(57)【要約】【課題】  高周波における放射ＥＭＩを大幅に低減でき、かつ低製造コストのプリント配線板を用いる電子機器を得る。【解決手段】  電源端子、グランド端子、および信号端子を有した電子部品を実装するプリント配線板を含む電子機器において、プリント配線板が電子部品の電源プレーン、グランドプレーンを備え、電子部品の電源端子と電源プレーンとを介する電源配線に、電源プレーンとグランドプレーン間で発生する平行平板共振周波数の１／４波長の電気長となるオープンスタブ配線を接続して構成される。【選択図】          図１
2011035222.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源端子、グランド端子、および信号端子を有した電子部品を実装するプリント配線板を備えた電子機器において、前記プリント配線板は、
前記グランド端子と電気的に接続されたグランドプレーン、
このグランドプレーンと略平行に対向して設けられ、前記電源端子と電源配線を介して電気的に接続された電源プレーン、
前記電源配線に接続され、前記グランドプレーンを参照面とするオープンスタブ配線を備え、
このオープンスタブ配線が、前記電源プレーンと前記グランドプレーン間で発生する平行平板共振周波数の１／４波長の電気長であることを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記オープンスタブ配線を、前記電源プレーンとグランドプレーン間で発生する平行平板共振周波数のうち、最も低い共振周波数の１／４波長の電気長とすることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記電源プレーンが方形形状であり、
前記オープンスタブ配線を、前記電源プレーンの長辺の電気長の略１／２の電気長とすることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項４】
前記電源プレーンが円形形状であり、
前記オープンスタブ配線を、前記電源プレーンの直径の電気長の略０．４３倍の電気長とすることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項５】
前記オープンスタブ配線は、前記電源プレーンとグランドプレーン間で発生する平行平板共振周波数のうち、低い方から順に複数の共振周波数それぞれの１／４波長の電気長となる複数のオープンスタブ配線からなることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項６】
前記オープンスタブ配線の配線幅が、前記電源配線の配線幅より大きいことを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項７】
前記プリント配線板は、さらに基幹電源プレーン、低域通過フィルタを備え、
前記電源プレーンが前記低域通過フィルタを介して前記基幹電源プレーンに接続されることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項８】
電源端子、グランド端子、および信号端子を有した電子部品を実装する実装面を含むプリント配線板において、
前記グランド端子と電気的に接続されたグランドプレーン、
このグランドプレーンと略平行に対向して設けられ、前記電源端子と電源配線を介して電気的に接続された電源プレーン、
前記電源配線に接続され、前記グランドプレーンを参照面とするオープンスタブ配線を備え、
このオープンスタブ配線が、前記電源プレーンと前記グランドプレーン間で発生する平行平板共振周波数の１／４波長の電気長であることを特徴とするプリント配線板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば不要電磁波ノイズ規制の規格に対応するようなノイズ対策を考慮した情報処理装置、通信装置などの電子機器、及びこれに用いられるプリント配線板に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電子機器の内部で発生する不要電磁波ノイズや、外部から伝搬して電子機器の内部に侵入する外来ノイズが、電子機器の内外に与える影響の面で大きな問題となっている。そのため、電子機器の内部で発生する不要電磁波ノイズの発生を防止したり、外来ノイズ耐力を確保したりするＥＭＣ（Electromagnetic Compatibility；電磁波両立性）設計が重要である。
【０００３】
特に近年、不要電磁波ノイズの発生源として問題となっているのは、プリント配線板に実装された電子部品がスイッチングする際に、電子部品の電源からプリント配線板の内部に設けられた電源プレーンに流れ込む高周波ノイズである。通常、プリント配線板は内部に電源プレーンとグランドプレーンが対向した構造をもち、この電源プレーンとグランドプレーン間の前記高周波ノイズを励振源とした平行平板共振の発生により、非常に大きな不要電磁波ノイズを周囲に放射することがある。
【０００４】
不要電磁波ノイズの対策としては、デカップリングキャパシタと呼ばれる電子部品を電源端子とプリント配線板の電源プレーン間に配置する従来技術がある。しかし、この技術は電子部品内の電源に発生する１ＧＨｚ程度を境にした低周波側のノイズ低減には有効であるが、高周波側のノイズ放射については、低減することができないばかりか、場合によってはノイズが大きくなるという問題があることが明らかとなっている。
【０００５】
前記不要電磁波ノイズは、ＥＭＩ（Electromagnetic Interference；電磁波妨害）と称され、他の電子装置に影響を及ぼさないように、日本ではＶＣＣＩ（Voluntary Control Council for Interference by Data Processing Equipment Office Machines：情報処理装置等電波障害自主規制協議会）、米国ではＦＣＣ、欧州ではＥＮが定めた各種規格により規制されている。２００９年３月現在、前記ＶＣＣＩにおいて家庭環境で使用される製品はＣｌａｓｓ  Ｂ情報技術装置と定義され、放射ＥＭＩの電界強度が３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚの周波数帯域で規制されているが、この規制は２０１０年１０月に１ＧＨｚ〜６ＧＨｚへさらに拡張される予定であり、電子機器を設計する上でこの拡張周波数帯域における不要電磁波ノイズの対策が急務となっている。
【０００６】
このような放射ＥＭＩの問題において、その低減対策としては、基幹電源から電子部品へ電源を供給する電源経路の電源配線の電気長（実際の配線長に基板素材の波長短縮率を掛けた値）を、放射ＥＭＩの上限周波数の１／４波長とし、その電源経路の両端にキャパシタを各１個接続したプリント配線板の技術が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。また、実装基板中の電気長が、電子部品の動作周波数の整数倍の１／４波長となるように形成されたスタブ配線を配置することにより、給電系に逆位相の電流を励起し、ノイズ電流を低減するプリント配線板の技術が開示されている（たとえば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−１１９１１０号公報
【特許文献２】特開２００４−１４０２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来は上記のとおりであり、特許文献１では、１／４波長の長さの電源配線の両端にデカップリングキャパシタを接続する必要があるが、特に基幹電源の近くに他の電子部品が実装される場合には、デカップリングキャパシタを前記部分に配置するのは困難であり、たとえ配置できた場合であっても１ＧＨｚ以上の周波数では、プリント配線板の電源プレーンのインピーダンスと比較してデカップリングキャパシタのインピーダンスが同程度か高くなり、所望の効果を得られないという問題点が予想される。
【０００９】
例えば、１６０８サイズのキャパシタはキャパシタンス成分以外に抵抗成分と０．５ｎＨ程度のインダクタンス成分を直列に持ち、ビアのグランドプレーンまでのインダクタンスを０．５ｎＨとすると、キャパシタとビアを合わせたインピーダンスは１ＧＨｚで６Ω程度となり、電源プレーンのインピーダンスに比べ無視できなくなる。また、具体的な電源配線の長さについては、放射ＥＭＩの起こる上限の周波数による対策が検討されているが、電子機器を設計する際に、規制値を超えてしまう放射ＥＭＩの周波数上限そのものが推定困難であることも問題点である。
【００１０】
特許文献２の従来技術では、オープンスタブ配線を使用することで、プリント配線板に実装した電子部品動作周波数の奇数倍のノイズを減衰させることはできるが、プリント配線板の電源プレーンとグランドプレーン間の共振周波数については特に対応ができず、この共振周波数における放射ＥＭＩを十分に抑制ができない可能性があるという問題点がある。また、電子部品の電源に接続されて半導体デバイスがＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）の場合、単一のクロック周波数を元にした逓倍または分周した周波数で動作するとは限らず、そのような周波数については対応できないという問題点がある。
【００１１】
さらに、電子機器における信号伝送では、全てが特性インピーダンスのマッチングが取れた回路とはなっていないことに起因する反射により、様々な周波数帯の高周波ノイズが発生する。実際に電子機器を動作させた状態で電子部品の電源端子を流れる電流の高周波スペクトルには、必ずしも電子部品の動作周波数の高調波成分のみではなく、それ以外のスペクトルも観測される。対して、プリント配線板の放射ＥＭＩ特性において、電源プレーンとグランドプレーン間の共振周波数における放射電解強度は、共振していない周波数帯と比べ４０ｄＢμＶ／ｍ以上（すなわち、０ｄＢμＶ／ｍを基準として１００倍以上）大きくなる場合もある。したがって、電源プレーンに起因する放射ＥＭＩを抑制するには、電子部品が動作することにより発生する高周波ノイズを、電源プレーンとグランドプレーン間の共振周波数において、電源プレーンとグランドプレーン間に与えないようにすることが重要である。
【００１２】
この放射ＥＭＩが大となる共振周波数は、電子部品の電源端子とグランド端子からプリント配線板をみたインプットインピーダンスの部分的なピークが発生する周波数とほぼ一致するため、近年多くのプリント配線板の電源端子用ランド−グランド端子用ランド間のインプットインピーダンスや、Ｓ−ｐａｒａｍｅｔｅｒを解析するシミュレータが市販されている。比較的低い周波数帯では、前記シミュレータによるシミュレーションを実施して、デカップリングキャパシタの追加や位置の変更によりインプットインピーダンスを改善したり、フェライトビーズや３端子キャパシタ等の使用により電子部品からの高周波ノイズを減衰させる放射ＥＭＩ対策が行われている。しかし、キャパシタによる対策では前述のとおり１ＧＨｚ以上ではインピーダンスが高くなり効果が低くなる問題や、フェライトビーズや３端子キャパシタを電源端子毎に使用する場合には、大幅に製造コストが増える問題がある。
【００１３】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、高周波における放射ＥＭＩを大幅に低減でき、かつ低製造コストのプリント配線板を用いる電子機器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明の電子機器は、電源端子、グランド端子、および信号端子を有した電子部品を実装するプリント配線板を備えた電子機器であって、前記プリント配線板が、前記グランド端子と電気的に接続されたグランドプレーンと、このグランドプレーンと略平行に対向して設けられ、前記電源端子と電源配線を介して電気的に接続された電源プレーンと、前記電源配線に接続され、前記グランドプレーンを参照面とするオープンスタブ配線を備え、このオープンスタブ配線が、前記電源プレーンと前記グランドプレーン間で発生する平行平板共振周波数の１／４波長の電気長であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、電子機器に備えるプリント配線板において、電子部品の電源端子と電源プレーンを介する電源配線に、電源プレーンとグランドプレーン間で発生する平行平板共振周波数の１／４波長の電気長であるオープンスタブ配線を接続するように構成したので、高周波における共振周波数の高周波ノイズを有効に減衰させることができ、電子機器からの放射ＥＭＩを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】この発明の実施の形態１に係るプリント配線板の概略上面図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るプリント配線板の電子部品およびキャパシタを実装した概略上面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るプリント配線板の概略断面図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る電子機器のフィルタ特性を示すグラフである。
【図５】この発明の実施の形態１に係るプリント配線板の概略上面図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係るプリント配線板の概略上面図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係るプリント配線板の概略上面図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る電子機器のフィルタ特性を示すグラフである。
【図９】この発明の実施の形態３に係るプリント配線板の概略上面図である。
【図１０】この発明の実施の形態４に係るプリント配線板の概略断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態４に係るプリント配線板の概略断面図である。
【図１２】この発明の実施例１に係る電源プレーンの辺の長さと共振周波数との関係を示すグラフである。
【図１３】この発明の実施例２に係る電源プレーンの直径と共振周波数との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の各実施の形態に係る電子機器の備えるプリント配線板について、図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、この実施の形態１に係るプリント配線板１の概略上面図を示し、図２は、前記プリント配線板１に電子部品２およびキャパシタ３を実装した概略上面図、図３は、図２の線Ｉ−Ｉにおける概略断面図を示している。このプリント配線板１を供える電子機器については、図示を省略する。
【００１８】
図１乃至図３において、プリント配線板１の実装面には、電源端子、グランド端子、信号端子を有する電子部品２およびチップキャパシタ３を実装するための電子部品信号端子用ランド８ａ、電子部品電源端子用ランド８ｂ、電子部品グランド端子用ランド８ｃ、およびキャパシタ用ランド９が設けられている。前記電子部品電源端子用ランド８ｂは、電源スルーホール１０ａと電源配線５で接続され、この電源配線５には、さらに他端が開放されたオープンスタブ配線７が接続される。電源スルーホール１０ａはプリント配線板の内層に配置された電源プレーン４と電気的に接続された導体であり、グランドスルーホール１０ｂはプリント配線板の内層に配置されたグランドプレーン６に電気的に接続された導体である。すなわち、前記電子部品電源端子用ランド８ｂは、電源配線５と電源スルーホール１０ａを介して電源プレーン４に接続され、前記電子部品グランド端子用ランド８ｃは、グランドスルーホール１０ｂを介してグランドプレーン６に接続される。プリント配線板１は、信号層、電源層、およびグランド層からなる多層プリント配線板であり、図３では、構成の理解を容易にするため、プリント配線板１の表面である信号層、グランドプレーン６を含むグランド層、電源プレーン４を含む電源層、プリント配線板１の裏面である信号層の４層構成としている。
【００１９】
図２に示すとおり、電源プレーン４が、長辺の長さがａ、短辺の長さがｂの方形形状である場合、後述の実施例１の記載のとおり、電源プレーン４とグランドプレーン６間で発生する平行平板共振の最も低い共振周波数は、長辺ａの２倍の電気長が１波長となる周波数となる。そこで、電子部品が実装されたプリント配線板１において、電源プレーン４−電源プレーン６間の最も低い共振周波数の高周波ノイズを減らし、電子機器からの放射ＥＭＩを抑制するために、電子部品電源端子用ランド８ｂと方形電源プレーン４との間に設けられる電源配線５に、電源プレーン２の長辺ａの１／２の長さの電気長としたオープンスタブ配線７を設ける。
【００２０】
図４は、電源プレーン４の長辺の１／２の長さの電気長とした前記オープンスタブ配線７を電源配線５に設けることにより得られるフィルタ特性を示す。図４において、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、それぞれオープンスタブ配線７の配線幅を異ならせた場合の特性を示し、配線幅は、１１ａ＜１１ｂ＜１１ｃ＜１１ｄの関係にある。図４に示すように、オープンスタブ配線７の配線幅が電源配線５に比べ大きい方がより良い減衰特性を与え、逆にオープンスタブ配線７が電源配線５よりも幅が細いとノイズの減衰効果が薄れる。図５は、この特性を考慮して、オープンスタブ配線７の配線幅Ｗ２を電源配線５の配線幅Ｗ１より大きくした構成を示す。
【００２１】
ここで、オープンスタブ配線７による作用を説明する。電子機器において、電子部品の電源端子から漏れ出た高周波ノイズは、電源配線５を通り電源プレーン４に向かって進行する。このとき、電源配線５に接続されるオープンスタブ配線７に高周波ノイズが進行すると、オープンスタブ配線７が開放端であるためにその先端で全反射して、電源配線５の分岐部分へ戻る。オープンスタブ配線７の先端で全反射する高周波ノイズは、オープンスタブ配線７の往復が１／２波長となり、１８０度位相がシフトして戻るため、電源配線５の分岐部分から電源プレーン４方向に進行する電圧がキャンセルされる。したがって、電源プレーン４へ伝達する高周波ノイズが抑制でき、電源プレーン４とグランドプレーン６間の共振により発生する高周波ノイズを削減できる。
【００２２】
上記のことから、オープンスタブ配線７は電気長、すなわちその電気長となる配線長が重要となるため、形状は直線に限らず曲がっていても良い。但し、オープンスタブ配線の開放端では、わずかに容量成分が存在することから、１／２波長よりもわずかに短い電気長とするほうが良い。このオープンスタブ配線７により、１／２波長がその電気長と等しい周波数だけでなく、より高周波である２ｎ＋１倍（ｎは整数）の周波数の放射ＥＭＩについても、抑制が可能である。
【００２３】
一方、上記構成によれば、電源配線５とオープンスタブ配線７の分岐部分で電圧極小、電流最大となるため、前記分岐部分が電源プレーン４に物理的に近い場合には、その漏れ電流が電源プレーン４とグランドプレーン６間に高周波ノイズを与え、オープンスタブ配線７による放射ＥＭＩ抑制の効果が薄れてしまう可能性がある。これを避けるためには、電源配線２の分岐部分から、電源プレーン４までの距離を離す方法が有効である。また、オープンスタブ配線７が電源プレーン４を参照面とすることも、直接電源プレーン４に高周波ノイズを与えることになるため、放射ＥＭＩ抑制の効果が見込めなくなる。したがって、オープンスタブ配線７は、電源プレーン４ではなくグランドプレーン６を参照面とする必要がある。
【００２４】
また、層数の多いプリント配線板の場合には、グランドプレーン６とグランドプレーン６の間にオープンスタブ配線７を配置すると、表層に配置するオープンスタブ配線７とグランドプレーン６の構成によるよりも放射ＥＭＩが減少する。その際には、グランドプレーン同士の共振を避けるため、グランドプレーン同士を接続するグランドスルーホールを、その周波数におけるプリント配線板１内の波長よりも十分に小さい間隔で設ける必要がある。したがって、高周波ノイズを引き起こす電子部品については、オープンスタブ配線７を効果的な位置に設けるために、プリント配線板表面において、電源プレーン４ではなくグランドプレーン６に近い側に実装するのが好ましい。
【００２５】
以上のように、電子部品が実装されたプリント配線板１において、電子部品電源端子用ランド８ｂと方形電源プレーン４との間に設けられる電源配線５に、電源プレーン４の長辺の１／２の長さの電気長としたオープンスタブ配線７を設けることによって、電源プレーン４へ伝達する高周波ノイズを抑制し、電源プレーン４とグランドプレーン６間の最も低い共振周波数の高周波ノイズを減らして、電子機器の放射ＥＭＩを抑制することができる。
【実施例１】
【００２６】
本発明のプリント配線板における電源プレーンの形状と、電源プレーン−グランドプレーン間で発生する平行平板共振の共振周波数との関係、算出方法、およびその共振周波数のノイズを抑制するオープンスタブ配線長の算出方法の具体例を以下に示す。
【００２７】
電源プレーンを方形形状にした場合、直交座標系の等方向媒質中のＭａｘｗｅｌｌ方程式をその構造に基づく境界条件を適用し解くことにより、高周波における共振周波数ｆｍｎは次式のように求まる。
【００２８】
【数１】
2011035222.tif 000003
但し、ｃは光速、εｒは電源プレーンとグランドプレーン間にあるプリント配線板材料の比誘電率、ｍ＝０、１、２、…、ｎ＝０、１、２、…である。このとき、最も低い共振周波数ｆ１０は、ｍ＝１、ｎ＝０の場合であり次式となる。
【００２９】
【数２】
2011035222.tif 000004
【００３０】
また、数式１に示した共振周波数における高周波ノイズをキャンセルするオープンスタブ配線長Ｌｍｎは、次式にて求められる。
【００３１】
【数３】
2011035222.tif 000005
但し、εｒｅｆｆはオープンスタブ配線や、その周囲の構造や材料定数によって決定される実効比誘電率である。
【００３２】
上記数式２および数３より、最も低い共振周波数ｆ１０における高周波ノイズをキャンセルするオープンスタブ配線長Ｌ１０は、次式にて求められる。
【００３３】
【数４】
2011035222.tif 000006
したがって、電源配線５に電源プレーン２の長辺ａの１／２の長さの電気長としたオープンスタブ配線７を設けることにより、電源プレーン６の最も低い共振周波数の高周波ノイズを減らすことができ、電子機器の放射ＥＭＩを抑制することができる。
【００３４】
次に、共振周波数ｆｍｎの具体例を表１に示す。ここでは簡単のために電源プレーン４をａ＝ｂ＝６０ｍｍの正方形とした場合を記載する。また、比誘電率εｒを４．３とする。
【００３５】
【表１】
2011035222.tif 000007
【００３６】
また、電源プレーン４を正方形ａ＝ｂとした場合、高周波ノイズをキャンセルするオープンスタブ配線Ｌｍｎは、数式３から次式となる。
【００３７】
【数５】
2011035222.tif 000008
したがって、表１の共振周波数に対応したオープンスタブ配線の長さＬｍｎは、表２のとおりとなる。
【００３８】
【表２】
2011035222.tif 000009
【００３９】
上記によれば、想定される電子部品の高周波ノイズが２ＧＨｚ以下であれば、約３０ｍｍと約２１．１ｍｍの電気長のオープンスタブ配線を電源配線に接続することで、これらがｍ＝１、ｎ＝０およびｍ＝１、ｎ＝１の共振周波数におけるフィルタとして働くため、電源プレーンへのノイズを減少させ、電子機器の放射ＥＭＩを抑制することができる。
【００４０】
尚、本発明において、電源プレーンが正方形の場合の電源プレーンとグランドプレーン間の共振周波数に対する検討を図１２に示す。図において、縦軸が共振周波数、横軸が一辺の長さであり、ｆ１０、ｆ１１、ｆ２１、・・・で共振が発生する。ａ＝ｂ＝６０ｍｍとした場合、２ＧＨｚまでｆ１０とｆ１１のラインを跨ぐので、ｆ１０とｆ１１の共振周波数にてフィルタとなるオープンスタブ配線が２本必要であることがこの図からも判断できる。ｆ１０は、電源プレーンの形状が正方形でない場合（ａ≠ｂ）も、その長辺を横軸上にとることで同様に共振周波数が求まる。
【実施例２】
【００４１】
電源プレーンを円形にした場合については、円柱座標系の等方向媒質中のＭａｘｗｅｌｌ方程式を解き、その構造に基づく境界条件を適用し解くことによって、高周波における共振周波数ｆｍｎが次のように求まる。
【００４２】
【数６】
2011035222.tif 000010
但し、ｃは光速、ｒは円形電源プレーンの半径、εｒは電源プレーンとグランドプレーン間にあるプリント配線板材料の比誘電率、χｍｎはｍ次Ｂｅｓｓｅｌ関数（ｍ＝０、１、２、…）のｎ番目の零点（Ｊｍ（ζ）＝０の根ζの小さい方からｎ番目のもの）である。
【００４３】
また、円形電源プレーンの直径をｄとすると、この共振周波数における高周波ノイズをキャンセルするオープンスタブ配線長Ｌｍｎは、次式にて求められる。
【００４４】
【数７】
2011035222.tif 000011
【００４５】
次に、ｍ次Ｂｅｓｓｅｌ関数のｎ番目の零点χｍｎを表３に示す。
【００４６】
【表３】
2011035222.tif 000012
【００４７】
直径をｄ＝２ｒ＝６０ｍｍとした場合の共振周波数ｆｍｎは、比誘電率を４．３とすると、数式６より表４のとおりとなる。
【００４８】
【表４】
2011035222.tif 000013
【００４９】
数式７より、表４の共振周波数に対応したオープンスタブ配線の長さＬｍｎは、表５のとおりとなる。
【００５０】
【表５】
2011035222.tif 000014
【００５１】
表４に示すとおり、電源プレーンが円形の場合、一番低い共振モードはｍ＝０、ｎ＝１ではなくｍ＝１、ｎ＝１である。想定される電子部品の高周波ノイズが２ＧＨｚまでであれば、ｍ＝１、ｎ＝１に対応する約２５．６ｍｍ、すなわち円形電源プレーンの直径６０ｍｍの約０．４３倍の電気長のオープンスタブ配線を電源配線に接続することで、電源プレーンへの電源配線の接続個所に関わらず、共振周波数における電子機器の放射ＥＭＩを抑制することができる。
【００５２】
尚、本発明において、電源プレーンが円形の場合の電源プレーンとグランドプレーン間の共振周波数に対する検討を図１３に示す。図において、縦軸が共振周波数、横軸が直径であり、ｆ１１、ｆ２１、ｆ0１・・・で共振が発生する。ｄ＝２ｒ＝６０ｍｍとした場合、２ＧＨｚまでｆ１１のラインを跨ぐので、ｆ１１の共振周波数にてフィルタとなるオープンスタブ配線が１本必要であることがこの図からも判断できる。
【００５３】
以上の実施例のように、電源プレーンを方形や円形など任意の形状・サイズとすることにより、高周波における共振周波数がプリント配線板の設計段階で予測できる。そして、本発明の実施の形態１のとおり、この共振周波数に対応するオープンスタブ配線を設けることによって放射ＥＭＩを抑制することができる。なお、本発明は信号伝送のフィルタとして、ショートスタブ配線ではなく、その１／２の長さのオープンスタブ配線によって実現したので、電源に関するノイズにも対応が可能である。
【００５４】
尚、上記実施例は、電子機器のプリント配線板に限らず、電子部品内で構成される電源プレーンとグランドプレーンの共振による高周波ノイズの減衰についても適用できる。例えば、２５ｍｍ角の電源プレーンをもつ電子部品については、電子部品の基板に搭載される半導体チップの電源と電源プレーン間に１２．５ｍｍの電気長をもつオープンスタブ配線を設けることにより、例えば比誘電率を４．３とした場合に、最も低い共振周波数となる２．８９３ＧＨｚにおける放射ＥＭＩを抑制できる。
【００５５】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２に係るプリント配線板の概略上面図を図６および図７に示す。図１と同じ符号の付されたものは同じ構成を示す。図６の電源プレーン２４の形状は円形であり、図７の電源プレーン４の形状は、実施の形態１と同様の方形である。このように電源プレーンの形状が決定された場合、実施の形態１の実施例１および実施例２で述べた電源プレーンの形状と共振周波数の関係のとおり、電源プレーンとグランドプレーン間の共振周波数のモードは一意的に決定される。したがって、この共振周波数の低い方から順に、その共振周波数に対応したオープンスタブ配線を２つ以上電源配線に接続させることにより、オープンスタブ配線の電気長に対応した共振周波数における放射ＥＭＩを抑制する効果が得られる。図６、図７では、それぞれ電源配線の両側に、第１のオープンスタブ配線７ａと第２のオープンスタブ配線７ｂを接続している。これにより、共振周波数の低い方から２つの共振周波数における放射ＥＭＩを抑制することができる。
【００５６】
図８は、図６、図７に示すオープンスタブ配線７ａ、７ｂを電源配線５に設けることにより得られるフィルタ特性を示す。図８において、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄは、それぞれオープンスタブ配線７の配線幅を異ならせた場合の特性を示し、配線幅は、１１ａ＜１１ｂ＜１１ｃ＜１１ｄの関係にある。実施の形態１と同様、図８に示すように、オープンスタブ配線７ａおよび７ｂの配線幅が電源配線５に比べ大きい方がより良い減衰特性を与える。
【００５７】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３に係るプリント配線板の概略上面図を図９に示す。このプリント配線板は、実施の形態１の電源プレーン４に加え、この電源プレーン４と当該プリント配線板における同じ層、または他の層に方形形状の基幹電源プレーン１２を備え、電源プレーン４を基幹電源プレーン１２に対し低域通過フィルタ１３を介して接続したことを特徴とする。
【００５８】
ここで、前記低域通過フィルタ１３は、実施例１において説明した図１２に示す共振の発生しない条件を満たすものにする。例えば、３００ＭＨｚ以下の低域通過フィルタであり、基幹電源プレーン１２は長辺が２００ｍｍ以下であれば、電源プレーン４から３００ＭＨｚの高周波ノイズが基幹電源プレーン１２に漏洩した場合でも、基幹電源プレーン１２とグランドプレーン間で共振を起こさないため、放射ＥＭＩが抑制される。基幹電源プレーンを円形にした場合も、接続する低域通過フィルタを、実施例２において説明した図１３に示す共振の発生しない条件を満たすものにすることによって、同様に放射ＥＭＩを抑制できる。但し、１ＧＨｚ以下の周波数においては、電源プレーンとグランドプレーン間の共振を抑えるためのチップキャパシタも有効に働く。
【００５９】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係るプリント配線板の概略断面図を図１０、図１１に示す。図において、図１と同じ符号を付したものは同じ構成を示す。
【００６０】
図１０に示すように、ビルドアップのプリント配線板において、表層から電源のレーザビア１４によって２層目に引き込み、レーザビア１４と電源スルーホール１０ａの間に電源配線５を設け、その部分に実施の形態１で説明した所定長のオープンスタブ配線７を接続することにより、実施の形態１と同様に高周波ノイズの放射ＥＭＩを抑制することができる。ビルドアップのプリント配線板では、一旦内層に配線を引き込むことができるため、ＢＧＡ（Ball Grid Array）などの電子部品に対して有利である。
【００６１】
また、図１１は、プリント配線板同士を貼り合わせて製造されるプリント配線板を示す。ビルドアップ仕様のプリント配線板と同様、表層から電源のブラインドビア１５によってプリント配線板の内層に引き込み、ブラインドビア１５と電源スルーホール１０ａの間に電源配線５を設け、その部分に実施の形態１で説明した所定長のオープンスタブ配線７を接続することにより、同様に高周波ノイズの放射ＥＭＩを抑制することができる。
【符号の説明】
【００６２】
１  プリント配線板
２  電子部品
３  チップキャパシタ
４  電源プレーン（方形）
５  電源配線
６  グランドプレーン
７  オープンスタブ配線
７ａ  第１のオープンスタブ配線
７ｂ  第２のオープンスタブ配線
８ａ  電子部品信号端子用ランド
８ｂ  電子部品電源端子用ランド
８ｃ  電子部品グランド端子用ランド
９    キャパシタ用ランド
１０ａ  電源スルーホール
１０ｂ  グランドスルーホール
１１ａ  オープンスタブ配線幅を電源配線と同じ幅にした場合の挿入損失
１１ｂ  オープンスタブ配線幅を電源配線の２倍の幅にした場合の挿入損失
１１ｃ  オープンスタブ配線幅を電源配線の３倍の幅にした場合の挿入損失
１１ｄ  オープンスタブ配線幅を電源配線の４倍の幅にした場合の挿入損失
１２  基幹電源プレーン
１３  低域通過フィルタ
１４  １−２層間を接続したレーザビア（Laser Via Hole）
１５  ブラインドビア（Blind Via Hole）
２４  電源プレーン（円形）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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