(57)【要約】【課題】インピーダンス不連続によって発生する信号成分の反射を抑制することが可能な構成のインピーダンス調整装置を提供する。【解決手段】回路基板の表面に形成された信号伝送線路３と、この信号伝送線路３に対して、空間を介して対向するように配置された導体７Ａと、これら導体７Ａ及び信号伝送線路３の間の距離を調整するアクチュエータとを備えたインピーダンス調整装置を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板の表面に形成された信号伝送線路と、
前記信号伝送線路に対して、空間を介して対向するように配置された導体と、
前記導体及び前記信号伝送線路の距離を調整する、距離調整機構とを備えた
ことを特徴とするインピーダンス調整装置。
【請求項２】
前記距離調整機構が、アクチュエータにより構成されていることを特徴とする請求項１に記載のインピーダンス調整装置。
【請求項３】
前記アクチュエータが、前記導体が主面に形成されたバイモルフ型のアクチュエータであることを特徴とする請求項２に記載のインピーダンス調整装置。
【請求項４】
前記アクチュエータに前記導体が接続されていることを特徴とする請求項２に記載のインピーダンス調整装置。
【請求項５】
回路基板の表面に形成された信号伝送線路と、
前記信号伝送線路に接続された電子部品とを有する電子機器であって、
前記信号伝送線路に対して、空間を介して対向するように配置された導体と、前記導体及び前記信号伝送線路の距離を調整する、距離調整機構とを備えたインピーダンス調整装置が設けられている
ことを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝送線路に対してインピーダンスを変化させる機構を有するインピーダンス調整装置、並びに、インピーダンス調整装置を備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、１Ｇｂｐｓを超えるデジタル信号規格が多数提示されており、様々な機器に搭載されている。
【０００３】
しかしながら、消費者向けの機器においては、部品のコストダウンや小型化のために、高速信号伝送線路上にインピーダンス不連続が存在してしまう場合が多い。
このようなインピーダンス不連続が信号伝送路上に存在していると、デジタル信号に含まれる周波数成分が、反射と伝送損失を起こすことになる。
【０００４】
その他にも、静電保護素子や各種ノイズフィルタ、コネクタやフレキシブル基板の使用が必要となる場合が多く、条件によっては、動作時に信号の立ち上がり時間やインピーダンスが変化することもある。
そのため、伝送波形のアイ開口率の低下や、確定的ジッタの増大等、信号波形品質に関する様々な問題が表れている。
【０００５】
上述の問題に対して、伝送特性の改善を目的として、伝送線路上に可変容量コンデンサやＰＩＮダイオード等で構成する可変インピーダンス回路を組み込み、インピーダンス調整と伝送特性の改善とを実施する手法が、採用されている。
この手法では、素子と伝送線路とが電気的に結合しており、部品特性による制限と寄生成分が含まれてしまうことに加え、パッドやビア配線の影響や製造ばらつきを避けることができない。パッシブイコライザ技術においても、同様な課題を生じる。
【０００６】
また、信号線基板の裏面（誘電体側）に、グランドとなる導体を有する基板のグランド層（導体）が対向するように配置することにより、信号線基板と導体基板との間でSuspended Microstrip Line構造を形成して、相互の基板間の距離を調整することによって、特性インピーダンスを調整する方式も提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
この方式では、信号線を有する基板の裏面へグランド基板を配置することが前提となっており、両基板間には空気層を含むSuspended Microstrip Line構造でインピーダンス調整を行うことになる。
そのため、実現できる特性インピーダンスは、信号線基板の誘電体の厚さによって制限されてしまう。
つまり、実現できる特性インピーダンスの最小値は、空気層の厚みがゼロである（Microstrip Line）状態の特性インピーダンスを下回ることができないため、コネクタ周辺等の高いインピーダンスを低下させる必要がある場合には、充分な整合が得られない可能性がある。
さらに、グランド基板を移動させるための機構を要するため、多層基板や高密度実装が多用される、消費者向けの機器のプリント基板への適用は困難である。
【０００８】
また、完成された基板上の配線上に導体板を配置して、インピーダンスを整合させる方式も提案されている（特許文献２参照）。
しかしながら、この方式では、整合を行って得られるインピーダンスは固定されており、温度変化等の電子部品の特性変化や動作環境に伴う伝送線路の特性変化へ対応することが困難である。
そして、スペーサーの配置等、製造に多くの工数が必要になるため、消費者向け機器への適用は困難である。
さらに、構成上、動作時に自動校正等を行って最適な条件を維持することが不可能である。
【０００９】
また、アクチュエータを使用して、配線上に配置された誘電体を移動させ、伝送特性を変化させる手法が提示されている（特許文献３参照）。
しかしながら、この方式では、誘電体の移動に伴う実効比誘電率変化による信号の位相変化を目的としており、他の方式と比較して、インピーダンスの可変幅が相対的に小さくなる。
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−２０８１４４号公報
【特許文献２】特開２００６−３１９６５９号公報
【特許文献３】特開２００５−３０３９５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、インピーダンスを調整するための手法が、いくつか提案されているが、いずれの手法もインピーダンスの調整範囲が充分に得られなかった。
【００１２】
本発明は、上記の問題に鑑み、信号伝送線路上に存在するインピーダンス不連続で発生する信号成分の反射を軽減・抑制し、受信端に伝達する信号波形のジッタ抑制、アイパターン開口を実現させるインピーダンス調整装置、並びに、このインピーダンス調整装置を備えた電子機器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】
【００１３】
本発明のインピーダンス調整装置は、回路基板の表面に形成された信号伝送線路と、この信号伝送線路に対して、空間を介して対向するように配置された導体と、これら導体及び信号伝送線路の間の距離を調整する距離調整機構とを備えたものである。
【００１４】
本発明の電子機器は、信号伝送線路と、この信号伝送線路に接続された電子部品とを有し、上記本発明のインピーダンス調整装置を備えたものである。
【００１５】
上述の本発明のインピーダンス調整装置の構成によれば、導体及び信号伝送線路の間の距離を調整する距離調整機構を備えたことにより、距離調整機構を動作させて、導体及び信号伝送線路の間の距離を変化させることができる。これにより、導体及び信号伝送線路の間の距離を変化させて、インピーダンスを広く変化させることができる。これにより、信号伝送線路内を伝送される信号に含まれる周波数成分に対する、反射係数を低減することができる。
【００１６】
上述の本発明の電子機器の構成によれば、信号伝送線路と信号伝送線路に接続された電子部品とを有し、本発明のインピーダンスを備えたことにより、インピーダンスを広く変化させることができる。これにより、信号伝送線路内を伝送される信号に含まれる周波数成分に対する、反射係数を低減することができる。
【発明の効果】
【００１７】
上述の本発明によれば、信号伝送線路内を伝送される信号に含まれる周波数成分に対する、反射係数を低減することができる。
これにより、反射波の受信端側への伝播を、低減・抑制することができる。
【００１８】
また、インピーダンスを大幅に広く変化させることができるため、広い周波数帯域に対して効果が得られる。
さらにまた、インピーダンス分布が未知であったり、個体ごとのばらつきを含んでいたりする場合にも、対応することが可能になる。
そして、温度変化による誘電率変化にも対応することが可能である。
【００１９】
従って、本発明によれば、インピーダンス不連続が存在している信号伝送線路において、伝送特性を改善することが可能になる。
特に、消費者向けの機器において、デジタル信号伝送の際に発生する確定的ジッタの低減とアイ開口率の向上とが期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
本発明のインピーダンス調整装置の一実施の形態の概略構成図（断面図）を、図１に示す。
本実施の形態では、基板上のMicrostrip Lineに対して本発明を適用し、アクチュエータとしてバイモルフ型を用いたものである。
【００２２】
図１に示すように、このインピーダンス調整装置は、回路基板の表面に存在する信号導体３に対向して、アクチュエータを配置して成る。
回路基板は、基板の誘電体２の裏面側に、接地導体１が形成されて成る。
アクチュエータは、基材８の両主面（下面及び上面）に、それぞれ導体７が形成されて成る。
アクチュエータの導体７のうち、下面側の導体７は、細い導体６によって、支持導体５に接続されている。この下面側の導体７を調整用導体７Ａとする。
この調整用導体７Ａと、回路基板上の信号導体３とを合わせて、Covered Microstrip Lineが構成されている。調整用導体７Ａと信号導体３とは、間の空間（例えば、空気層や他のガス層となっている空間）を介して対向している。
支持導体５は、回路基板の誘電体２を貫通する埋め込み導体４を介して、接地導体１に電気的に接続されている。
支持導体５と細い導体６とは、アクチュエータを支持する役割を有している。
また、アクチュエータの基材８と、右側の支持導体５との間には、電圧源９が接続されている。
【００２３】
インピーダンス調整装置がこのような構成となっていることにより、電圧源９から電圧を印加すると、アクチュエータにおいて、上下方向に変位を生じる。
これにより、アクチュエータが、図２Ａに示すように上側に反ったり、図２Ｂに示すように下側に反ったりする。
【００２４】
印加する電圧の大きさに応じて、アクチュエータの変位の大きさも決まる。
そして、アクチュエータの変位により、アクチュエータの下面側の調整用導体７Ａと信号導体３との距離が変化する。
調整用導体７Ａと信号導体３との距離が小さくなると、信号導体３を通過する信号の電磁界は調整用導体７Ａとの結合が相対的に強まるため、この断面における特性インピーダンスは低下する。
逆に、調整用導体７Ａと信号導体３との距離が大きくなると、信号導体３を通過する信号の電磁界は、調整用導体７Ａとの結合が弱くなり、特性インピーダンスは増加する。
このようにして、特性インピーダンスを変化させて、インピーダンスを調整することができる。
【００２５】
上述の本実施の形態によれば、信号導体３の上方に空間を介して、下面に調整用導体７Ａを有するアクチュエータを配置したことにより、アクチュエータに電圧を印加して、アクチュエータを変位させることにより、調整用導体７Ａと信号導体３との間の距離を変化させることができる。
これにより、調整用導体７Ａと信号導体３との間の距離によって、特性インピーダンスを大きく変化させることが可能になる。
【００２６】
また、本実施の形態によれば、アクチュエータの調整用導体７Ａと信号導体３との距離を変化させるので、前記特許文献１に記載されている、グランド基板を移動させる構成や、前記特許文献３に記載されている、誘電体と信号導体との距離を変化させる構成と比較して、インピーダンスの変化の範囲を広くすることができる。
【００２７】
このように、インピーダンスの変化の範囲を広くすることができるため、広い周波数帯域に対して効果が得られる。
さらにまた、インピーダンス分布が未知であったり、個体ごとのばらつきを含んでいたりする場合にも、対応することが可能になる。
従って、本実施の形態により、インピーダンス不連続が存在している信号導体３において、伝送特性を改善することが可能になる。
【００２８】
上述の実施の形態では、アクチュエータの導体７を調整用導体７Ａとして、調整用導体７Ａを接地導体１にＤＣ結合させた構造であった。
調整用導体は、必ずしも接地導体にＤＣ結合させる必要はなく、適当な容量を持つコンデンサ等で接地導体に容量結合させる構成としても良い。
【００２９】
また、本発明においては、アクチュエータに調整用導体を接続し、アクチュエータの変位を利用して、調整用導体を移動させる形態も可能である。
その場合を以下に示す。
【００３０】
本発明のインピーダンス調整装置の他の実施の形態の概略構成図（断面図）を、図３に示す。
本実施の形態は、バイモルフ型以外のアクチュエータを使用した構成である。
【００３１】
図３に示すように、本実施の形態では、可動部１１と固定部１２とから成るアクチュエータ１３を用いて、アクチュエータ１３の可動部１１に、調整用導体１４を接続している。
そして、この調整用導体１４と信号導体３とが、間の空間（例えば、空気層や他のガス層となっている空間）を介して対向している。
また、電圧源９は、アクチュエータ１３の固定部１２に接続されていて、アクチュエータ１３に電圧を供給している。
【００３２】
なお、本実施の形態では、調整用導体１４がアクチュエータ１３の可動部１１によって支持されているので、細い導体６は、調整用導体１４を支持する役割はなく、支持導体５と電気的に接続する役割のみを有している。
【００３３】
その他の構成は、図１〜図２に示した先の実施の形態のインピーダンス調整装置と同様であるので、重複説明を省略する。
【００３４】
インピーダンス調整装置がこのような構成となっていることにより、電圧源９からアクチュエータ１３に電圧を供給してアクチュエータ１３を動作させて、アクチュエータ１３の可動部１１を矢印で示すように変位させることにより、調整用導体１４を上下に動かして、調整用導体１４と信号導体３との間の距離を変化させることができる。このとき、調整用導体１４は、反ることはなく、まっすぐの状態のまま上下に動く。
これにより、先の実施の形態と同様に、特性インピーダンスを変化させて、インピーダンスを調整することができる。
【００３５】
上述の本実施の形態によれば、信号導体３の上方に空間を介して、アクチュエータ１３の可動部１１に接続された調整用導体１４を配置したことにより、アクチュエータ１３を動作させることによって、調整用導体１４と信号導体３との間の距離を変化させることができる。
これにより、調整用導体１４と信号導体３との間の距離によって、特性インピーダンスを大きく変化させることが可能になる。
【００３６】
また、本実施の形態によれば、調整用導体１４と信号導体３との距離を変化させるので、前記特許文献１に記載されている、グランド基板を移動させる構成や、前記特許文献３に記載されている、誘電体と信号導体との距離を変化させる構成と比較して、インピーダンスの変化の範囲を広くすることができる。
【００３７】
このように、インピーダンスの変化の範囲を広くすることができるため、広い周波数帯域に対して効果が得られる。
さらにまた、インピーダンス分布が未知であったり、個体ごとのばらつきを含んでいたりする場合にも、対応することが可能になる。
従って、本実施の形態により、インピーダンス不連続が存在している信号導体３において、伝送特性を改善することが可能になる。
【００３８】
次に、本発明のインピーダンス調整装置のさらに他の実施の形態の概略構成図（断面図）を、図４に示す。
本実施の形態は、バイモルフ型のアクチュエータの片端を固定した構成である。
【００３９】
図４に示すように、本実施の形態では、基材８とその両主面（下面及び上面）の導体７から成る、バイモルフ型のアクチュエータを、片端のみを固定して固定端として、他方の端部を自由端とている。
アクチュエータの固定端は、図中右側の支持導体５によって、直接固定されている。
アクチュエータの自由端は、信号導体３の左端とほぼ同じ平面位置にある。
【００４０】
その他の構成は、図１〜図２に示した先の実施の形態のインピーダンス調整装置と同様であるので、重複説明を省略する。
【００４１】
インピーダンス調整装置がこのような構成となっていることにより、電圧源９からアクチュエータに電圧を印加して、アクチュエータを動作させることにより、図中矢印で示すように、アクチュエータを変位させることができる。このアクチュエータの変位により、調整用導体７Ａと信号導体３との距離を変化させることができる。
これにより、先の実施の形態と同様に、特性インピーダンスを変化させて、インピーダンスを調整することができる。
【００４２】
本発明のインピーダンス調整装置において使用するアクチュエータは、上述の各実施の形態の構成に限定されるものではなく、その他の構成のアクチュエータを使用することが可能である。
アクチュエータの種類としては、例えば、バイモルフや圧電材料、その他電界もしくは磁界の印加により変位を生じる材料や機構等が挙げられる。
【００４３】
また、本発明のインピーダンス調整装置は、アクチュエータに限らず、調整用導体と信号導体等の信号伝送線路との距離を調整する距離調整機構であれば、その他の構成を採用することも可能である。
例えば、調整用導体に接続された回転ねじを回転させることにより、調整用導体が上下に動くような距離調整機構を構成することが考えられる。
【００４４】
上述の各実施の形態では、裏面側に接地導体１が設けられた回路基板の表面に信号導体３を形成して、この信号導体３を信号伝送線路とした、Microstrip Line構造に本発明を適用して、Covered Microstrip Line構造としていた。
本発明は、その他の信号伝送線路の構造にも適用することが可能である。例えば、Coplanar Wave Guide構造に適用して、Covered Coplanar Wave Guide構造とすることも可能である。
【００４５】
本発明のインピーダンス調整装置は、調整用導体と信号伝送線路と距離調整機構とがパッケージ化された構成とすることも可能である。
また、本発明を、差動伝送線路へ適用することも可能である。
【００４６】
本発明のインピーダンス調整装置は、アプリケーションとして、様々な電子機器に適用することが可能である。
信号伝送線路と、信号伝送線路に接続された電子部品とを有する電子機器において、信号伝送線路に対して、本発明のインピーダンス調整装置を備えることにより、インピーダンスを調整することができる。
【００４７】
特に、本発明のインピーダンス調整装置は、モジュール化した回路ブロックを、多機種の電子機器の製品に流用させる場合（流用設計）において、有効である。
例えば、チューナーブロックや各種マザーボード等の、複数の製品に共通する回路ブロックや高速信号Ｉ／Ｆ回路に適用する場合に有効である。
また、例えば、本発明のインピーダンス調整装置を搭載した回路に対して、接続する回路の特性が異なっている場合にも有効である。
【００４８】
また、本発明のインピーダンス調整装置は、個別の製品に適用する場合においても有効である。
例えば、出荷時に、抜き取り検査を行って、インピーダンスの中心値を確定することにより、製造ばらつきを抑えることができる。
また、伝送特性、波形、インピーダンスをモニタリングする回路を適用し、インピーダンス調整回路にフィードバックさせることにより、誘電体の温度湿度変化、温度による半導体の特性変化等、動作状態や環境変化に伴う波形劣化を回避することが可能になる。
【００４９】
前述の通り、構造上回避することができないインピーダンス不連続が存在する場合には、デジタル信号に含まれる周波数成分が、反射と伝送損失を起こす。
そこで、信号伝送線路と、この信号伝送線路に接続された電子部品とを有する電子機器において、特に、インピーダンス不連続を生じている箇所の近傍に、インピーダンス調整装置を配置することにより、インピーダンスを調整して、インピーダンスを適合させることができる。
これにより、伝送する高速信号に含まれる周波数成分に対する、反射係数を低減することができる。
従って、反射波の受信端側への伝播を、低減・抑制することができるので、アイパターンの開口率保持とジッタ抑制とを実現することができる。
【００５０】
（実施例）
ここで、本発明のインピーダンス調整装置の特性を調べた。
信号導体３の幅を２５０μｍとし、信号導体３の厚さを４０μｍとし、誘電体２の厚さを４００μｍとし、誘電体２として比誘電率４．２である誘電体材料を使用することにして、図３に示したインピーダンス調整装置の構成における電界分布特性を、計算により求めた。
計算結果として、調整用導体７と信号導体３との距離Ｈに対するインピーダンスの変化を図５に示し、断面電界分布を図６に示す。
【００５１】
図５からわかるように、１０００μｍ（１ｍｍ）以下の変位で、５０Ωを中心に、５５Ω以上の幅広いインピーダンス可変範囲を実現することができる。
また、図６からわかるように、距離Ｈが短くなるほど、電界強度の最も強い部分が大きくなっており、電界強度が大きくなっている。
【００５２】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明のインピーダンス調整装置の一実施の形態の概略構成図（断面図）である。
【図２】Ａ、Ｂ  図１のインピーダンス調整装置の動作を説明する図である。
【図３】本発明のインピーダンス調整装置の他の実施の形態の概略構成図（断面図）である。
【図４】本発明のインピーダンス調整装置のさらに他の実施の形態の概略構成図（断面図）である。
【図５】図３のインピーダンス調整装置の距離Ｈに対するインピーダンスの変化を計算した結果を示す図である。
【図６】図３のインピーダンス調整装置の断面電界分布を計算した結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  接地導体、２  誘電体、３  信号導体、５  支持導体、７  導体、７Ａ，１４  調整用導体、９  電圧源、１３  アクチュエータ
【図１】
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【図２】
2009171061.tif 000004
【図３】
2009171061.tif 000005
【図４】
2009171061.tif 000006
【図５】
2009171061.tif 000007
【図６】
2009171061.tif 000008