(57)【要約】【課題】コネクタとプリント基板を接続する接続ピンが空気中に露出部は、インピーダンスが高くなり、インピーダンス不整合を生じ、伝送損失やパルス歪みを生じるので、インピーダンス不整合を生じない構造を提供する。【解決手段】コネクタとプリント基板を接続する接続ピンが空気中に露出する部分に近接して、プリント基板のグランド線に接続されたインピーダンス整合部材を設ける。プリント基板のグランド線に接続したインピーダンス整合部材を接続ピンに近接して配置することにより、コネクタの信号線からの電気力線を終端し、インピーダンスを下げる。【選択図】図１
2006092803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コネクタとプリント基板上の信号配線を接続する複数の接続ピンの最外側接続ピンをシールドするように、前記プリント基板のグランド線に接続されたインピーダンス整合部材を設けたことを特徴とするインピーダンス整合装置。
【請求項２】
前記インピーダンス整合部材は、導電性のある板、棒、あるいは網状であることを特徴とする請求項１記載のインピーダンス整合装置。
【請求項３】
前記プリント基板上の信号配線がマイクロストリップライン、ストリップライン、またはコプレナーラインであることを特徴とする請求項１または２に記載のインピーダンス整合装置。
【請求項４】
前記最外側接続ピンと、前記インピーダンス整合部材の距離ｓは、次の数式１に基づいて決定されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のインピーダンス整合装置。
【数１】
2006092803.tif 000006
ここで、Ｚ0は、インピーダンス整合部材を用いた時の最外側接続ピンのインピーダンス
ｔは、インピーダンス整合部材に対して平行方向に伸びている最外側接続ピンの垂直方向の大きさ
ｗは、インピーダンス整合部材に対して平行方向に伸びている最外側接続ピンの水平方向大きさ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、プリント基板とコネクタとの間にインピーダンス整合部材を設けたインピーダンス整合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子回路の動作周波数が高くなるに伴い、高周波信号や高速信号でも良好な伝送特性を保つためには、回路間及び接続点間の特性インピーダンスのマッチングが重要である。回路間、機器間または機器内部間の接続は、コネクタとケーブルを用いて接続されるが、コネクタとプリント基板上の信号線の間でもインピーダンスマッチングを考慮した設計が必要である。プリント基板上のマイクロストリップライン、ストリップライン、コプレナーラインのような信号線は、信号線の形状とグランド線との位置関係によりインピーダンス整合するよう設計されているのに対して、コネクタとプリント基板上の信号線の間では、対応するグランド線がないまま接続ピンが空気中に露出したものも存在し、十分にインピーダンスマッチングが考慮されていない。
例えばプリント基板上に接続ピンが横方向になるように取り付けた横型コネクタは、コネクタから延長された接続ピンが、プリント基板と接続するためにほぼ直角に折り曲げられ空気中に露出している。このようにコネクタの接続ピンが空気中に露出している部分では、インピーダンスが高くなり、プリント基板上の信号線との間でインピーダンス不整合が生じる。そのため、高周波信号や高速信号に対してインピーダンス不整合による損失やパルス歪など、伝送特性が著しく劣化してしまうという問題がある。
またコネクタの接続ピンをほぼ直角に折り曲げられている部分では、折り曲げの内側と外側でインピーダンスに相違が生じる。
【０００３】
図１２はプリント基板１１上にコネクタ１４を横方向に取り付けた断面図を示している。図１３は、同様の箇所をコネクタの背面方向から見た図である。プリント基板１１は、一方の面にグランド線１２が設けられ、他方の面にマイクロストリップライン、ストリップラインやコプレナーラインのような信号線１３が配線されている。コネクタ１４はケーブルとの接続付近においてシールドケース１６が取り付けられ、シールドケース１６がプリント基板１１に固定される。コネクタ１４はケーブルとの接続部分と、この接続部分に連続的に形成された複数の接続ピン１５a、１５b、・・・を有し、接続ピン１５a、１５b、・・・はプリント基板１１の信号線１３に半田付けされる。
このようにコネクタ１４の接続ピン１５a、１５b、・・・をプリント基板１１に接続する場合、接続ピン１５ａ、１５ｂ、・・・がシールドケース１６に覆われている部分以外は、空気中に露出している部分が存在する。このような露出部ではインピーダンスが変動してしまう。中でも露出部の最も多い一番外側のピンにおいては大きくインピーダンスが変動する。特にコモンモードインピーダンス(グランド線に対するインピーダンス)の変動が大きく、コモンモードでの反射が発生する。
このような問題に対して特許文献１は、コネクタ１４の接続ピン１５a、１５b、・・・の露出部近くにシールド部を設けたコネクタ１４を用いてインピーダンスの不整合を防いでいる。
【特許文献１】特開２００２-２７０３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１はコネクタ内部にシールド部材を取り付ける構造であり、シールド部材の取り付け箇所が制限されるとともに、コネクタ内部の形状に合わせてシールド部材の形状を複雑に成形する必要があり、シールド部材の加工に部材の無駄を生じたり、取り付けの時間が大きくなったりコスト高になる。
本発明は上記のような問題に対して、インピーダンス整合のためのシールド等を特別に設けていない一般のコネクタ１４を用いた場合においても、コネクタ１４のインピーダンス不整合を抑えることができる安価なインピーダンス整合装置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】
【０００５】
本発明のインピーダンス整合装置は、コネクタとプリント基板上の信号配線を接続する複数の接続ピンの最外側接続ピンをシールドするように、前記プリント基板のグランド線に接続されたインピーダンス整合部材を設け、前記課題を解決する。
また本発明のインピーダンス整合装置は、前記インピーダンス整合部材が、導電性のある板、棒、あるいは網状のものであることが好ましい。
また本発明のインピーダンス整合装置は、前記プリント基板上の信号配線がマイクロストリップライン、ストリップライン、またはコプレナーラインであるとよい。
また本発明のインピーダンス整合装置は、前記最外側接続ピンと、前記インピーダンス整合部材の距離ｓが、次の数式１に基づいて決定される。
【数１】
2006092803.tif 000003
ここで、Ｚ0は、インピーダンス整合部材を用いた時の最外側接続ピンのインピーダンス
ｔは、インピーダンス整合部材に対して平行方向に伸びている最外側接続ピンの垂直方向の大きさ
ｗは、インピーダンス整合部材に対して平行方向に伸びている最外側接続ピンの水平方向大きさ
【発明の効果】
【０００６】
本発明は、コネクタとプリント基板上の信号配線を接続する複数の接続ピンの最外側接続ピンをシールドするように、前記プリント基板のグランド線に接続されたインピーダンス整合部材を設けたので、接続ピンのインピーダンス不整合をなくすことができ、インピーダンス不整合による信号損失や伝送特性の劣化をなくすことができる。特に最外側の接続ピンのインピーダンス不整合をなくし、外側と内側のインピーダンスの相違を小さくすることができる。
本発明のインピーダンス整合装置は、上記インピーダンス整合部材が、導電性のある板や棒、あるいは網状のものであるので、インピーダンス整合部材の形状が簡単であり、またその取り付けも簡単であるので、低コストに抑えることが出来、消費者へ安価で品質の良い商品を提供することが出来る。また必要な接続ピンに対してのみインピーダンス整合部材を設けることができる。
また本発明のインピーダンス整合装置は、前記プリント基板上の信号配線がマイクロストリップライン、ストリップライン、またはコプレナーラインであるので、超高周波信号のコネクタとして使用することができる。
更に本発明は数式１により、接続ピンとインピーダンス整合部材の距離ｓを設計することができるので、設計が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
【実施例１】
【０００８】
図１は、実施例１のインピーダンス整合装置の断面図を示す。図２は、同様の箇所をコネクタ４の背面方向から見た図を示している。
プリント基板１上に、ケーブル線との接続方向がプリント基板面と平行になるようコネクタ４を横方向に設置する。コネクタ４の側面に出張部分があって、出張部分に設けたネジ穴とプリント基板のネジ穴にネジを通すことにより、プリント基板１に取り付ける。またはコネクタ４をプリント基板１に直接半田付けにより取り付ける。あるいはコネクタ４の側面の出張部分を半田付けして取り付ける。図１は機器内部間を接続するように、プリント基板１にコネクタ４を取り付けた構造を示しているが、コネクタ４をプリント基板１に取り付ける構造は本発明の必須ではない。
機器内部のフレームにコネクタを取り付け、このコネクタとプリント基板の間の接続ピンが空気中に露出するような場合も本発明を適用できる。また機器間を接続するため、機器のケースやキャビネット（図示しない）にコネクタを取り付け、このコネクタとプリント基板の間の接続ピンが空気中に露出するようなの場合も本発明を適用できる。これらの場合は、接続ピンが折り曲げられていることも必須でない。
【０００９】
プリント基板１は、コネクタ４の設置側にグランド線２が設けられ、反対側の面にマイクロストリップライン、ストリップラインやコプレナーラインのような信号線３が配線される。グランド線２と信号線３はインピーダンス整合するように設計されている。コネクタ４のケーブル線との接続部分から複数の接続ピン５ａ、５ｂ、・・・が延長され、ほぼ直角に折り曲げられて信号線３と半田付けにより接続される。この接続ピン５ａ、５ｂ、・・・の延長部分が空気中に露出している。ケーブル線との接続部分にはシールドケース６があり、シールドケース６はグランド線２に接触している。
本発明の特徴であるインピーダンス整合部材７は、コネクタ４とプリント基板１の間に設置され、複数の接続ピン５ａ、５ｂ、・・・が空気中に露出する部分に沿って、最も外側の接続ピンに平行に配置されシールドする。インピーダンス整合部材７は、長方形の板状体を図１に示すように折り曲げの外側の接続ピン５ａに沿って折り曲げるのがよい。インピーダンス整合部材７は、銅、アルミ、リン青銅などの導電性あるもので出来ており、プリント基板１上のグランド線２に半田付け等により接続され、且つ固定される。図１、図２のインピーダンス整合部材７は、接続ピン５ａ〜５をカバーし、接続ピン５ｈ、５ｉ、５ｊをカバーしていないが、全ての接続ピン５ａ、５ｂ、・・・をカバーするのが望ましい。インピーダンス整合部材７に絶縁層等を形成する必要はなく、インピーダンス整合部材７と接続ピン５ａ、５ｂ、・・・の間に空間を形成することにより空気層により絶縁する。勿論必要であれば、絶縁層を形成してもよい。
【００１０】
このように、インピーダンス整合部材７によってグランド線を実質的に空中に伸ばすことで、コネクタ４の接続ピン５ａ、５ｂ、・・・からの電気力線を終端し、インピーダンスを下げることが出来る。折り曲げの外側にある接続ピン５ａが最もインピーダンスが高くなるが、本発明のインピーダンス整合部材７は外側の接続ピン５ａに最も接近するように配置しているので、接続ピン５ａのインピーダンスを下げる効果が高い。接続ピン５ａ、５ｂ、・・・のインピーダンスは、接続ピン５ａ、５ｂ、・・・とインピーダンス整合部材７の距離によって決まる。
マイクロストリップラインのインピーダンスＺ0は、下記数式２により概略的に求めることができる。
【００１１】
【数２】
2006092803.tif 000004
ここで、εはプリント基板の誘電率であり、１とした。ｈは信号線とグランド層との距離、ｗとｔはコネクタ４の接続ピン５ａ、５ｂ、・・・の断面の大きさであり、図３に示すようにｔは、インピーダンス整合部材に対して平行方向に伸びている最外側接続ピンの垂直方向の大きさ、ｗは、インピーダンス整合部材に対して平行方向に伸びている最外側接続ピンの水平方向大きさである。
【００１２】
インピーダンス整合部材７が板状であり、接続ピン５ａ、５ｂ、・・・に対し、インピーダンス整合部材７が十分大きい場合において、インピーダンス整合部材７と接続ピン５ａ、５ｂ、・・・の距離ｓは、上記数式２から、信号線とグランド線の距離ｈを、接続ピン５ａ、５ｂ、・・・とインピーダンス整合部材７との距離ｓに変形することにより、近似的に、下記数式１により求めることができる。
【００１３】
【数３】
2006092803.tif 000005
【００１４】
インピーダンス整合部材７として板を設置した場合のコモンモードインピーダンスのＴＤＲ測定結果を図４に示す。インピーダンス整合部材７がない場合は、図４（ａ）に示すように、コネクタの部分が２００Ω程度に高くなるのに対して、インピーダンス整合部材７がある場合は、図４（ｂ）に示すように、コネクタ部分のインピーダンスは１３５Ω程度に低下する。これによりインピーダンス整合部材７の有無でコモンモードインピーダンスの不整合が小さくなり、リンギングが小さくなる。したがって例えばプリント基板の配線において対となる差動信号の配線長が異なるように設計せざるを得ない場合、対となる信号線の長さの差が大きいほど本発明の効果は大きくなる。
本発明の構成は、接続ピン５ａ、５ｂ、・・・の外側に、グランド線２に半田付け等の手法を用いて固定した長方形のような単純形状のインピーダンス整合部材７を配置すれば良いため、特許文献１のようにコネクタ４内に納める構造に比べ、インピーダンス整合部材７の形状、及び取り付けを簡単にすることができ、安価に製造できる。さらにインピーダンス整合部材７の配置についての費用がほとんどかからないため、最終消費者に対し、安価で高品質の製品を提供出来る効果がある。
【実施例２】
【００１５】
インピーダンス整合部材７は実施例１に示した板状のものに代え、状況に応じて図５に示すような棒状７ａや、図６に示すような網状７ｂのものなどの形状でも良い。このように異なった形状のインピーダンス整合部材７を設ける場合、なるべくコネクタピンから生じる電気力線が終端されるように配置を考慮する必要がある。例えば、棒状７ａを使用する場合は本数が多い方が望ましく、網状である場合は、網目が細かい方がインピーダンス整合の効果が高い。
また、インピーダンス整合部材７は、図７のようにコネクタの信号線に沿って折り曲げず板状７ｃを立てるだけでも良い。図７の場合、上記数式１により距離ｓを設計することができる。
以上のようなインピーダンス整合装置は、図１、図２で示したインピーダンス整合装置に比べ、インピーダンス不整合を抑える効果は若干低くなるが、要求される伝送線路の精度やコスト、プリント基板上のスペースを考慮し適切な形状のインピーダンス整合部材７を設けることが可能である。
このようにインピーダンス整合部材の形状、材質およびその取付位置は、プリント基板とコネクタの取り付け構造、内部形状、機器内部の空間形状に合わせて設計することができる。また接続ピンの電気力線、コネクタやプリント基板、その他周辺機器からの信号強度に合わせて設計することができる。
【実施例３】
【００１６】
実施例３は、インピーダンス整合部材７ｄを図８示すように、安定した伝送特性が必要な接続ピン５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅに対してのみカバーするような形状とするものである。距離ｓは上記数式１により設計することができる。接続ピン５f、５g、５ｈ、５ｉ、５ｊはインピーダンス整合部材７ｄのカバーがなく、これら接続ピンの伝送特性が悪くなるが、インピーダンス整合部材７ｄの形状を小さく抑える事が出来て、コストやスペースにおいて利点がある。このように状況に応じてインピーダンス整合部材の形状や大きさを変化させて使用しても良い。図８では図１、図２の実施例１と比較し、例えば、コネクタの接続ピンにおいて、信号が流れない接続ピンがある時や、接続ピン５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅに比べあまり精度の高い伝送を必要としない接続ピン５f、５g、５ｈ、５ｉ、５ｊがあるとき、インピーダンス整合部材７ｄをコネクタでの伝送に応じたものに変更することで、コストやスペースを抑え、精度が要求される信号線についてのみインピーダンス整合部材を適用することが可能である。
【実施例４】
【００１７】
インピーダンス整合部材７をコネクタの接続ピンに更に近づけたいとき、図９のようにインピーダンス整合部材７を途中で折り曲げる事により、コネクタの接続ピン５ａ、５ｂ、・・・に近づけて使用することにより、さらにインピーダンスを下げることが可能である。距離ｓは上記数式１により設計することができる。
【実施例５】
【００１８】
また、図１０のようにインピーダンス整合部材７ｅのプリント基板側から遠くなる方をコネクタ４のシールドケース６に半田付けして接続することで、インピーダンス整合部材７におけるグランド線としての特性をより安定したものとすることが出来、より効果的にインピーダンスの不整合を抑えることが出来る。距離ｓは上記数式１により設計することができる。
【実施例６】
【００１９】
また、コネクタ４が設置されている側のプリント基板１上に信号線３があり、その信号線３上にインピーダンス整合部材７ｇを設置する必要があるとき、インピーダンス整合部材７ｇは図１１で示すように、信号線３の周りを除き、またぐような形状のインピーダンス整合部材７ｇを設ける。このようにすることにより、プリント基板上の信号の伝送特性に影響を与えず、インピーダンス整合部材７ｇの設置が可能である。
【００２０】
以上のように、プリント基板上にインピーダンス整合部材を設置することで、インピーダンスの不整合を軽減することが出来る。また、要求される伝送線路の精度や状況に応じて用いるインピーダンス整合部材を変更し、幅広い用途に応じた適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施例1のインピーダンス整合装置の断面図である。
【図２】図１をコネクタの背面方向から見た図である。
【図３】インピーダンス整合部材と接続ピンの位置関係を説明する図である。
【図４】（ａ）インピーダンス整合装置がない場合のインピーダンス特性図である。  （ｂ）インピーダンス整合装置がある場合のインピーダンス特性図である。
【図５】実施例２のインピーダンス整合装置を示す図である。
【図６】実施例２の他の形状のインピーダンス整合装置を示す図である。
【図７】実施例２の更に他の形状のインピーダンス整合装置を示す図である。
【図８】実施例３のインピーダンス整合装置を示す図である。
【図９】実施例４のインピーダンス整合装置を示す図である。
【図１０】実施例５のインピーダンス整合装置を示す図である。
【図１１】実施例６のインピーダンス整合装置を示す図である。
【図１２】プリント基板とコネクタの接続を説明する図である。
【図１３】図１２をコネクタの背面方向から見た図である。
【符号の説明】
【００２２】
１    プリント基板
２    グランド線
３    信号線
４    コネクタ
ピン５ａ、５ｂ、・・・    接続ピン
６    シールドケース
７    インピーダンス整合部材
【図１】
2006092803.tif 000007
【図２】
2006092803.tif 000008
【図３】
2006092803.tif 000009
【図４】
2006092803.tif 000010
【図５】
2006092803.tif 000011
【図６】
2006092803.tif 000012
【図７】
2006092803.tif 000013
【図８】
2006092803.tif 000014
【図９】
2006092803.tif 000015
【図１０】
2006092803.tif 000016
【図１１】
2006092803.tif 000017
【図１２】
2006092803.tif 000018
【図１３】
2006092803.tif 000019