(57)【要約】【課題】  EMIノイズの放出量を低減する。【解決手段】  電子モジュール組立体10は、EMIノイズを放出する電子モジュール構成部12を含む。電子モジュール組立体は、電気モジュール構成部12に連通する第1電気基準領域16と第2電気基準領域20とを持つ。インピーダンス構成部22が、第1電磁ノイズ信号を減衰するように、第1電気基準領域16及び第2電気基準領域20と直列に配置される。電子モジュール組立体はさらに、電子モジュール構成部12と電気的に連通するローパス・フィルター構成部24を含む。本発明はまた、EMIノイズ放出量を低減する方法を提供する。【選択図】  図１
2005354693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子モジュール構成部からのＥＭＩノイズ放出量を低減する電子モジュール組立体であって、
上記電子モジュール構成部と連通し、第１電磁ノイズ信号により特徴付けられる第１電気基準領域と、
第２電磁ノイズ信号により特徴付けられる第２電気基準領域と、
第２電磁ノイズ信号の振幅が第１電磁信号の振幅よりも小さくなるように、第１電磁ノイズ信号を減衰するように、上記第１基準領域及び上記第２基準領域と直列に配置されるインピーダンス構成部と、
上記電子モジュール構成部と連通し上記第２電気基準領域を基準として、上記電子モジュール構成部への入力信号又は上記電子モジュール構成部からの出力信号の一方又は両方に乗る電磁ノイズを減衰するローパス・フィルター構成部と、を有する電子モジュール組立体。
【請求項２】
請求項１において、
上記ローパス・フィルター構成部が、アクティブ又はパッシブ・フィルターである、電子モジュール組立体。
【請求項３】
請求項１又は２において、
上記ローパス・フィルター構成部が、上記第２電気基準領域と電気接触する第１端子及び、上記電子モジュール構成部の入力又は出力信号と電気的に連通する第２端子とを持つ分路コンデンサーである、電子モジュール組立体。
【請求項４】
請求項１乃至３のうち何れか１項において、
上記ローパス・フィルター構成部が、それの各入力の間に分路コンデンサーを持つ共通モード・インダクターを有する、電子モジュール組立体。
【請求項５】
請求項１乃至４のうち何れか１項において、
上記第１電磁ノイズ信号が０．１ｋＨｚから１００ｋＨｚの周波数を持つとき、上記ローパス・フィルター構成部が、０．０１ミリ秒から１０ミリ秒の時間応答を持つ、電子モジュール組立体。
【請求項６】
請求項１乃至５のうち何れか１項において、
上記第１電磁ノイズ信号が０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚの周波数を持つとき、上記ローパス・フィルター構成部が、０．０１マイクロ秒から１０マイクロ秒の時間応答を持つ、電子モジュール組立体。
【請求項７】
請求項１乃至６のうち何れか１項において、
上記ローパス・フィルター構成部と上記電子モジュール構成部が同じ回路基板上に位置する、電子モジュール組立体。
【請求項８】
請求項１乃至６のうち何れか１項において、
上記ローパス・フィルター構成部と上記電子モジュール構成部が、別の回路基板上に位置する、電子モジュール組立体。
【請求項９】
請求項１乃至８のうち何れか１項において、
上記インピーダンス構成部のインピーダンス強度が１オームから５００オームである、電子モジュール組立体。
【請求項１０】
請求項９において、
上記インピーダンス構成部のインピーダンス強度が２オームから２００オームである、電子モジュール組立体。
【請求項１１】
請求項１０において、
上記インピーダンス構成部のインピーダンス強度が５オームから５０オームである、電子モジュール組立体。
【請求項１２】
第１回路基板と、
ＥＭＩノイズを放出する電子モジュール構成部と、
上記電子モジュール構成部と連通し、第１電磁ノイズ信号により特徴付けられる第１電気基準領域と、
第２電磁ノイズ信号により特徴付けられる第２電気基準領域と、
第２電磁ノイズ信号の振幅が第１電磁信号の振幅よりも小さいことにより上記第２電気基準領域が特徴付けられるように、第１電磁ノイズ信号を減衰するように、上記第１基準領域及び上記第２基準領域と直列に配置されるインピーダンス構成部と、
第２回路基板と、
上記電子モジュール構成部と連通して、上記第２回路基板上に位置し、上記第２電気基準領域を基準として、上記電子モジュール構成部への入力信号又は上記電子モジュール構成部からの出力信号の一方又は両方に乗る電磁ノイズを減衰するローパス・フィルター構成部と、を有するＥＭＩノイズ放出量が低減した電子モジュール組立体。
【請求項１３】
請求項１２において、
上記ローパス・フィルター構成部が、アクティブ又はパッシブ・フィルターである、電子モジュール組立体。
【請求項１４】
請求項１２又は１３において、
上記ローパス・フィルター構成部が、上記第２電気基準領域と電気接触する第１端子及び、上記電子モジュール構成部の入力又は出力信号と電気的に連通する第２端子を持つ分路コンデンサーである、電子モジュール組立体。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４のうち何れか１項において、
上記第１電磁ノイズ信号が０．１ｋＨｚから１００ｋＨｚの周波数を持つとき、上記ローパス・フィルター構成部が、０．０１ミリ秒から１０ミリ秒の時間応答を持つ、電子モジュール組立体。
【請求項１６】
請求項１２乃至１５のうち何れか１項において、
上記第１電磁ノイズ信号が０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚの周波数を持つとき、上記ローパス・フィルター構成部が、０．０１マイクロ秒から１０マイクロ秒の時間応答を持つ、電子モジュール組立体。
【請求項１７】
請求項１２乃至１６のうち何れか１項において、
上記ローパス・フィルター構成部と上記電子モジュール構成部が同じ回路基板上に位置する、電子モジュール組立体。
【請求項１８】
第１電磁ノイズ信号により特徴付けられる第１電気基準領域上に位置する電子モジュールへの入力及び出力信号上のノイズを低減する方法であって、
インピーダンス構成部による上記第１電磁ノイズ信号の減衰ゆえに第１電磁ノイズ信号よりも小さい第２電磁ノイズ信号により特徴付けられる第２電気基準領域及び、上記第１電気基準領域とに直列に、上記インピーダンス構成部を配置することにより、電磁ノイズを低減する工程と、
上記第２電気基準領域を基準とするローパス・フィルター構成部で、上記電子モジュールの出力信号及び入力信号の一方又は両方をフィルター処理する工程と、を有する方法。
【請求項１９】
請求項１８において、
上記ローパス・フィルター構成部が、アクティブ又はパッシブ・フィルターである、方法。
【請求項２０】
請求項１８又は１９において、
上記ローパス・フィルター構成部が、上記第２電気基準領域と電気接触する第１端子及び、上記電子モジュール構成部の入力又は出力信号と電気的に連通する第２端子を持つ分路コンデンサーである、方法。
【請求項２１】
請求項１８乃至２０のうち何れか１項において、
上記第１電磁ノイズ信号が０．１ｋＨｚから１００ｋＨｚの周波数を持つとき、上記ローパス・フィルター構成部が、０．０１ミリ秒から１０ミリ秒の時間応答を持つ、方法。
【請求項２２】
請求項１８乃至２１のうち何れか１項において、
上記第１電磁ノイズ信号が０．１ＭＨｚから１００ＭＨｚの周波数を持つとき、上記ローパス・フィルター構成部が、０．０１マイクロ秒から１０マイクロ秒の時間応答を持つ、方法。
【請求項２３】
請求項１８乃至２２のうち何れか１項において、
上記インピーダンス構成部のインピーダンス強度が５オームから５０オームである、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子構成部品の入出力上の電磁ノイズを低減する装置及び方法に関し、より具体的には、自動車に含まれる電子構成部品の入出力上の電磁ノイズを低減する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車への電子構成部品の組み込みは、そのような装置の開発と改良を追ったものである。最初の自動車の開発以来、機械装置を、より洗練された態様で動作する電子装置により置き換える傾向が続いてきた。そのような装置には、例えば、ブレーキ・システム、エンジン制御マイクロプロセッサー等々が含まれる。さらに、ある新技術が利用可能となると、それが自動車へと組み込まれてきた。そのような技術の例には、エンターテイメント・システム（ラジオやＣＤプレーヤー）、通信システム（携帯電話）、ナビゲーション・システム、空調システムなどが、含まれる。
【０００３】
車載装置が高速でのスイッチング動作を実行するならば、電子装置は潜在的なノイズ源である。同様に、近接するノイズ源が、入出力ポートを通じてノイズを電子構成部品に送るならば、それは構成部品の動作を阻害する。さらに、望ましくないエネルギーの一部が、電子部品の他のポートへ再分配されることもある。特に、ハイブリッド電気自動車（hybrid electric vehicle: HEV）及び電気自動車には、電子装置及び構成部品が満ちている。そのような構成部品には、洗練された集積回路ベースの装置と、比較的大きな受動的構成部品ベースのシステム、の両方が含まれる。内燃機関車両に見ることのできる構成部品に加えて、HEVは、車輪にトルクを供給するモーター／発電機組立体を動作させるのに用いられる高電圧バッテリーを含むのが一般的である。HEVや電気自動車の動作には、HEVの各種構成部品の入力と出力との間の調和をとるために、高電圧バッテリーと電気モーターとの間の電気信号の調整が必要である。そのような調整部品としては、例えば、コンバーター、インバーター、整流器、周波数変更器、が含まれる。インバーターは、DC電圧をAC電圧へと変換し、整流器はAC電圧をDC電圧へと変換し、そして周波数変更器は入力AC電力を要求AC出力に合致させる。
【０００４】
ノイズの伝播を止めるために、電子部品の入力又は出力の電磁ノイズを減じるためのフィルターが、その部品の入出力ポートの近傍に組み込まれる。そのようなフィルターは通常、信号トレースと基準平面（通常それは接地平面である）との間の分路コンデンサーによるローパス特性を持つ。不幸なことに、多くの場合において、基準平面はノイズが多く、それにより、そのノイズが、ノイズの多い基準平面から分路コンデンサーを通り信号線へつながる経路を見付けることになる。言い換えると、分路コンデンサーが、当初存在するよりも多いノイズを信号線へ導入する可能性がある。この問題に対処するために、基準平面のノイズ・レベルを低減しなければならないが、それは簡単ではなく、若しくは殆ど不可能である。
【０００５】
もう一つの取組みは、新たな基準平面として、静粛な領域を特定するということである。この新たな領域を静粛に保ち、信号線のノイズ・レベルを許容範囲内とするために、この領域とノイズ領域との間の絶縁を充分にして、大きなノイズ電流をこの領域から遮断しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、車両の電素構成部品、具体的にはハイブリッド電気自動車の電子構成部品における電磁干渉の影響を減じるための方法を改良する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、実施形態の一つにおいて、電子モジュールの電磁干渉（electromagnetic interference：EMI）ノイズの放出量を低減することにより、従来技術の課題の少なくとも一つを解決する。従って、本発明の組立体は、他の構成部品の動作を乱すノイズをあまり放出しないことになる。
【０００８】
本発明の電子モジュール組立体は、EMIノイズを放出する電子モジュール構成部を含む。電子モジュール構成部それ自体は、集積回路、ダイオード、トランジスター、抵抗、コンデンサー、インダクターなどである、多くの受動的及び能動的構成部品を含み得るものである。電子モジュール組立体は、電子モジュール構成部品と連通する第1電気基準領域を持つ。第1電気基準領域は、少なくとも部分的に電子モジュール構成部品の入力及び出力に許容できない大きさのノイズを生じる第1電磁ノイズ信号で、汚染されている。第2電気基準領域が、電子モジュール構成部内で特定又は構成することができる。この第2電気基準領域は、本発明の構成ゆえに第1電磁ノイズ信号よりも振幅の小さい第2電磁ノイズ信号により特徴付けられる。
【０００９】
具体的には、インピーダンス構成部が、第1基準領域及び第2基準領域と直列に配置され、それにより、インピーダンス構成部が第1電磁ノイズ信号を減衰する。電子モジュール組立体はさらに、電子モジュール構成部と電気的に連通したフィルター構成部を含む。フィルター構成部は、電子モジュール構成部の入力及び／又は出力上のノイズを低減する。インピーダンス構成部の使用は、第2基準領域をより静粛にして、特に自動車で用いられる際に、電子構成部品に悪影響を与えるノイズの低減を単純かつ効率的なものとするのを可能とする。
【００１０】
本発明の電子構成部品組立体の二つの変形例が、有用であることが判っている。一つの変形例において、フィルター構成部と電子モジュール組立体は、単一の回路基板上に位置する。第2の変形例においては、フィルター成分と電子モジュール組立体は、別の回路基板上に位置する。
【００１１】
本発明の別の実施形態において、本発明の電子モジュール組立体を利用して、電子モジュールの入力及び出力信号からのEMIノイズ放出を低減する方法が提供される。本発明の方法は、インピーダンス構成部を第1電気基準領域及び第2電気基準領域と直列に配置することにより、電子モジュール構成部の入力又は出力からのEMIノイズの放出量を低減する工程、を有する。
【００１２】
上述のように、第2電気基準領域は、第1電気基準領域を特徴付ける第1電磁ノイズ信号よりも小さい第2電磁ノイズ信号により特徴付けられる。次に、電子モジュール構成部品への出力信号及び入力信号の一方又は両方が、第2（より静粛な）電気基準領域を基準とするフィルター構成部によりフィルター処理される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ここで、発明者が現在知っている本発明を実施する最良の態様を構成する、本発明の好ましい構成又は実施形態及び方法について、詳細に言及する。
【００１４】
本発明の実施形態において、EMIノイズ放出量が低減した電子モジュール組立体が提供される。図１を参照すると、本発明の電子モジュール組立体の概略図が示されている。電子モジュール組立体10は、EMIノイズを放出する電子モジュール構成部12を含む。一般的に電子モジュール構成部12は、回路基板であるキャリア14上に位置することになる。電子モジュール組立体10はまた、電子構成部12と連通した第1電気基準領域16を持つ。ここで用いられる「連通」というのは、電気的に接触している、ということを意味する。なお、そのような電気接触には別の電子構成部品が介在し得る。第1電気基準領域16は、電子モジュール構成部からの入力又は出力信号に入り込む第1電磁ノイズ信号により特徴付けられる。
【００１５】
さらに、組立体10はまた、第2電磁ノイズ信号により特徴付けられる第2電気基準領域20を含む。インピーダンス構成部22が、第1基準領域及び第2基準領域と直列に配置され、第2電磁ノイズ信号が第1電磁ノイズ信号の振幅よりも小さい振幅を持つように、第1電磁ノイズ信号を減衰する。最後に、組立体10はさらに、電子モジュール12と電気的に連通したローパス・フィルター（LPF）構成部24を含む。ローパス・フィルター構成部24は、第1電気基準領域16よりも静粛な第2電気基準領域20を基準とする。ローパス・フィルター構成部24は、電子モジュール12の信号ライン26上の電磁ノイズを減衰する。信号線26は、入力信号又は出力信号のいずれかを伝送する場合もある。
【００１６】
ローパス・フィルター構成部24は、アクティブ・フィルターとすることもパッシブ・フィルターとすることもできる。適切なフィルター構成部の例には、第2基準領域20と電気的に接触する第1端子と、電子構成部品の入力又は出力と電気的に連通する第2端子を持つ、分路コンデンサーが含まれる。ローパス・フィルター構成部24の適切な例の別のものは、各入力と差分基準対との間に分路コンデンサーを持つ共通モード・インダクターである。ローパス・フィルター構成部24は、フィルター設計分野の当業者に公知の方法による時間応答により特徴付けることができる。理想的な時間応答は、フィルター処理されるべき電磁ノイズ信号の周波数に基づき、選択されることになる。約0.1kHzから約100kHzの周波数を持つ第1電磁ノイズ信号についての適切な時間応答は、約0.01から10ミリ秒となることになる。第1電磁ノイズ信号が約0.1MHzから約100MHzの周波数を持つときには、約0.01から10マイクロ秒となることになる。
【００１７】
上述のように、インピーダンス構成部22が、第1基準領域16及び第2基準領域20と直列に配置され、それにより、第2電磁ノイズ信号が第1電磁ノイズ信号の大きさよりも小さい大きさを持つように、第1電磁ノイズ信号が減衰される。インピーダンス構成部22のインピーダンスの大きさは、約1オームから約500オームであるのが好ましい。成分22のインピーダンスの大きさは、より好ましくは、約2オームから約200オーム、そして最も好ましくは、約5オームから約50オーム、である。
【００１８】
本発明の第1の変形例において、ローパス・フィルター構成部24及び電子モジュール構成部12が、同じ回路基板上に位置している。図１は、この第1変形例の概略を示している。本発明の第2の引例において、ローパス・フィルター構成部24及び電子モジュール構成部12が、異なる回路基板上に位置する。図２を参照すると、電子モジュール組立体70が、そこに乗る電磁ノイズによる干渉に影響されやすい電子モジュール構成部12を持つ、第1回路基板72を含む。第1電気基準領域76は、電子モジュール構成部12と連通している。第1電気基準領域76は、第1電磁ノイズ信号により特徴付けられる。インピーダンス構成部22が、第1基準領域76及び第2基準領域78と直列に配置され、第2電磁ノイズ信号が第1電磁ノイズ信号の振幅よりも小さい振幅を持つことにより第2電気基準領域78が特徴付けられるように、第1電磁ノイズ信号を減衰する。電子モジュール組立体70はさらに、ローパス・フィルター構成部24を持つ第2回路基板82を含む。ローパス・フィルター構成部24は、電子モジュール構成部12と連通し、第2電気基準領域78を基準とする。ローパス・フィルター構成部24は、電子ノイズ構成部12への入力信号又は電子モジュール構成部12からの出力信号の一方又は両方における電磁ノイズを減衰する。電子モジュール構成部12、インピーダンス構成部22及びローパス・フィルター・フィルター構成部24の選択は、上述のものと同じである。
【００１９】
図３Ａ乃至図３Ｆを参照し、本発明の実施に際し用いることができるローパス・フィルターの構成の限定的なものでない例が示される。図３Ａは、漂遊抵抗又はインダクタンスとの関係で動作するコンデンサーのみを含む単純なローパス・フィルター成分の概略図である。図３Ｂは、本発明を実施する際にローパス・フィルター成分として用いることのできるローパスR-Cフィルターの概略図である。図３Ｃは、本発明を実施する際にローパス・フィルター成分として用いることのできる2ステージ・ローパスR-Cフィルターの概略図である。図３Ｄは、本発明を実施する際にローパス・フィルター成分として用いることのできるローパスL-Rフィルターの概略図である。図３Ｅは、本発明を実施する際にローパス・フィルター成分として用いることのできるローパスL-Cフィルターの概略図である。図３Ｆは、差分基準対の各入力の間に分路コンデンサーを持つ共通モード・インダクターを含む、ローパス・フィルター構成部の概略図である。
【００２０】
本発明の別の実施形態においては、電子モジュールの入力及び出力信号上のノイズを低減する方法が提供される。そのようなノイズの存在は、他の電子構成部品と干渉する可能性のあるEMIノイズを引き起こす場合がある。図１を参照すると、第1電気基準領域16及び第2電気基準領域20と直列にインピーダンス構成部22を配置することにより、電子モジュール構成部12への入力又は出力上に現れる電磁ノイズが低減される。上述のように、第2電気基準領域20は、インピーダンス構成部22による第1電磁ノイズ信号の減衰のために、それより小さい第2電磁ノイズ信号により特徴付けられる。
【００２１】
次に、電子モジュール構成部12への出力信号及び入力信号の一方又は両方が、第2電気基準領域20を基準とするローパス・フィルター構成部22を用いて、フィルター処理される。第2電気基準領域20は、インピーダンス構成部22の作動のために、ノイズの多い第1電気基準領域16よりも静粛な基準を提供する。この実施形態の方法は、電子モジュール構成部12とローパス・フィルター構成部24が同じ回路基板上に位置する場合であっても、異なる基板上に位置する場合であっても、適用される。電子モジュール構成部12、インピーダンス構成部22及びローパス・フィルター構成部24の選択は、電子モジュール組立体について上述したのと同じである。
【００２２】
本発明の電子モジュール及び電磁ノイズ・フィルタリング方法の利点は、図４Ａ及び図４Ｂを参照することにより、理解することができる。図４Ａは、フィルター処理なしの電子装置の電磁ノイズ・スペクトルを示し、図４Ｂは、本発明のフィルター処理方法を持つ電子モジュール構成部の電磁ノイズ・スペクトラムを示す。電子装置からの放射EMIノイズは、装置を作動させ、そしてスペクトル解析器を持つアンテナにより受信される信号を計測することにより、計測される。放射されるEMIは、9 kHzに解像帯域幅（resolution bandwidth：RBW）が設定されて25 MHzから1000 MHzで計測される。しかしながら、FMラジオ周波数帯域（大まかに言って70 MHzから108 MHz）においてRBWは、通常のFMラジオの受信帯域幅を反映して120 kHzに変更される。しかしながら、RBWが増加させられると、装置が受信するエネルギーもまた、増加させられる（実際のノイズが同じだとしても）。これが、図４Ａ及び図４Ｂに示されるスペクトル上で70 MHz及び108 MHzにおける急増の説明となる。図４Ｂは、図４Ａと比較して、全ての周波数におけるノイズ強度の大幅な低下を明確に示している。
【００２３】
本発明の実施形態を図示して説明してきたが、これら実施形態が本発明の全ての可能な形態を図示そして説明するということは意図されていない。むしろ、明細書中で用いられる用語は、限定的ではなく説明的なものであり、本発明の思想及び範囲から逸脱することなしに、種々の変更をなし得ることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】電子モジュール構成部とローパス・フィルター構成部が回路基板に位置する、本発明の電子モジュール組立体の概略図である。
【図２】電子モジュール構成部とローパス・フィルター構成部が別々の回路基板に位置する、本発明の電子モジュール組立体の概略図である。
【図３Ａ】本発明の電子モジュール組立体における遊離抵抗又はインダクタンスと関連して動作するコンデンサーのみを含むローパス・フィルター構成部の概略図である。
【図３Ｂ】本発明を実施する際にローパス・フィルターとして用いることのできるローパスR-Cフィルターの概略図である。
【図３Ｃ】本発明を実施する際にローパス・フィルターとして用いることのできる2ステージ・ローパスR-Cフィルターの概略図である。
【図３Ｄ】本発明を実施する際にローパス・フィルターとして用いることのできるローパスL-Rフィルターの概略図である。
【図３Ｅ】本発明を実施する際にローパス・フィルターとして用いることのできるローパスL-Cフィルターの概略図である。
【図３Ｆ】差動基準対と各入力間に分路コンデンサーを持つ共通モード・インダクターを含むローパス・フィルター構成部の概略図である。
【図４Ａ】本発明のフィルター処理なしでの構成部のノイズ・スペクトルのグラフである。
【図４Ｂ】本発明のフィルター処理を持つ構成部のノイズ・スペクトルのグラフである。
【符号の説明】
【００２５】
10, 70  電子モジュール組立体
12      電子モジュール構成部
14      回路基板
16, 76  第1電気基準領域
20, 78  第2電気基準領域
22      インピーダンス構成部
24      ローパス・フィルター構成部
72      第1回路基板
82      第2回路基板
【図１】
2005354693.tif 000003
【図２】
2005354693.tif 000004
【図３Ａ】
2005354693.tif 000005
【図３Ｂ】
2005354693.tif 000006
【図３Ｃ】
2005354693.tif 000007
【図３Ｄ】
2005354693.tif 000008
【図３Ｅ】
2005354693.tif 000009
【図３Ｆ】
2005354693.tif 000010
【図４Ａ】
2005354693.tif 000011
【図４Ｂ】
2005354693.tif 000012