伝送線路3を伝搬する信号において、基本周波数の整数倍の周波数成分を効果的に減衰させることができる。
In the first embodiment, the coupled
図1(d)に示すように、結合線路5は、開放されている他端部53が正弦波電圧の腹となり、グランドパターン72にヴィア導体6を介して接地されている中央部52が正弦波電圧の節となる。つまり、結合線路5における中央部52と他端部53との間の区間で、基本周波数の1/4波長の奇数倍の定在波V1,V3を発生する。これにより、結合線路5における中央部52と他端部53との間の区間は、基本周波数の奇数倍の周波数成分を減衰させる機能を有する。図1(d)では、結合線路5における中央部52と他端部53との間の区間で基本周波数において発生する1/4波長定在波V1を実線で示し、基本周波数の3倍の周波数において発生する3/4波長定在波V3を一点鎖線で示している。
As shown in FIG. 1 (d), the coupled
同時に、グランドパターン71に接地されている一端部51と中央部52が共に正弦波電圧の腹となることにより、結合線路5における一端部51と中央部52との間の区間で基本周波数の1/4波長の偶数倍の定在波V2を発生する。これにより、結合線路5における一端部51と中央部52との間の区間は、基本周波数の偶数倍の周波数成分を減衰させる機能を有する。図1(d)では、結合線路5における一端部51と中央部52との間の区間で基本周波数の2倍の周波数において発生する1/2波長定在波V2を点線で示している。
At the same time, the one
以上により、結合線路5は、伝送線路3を通過するデジタル信号のデータレートに対応する基本周波数の奇数倍及び偶数倍の周波数、特に、1倍、2倍、3倍の周波数に対して減衰を与える。
As described above, the coupled
第1実施形態で説明した図1(a)に示すプリント回路板200について、シミュレーター(ANSYS社 Ansoft Designer)を使用して効果の検証を行った結果について説明する。以下、送信回路1が発生するデジタル信号のデータレートを1[Gbps]とし、データレートに相当する基本周波数を1[GHz]とした場合について説明する。
The result of having verified the effect about the printed
シミュレーションモデルとして、プリント配線板100は、誘電体の厚さ1.6[mm]の両面基板である。誘電体はFR4(比誘電率4.3)とし、導体は銅(導電率5.8×107[S/m])を用いた。伝送線路3は、長さ120[mm]、幅1[mm]、厚さ0.035[mm]とした。一端部51をグランド導体7に接続した結合線路5は、長さ82.6[mm]、幅1.5[mm]、厚さ0.035[mm]とした。伝送線路3と結合線路5とのギャップは0.2[mm]とした。結合線路5の中央部52は、直径300[μm]、長さ1.6[mm]のヴィア(スルーホール)に形成されたヴィア導体6に相当する0.74[nH]のインダクタンスにてグランド導体7に接続した。
As a simulation model, the printed
以上の構成において、ノイズの低減度合いが分かるように、伝送線路3の始端から終端への信号の透過特性S21を算出した。図2は、プリント配線板100における透過特性S21をシミュレーションにより算出した結果を示すグラフである。
In the above configuration, the transmission characteristic S21 of the signal from the start end to the end of the
シミュレーションにより計算した結果、1[GHz]にて−31.68[dB]、2[GHz]にて−7.57[dB]、3[GHz]にて−28.96[dB]であった。注目した3つの周波数において−6[dB]以下となっており、半減以上のノイズ抑制を実現していることがわかった。 As a result of calculation by simulation, it was −31.68 [dB] at 1 [GHz], −7.57 [dB] at 2 [GHz], and −28.96 [dB] at 3 [GHz]. . It was found to be -6 [dB] or less at the three frequencies of interest, and it was found that noise suppression of more than half was realized.
以上、第1実施形態では、伝送線路3に隣接して配置した結合線路5の一端部51及び中央部52がグランド導体7に接続され、他端部53が開放されている。これにより、伝送線路3を伝送するデジタル信号に対して、デジタル信号のデータレートに対応する基本周波数の奇数倍及び偶数倍の周波数成分を減衰させることができる。特に、基本周波数の1倍、2倍、3倍の周波数成分を効果的に低減させることができる。これにより、伝送線路3、又は伝送線路3に接続されるケーブルから放射される不要電磁ノイズを、効果的に低減することができる。
As described above, in the first embodiment, the one
しかも、第1実施形態では、1つの伝送線路3に対して1つの結合線路5で奇数倍のみならず偶数倍の周波数成分を低減することができるので、ノイズ除去のために1つの伝送線路3に対して複数のスタブ線路を配置する必要がない。したがって、プリント配線板100の配線領域を有効活用できるか、又はプリント配線板100を小面積にする(小型化する)ことができる。
Moreover, in the first embodiment, the frequency components of not only odd times but also even times can be reduced with one
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係るプリント回路板について説明する。図3は、本発明の第2実施形態に係るプリント回路板の平面図である。上記第1実施形態では、デジタル信号としてシングルエンド信号を伝送する場合について説明したが、本第2実施形態では、差動信号を伝送する場合について説明する。
[Second Embodiment]
Next, a printed circuit board according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a plan view of a printed circuit board according to the second embodiment of the present invention. In the first embodiment, the case where a single-ended signal is transmitted as a digital signal has been described. In the second embodiment, a case where a differential signal is transmitted will be described.
近年、デジタルデータの高速化に伴い、EMIの低減と干渉の除去を目的に差動伝送方式が多用されている。第2実施形態では、プリント回路板200Aは、デジタル信号として差動信号を送信するよう構成された送信回路(信号源)11と、プリント配線板100Aと、を備えている。送信回路11は、プリント配線板100Aに実装されている。送信回路11は、例えば半導体パッケージで構成されている。
In recent years, with the speeding up of digital data, a differential transmission method is frequently used for the purpose of reducing EMI and eliminating interference. In the second embodiment, the printed
第2実施形態においても、上記第1実施形態と同様、クロック埋め込み型シリアル伝送を行う。データと同期クロックが一緒にシリアル化され、ハイレベルとローレベルの論理遷移率がほぼ50%になるように符号化されたデータが伝送される。 Also in the second embodiment, clock embedded serial transmission is performed as in the first embodiment. The data and the synchronous clock are serialized together, and the encoded data is transmitted so that the logic transition rate between the high level and the low level is approximately 50%.
プリント配線板100Aは、複数の導体層が絶縁体層(誘電体層)を介して積層された多層基板である。第2実施形態においても、上記第1実施形態と同様、2層基板とした場合を例に説明する。なお、プリント配線板100Aの層構造は、上記第1実施形態と同様、一方の表面層を導体層101、他方の表面層を導体層102、導体層101と導体層102との間の絶縁体層を絶縁体層103として説明する。
The printed
プリント配線板100Aは、グランド導体17と、送信回路11から送信されたデジタル信号(差動信号)を伝送する伝送線路として、一対の差動伝送線路3A,3Bと、を有する。また、プリント配線板100Aは、各差動伝送線路3A,3Bに沿って各差動伝送線路3A,3Bと間隔をあけて配置され、各差動伝送線路3A,3Bと電磁的に結合する一対の結合線路5A,5Bを有する。
The printed
結合線路5A,5Bは、複数の導体層101,102のうちいずれか、第2実施形態では導体層101に配置されている。よって、導体層101は、結合線路5A,5Bが配置された導体層であり、導体層102は、結合線路5A,5Bが配置された導体層101とは異なる導体層、つまり導体層101に隣接する導体層である。
The coupled
グランド導体17は、導体層101に配置されたグランドパターン(結合線路5A,5Bと同じ層の同層グランドパターン)71A,71Bを有する。また、グランド導体17は、導体層102に配置されたグランドパターン(結合線路5A,5Bと異なる層の異層グランドパターン)172を有する。また、グランド導体17は、グランドパターン71A,71Bとグランドパターン172とを電気的に接続する複数のグランドヴィア導体73A,73Bを有する。グランドヴィア導体73A,73Bは、プリント配線板100Aに形成されたヴィア(第2実施形態ではスルーホール)に形成された導体である。
The
一対の差動伝送線路3A,3Bは、導体層101に互いに間隔をあけて配置されている。一対の差動伝送線路3A,3Bは、互いに密に結合するように形成する必要があり、互いに隣接して配置されている。図3では、一対の差動伝送線路3A,3Bは、互いに平行に配置されている。
The pair of
差動伝送線路3Aは結合線路5Aに、差動伝送線路3Bは結合線路5Bに、それぞれ隣接して配置されている。換言すると、結合線路5Aは差動伝送線路3Aに、結合線路5Bは差動伝送線路3Bに隣接して配置されている。第2実施形態では、結合線路5A,5Bは、差動伝送線路3A,3Bに平行に配置されている。
The
一対のグランドパターン71A,71Bは、差動伝送線路3A,3B及び結合線路5A,5Bを囲むように(挟むように)配置され、線路3A,3B,5A,5Bから漏れ出る電磁放射を低減するガードグランドとして機能している。また、グランドパターン172は、プリント配線板100Aの面に垂直な方向から見て(つまり、図3で)差動伝送線路3A,3B、結合線路5A,5B及びグランドパターン71A,71Bに重なる位置に配置されている。
The pair of
一対の差動伝送線路3A,3Bの始端は、送信回路11に接続され、一対の差動伝送線路3A,3Bの終端には、終端抵抗14が接続されている。差動伝送線路3A,3Bには、それぞれ極性が異なったデジタル信号が伝送される。
The start ends of the pair of
なお、図示は省略するが、受信回路が、一対の差動伝送線路3A,3Bの終端(終端抵抗14の両端)にプリント配線板100Aの配線パターン又はプリント配線板100Aにコネクタ等で連結されるケーブルを介して接続されている。つまり、受信回路は、プリント配線板100Aに実装されていてもよいし、別の基板に実装されてプリント配線板100Aにケーブル接続されていてもよい。これにより、受信回路は、送信回路11から送信され、一対の差動伝送線路3A,3Bを伝送した差動信号(デジタル信号)を受信することができる。
In addition, although illustration is abbreviate | omitted, a receiving circuit is connected by the connector etc. to the wiring pattern of 100 A of printed wiring boards, or the printed
結合線路5A,5Bは、差動伝送線路3A,3Bに沿う配線方向の一端部51A,51Bがグランド導体17のグランドパターン71A,71Bにそれぞれ接続され(繋がれ)ており、配線方向の他端部53A,53Bが開放されている。グランドパターン71A,71Bは、表面積が結合線路5A,5Bよりも大きく形成されている。これにより、グランドパターン71A,71Bの各位置でのグランド電位の均一化(インピーダンスの低減化)を図っており、結合線路5A,5Bの一端部51A,51Bの接地効果が高められている。
In the
そして、結合線路5A,5Bの配線方向の中央部52A,52Bと、グランド導体17のグランドパターン172と、が接続部材であるヴィア導体6A,6Bでそれぞれ接続されている。ヴィア導体6A,6Bは、プリント配線板100Aに形成されたヴィア(第2実施形態ではスルーホール)に形成された導体である。
The
第2実施形態では、結合線路5A,5Bは、配線方向の長さが、基本周波数の1/2波長(許容差を含む)に設定された線路(1/2波長線路)である。ここで、第2実施形態では、基本周波数の1/2波長(許容差を含む)に設定された線路とは、電気長で180[°]に対し±20[%]程度の許容差を有する線路、即ち、電気長で144[°]以上216[°]以下の範囲の線路をいう。つまり、結合線路5A,5Bの電気長は、送信回路11が送信するデジタル信号のデータレートに相当する周波数を基本周波数としたときに、基本周波数の1/2波長に対し±20[%]の範囲に設定されている。結合線路5A,5Bがこの範囲であれば、差動伝送線路3A,3Bを伝搬する信号において、基本周波数の整数倍の周波数成分を効果的に減衰させることができる。
In the second embodiment, the coupled
以上、第2実施形態では、差動伝送線路3A,3Bにそれぞれ隣接して配置した結合線路5A,5Bの一端部51A,51B及び中央部52A,52Bがグランド導体17に接続され、他端部53A,53Bが開放されている。これにより、差動伝送線路3A,3Bを伝送するデジタル信号に対して、デジタル信号のデータレートに対応する基本周波数の奇数倍及び偶数倍の周波数成分を減衰させることができる。特に、基本周波数の1倍、2倍、3倍の周波数成分を効果的に低減させることができる。これにより、差動伝送線路3A,3B、又は差動伝送線路3A,3Bに接続されるケーブルから放射される不要電磁ノイズを、効果的に低減することができる。
As described above, in the second embodiment, the one
しかも、第2実施形態では、1つの差動伝送線路3A(3B)に対して1つの結合線路5A(5B)で奇数倍のみならず偶数倍の周波数成分を低減することができる。よって、ノイズ除去のために1つの差動伝送線路3A(3B)に対して複数のスタブ線路を配置する必要がない。したがって、プリント配線板100Aの配線領域を有効活用できるか、又はプリント配線板100Aを小面積にする(小型化する)ことができる。
Moreover, in the second embodiment, it is possible to reduce not only odd multiples but also even multiple frequency components with one coupled
[第3実施形態]
次に、本発明の第3実施形態に係るプリント回路板について説明する。図4は、本発明の第3実施形態に係るプリント回路板を説明するための図である。図4(a)はプリント回路板の平面図、図4(b)はプリント回路板の回路構成を示す回路図、図4(c)は基本周波数の1倍、2倍、3倍の周波数において結合線路に発生する電圧定在波の様子を示す模式図である。以下、第3実施形態において、上記第1実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。
[Third Embodiment]
Next, a printed circuit board according to a third embodiment of the invention will be described. FIG. 4 is a view for explaining a printed circuit board according to the third embodiment of the present invention. 4A is a plan view of the printed circuit board, FIG. 4B is a circuit diagram showing the circuit configuration of the printed circuit board, and FIG. 4C is a frequency that is 1 time, 2 times, and 3 times the fundamental frequency. It is a schematic diagram which shows the mode of the voltage standing wave which generate | occur | produces in a coupling line. Hereinafter, in 3rd Embodiment, about the structure similar to the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted and a different part is demonstrated.
図4(a)に示す第3実施形態のプリント回路板200Bのプリント配線板100Bでは、上記第1実施形態のプリント回路板200のプリント配線板100の接続部材であるヴィア導体6の代わりに、ヴィア導体36としたものである。その他の構成は、上記第1実施形態と同様である。
In the printed
ヴィア導体36が形成されているヴィアは、他のヴィア導体73が形成されているヴィアよりも小径に形成されている。よって、ヴィア導体36は、他のヴィア導体73よりもインダクタンスが大きい。
The vias in which the via
結合線路5の一端部51は、直接グランドパターン71に接続されているので、インダクタンスはヴィア導体36に比して無視できる程度である。よって、図4(b)に示すように、結合線路5の中央部52は、ヴィア導体36を等価的に表したインダクタンス素子9を介してグランド導体7に接続されていると考えることができる。
Since one
上記第1実施形態の図1(d)の説明と同様に、図4(c)には、基本周波数において発生する1/4波長定在波V1を実線で示している。また、基本周波数の2倍の周波数において発生する1/2波長定在波V2を点線で示している。また、基本周波数の3倍の周波数において発生する3/4波長定在波V3を一点鎖線で示している。 Similar to the description of FIG. 1D of the first embodiment, FIG. 4C shows a ¼ wavelength standing wave V1 generated at the fundamental frequency by a solid line. Further, a half-wave standing wave V2 generated at a frequency twice the fundamental frequency is indicated by a dotted line. Further, a 3/4 wavelength standing wave V3 generated at a frequency three times the fundamental frequency is indicated by a one-dot chain line.
ここで、インダクタンス素子9により、結合線路5の中央部52は、上記第1実施形態の場合に比べて、グランド導体7に比較して少し高いインピーダンスを持つようになる。これにより、基本周波数の2倍の周波数において、結合線路5の中央部52と他端部53が共に正弦波電圧の腹となる1/2波長定在波V2’が発生する。
Here, due to the inductance element 9, the
上記第1実施形態においても、結合線路5の一端部51と中央部52がともに正弦波電圧の節となる1/2波長定在波V2は発生していたが、開放端のない短絡端のみの線路に発生する定在波は利得が小さい。
Also in the first embodiment, the half-wave standing wave V2 in which the one
第3実施形態によれば、結合線路5の2つの区間でモードの異なる2つの定在波V2,V2’が発生する。これにより、ノイズ低減効果の小さかった基本周波数の2倍の周波数のノイズをより低減することが可能となる。
According to the third embodiment, two standing
以下、図4(a)に示す本発明の第3実施形態のプリント回路板200Bについて、シミュレーションを使用して効果の検証を行った結果について説明する。シミュレーションモデルとして、プリント配線板100Bは、誘電体の厚さ1.6[mm]の両面基板である。誘電体はFR4(比誘電率4.3)とし、導体は銅(導電率5.8×107[S/m])を用いた。
Hereinafter, the result of verifying the effect of the printed
伝送線路3は、長さ120[mm]、幅1[mm]、厚さ0.035[mm]とした。一端部51をグランド導体7に接続した結合線路5は、長さ81.3[mm]、幅1.5[mm]、厚さ0.035[mm]とした。伝送線路3と結合線路5とのギャップは0.2[mm]とした。結合線路5の中央部52は、直径100[μm]、長さ1.6[mm]のヴィア(スルーホール)に形成したヴィア導体36相当する1.1nHのインダクタンス素子9にてグランド導体7に接続した。
The
以上の構成において、ノイズの低減度合いが分かるように、伝送線路3の始端から終端への信号の透過特性S21を算出した。図5は、プリント配線板100Bにおける透過特性S21をシミュレーションにより算出した結果を示すグラフである。
In the above configuration, the transmission characteristic S21 of the signal from the start end to the end of the
シミュレーションにより計算した結果、1[GHz]にて−25.38[dB]、2[GHz]にて−9.96[dB]、3[GHz]にて−24.69[dB]であった。注目した3つの周波数において−6[dB]以下となっており、半減以上のノイズ抑制を実現していることがわかった。 As a result of calculation by simulation, it was −25.38 [dB] at 1 [GHz], −9.96 [dB] at 2 [GHz], and −24.69 [dB] at 3 [GHz]. . It was found to be -6 [dB] or less at the three frequencies of interest, and it was found that noise suppression of more than half was realized.
さらに、インダクタンス素子9のインダクタンスを1.1[nH]としたことにより、上記第1実施形態で説明した図2と比較して、基本周波数の2倍の周波数における減衰を約2.5[dB]増加することがわかった。 Furthermore, by setting the inductance of the inductance element 9 to 1.1 [nH], the attenuation at a frequency twice the fundamental frequency is about 2.5 [dB] as compared with FIG. 2 described in the first embodiment. ] It was found to increase.
つまり、結合線路5の中央部52とグランド導体7との間に、インダクタンス成分を有するヴィア導体36(接続部材)を入れ、その値を大きくしていくことによって、基本周波数の2倍の周波数の低減量は増加していく。
That is, by inserting a via conductor 36 (connection member) having an inductance component between the
しかし、それと同時に、結合線路5にヴィア導体36のインピーダンス(リアクタンス)が加算されるため、結合線路5の電気長が延長されたようになる。その結果、定在波の周波数が低周波へシフトする。このシフトによってずれた共振周波数を1[GHz],2[GHz],3[GHz]に戻すには、結合線路5の長さを短くすればよい。
However, at the same time, since the impedance (reactance) of the via
ヴィア導体36のインピーダンスZは、下記の式(1)のように、インダクタンスLと周波数fの積に比例するため、3つの周波数に対しての影響度は均等ではない。
Z∝L*f ・・・(1)
Since the impedance Z of the via
Z∝L * f (1)
基本周波数の2倍の周波数の低減量を増加させるためにヴィア導体36のインダクタンスの値を大きくするほど、3つの共振周波数が所望の周波数1[GHz],2[GHz],3[GHz]からずれることになる。
As the value of the inductance of the via
図6は、本発明の第3実施形態に係るプリント回路板における接続部材としてのヴィア導体36のインダクタンス値に対する透過特性及び結合線路の長さの関係を示すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the transmission characteristic and the length of the coupled line with respect to the inductance value of the via
図6(a)はヴィア導体36のインダクタンス値に対する、1[GHz]、2[GHz]、3[GHz]の各周波数における透過量を示すグラフである。接続部材であるヴィア導体36のインダクタンス値が0.5[nH]から3[nH]の範囲内であれば、3つの周波数のノイズが同時に半分以上低減することがわかる。
FIG. 6A is a graph showing the transmission amount at each frequency of 1 [GHz], 2 [GHz], and 3 [GHz] with respect to the inductance value of the via
また、図6(b)は、ヴィア導体36のインダクタンス値を0.5[nH]から3[nH]の範囲で変動させたときに3つの周波数のノイズを同時に半分以上低減するための結合線路5の長さを示している。長さの表記は、プリント配線板100Bにおける1波長を360[°]としたときの電気長で表しており、結合線路5の電気長の範囲は154[°]以上170[°]以下である。
FIG. 6B shows a coupled line for simultaneously reducing noise of three frequencies by more than half when the inductance value of the via
図6(a)および図6(b)では、基本周波数1[GHz]のときのヴィア導体36のインダクタンス値で説明している。基本周波数で正規化することにより、汎用的な表現が可能である。すなわち、基本周波数で正規化し、リアクタンスで表現すれば、3.2[Ω]以上18.8[Ω]以下の範囲と表記できる。
In FIG. 6A and FIG. 6B, the inductance value of the via
なお、接続部材がヴィア導体36である場合について説明したが、接続部材が結合線路5の中央部52とグランド導体7とを電気的に接続する、インダクタンス成分を有するものであれば、ヴィア導体36に限定するものではない。この場合、接続部材のインダクタンス成分によるリアクタンスが、3.2[Ω]以上18.8[Ω]以下の範囲となるものを選択するのが好ましい。
The case where the connecting member is the via
[第4実施形態]
次に、本発明の第4実施形態に係るプリント回路板について説明する。図7は、本発明の第4実施形態に係るプリント回路板の平面図である。上記第3実施形態では、デジタル信号としてシングルエンド信号を伝送する場合について説明したが、本第4実施形態では、差動信号を伝送する場合について説明する。図7において、上記第1〜第3実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略し、異なる部分について説明する。
[Fourth Embodiment]
Next, a printed circuit board according to a fourth embodiment of the invention will be described. FIG. 7 is a plan view of a printed circuit board according to the fourth embodiment of the present invention. In the third embodiment, a case where a single-ended signal is transmitted as a digital signal has been described. In the fourth embodiment, a case where a differential signal is transmitted will be described. In FIG. 7, about the structure similar to the said 1st-3rd embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted and a different part is demonstrated.
第4実施形態のプリント回路板200Cのプリント配線板100Cでは、上記第2実施形態のプリント回路板200Aのプリント配線板100Aの接続部材であるヴィア導体6A,6Bの代わりに、ヴィア導体36A,36Bとしたものである。その他の構成は、上記第2実施形態と同様である。なお、ヴィア導体36A,36Bは、上記第3実施形態で説明したヴィア導体36と同様の構成である。即ち、ヴィア導体36A,36Bは、他のヴィア導体73A,73Bよりもインダクタンスが大きい。
In the printed
つまり、ヴィア導体36A,36Bのインダクタンス成分により、結合線路5A,5Bそれぞれにおける2つの区間で、モードの異なる2つの定在波がそれぞれ発生する。これにより、ノイズ低減効果の小さかった基本周波数の2倍の周波数のノイズをより低減することが可能となる。
That is, two standing waves having different modes are generated in two sections in each of the coupled
上記第3実施形態と同様、第4実施形態においても、ヴィア導体36A,36Bのリアクタンスを、3.2[Ω]以上18.8[Ω]以下の範囲に設定するのが好ましい。
Similar to the third embodiment, also in the fourth embodiment, the reactances of the via
また、上記第3実施形態と同様、第4実施形態においても、結合線路5A,5Bの電気長を、154[°]以上170[°]以下にするのが好ましい。
Similarly to the third embodiment, also in the fourth embodiment, it is preferable that the electrical lengths of the coupled
本第4実施形態の構成によって、差動伝送形態においても、上記第3実施形態と同様にして、デジタル信号の伝送に不要な基本周波数の1倍、2倍、3倍の信号の除去効果を高めることができる。 With the configuration of the fourth embodiment, even in the differential transmission mode, similarly to the third embodiment, the signal removal effect of 1, 2 or 3 times the fundamental frequency unnecessary for digital signal transmission can be obtained. Can be increased.
なお、接続部材がヴィア導体36A,36Bである場合について説明したが、ヴィア導体36A,36Bに限定するものではない。接続部材が結合線路5A,5Bの中央部52A,52Bとグランド導体17とを電気的に接続する、インダクタンス成分を有するものであればよい。この場合、接続部材のインダクタンス成分によるリアクタンスが、3.2[Ω]以上18.8[Ω]以下の範囲となるものを選択するのが好ましい。
Although the case where the connecting members are the via
[第5実施形態]
次に、本発明の第5実施形態に係るプリント回路板について説明する。図8は、本発明の第5実施形態に係るプリント回路板の平面図である。上記第1〜第4実施形態では、結合線路を、伝送線路が配置された層と同一の導体層に配置した場合について説明した。第5実施形態では、結合線路を伝送線路が配置された導体層とは異なる隣接する導体層に配置した場合について説明する。なお、図8において、上記実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。以下、上記実施形態と異なる点について説明する。
[Fifth Embodiment]
Next, a printed circuit board according to a fifth embodiment of the invention will be described. FIG. 8 is a plan view of a printed circuit board according to the fifth embodiment of the present invention. In the first to fourth embodiments, the case where the coupled line is disposed on the same conductor layer as the layer on which the transmission line is disposed has been described. 5th Embodiment demonstrates the case where a coupling line is arrange | positioned in the adjacent conductor layer different from the conductor layer in which the transmission line is arrange | positioned. In FIG. 8, the same components as those in the above embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. Hereinafter, a different point from the said embodiment is demonstrated.
図8に示すプリント回路板200Dのプリント配線板100Dは、上記第1〜第3実施形態と同様、2層基板(多層基板)であり、一方の表面層を導体層101、他方の表面層を導体層102、絶縁体層を絶縁体層103とする。図8では、導体層102側からプリント回路板200Dを見た平面図を示している。
A printed
プリント配線板100Dは、グランド導体17Dと、送信回路11から送信された差動信号(デジタル信号)を伝送する伝送線路である一対の差動伝送線路3A,3Bとを有する。また、プリント配線板100Dは、差動伝送線路3A,3Bに沿って差動伝送線路3A,3Bと間隔をあけて配置され、一対の差動伝送線路3A,3Bと電磁的に結合する1つの結合線路15を有する。
The printed
結合線路15は、差動伝送線路3A,3Bに沿う配線方向の一端部151がグランド導体17Dに接続され、配線方向の他端部153が開放されている。ここで、図8中、プリント配線板100Dの裏側(導体層101)には、送信回路11及び終端抵抗14が実装されており、一対の差動伝送線路3A,3Bが配置されている。また、図8中、プリント配線板100Dの表側(導体層102)には、結合線路15が差動伝送線路3A,3Bに沿って配置されている。結合線路15は、導体層102に配置されており、一対の差動伝送線路3A,3Bは、結合線路15が配置された導体層102に隣接する、導体層102とは異なる導体層101に配置されている。
In the
そして、一対の差動伝送線路3A,3Bは、プリント配線板100Dの面に垂直な方向から見て、1つの結合線路15に重なる位置に配置されている。換言すると、1つの結合線路15は、プリント配線板100Dの面に垂直な方向から見て、一対の差動伝送線路3A,3Bに重なる位置に配置されている。つまり、第5実施形態では、上記第2実施形態とは異なり、一対の差動線路3A,3Bに対して1つの結合線路15を配置している。この結合線路15は、一対の差動伝送線路3A,3Bに平行に配置されている。
The pair of
グランド導体17Dは、導体層101に配置されたグランドパターン(結合線路15と異なる層の異層グランドパターン)171A,171Bを有する。また、グランド導体17Dは、導体層102に配置されたグランドパターン(結合線路15と同じ層の同層グランドパターン)172Dを有する。また、グランド導体17は、グランドパターン171A,171Bとグランドパターン172Dとを電気的に接続する複数のグランドヴィア導体173を有する。グランドヴィア導体173は、プリント配線板100Dに形成されたヴィア(第5実施形態ではスルーホール)に形成された導体である。
The
グランドパターン171A,171Bは、差動伝送線路3A,3Bを囲むように(挟むように)配置され、グランドパターン172Dは、結合線路15を囲むように配置されている。これにより、グランドパターン171A,171B,172Dは、線路3A,3B,15から漏れ出る電磁放射を低減するガードグランドとして機能している。
The
結合線路15は、一対の差動伝送線路3A,3Bに沿う配線方向の一端部151がグランド導体17Dのグランドパターン172Dに接続され(繋がれ)ており、配線方向の他端部153が開放されている。グランドパターン172Dは、表面積が結合線路15よりも大きく形成されている。これにより、グランドパターン172Dの各位置でのグランド電位の均一化(インピーダンスの低減化)を図っており、結合線路15の一端部151の接地効果が高められている。
In the
そして、結合線路15の配線方向の中央部152と、グランド導体17Dのグランドパターン172Dとが、導体層102に配置された導体パターン(接続部材)56,56で接続され(繋がれ)ている。なお、導体パターン56は、1つでもよいが、第5実施形態では、結合線路15がグランドパターン172Dで囲われているので、2つ(複数)有している。
The
第5実施形態では、結合線路15が、プリント配線板100Dの面に垂直な方向から見て、一対の差動伝送線路3A,3Bに重なる位置に配置されている。したがって、伝送線路に同一層で隣接して配置する場合よりも専有面積が小さくなり、プリント配線板100Dの配線領域を有効活用できるか、又はプリント配線板100Dを小型化できる。
In the fifth embodiment, the
更に、第5実施形態では、一対(複数)の伝送線路3A,3Bに対して1つの結合線路15を対応させて配置しているので、伝送線路3A,3B各々に対応させた数だけ結合線路15を設けるよりも、結合線路の本数が少なくて済む。したがって、プリント配線板100Dの配線領域を有効活用できるか、又はよりプリント配線板100Dを小型化することができる。
Furthermore, in the fifth embodiment, since one
ここで、上記第3実施形態と同様、第5実施形態においても、接続部材である導体パターン56のリアクタンス(合成リアクタンス)を、3.2[Ω]以上18.8[Ω]以下の範囲に設定するのが好ましい。また、上記第3実施形態と同様、第5実施形態においても、結合線路15の電気長を、154[°]以上170[°]以下にするのが好ましい。
Here, as in the third embodiment, also in the fifth embodiment, the reactance (synthetic reactance) of the
以上、差動伝送線路3A,3Bと、結合線路15と、が互いに異なる層に配置されていても、差動伝送線路3A,3Bにおけるデジタル信号の伝送に不要な、基本周波数の1倍、2倍、3倍の信号を除去することができる。
As described above, even if the
なお、第5実施形態では、プリント配線板100Dが差動信号を伝送する回路を構成している場合について説明したが、シングルエンド信号を伝送する回路を構成しているプリント配線板についても同様に、伝送線路と結合線路とを異なる層に配置してもよい。
In the fifth embodiment, the case where the printed
また、接続部材が導体パターン56である場合について説明したが、接続部材がインダクタンス素子(集中定数素子)であってもよい。また、一対の差動伝送線路3A,3Bに対して1つの結合線路15を配置した構成について説明したが、一対の差動伝送線路3A,3Bそれぞれに対して各結合線路を配置してもよい。
Further, although the case where the connecting member is the
また、導体層が3層以上の多層基板の場合であって、結合線路15及びグランドパターン172Dが内層の導体層に配置されていてもよい。これにより、結合線路15を基板の内層に配置することができ、表面層により多くの部品実装が可能になる。
Further, in the case of a multilayer substrate having three or more conductor layers, the coupled
また、更に別の導体層にグランドパターンが配置されていてもよい。この場合、結合線路15の中央部152とグランドパターンとをヴィア導体で接続してもよい。
Further, a ground pattern may be arranged on another conductor layer. In this case, the
[第6実施形態]
次に、本発明の第6実施形態に係るプリント回路板について説明する。図9は、本発明の第6実施形態に係るプリント回路板の平面図である。第6実施形態のプリント回路板200Eでは、上記第2実施形態のプリント回路板200Aのプリント配線板100Aの接続部材であるヴィア導体6A,6Bの代わりに、インダクタンス素子66A,66Bとしたものである。したがって、プリント回路板200Eのプリント配線板100Eは、プリント配線板100に対してヴィア導体6A,6Bを省略した構成となる。それ以外の構成は、第2実施形態と同様である。上記実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。以下、上記実施形態と異なる点について説明する。
[Sixth Embodiment]
Next, a printed circuit board according to a sixth embodiment of the invention will be described. FIG. 9 is a plan view of a printed circuit board according to the sixth embodiment of the present invention. In the printed
第6実施形態では、接続部材は、結合線路5A,5B及びグランドパターン(同層グランドパターン)71A,71Bが配置された導体層101に実装されたインダクタンス素子66A,66Bである。インダクタンス素子66A,66Bは、コイルなどの集中定数素子(電気部品)である。
In the sixth embodiment, the connection members are
上記第3実施形態と同様、第6実施形態においても、インダクタンス素子66A,66Bのリアクタンスを、3.2[Ω]以上18.8[Ω]以下の範囲に設定するのが好ましい。また、上記第3実施形態と同様、第6実施形態においても、結合線路5A,5Bの電気長を、154[°]以上170[°]以下にするのが好ましい。
Similar to the third embodiment, also in the sixth embodiment, it is preferable to set the reactance of the
以上、接続部材にインダクタンス素子66A,66Bを用いても、差動伝送線路3A,3Bにおけるデジタル信号の伝送に不要な、基本周波数の1倍、2倍、3倍の信号を除去することができる。これにより、仮に、基板の製造誤差などにより、共振周波数が設計値からずれた場合でも、基板を作り直すこと無く、インダクタンス素子(電気部品)66A,66Bの定数調整によって所望の周波数のノイズ低減が可能になる。
As described above, even when the
なお、第6実施形態では、プリント配線板100Eが差動信号を伝送する回路を構成している場合について説明したが、シングルエンド信号を伝送するように構成しているプリント配線板についても同様の効果が得られる。
In the sixth embodiment, the case where the printed
また、第6実施形態では、接続部材をインダクタンス素子66A,66Bとした場合について説明したが、上記第5実施形態と同様、接続部材を導体パターンで構成してもよい。
In the sixth embodiment, the case where the connection members are the
本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で多くの変形が可能である。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and many modifications are possible within the technical idea of the present invention.
1…送信回路、3…伝送線路、5…結合線路、6…ヴィア導体(接続部材)、7…グランド導体、51…一端部、52…中央部、53…他端部、100…プリント配線板、200…プリント回路板
DESCRIPTION OF
Claims (17)
前記送信回路が実装されたプリント配線板と、を備え、
前記プリント配線板は、
グランド導体と、
前記送信回路から送信されたデジタル信号を伝送する伝送線路と、
前記伝送線路に沿うように前記伝送線路と間隔をあけて配置され、前記伝送線路に沿う配線方向の一端部が前記グランド導体に接続され、前記配線方向の他端部が開放された、前記伝送線路と電磁的に結合する結合線路と、を有し、
前記結合線路の配線方向の中央部と、前記グランド導体とが接続部材で接続されており、
前記結合線路の電気長は、前記送信回路が送信するデジタル信号のデータレートに相当する周波数の1/2波長に対し±20[%]の範囲であることを特徴とするプリント回路板。 A transmission circuit for transmitting a digital signal;
A printed wiring board on which the transmission circuit is mounted,
The printed wiring board is
A ground conductor;
A transmission line for transmitting a digital signal transmitted from the transmission circuit;
The transmission, wherein the transmission line is disposed along the transmission line at a distance from each other, one end of the wiring direction along the transmission line is connected to the ground conductor, and the other end of the wiring direction is opened. A coupling line electromagnetically coupled to the line,
A central portion in the wiring direction of the coupling line and the ground conductor are connected by a connecting member ,
The electrical length of the coupling line is a printed circuit board, wherein the range der Rukoto of the ± 20 [%] with respect to a half wavelength of the frequency at which the transmission circuit corresponds to the data rate of the digital signal to be transmitted.
前記送信回路が実装されたプリント配線板と、を備え、 A printed wiring board on which the transmission circuit is mounted,
前記プリント配線板は、 The printed wiring board is
グランド導体と、 A ground conductor;
前記送信回路から送信されたデジタル信号を伝送する伝送線路と、 A transmission line for transmitting a digital signal transmitted from the transmission circuit;
前記伝送線路に沿うように前記伝送線路と間隔をあけて配置され、前記伝送線路に沿う配線方向の一端部が前記グランド導体に接続され、前記配線方向の他端部が開放された、前記伝送線路と電磁的に結合する結合線路と、を有し、 The transmission, wherein the transmission line is disposed along the transmission line at a distance from each other, one end of the wiring direction along the transmission line is connected to the ground conductor, and the other end of the wiring direction is opened. A coupling line electromagnetically coupled to the line,
前記結合線路の一端部と前記結合線路の配線方向の中央部との間の区間、および前記結合線路の他端部と前記結合線路の配線方向の中央部との間の区間に定在波をそれぞれ発生させるために、前記結合線路の配線方向の中央部と、前記グランド導体とが接続部材で接続されていることを特徴とするプリント回路板。 Standing waves are generated in a section between one end portion of the coupling line and the central portion in the wiring direction of the coupling line, and in a section between the other end portion of the coupling line and the central portion in the wiring direction of the coupling line. In order to generate each, the printed circuit board is characterized in that a central portion in the wiring direction of the coupling line and the ground conductor are connected by a connecting member.
前記結合線路は、前記複数の導体層のうちいずれかの導体層に配置され、
前記伝送線路は、前記結合線路が配置された導体層に、前記結合線路に隣接して配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のプリント回路板。 The printed wiring board is a multilayer substrate in which a plurality of conductor layers are laminated via an insulator layer,
The coupling line is disposed in any one of the plurality of conductor layers,
The transmission line, a conductor layer in which the coupling line is disposed, the printed circuit board according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is disposed adjacent to the coupling line.
前記結合線路は、前記複数の導体層のうちいずれかの導体層に配置され、
前記伝送線路は、前記結合線路が配置された導体層に隣接する導体層に、前記プリント配線板の面に垂直な方向から見て、前記結合線路に重なる位置に配置されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のプリント回路板。 The printed wiring board is a multilayer substrate in which a plurality of conductor layers are laminated via an insulator layer,
The coupling line is disposed in any one of the plurality of conductor layers,
The transmission line is disposed on a conductor layer adjacent to the conductor layer on which the coupling line is disposed, at a position overlapping the coupling line when viewed from a direction perpendicular to the surface of the printed wiring board. The printed circuit board according to any one of claims 1 to 3 .
前記同層グランドパターンと前記異層グランドパターンとは複数のグランドヴィア導体で接続されていることを特徴とする請求項6又は7に記載のプリント回路板。 The ground conductor is disposed in a conductor layer in which the coupling line is disposed, and has the same layer ground pattern connected to one end of the coupling line,
The printed circuit board according to claim 6 or 7 , wherein the same-layer ground pattern and the different-layer ground pattern are connected by a plurality of ground via conductors.
前記同層グランドパターンと前記異層グランドパターンとは複数のグランドヴィア導体で接続されていることを特徴とする請求項9乃至12のいずれか1項に記載のプリント回路板。 The ground conductor has a different layer ground pattern arranged in a conductor layer different from the conductor layer in which the coupling line and the same layer ground pattern are arranged among the plurality of conductor layers,
Printed circuit board according to any one of claims 9 to 12, characterized in that said said different layer ground pattern and the same layer ground pattern are connected by a plurality of ground via conductors.
前記プリント配線板は、前記伝送線路として、前記送信回路に接続された一対の差動伝送線路を有することを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載のプリント回路板。 The transmission circuit is configured to transmit a differential signal as the digital signal;
The printed wiring board, wherein the transmission line, printed circuit board according to any one of claims 1 to 15, characterized in that it has a pair of differential transmission line connected to the transmission circuit.
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