(57)【要約】【課題】電源端子ノイズ抑制を目的としたインプット・インピーダンス（Z11）低減手法やノイズ伝播抑制を目的としたトランスファー・インピーダンス（Z21）低減手法に関する検討が行われてきたが、EMI対策には、プリント基板単体とシステム全体（チップ＋パッケージ＋ボード）との協調設計により、システム全体の放射ノイズを抑制する必要がある。【解決手段】LSIを実装したプリント基板において、LSI端子からプリント基板端までのトランスファー・インピーダンス（Z21）を制御することにより、LSIを含んだシステム全体での評価を行ない、放射ノイズを抑制する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プリント基板上のコンデンサやプリント基板の寄生成分（インダクタンスおよびキャパシタンス）による反共振（高インピーダンス点）が半導体集積回路のノイズ周波数と一致しないように制御されていることを特徴とするプリント基板。
【請求項２】
前記制御が、ノイズ源となる半導体集積回路からプリント基板端までのトランスファー・インピーダンスの低減によるものであることを特徴とする請求項1記載のプリント基板。
【請求項３】
前記トランスファー・インピーダンスの低減が、半導体集積回路のインピーダンスモデルと、前記プリント基板のインピーダンスモデルとを協調して設計されたものであることを特徴とする請求項２記載のプリント基板。
【請求項４】
前記協調が、コンデンサの変更によるものであることを特徴とする請求項3記載のプリント基板。
【請求項５】
プリント基板上のコンデンサやプリント基板の寄生成分（インダクタンスおよびキャパシタンス）による反共振（高インピーダンス点）が半導体集積回路のノイズ周波数と一致しないように制御することを特徴とする放射ノイズ抑制方法。
【請求項６】
前記制御が、ノイズ源となる半導体集積回路からプリント基板端までのトランスファー・インピーダンスを低減させて制御することを特徴とする請求項５記載の放射ノイズ抑制方法。
【請求項７】
半導体集積回路のインピーダンスモデルと、前記プリント基板のインピーダンスモデルとを協調させて、前記トランスファー・インピーダンスを低減することを特徴とする請求項６記載の放射ノイズ抑制方法。
【請求項８】
前記協調が、コンデンサの変更によるものであることを特徴とする請求項７記載の放射ノイズ抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
放射ノイズの原因は（ａ）高速信号系コモンモード放射、（ｂ）パッケージ・ヒートシンクなどからの放射、（ｃ）スリット等による放射、（ｄ）電源系共振、（ｅ）ケーブルからの放射などであり、本発明は、これらの内（ｄ）電源系共振から発生する放射ノイズの抑制に関し、中でも半導体集積回路（ＬＳＩ）を含んだ電源供給系全体のトランスファー・インピーダンス（Ｚ２１）が低減されたプリント基板およびその放射ノイズを抑制する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電源系共振から発生する放射ノイズの抑制には、コンデンサによる対策が一般的で、プリント基板単体での対策が主流であり、電源系のノイズ低減のためにはトランスファー・インピーダンス（Ｚ２１）を扱うことは少なく、コンデンサの配置方法による電圧変動の抑制、実測をベースとしたカット  アンド  トライの対策となっていた。
【０００３】
また、半導体の動作に伴う電流量の増加により、電源端子ノイズが増加し、この電源端子ノイズがプリント基板を伝播し、不要電磁放射（ＥＭＩ）の原因となっている。
【０００４】
特許文献１には、ＬＳＩの電源端子近傍に搭載するデカップリングコンデンサの数量をＬＳＩごとに最適化することで、高周波電源電流を抑制し、実装スペースの削減と資材コストを削減すると共に、回路の安定動作とＥＭＩを低減することを可能としたプリント基板の設計方法が提案されているが、これはＬＳＩ設計工程で設計が完了したＬＳＩの出力バッファ種別などの設計情報やパターン設計工程で設計が完了した設計情報を用いるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−７３７１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
これまで、電源端子ノイズ抑制を目的としたインプット・インピーダンス（Ｚ１１）低減手法やノイズ伝播抑制を目的としたトランスファー・インピーダンス（Ｚ２１）低減手法に関する検討が行われてきたが、これらは、プリント基板単体での評価であり、プリント基板単体とシステム全体（チップ＋パッケージ＋ボード）とでは、インピーダンス特性が異なるため、プリント基板単体ではなくＬＳＩとボードの協調設計により、システム全体の電源ノイズを検証することで、ＥＭＩ対策を実施する必要がある。
【０００７】
本発明は、ＬＳＩやパターン設計工程の設計情報が完了していない場合であっても、ＬＳＩ内部のチップからプリント基板端までのトランスファー・インピーダンス（Ｚ２１）を制御することにより、ＬＳＩを含んだシステム全体での評価を行ない、放射ノイズが抑制されたプリント基板を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明は、プリント基板上のコンデンサやプリント基板の寄生成分（インダクタンスおよびキャパシタンス）による反共振（高インピーダンス点）が半導体集積回路（ＬＳＩ）のノイズ周波数と一致しないように制御されたプリント基板であって、得られたプリント基板は、放射ノイズが抑制されたものになる。
【０００９】
請求項２の発明は、ノイズ源となる半導体集積回路（ＬＳＩ）からプリント基板端までのトランスファー・インピーダンス（Ｚ２１）の低減により、反共振（高インピーダンス点）がノイズ周波数と一致しないように制御されたプリント基板であって、得られたプリント基板は、放射ノイズが抑制されたものになる。
【００１０】
請求項３の発明は、前記トランスファー・インピーダンス（Ｚ２１）の低減が、半導体集積回路（ＬＳＩ）のインピーダンスモデルと、前記プリント基板のインピーダンスモデルとを協調して設計されたプリント基板であって、得られたプリント基板は、放射ノイズが抑制されたものになる。
【００１１】
請求項４の発明は、前記協調が、コンデンサの変更によるものであることを特徴とするものであって、コンデンサを選択することによって、放射ノイズが抑制されたプリント基板となる。
【００１２】
請求項５の発明は、プリント基板上のコンデンサやプリント基板の寄生成分（インダクタンスおよびキャパシタンス）による反共振（高インピーダンス点）が半導体集積回路（ＬＳＩ）のノイズ周波数と一致しないように制御するプリント基板の放射ノイズ抑制方法であって、得られるプリント基板は、放射ノイズが抑制されたものになる。
【００１３】
請求項６の発明は、前記制御が、ノイズ源となる半導体集積回路（ＬＳＩ）からプリント基板端までのトランスファー・インピーダンス（Ｚ２１）を低減させて、反共振（高インピーダンス点）とノイズ周波数とを一致させないようにするプリント基板の放射ノイズ抑制方法であって、得られるプリント基板は、放射ノイズが抑制されたものになる。
【００１４】
請求項７の発明は、半導体集積回路のインピーダンスモデルと、前記プリント基板のインピーダンスモデルとを協調させて、前記トランスファー・インピーダンス（Ｚ２１）を低減するプリント基板の放射ノイズ抑制方法であって、得られるプリント基板は、放射ノイズが抑制されたものになる。
【００１５】
請求項８の発明は、前記協調が、コンデンサの変更によるものであることを特徴とするものであって、コンデンサを選択することによって、プリント基板の放射ノイズを抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、設計情報が完了していない場合であっても、ＬＳＩからプリント基板端までのトランスファー・インピーダンス（Ｚ２１）を制御することにより、放射ノイズが低減され、さらにＬＳＩのインピーダンスモデルと、プリント基板のインピーダンスモデルとを協調させることにより放射ノイズが低減されたプリント基板となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のプリント基板評価ボードの概略図である。
【図２】ＬＳＩモデルボードおよびマザーボードのインピーダンスモデル解析のためのシミュレーション回路である。
【図３】実施例１のマザーボードにＬＳＩモデルボードを実装したときのプリント基板評価ボードの電流波形のＦＦＴ結果である。
【図４】実施例１のＺ２１と放射ノイズの関係を示す測定結果である。
【図５】実施例２のＺ２１と放射ノイズの関係を示す測定結果である。
【図６】実施例３のＺ２１と放射ノイズの関係を示す測定結果である。
【図７】実施例４のＺ２１と放射ノイズの関係を示す測定結果である。
【図８】実施例５のＺ２１と放射ノイズの関係を示す測定結果である。
【図９】実施例６のＺ２１と放射ノイズの関係を示す測定結果である。
【図１０】実施例７のＺ２１と放射ノイズの関係を示す測定結果である。
【図１１】実施例８のＺ２１と放射ノイズの関係を示す測定結果である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
ＬＳＩモデルボードとマザーボードの作製
任意の電源インピーダンス特性を得るために、図１に示すように、それぞれのボードにコンデンサを実装し、両ボードの組み合わせにより、ノイズの発生し易い（し難い）評価ボードを作製した。
【００１９】
ＬＳＩモデルボード
回路構成は水晶発振器、Ｓｈｉｆｔ  Ｒｅｇｉｓｔｅｒ、ＥＸＯＲ、Ｂｕｆｆｅｒ／ＤｒｉｖｅｒからなるＰＲＢＳ信号発生ボードで、クロック周波数は４８ＭＨｚとした。評価対象をＢｕｆｆｅｒ／Ｄｒｉｖｅｒのノイズに限定するため、その他ＩＣとは電源供給を分離し、ボードは汎用ＢＧＡパッケージをモデルとする３２ｍｍ×３２ｍｍサイズの９００ＢａｌｌのＢＧＡとした。
【００２０】
マザーボード
基板中央にＬＳＩモデルボードが実装可能で、安定化電源から電源供給を受け、ＬＳＩモデルボード直下および基板全体の電源グラウンド間にコンデンサを実装可能とした。
【００２１】
電流プロファイル取得
電流測定用抵抗（０．０５Ω）の両端の電位差を測定し、Ｉ＝Ｖ／Ｒより電流波形を計算した。また、電流波形をＦＦＴし、周波数データを取得した。測定にはデジタルオシロスコープ（Ａｇｉｌｅｎｔ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社ＤＳＡ９０８０４Ａ）を用いた。
【００２２】
電源インピーダンスシミュレーション
図２のようなシミュレーション回路において、ＬＳＩモデルボード、マザーボードのインピーダンスモデルを平面電磁界解析（Ａｎｓｙｓ社ＳＩＷａｖｅ）よりＳパラメータを用いて抽出し、ノイズ源ＩＣ（Ｂｕｆｆｅｒ／Ｄｒｉｖｅｒ）の内部インピーダンスをＺ１１測定より算出し、ＬＣＲの集中定数としてモデル化した。なお、本形態では、ノイズ源ＩＣの電源端子を仮のノイズ源とし、ポートを付与した。
【００２３】
基板端電圧測定
スペクトラムアナライザ（ＡＤＶＡＮＴＥＳＴ社Ｒ３１３１Ａ）を用いて基板端電圧を測定し、基板端４箇所の測定結果がほぼ同じであることを確認の上、代表１箇所の測定とした。
【００２４】
放射ノイズ測定
また、プリント基板の放射ノイズ抑制効果を測るために、小型電波暗室（外形寸法：７ｍ×３ｍ×３ｍ、アンテナ〜試供体間距離：３ｍ、アンテナ高：１ｍ（固定））にて、放射ノイズを測定した。評価ボードはターンテーブル中央に配置し、安定化電源はテーブル下に配置し、ＥＭＣ  ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ  ＳＹＳＴＥＭ（東陽テクニカ社）により測定した。
【００２５】
電流プロファイルのＦＦＴ結果より、図３に示すように、クロック周波数（４８ＭＨｚ）の３次高調波（１４４ＭＨｚ）までの電流成分が顕著であり、当該プリント基板は、これらの周波数での放射ノイズを抑制することが必要であり、４８ＭＨｚのノイズを抑制するためには０．０１μＦのコンデンサが、９６ＭＨｚのノイズを抑制するためには２２００ｐＦのコンデンサが、１４４ＭＨｚのノイズを抑制するためには１０００ｐＦのコンデンサが有効であることより、これらを組み合わせた。
【００２６】
ＬＳＩモデルボード、マザーボードに実装するコンデンサを表１のようにし、放射ノイズの評価を行った。コンデンサはノイズ周波数でトランスファー・インピーダンス（Ｚ２１）が高くなる、または低くなるように選択した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
表２にノイズ周波数毎のＺ２１と基板端電圧を示す。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
Ｚ２１と基板端電圧には相関があり、クロック周波数（４８ＭＨｚ）とその高調波（９６ＭＨｚ、１４４ＭＨｚ）が高インピーダンスとなる条件では、ノイズが大きくなり、Ｚ２１はノイズ伝播に寄与している。
【００３１】
また、遠方界放射ノイズ測定結果より、表３および図４から１１に示すように、Z21の増減傾向と放射ノイズレベルの増減傾向は一致する。
【００３２】
【表３】
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【００３３】
プリント基板の放射ノイズを抑制するためには、ＬＳＩからプリント基板端までのトランスファー・インピーダンス（Ｚ２１）を低減し、さらにＬＳＩのインピーダンスモデルと、プリント基板のインピーダンスモデルとを協調させることが効果的であり、得られるプリント基板は放射ノイズが低減されたプリント基板となる。
【符号の説明】
【００３４】
１：プリント基板、２：マザーボード、３：ＬＳＩモデルボード、４：ノイズ源、５：大容量コンデンサ、６：チョークコイル、７：外部電源、８：グラウンド、９：電源
【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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