(57)【要約】【課題】プリント基板に配線されるシングルエンドの高速信号配線の信号ビアにより、信号配線のリファレンスプレーンが変わった場合に発生するリターン電流の不連続による放射ノイズが問題となる。【解決手段】電源層、グラウンド層、および信号層から構成され、デジタル回路用ICからなるドライバ回路あるいはレシーバ回路の少なくともいずれかが搭載される多層プリント基板において、グラウンド層をリファレンスプレーンとする高速信号配線が信号ビアにより異なるプレーンをリファレンスとする場合に、異なるプレーンをリファレンスとした高速信号配線の両脇にグラウンドガードを形成し、かつ信号ビア近傍にコンデンサをリファレンスプレーン間に配置する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源層、グラウンド層、および信号層から構成され、デジタル回路用ICからなるドライバ回路あるいはレシーバ回路の少なくともいずれかが搭載される多層プリント基板において、グラウンド層をリファレンスプレーンとする高速信号配線が信号ビアにより異なるプレーンをリファレンスとする場合に、前記異なるプレーンをリファレンスとした高速信号配線の両脇にグラウンドガードが形成され、かつ信号ビア近傍にコンデンサがリファレンスプレーン間に配置されることを特徴とするプリント基板。
【請求項２】
電源層、グラウンド層、および信号層から構成され、デジタル回路用ICからなるドライバ回路あるいはレシーバ回路の少なくともいずれかが搭載される多層プリント基板において、グラウンド層をリファレンスプレーンとする高速信号配線が信号ビアにより異なるプレーンをリファレンスとする場合に、前記異なるプレーンをリファレンスとした高速信号配線の両脇にグラウンドガードを形成し、かつ信号ビア近傍にコンデンサをリファレンスプレーン間に配置することを特徴とするプリント基板の設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多層のプリント基板およびその設計方法に関わり、特に、基板に配線した高速信号ライン（クロック、データ）のビアが、電源、グラウンド（以下、ＧＮＤとも略す）層をまたぐことおよびリファレンスプレーンの変更により発生するリターン電流の不連続を、グラウンドガードかつコンデンサにより改善し、放射ノイズが低減されるようにした多層のプリント基板およびその設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子機器に用いられるプリント基板には、多種部品、インターフェースが用いられ、様々な周波数のクロック信号が存在する。これらのクロック信号は基本波の周波数に対して整数倍の高次高調波を有しており、プリント基板の配線上にインピーダンス不整合などの構造的欠陥がある場合、強度の強い放射ノイズを発生させる。
【０００３】
プリント基板の信号配線のインピーダンス不整合は、出力抵抗、終端抵抗のミスマッチ、配線層を移動するビア、リファレンスプレーンのスリットなどにより起こる。
【０００４】
中でも、配線層を移動するビアは、信号配線が電源層、グラウンド層をまたぐことがあり、インピーダンス不整合のほかにリターン電流の不連続を引き起こし、放射ノイズの増加に繋がる。また、信号層の移動により、リファレンスプレーンがグラウンドから電源に変わることがあり、これもリターン電流の不連続を引き起こし、放射ノイズを増加させる原因となる。
【０００５】
本出願人は、特許文献１において、信号配線のビアのインピーダンス整合できる基板を提案している。具体的には、信号配線のビアの近傍にグラウンドビアを設けることにより、ビアが同軸構造となり、信号ビアとグラウンドビアの距離やこれらの直径を適宜設定することでビアの特性インピーダンスを伝送線路の特性インピーダンスに整合できるというものである。
【０００６】
特許文献２には、高速信号ラインの両サイドにグラウンドガードを配線し、高速信号ラインのビアに対しても、近接したグラウンドガードのビアを形成するだけで、多層プリント基板の層間の縦方向のシールドおよびリターン電流経路が確保できるプリント基板およびプリント基板の配線方法が開示されている。
【０００７】
しかしながら、特許文献１、２に記載された技術では、信号ビアによる層移動によりリファレンスプレーンの変更があった場合、リターン電流経路を確保しきれないという問題があった。
【０００８】
また、特許文献３には、コンデンサによるリターン電流経路の確保が行われているが、コンデンサの自己インダクタンスや実装部（パッド、ビア）によりコンデンサの自己共振周波数は低周波となり、クロック信号の高調波領域においては放射ノイズ低減効果が著しく制限される恐れがある。
【特許文献１】特許第４８２４４４５号
【特許文献２】特開２００６−２６９５４７号公報
【特許文献３】特開平１１−３０７８９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、プリント基板に配線されるシングルエンドの高速信号配線の信号ビアにより、信号配線のリファレンスプレーンが変わった場合に発生するリターン電流の不連続を改善するものであって、放射ノイズが低減されたプリント基板およびその設計方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のプリント基板は、グラウンド層をリファレンスプレーンとする高速信号配線が信号ビアにより異なるプレーンに移動し、前記異なるプレーンをリファレンスとした信号配線の両脇に、グラウンドガードを０．２ｍｍ以内に設け、かつ、信号ビア近傍にリターン電流対策用のコンデンサを異なるリファレンスプレーンとの間に配置するようになしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によるプリント基板は、高速信号配線のリファレンスプレーンが信号ビアにより異なるプレーンになった場合でも、前記信号配線の両脇にグラウンドガードとグラウンドビアを形成し、かつ信号ビア近傍にコンデンサを前記異なるリファレンスプレーンとの間に配置するだけで、前記異なるリファレンスプレーンからのリターン電流を確保でき、放射ノイズが低減されたものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】プリント基板各層の平面図
【図２】信号配線とグラウンドガードの間隙の違いによる放射ノイズ測定結果
【図３】１２５ＭＨｚクロック信号を入力した場合の放射ノイズ測定結果
【図４】擬似ランダムパターン信号を入力した場合の放射ノイズ測定結果
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、実施例について図１に基づき説明する。
【００１４】
本実施の形態のプリント基板は、多層板に適用される。ここでは４層基板を利用しており、その層構成は、図１に示すようにＬ１（信号層１）、Ｌ２（グラウンド層）、Ｌ３（電源層）、Ｌ４（信号層２）であり、Ｌ１（信号層１）には、Ｌ２（グラウンド層）をリファレンスプレーンとした高速信号配線と中央にプリント基板の表裏面を貫通した信号ビアを有している。
【００１５】
Ｌ４（信号層２）には、Ｌ１より信号ビアを介した高速信号配線がＬ３（電源層）をリファレンスプレーンとし、その信号配線近傍には、グラウンドガードが０．２ｍｍ以内に配置されている。また、中央信号ビア近傍にＬ２（グラウンド層）とＬ３（電源層）間を接続するコンデンサが電源ビアとグラウンドビアにより配置されている。
【００１６】
グラウンドガードは、高速信号配線のリファレンスプレーンが信号ビアにより、グラウンド層から電源層に変更した際のリターン電流の不連続を改善するために、信号配線に結合を強く持たせるように配置する。グラウンドガードにはグラウンドビアを含み、信号配線より０．２ｍｍ以内に配置することにより、後述するように放射ノイズが低減できる。
【００１７】
コンデンサは、信号ビアによるリターン電流の不連続を改善するために、配置し、その容量は０．１μＦ、もしくは、伝送される信号の周波数に適したものとする。
【００１８】
図２に、グラウンドガードの結合の有無による放射ノイズへの影響を示す。信号配線とグラウンドガードとの間隙が０．６ｍｍではほとんど放射ノイズが低減していないのに対し、０．２ｍｍでは放射ノイズの低減が観測されており、結合をもたせたることにより、電気力線の収束およびリターン電流経路が確保される。
【００１９】
図３に、本発明のプリント基板に１２５ＭＨｚクロック信号を入力した際の放射ノイズ結果を示す。信号ビアに対し、対策なしのプリント基板と比較して、６２５ＭＨｚおよび８７５ＭＨｚのノイズ強度が大きく減少している。
【００２０】
図４は、本発明のプリント基板に疑似ランダムパターン信号を入力した際の放射ノイズ結果である。信号ビアに対し、対策なしのプリント基板と比較して、７２０ＭＨｚのノイズ強度が大きく減少している。
【００２１】
本発明のプリント基板およびプリント基板設計方法によれば、高速信号配線（クロック、データ）の信号ビアによる放射ノイズの増加を抑制することができる。
【符号の説明】
【００２２】
１．プリント基板、２．信号配線、３．信号ビア、４．電源ビア、５．グランウドビア、６．グラウンド層、７．電源層、８．コンデンサ、９．グラウンドガード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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