(57)【要約】【課題】モータなどのインバータ回路を搭載するプリント基板において、主要電源配線間のノイズ伝播を定量的に評価、測定する。【解決手段】ノイズ加害者と被害者の電源配線に観測用端子を設置する。測定基板と同じサイズ・同じ観測端子の位置・リファレンスのベタプレーンを最下層に設置した測定治具基板を作製する。評価時には、二枚の基板を重ねリファレンス電位ノードに設置した貫通ビアにテストピンを挿入し、二枚の基板のリファレンス電位を電気的に接続させ２ポートのＳパラメータを取得する。そして、伝達係数Ｓ２１からノイズ伝播量を評価する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノイズ伝播測定の治具基板であって、基準電位のベタプレーンと貫通ビアから構成されることを特徴する測定用治具基板。
【請求項２】
測定基板と前記測定用治具基板を重ね合わせ、同じ位置に設置した基準電位ノードの貫通ビアにテストピンを挿入して電気的な接続をとり、Ｓパラメータの伝達係数（Ｓ２１）でノイズ伝播量を評価することを特徴とするプリント基板の評価手法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー回路を搭載するプリント基板で発生するノイズの解析手法とその評価手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
モータなどのパワー回路を搭載するプリント基板では、モータ駆動時に急激な電流変化によって発生するノイズが入力側に伝導する、制御系などのアナログ回路に伝播することが大きな問題になる。これらのノイズは、回路設計とプリント基板のパターン設計の完成度に起因するところが多いが、製品の評価試験でこれらの問題が発生すると、開発スケジュールの遅延、開発費用の増大につながり、プリント基板のパターン設計時に、問題点の発見が必要となる。
【０００３】
誘電体基板と、該誘電体基板の一方の面に形成された電源プレーンと、前記誘電体基板の他方の面に、少なくとも一部が前記電源プレーンと対向するように形成されたグラウンドプレーンとを有するプリント基板の電磁放射の解析が多く見られる。
【０００４】
一方、パワー回路などのプリント基板パターン設計では、最大電流を流せる配線幅と異種配線間の絶縁層破壊に至らないギャップが重要なルールになる。また、入出力電源配線はグランドなどのリファレンスになるベタプレーンは配置されず、パターン設計完了後に人による確認のケースが多く、定量的な評価方法が適用されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願２００６−２３７９１９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パワー回路のスイッチング周波数は通常、数ＫＨｚのオーダでインピーダンス・コントロールの不必要なケースが多く、基板に高電圧が印加されるため、入出力電源配線はグランドなどのリファレンスになるベタプレーンは配置されない。二次元の電磁界ソルバを解析に使用する場合、対象の信号・電源配線の上下層にリファレンスプレーンが存在しないため、解析モデル上の対策としてダミープレーンを設置する。そのため、解析モデルと実測は違った条件となる。一方、三次元の電磁界ソルバは、モデルサイズが大きく解析時間が長くなるため、プリント基板全体を解析対象にすることは非現実的である。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑み、パワー回路において解析モデルによる評価手法と、実測による検証手法を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では測定基板と同じサイズ・同じ観測端子の位置・リファレンスのベタプレーンを最下層に設置した測定治具用のプリント基板を作製する。評価は二枚の基板を重ね、ノイズ加害者と被害者の信号/電源配線に観測用端子を設置する。次にリファレンス電位ノードに設置した貫通ビアにテストピンを挿入し、二枚の基板のリファレンス電位を電気的に接続させ２ポートのＳパラメータをネットワークアナライザにより取得する。そして、伝達係数（Ｓ２１）からノイズ伝播量を評価する。Ｓ２１が小さい値ほど、ノイズ伝播は小さくなる。
【発明の効果】
【０００９】
伝達係数（Ｓ２１）が小さい程、ノイズ伝導・伝播は小さくなる特性からパターン設計のノイズ特性が評価できる。リファレンス電位の接続用に挿入するテストピン（３〜５ｍｍ 程度）は校正で除去できないが、それ以外は実測とシミュレーションで同じ条件となり、低周波（パワー回路のスイッチング周波数）から数百ＭＨｚまでは相関のとれたデータ取得が可能になる。また、製品毎にノイズ特性の設計指標値を定め、パターン設計時に定量評価ができる。そして、設計指標値の設定が困難な場合は、従来製品の設計データからモデル解析を実施して算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】パワー回路基板の一部を示す。外周に配置されたループ形状の配線は、基板の基準電位ノード（フレームグランド）である。また、中央に示す二本の配線は測定対象になる電源配線で、その左側は測定用端子である。
【図２】治具基板の表層パターンを示す。基準電位ノードと接続する貫通ビアを設置する。
【図３】治具基板の裏層パターンを示す。基準電位ノードをベタプレーンと貫通ビアで接続する。
【図４】測定セットアップの概略図を示す。
【図５】評価用に試作したパワー回路基板の測定結果とシミュレーション結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施の形態に基づき説明する。
【００１２】
図１に示すように測定対象の基板配線に測定用端子２、５を設ける。端子間のギャップは、使用する測定用プローブのピッチに合わせる。測定するパワー回路基板２４の基準電位ノードになる端子の直下にはベタプレーンは存在しないが、測定用治具基板２５との接続をとるための貫通ビア３、６を設置し、外周に配線される基準電位ノードにおいても同様に貫通ビア８、９、１０、１１を設置する。
【００１３】
次に、図２、図３に示すように測定評価基板と同じ形状の治具基板を作製する。二層基板で裏面は基準電位のベタグランドとし、図１の基準電位ノードの貫通ビアと同じ位置に貫通ビア１２、１８、１３、１９を設置する。貫通ビアとベタプレーンは接続させる。
【００１４】
そして、パワー回路基板２４と測定用治具基板２５とを重ね、測定端子用の基準電位ノードに設置した貫通ビアからテストピン３１を挿入する。外周のフレームグランドの貫通ビアにも同様にテストピン３２、３３を挿入し、基準電位ノードとフレームグランドを接続させる。測定用プローブ３４を端子に接続させ、ネットワークアナライザで２ポートＳパラメータを測定し、ノイズ加害者と被害者間の伝達係数Ｓ２１でノイズ伝播量特性を評価する。
【００１５】
プリント基板のパターン設計完了後に、図４と同じ基板構造でのモデルを作製し、シミュレーションにて検証する。
【００１６】
検証の目的で二種類のパワー回路系評価基板を設計、作製し、本発明で提案した治具を使用してノイズ伝播量を測定比較した。サイズは  １２ｃｍ×１３ｃｍ  の ４層基板である。第１層（Ｌ１）と第２層（Ｌ２）間 および第３層（Ｌ３）と第４層（Ｌ４）の絶縁層厚は  ０．２２ｍｍ、Ｌ２ と Ｌ３ の絶縁層厚は １ｍｍ とした。
【００１７】
ノイズ伝播量が大きい基板は、三相ＡＣ入出力電源の配線容易性を最優先し、Ｌ１層から順番に配線している。ＡＣ入出力電源が ０．２２ｍｍの絶縁層厚が薄い Ｌ１・Ｌ２ にそれぞれ配線されているため、層間結合がノイズ伝播の主原因になっている。一方、ノイズ伝播が小さい基板では三相ＡＣ入力電源をＬ１・Ｌ２、三相ＡＣ出力電源はＬ３・Ｌ４に割り振り、絶縁層厚の厚い１ｍｍで層間結合を分離している。また、パワー回路へ供給するＤＣ電源・グランドは他信号との寄生容量を最小にするため、ベタプレーンは使っていない。
【００１８】
ノイズ特性が悪いパワー回路基板とノイズ特性改善後のパワー回路基板の２種類の評価用基板について、実測とシミュレーション結果の比較を図５に示す。ノイズ伝播量の差は約１０倍（２０ｄＢ）であり、シミュレーション結果と実測も概ね一致し、評価手法は適正である。
【符号の説明】
【００１９】
１：入力電源（ノイズ被害者）
２：入力電源の測定用端子
３：入力電源の基準電位端子
４：出力電源（ノイズ加害者）
５：出力電源の測定用端子
６：出力電源の基準電位端子
７：基板の基準電位ノード（フレームグランド）
８，９，１０，１１：貫通ビア（パワー回路基板のフレームグランド）
１２，１８：入力電源の基準電位端子用貫通ビア（測定用治具基板）
１３，１９：出力電源の基準電位端子用貫通ビア（測定用治具基板）
１４，１５，１６，１７，２０，２１，２２，２３：貫通ビア（測定用治具基板のフレームグランド）
２４：パワー回路基板
２５：測定用治具基板
２６，２７：基板の基準電位ノード（フレームグランド）
２８：入出力電源の基準電位端子
２９：入出力電源
３０：入出力電源の基準電位プレーン（ベタ面）
３１：入出力電源への挿入テストピン
３２，３３：基準電位プレーンへの挿入テストピン
３４：測定用ブローブ
３５：ネットワークアナライザ
３６：ノイズ特性が悪いパワー回路基板の実測結果とシミュレーション結果
３７：ノイズ特性改善後のパワー回路基板の実測結果とシミュレーション結果
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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