JP2015033119A - プリント回路板 - Google Patents

Abstract

【課題】差動信号の伝送時に発生するコモンモード成分を低減できるＬＣ共振型フィルタをプリント配線板の導体で構成する際に、プリント配線板を小面積にすること。
【解決手段】導体層２０１に信号導体パターン２１１，２１２が配置され、導体層２０３にグラウンド導体パターン２１３が配置されている。導体層２０２に導体パターン２２１が配置され、導体層２０４に導体パターン２２２が配置されている。信号導体パターン２１１と導体パターン２２１とがヴィア導体２３１で接続され、信号導体パターン２１２と導体パターン２２２とがヴィア導体２３２で接続されている。導体パターン２２１，２２２は、Ｚ方向から見て、少なくとも一部がグラウンド導体パターン２１３に重なっている。また、導体パターン２２１，２２２は、少なくとも一部が互いに重なっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、差動信号の伝送に用いられるプリント配線板を備えたプリント回路板に関する。

近年のデジタル複写機やデジタルカメラは、高速化・高精細化を実現するために、大容量のデジタル信号の高速伝送が必要となっている。そのため、大容量データを高速に伝送することが可能な差動信号伝送方式が広く用いられるようになっている。

差動信号伝送方式において、信号伝送に必要な基本信号は、一対の信号線のそれぞれに振幅がほぼ等しく、互いに極性が反転したノーマルモード成分により伝送される。また、ノーマルモード成分には、信号伝送に必要な基本信号の成分のほか、基本信号の周波数の高調波成分の信号も含まれている。しかしながらノーマルモード成分は、互いの電流が発生する磁束を打ち消し合うため、高調波成分に起因する差動伝送路からの放射ノイズを抑制することができる。

一方、差動信号伝送方式では、ノーマルモード成分の他に、一対の信号線に互いの極性が同一なコモンモード成分の信号も伝送される。コモンモード成分は、差動信号を送信する送信回路に起因するノーマルモード成分のアンバランス性や、一対の信号線でのアンバランスによって、ノーマルモード成分が変換されることによって発生する。また、このコモンモード成分は、一対の信号線上を互いに同一方向に電流が流れ、発生する磁束が強め合うため、差動伝送路からの放射ノイズが大きくなる。

このようなコモンモード成分に起因する放射ノイズを抑制する手段の１つとして、非特許文献１には、ＬＣ共振型フィルタを用いることが記載されている。ＬＣ共振型フィルタは、インダクタとキャパシタとを直列接続した直列共振回路であり、各信号線にそれぞれ別個に接続されている。インダクタのインダクタンスとキャパシタのキャパシタンスからなる共振周波数を、不要な高調波成分の周波数に合わせることで、不要な高調波成分であるコモンモード成分を低減するものである。このＬＣ共振型フィルタにおいて、差動信号が高速になると、不要な高調波成分もより高周波となるため、ＬＣ共振型フィルタの共振周波数も高い値に設定することが必要となる。

佐藤利三郎著「伝送回路」コロナ出版（１９６３年６月３０日、Ｐ２７７）

しかしながら、ＬＣ共振型フィルタを市販の素子（例えばチップインダクタやチップコンデンサ等）で構成しようとすると、共振周波数が高周波帯域の場合には、素子の値を小さくする必要があり、標準的な素子では希望の共振周波数を得るのが困難であった。したがって、市販の素子を使用する場合には、コモンモード成分を抑制することが難しくなることがあった。

また一方で、デジタル複合機やデジタルカメラに代表されるような電気・電子機器は、小型化の要求が強いため、電気・電子機器に使用されるプリント回路板においても、ＩＣなどの実装部品や配線等をより高密度・小面積に配置することが必要とされる。

そこで本発明は、プリント配線板の高密度化、小面積化を実現しつつ、差動信号の伝送時に発生するコモンモード成分を低減できるＬＣ共振型フィルタを構成することができるプリント回路板を提供する。

本発明のプリント回路板は、第１導体層、第２導体層、第３導体層、第４導体層の順に絶縁体層を介して積層されたプリント配線板と、一対の差動信号を送信する第１信号端子及び第２信号端子と、グラウンド電位が印加されるグラウンド端子とを有し、前記プリント配線板に実装された送信回路と、を備え、前記プリント配線板は、前記第１導体層に配置され、前記第１信号端子に電気的に導通する第１信号導体パターンと、前記第１導体層に配置され、前記第２信号端子に電気的に導通する第２信号導体パターンと、前記第３導体層に配置され、前記グラウンド端子に電気的に導通するグラウンド導体パターンと、前記第２導体層において前記プリント配線板の面に直交する方向で前記グラウンド導体パターンに少なくとも一部が重なる位置に配置された第１導体パターンと、前記第４導体層において前記プリント配線板の面に直交する方向で前記グラウンド導体パターン及び前記第１導体パターンに少なくとも一部が重なる位置に配置された第２導体パターンと、前記第１信号導体パターンと前記第１導体パターンとを電気的に接続する第１ヴィア導体と、前記第１導体パターン及び前記グラウンド導体パターンと非接触に配置され、前記第２信号導体パターンと前記第２導体パターンとを電気的に接続する第２ヴィア導体と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、プリント配線板の面に垂直な方向から見て、第１及び第２導体パターンが占有する占有面積を小さくすることができ、プリント配線板、ひいてはプリント回路板の小型化を実現することができる。更に、希望の共振周波数を得ることが可能となり、第１及び第２信号導体パターンにおけるコモンモード成分の透過量を減少させることができる。

第１実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図である。 第１実施形態に係るプリント回路板の等価回路を示す回路図である。 第２実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図である。 比率（ｒ_１／ｒ_２）に対するコモンモード成分の発生量の最大値を示すグラフである。 比較例に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図である。図１（ａ）はプリント回路板の概略構成を示す模式図、図１（ｂ）はプリント回路板のプリント配線板を示す断面図である。図２は、本発明の第１実施形態に係るプリント回路板の等価回路を示す回路図である。

図１（ａ）に示すように、プリント回路板１００は、プリント配線板２００と、プリント配線板２００に実装された送信回路３００と、プリント配線板２００に実装され、ケーブル５００が接続されるコネクタ４００と、を備えている。

送信回路３００は、互いに極性が反転した一対の差動信号を送信するものであり、一方の差動信号を送信する第１信号端子としての信号端子３０１と、他方の差動信号を送信する第２信号端子としての信号端子３０２とを有している。また、送信回路３００は、グラウンド電位が印加されるグラウンド端子３０３と、電源電位が印加される不図示の電源端子と、を有している。送信回路３００は、電源端子とグラウンド端子３０３の間に直流電圧が印加されることにより動作して一対の信号端子３０１，３０２から所定の伝送レート［ｂｐｓ］のデジタル信号である一対の差動信号を送信するものである。

具体的には、送信回路３００は、データを示すデジタル信号であるパラレル信号をシリアル化して差動信号として出力するものである。その際、送信回路３００は、シリアル化したデータ列にクロック信号を埋め込んで伝送する。

コネクタ４００には、他のプリント配線板や他の電子機器に搭載された受信回路６００（図２）に、デジタル信号である一対の差動信号を伝送するためのケーブル５００が接続される。受信回路６００は、一対の差動信号（シリアル信号）を受信して、デシリアライズし、パラレル信号に変換する。これにより、受信回路６００は、クロックとデータを再生する。

クロック埋め込み型のシリアル伝送では、データと同期クロックが一緒にシリアル化され、ハイレベルとローレベルの論理遷移率が５０％になるように符号化されたデータが伝送される。そのため、伝送されるシリアル信号は、ローレベル又はハイレベルが多ビットで連続することがなく、１ビットを基本周期とした繰り返し波形が支配的に現れることになる。

従って、各信号端子３０１，３０２からは、シリアル信号の１ビット周期の整数倍の周波数で観測されるコモンモード成分が出力される。また、矩形波で伝送されるシリアル信号のスペクトラムは、ｓｉｎｃ関数で表され、１ビット周期の整数倍の周波数にはスペクトラムを持たないことが知られている。つまり、伝送信号のスペクトラムが無い周波数においてコモンモード成分が発生することになる。

ここで、デジタル信号の伝送レートに相当する周波数が基本周波数（繰り返し周波数）［Ｈｚ］であり、例えば、デジタル信号の伝送レートが１［Ｇｂｐｓ］の場合、基本周波数は１［ＧＨｚ］である。換言すると、基本周波数は、１ビット当たりの周期に対応する周波数である。

プリント配線板２００は、図１（ｂ）に示すように、少なくとも４つの導体層、本第１実施形態では４つの導体層２０１〜２０４が、絶縁体層２０５〜２０７を介して積層されて構成された４層基板である。本第１実施形態では、プリント配線板２００は、第１導体層としての導体層２０１、第２導体層としての導体層２０２、第３導体層としての導体層２０３、第４導体層としての導体層２０４の順に絶縁体層２０５〜２０７を介して積層されて構成されている。

プリント配線板２００は、導体層２０１に配置され、信号端子３０１に電気的に導通する第１信号導体パターンとしての信号導体パターン２１１を有している。また、プリント配線板２００は、導体層２０１に配置され、信号端子３０２に電気的に導通する第２信号導体パターンとしての信号導体パターン２１２を有している。

具体的には、信号導体パターン２１１，２１２は、帯状に形成された導体パターンである。信号導体パターン２１１の長手方向の一端が信号端子３０１に接合され、他端がコネクタ４００の不図示の端子に接合されている。また、信号導体パターン２１２の長手方向の一端が信号端子３０２に接合され、他端がコネクタ４００の不図示の端子に接合されている。これにより、一対の差動信号は、一対の信号導体パターン２１１，２１２を伝搬して、コネクタ４００から外部の受信回路６００に伝送される。

また、プリント配線板２００は、導体層２０３に配置され、グラウンド端子３０３に電気的に導通するグラウンド導体パターン２１３を有している。グラウンド導体パターン２１３は、導体層２０３において略全面に亘って配置された面状の導体パターンである。導体層２０１には、送信回路３００のグラウンド端子３０３が接合されるグラウンド導体パターン２１４が配置されており、グラウンド導体パターン２１３と、グラウンド導体パターン２１４とがグラウンドヴィア導体２１５により電気的に接続されている。

また、プリント配線板２００は、導体層２０２においてプリント配線板２００の面（ＸＹ平面）に直交するＺ方向でグラウンド導体パターン２１３に少なくとも一部が重なる位置に配置された第１導体パターンとしての導体パターン２２１を有する。ここで、Ｚ方向は、プリント配線板２００の積層方向である。

また、プリント配線板２００は、導体層２０４においてＸＹ平面に直交するＺ方向でグラウンド導体パターン２１３及び導体パターン２２１に少なくとも一部が重なる位置に配置された第２導体パターンとしての導体パターン２２２を有する。具体的には、導体パターン２２１と導体パターン２２２とは、絶縁体層２０６，２０７及びグラウンド導体パターン２１３を挟んで互いに相対する部分を有する。つまり、導体パターン２２２は、Ｚ方向（積層方向）に導体層２０２に投影すると、導体パターン２２１の少なくとも一部と重なりを持つように配置されている。これら導体パターン２２１，２２２は、面状の導体パターンである。

また、プリント配線板２００は、信号導体パターン２１１と導体パターン２２１とを電気的に接続する第１ヴィア導体としてのヴィア導体２３１を有する。更に、プリント配線板２００は、導体パターン２２１及びグラウンド導体パターン２１３と非接触に配置され、信号導体パターン２１２と導体パターン２２２とを電気的に接続する第２ヴィア導体としてのヴィア導体２３２を有する。

ヴィア導体２１５，２３１，２３２は、プリント配線板２００に形成された、プリント配線板２００の面（ＸＹ平面）に対して直交するＺ方向に延びるヴィアホール内に配置された導体である。本第１実施形態では、ヴィア導体２１５，２３１，２３２は、Ｚ方向に延びる円柱形状に形成されているが、円筒形状であってもよく、また、別の形状であってもよい。ヴィア導体２３２は、ヴィア導体２３１よりもＺ方向の長さが長く形成されている。

本第１実施形態では、導体パターン２２１におけるグラウンド導体パターン２１３側の面の全部がグラウンド導体パターン２１３の外周縁で囲まれた領域に絶縁体層２０６を挟んで対向している。つまり、導体パターン２２１をＺ方向に導体層２０３に投影したときの投影像の全部が、グラウンド導体パターン２１３の外周縁で囲まれた領域内にある。また、導体パターン２２２におけるグラウンド導体パターン２１３側の面の全部がグラウンド導体パターン２１３の外周縁で囲まれた領域に絶縁体層２０７を挟んで対向している。つまり、導体パターン２２２をＺ方向に導体層２０３に投影したときの投影像の全部が、グラウンド導体パターン２１３の外周縁で囲まれた領域内にある。

更に、本第１実施形態では、導体パターン２２２におけるグラウンド導体パターン２１３側の面の全部が、導体パターン２２１の外周縁で囲まれた領域に対向している。つまり、導体パターン２２２をＺ方向に導体層２０２に投影したときの投影像が、導体パターン２２１の外周縁で囲まれた領域内にある。

ヴィア導体２３１及びヴィア導体２３２は、主にインダクタンスとして作用する。一方、絶縁体層２０６を挟んで互いに対向する導体パターン２２１とグラウンド導体パターン２１３とで、主にキャパシタンスとして作用する。また、絶縁体層２０７を挟んで互いに対向する導体パターン２２２とグラウンド導体パターン２１３とで、主にキャパシタンスとして作用する。つまり、各信号導体パターン２１１，２１２には、一端と他端との間から分岐する図２に示すようなＬＣ直列共振回路（ＬＣ共振型フィルタ）Ｑ_１，Ｑ_２が接続されたこととなる。

ここで、図２に示すように、ヴィア導体２３１のインダクタンスをＬ_１［Ｈ］、ヴィア導体２３２のインダクタンスをＬ_２［Ｈ］とする。また、導体パターン２２１とグラウンド導体パターン２１３とのキャパシタンスをＣ_１［Ｆ］、導体パターン２２２とグラウンド導体パターン２１３とのキャパシタンスをＣ_２［Ｆ］とする。そして、図２に示すような、Ｌ_１とＣ_１、Ｌ_２とＣ_２が直列接続されたＬＣ直列共振回路Ｑ_１，Ｑ_２が形成される。

ＬＣ直列共振回路Ｑ_１の共振周波数ｆ_１、及びＬＣ直列共振回路Ｑ_２の共振周波数ｆ_２は、

と表される。

これら共振周波数ｆ_１，ｆ_２においては、信号導体パターン２１１，２１２とグラウンド導体パターン２１３との間のインピーダンスが小さくなる。そのため、送信回路３００から出力される一対の差動信号に含まれるコモンモード成分の周波数成分のうち、ＬＣ直列共振回路Ｑ_１，Ｑ_２の共振周波数ｆ_１，ｆ_２と合致するコモンモード成分は効果的に低減される。理論上は、コモンモード成分のピーク周波数は、伝送されるデジタル信号の基本周波数もしくは基本周波数の整数倍の中の一つの周波数と一致する。従って共振周波数ｆ_１，ｆ_２を、低減したいコモンモード成分に相当するデジタル信号の基本周波数もしくはその整数倍に一致させることが好ましい。

ただし、信号を伝送するまわりの環境等により、コモンモード成分のピーク周波数と伝送されるデジタル信号の基本周波数とは、±１０％程度の誤差を持つこともある。従って、共振周波数ｆ_１，ｆ_２を、伝送されるデジタル信号の基本周波数もしくは基本周波数の整数倍の±５％の誤差の範囲内とすることで、コモンモード成分を効果的に低減する事ができる。また、コモンモード成分の抑制には、必ずしも共振周波数ｆ_１，ｆ_２と、低デジタル信号の基本周波数もしくはその整数倍の中の一つの周波数とを一致させる必要はなく、±１０％程度の誤差の範囲内であれば充分効果的にコモンモード成分を低減する事ができる。この点からも、±１０％程度の誤差の範囲は有効な範囲であると言える。

本第１実施形態によれば、プリント配線板２００の導体でインダクタンスやキャパシタンスを形成することで、ＬＣ直列共振回路Ｑ_１，Ｑ_２において、希望の共振周波数を得ることが可能となる。ゆえに、信号導体パターン２１１，２１２におけるコモンモード成分の透過量を減少させる、つまり、コモンモード成分に起因するケーブル５００等からの放射ノイズを低減することができる。更に、プリント配線板２００のＸＹ平面に垂直なＺ方向から見て、導体パターン２２１，２２２が占有する占有面積を小さくすることができ、プリント配線板２００、ひいてはプリント回路板１００の小型化を実現することができる。

本第１実施形態では、ヴィア導体２３２は、導体パターン２２１及びグラウンド導体パターン２１３を貫通して配置されている。したがって、プリント配線板２００のＸＹ平面に垂直なＺ方向から見て、導体パターン２２１，２２２が占有する占有面積を更に小さくすることができ、プリント配線板２００、ひいてはプリント回路板１００の更なる小型化を実現することができる。

また、本第１実施形態では、絶縁体層２０６と絶縁体層２０７とはＺ方向の厚みが互いに同一に設定されている。また、各絶縁体層２０６，２０７の絶縁体（誘電体）の誘電率（比誘電率）も同一のものとしている。

更に、コモンモード成分をより効果的に低減するためには、共振周波数ｆ_１＝ｆ_２とすることが好適である。ｆ_１＝ｆ_２とするためには、前記式（１）（２）より、Ｌ_１×Ｃ_１＝Ｌ_２×Ｃ_２とすれば良い。また、理論的には共振周波数ｆ_１＝ｆ_２とすることで、最も効果的にコモンモード成分を低減することができる。しかしながら必ずしも、共振周波数ｆ_１＝ｆ_２とする必要はなく、±５％程度の誤差の範囲内であれば充分効果的にコモンモード成分を低減する事ができる。

本第１実施形態では、ヴィア導体２３１とヴィア導体２３２との太さ、即ちヴィア導体２３１におけるＸＹ平面に沿う断面の断面積と、ヴィア導体２３２におけるＸＹ面に沿う断面の断面積とが、互いに同一である。したがって、ヴィア導体２３２は、ヴィア導体２３１よりもＺ方向の長さが長いため、ヴィア導体２３２のインダクタンスＬ_２は、ヴィア導体２３１のインダクタンスＬ_１よりも高い。つまり、Ｌ_１＜Ｌ_２である。従って、各ＬＣ直列共振回路Ｑ_１，Ｑ_２の共振周波数ｆ_１，ｆ_２を等しくしようとすると、Ｃ_２をＣ_１よりも小さくする、即ち、Ｃ_１＞Ｃ_２とする必要がある。

Ｃ_１＞Ｃ_２とする場合、導体パターン２２１とグラウンド導体パターン２１３との距離を、導体パターン２２２とグラウンド導体パターン２１３との距離よりも狭めたり、絶縁体層２０６の誘電率を絶縁体層２０７の誘電率よりも高くしたりしてもよい。

本第１実施形態では、製造の容易性から、絶縁体層２０６，２０７は、同一の厚みで同一の誘電率としている。そして、導体パターン２２２とグラウンド導体パターン２１３との対向面積が、導体パターン２２１とグラウンド導体パターン２１３との対向面積よりも小さくしている。つまり、導体パターン２２２の面積を、導体パターン２２１の面積よりも小さくしている。このように、簡単な構成でＣ_１＞Ｃ_２とすることができ、占有面積が小さいながらも効果的に信号導体パターン２１１，２１２を伝搬するコモンモード成分を除去することができる。

なお、ＬＣ直列共振回路Ｑ_１，Ｑ_２を通じてグラウンド導体パターン２１３に流れたコモンモード成分は、グラウンドヴィア導体２１５及びグラウンド導体パターン２１４を介して送信回路３００のグラウンド端子３０３に帰還することとなる。

図５は、比較例に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図である。なお、プリント回路板１００と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。

グラウンド導体パターン２１３に絶縁体層を挟んで対向する、互いに同一面積の２つの導体パターン１２２１，１２２２が、同一の導体層に配置されている。また、信号導体パターン２１１と導体パターン１２２１とがヴィア導体１２３１で電気的に接続されており、信号導体パターン２１２と導体パターン１２２２とがヴィア導体１２３２で電気的に接続されている。ヴィア導体１２３１とヴィア導体１２３２とは、互いに同じ長さ及び同じ太さに形成されている。このように形成した場合、各ＬＣ直列共振回路の共振周波数を等しくすることはできるが、Ｚ方向から見て、これらＬＣ直列共振回路を構成する導体パターン１２２１，１２２２全体の占有面積が大きい。

これに対し本第１実施形態では、導体パターン２２２を、導体パターン２２１とは異なる導体層２０４に配置し、かつ、プリント配線板２００の積層方向（Ｚ方向）に投影したときに導体パターン２２１と重なりを持つように配置している。これにより、Ｚ方向から見て、プリント配線板２００において、導体パターン２２１，２２２が占有する占有面積を小さくすることが可能となる。そして、本第１実施形態では、比較例に対して、ほぼ同等のコモンモード透過量を有し、放射ノイズを効果的に低減することができる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態に係るプリント回路板について説明する。図３は、本発明の第２実施形態に係るプリント回路板の概略構成を示す説明図である。図３（ａ）はプリント回路板の概略構成を示す模式図、図３（ｂ）はプリント回路板のプリント配線板を示す断面図である。なお、本第２実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成については、同一符号を付して説明を省略する。

図３（ａ）に示すように、プリント回路板１００Ａは、プリント配線板２００Ａと、プリント配線板２００Ａに実装された、上記第１実施形態と同様の構成の送信回路３００及びコネクタ４００と、を備えている。

プリント配線板２００Ａは、図３（ｂ）に示すように、少なくとも４つの導体層、本第２実施形態では４つの導体層２０１〜２０４が、絶縁体層２０５〜２０７を介して積層されて構成された４層基板である。

プリント配線板２００Ａは、上記第１実施形態と同様、一対の信号導体パターン２１１，２１２と、グラウンド導体パターン２１３とを有している。

また、プリント配線板２００Ａは、導体層２０２においてプリント配線板２００Ａの面（ＸＹ平面）に直交するＺ方向でグラウンド導体パターン２１３に少なくとも一部が重なる位置に配置された第１導体パターンとしての導体パターン２２１Ａを有する。

また、プリント配線板２００Ａは、導体層２０４においてＸＹ平面に直交するＺ方向でグラウンド導体パターン２１３及び導体パターン２２１Ａに少なくとも一部が重なる位置に配置された第２導体パターンとしての導体パターン２２２Ａを有する。具体的には、導体パターン２２１Ａと導体パターン２２２Ａとは、絶縁体層２０６，２０７及びグラウンド導体パターン２１３を挟んで互いに相対する部分を有する。つまり、導体パターン２２２Ａは、Ｚ方向（積層方向）に導体層２０２に投影すると、導体パターン２２１Ａの少なくとも一部と重なりを持つように配置されている。これら導体パターン２２１Ａ，２２２Ａは、面状の導体パターンである。

また、プリント配線板２００Ａは、信号導体パターン２１１と導体パターン２２１Ａとを電気的に接続する第１ヴィア導体としてのヴィア導体２３１Ａを有する。更に、プリント配線板２００Ａは、導体パターン２２１Ａ及びグラウンド導体パターン２１３と非接触に配置され、信号導体パターン２１２と導体パターン２２２Ａとを電気的に接続する第２ヴィア導体としてのヴィア導体２３２Ａを有する。ヴィア導体２３２Ａは、ヴィア導体２３１ＡよりもＺ方向の長さが長く形成されている。本第２実施形態では、ヴィア導体２３１Ａ，２３２Ａは、Ｚ方向に延びる円柱形状に形成されているが、円筒形状であってもよく、また、別の形状であってもよい。

本第２実施形態では、導体パターン２２１Ａにおけるグラウンド導体パターン２１３側の面の全部がグラウンド導体パターン２１３の外周縁で囲まれた領域に絶縁体層２０６を挟んで対向している。つまり、導体パターン２２１ＡをＺ方向に導体層２０３に投影したときの投影像の全部が、グラウンド導体パターン２１３の外周縁で囲まれた領域内にある。また、導体パターン２２２Ａにおけるグラウンド導体パターン２１３側の面の全部がグラウンド導体パターン２１３の外周縁で囲まれた領域に絶縁体層２０７を挟んで対向している。つまり、導体パターン２２２ＡをＺ方向に導体層２０３に投影したときの投影像の全部が、グラウンド導体パターン２１３の外周縁で囲まれた領域内にある。

更に、本第２実施形態では、導体パターン２２２Ａにおけるグラウンド導体パターン２１３側の面の全部が、導体パターン２２１Ａの外周縁で囲まれた領域に対向している。つまり、導体パターン２２２ＡをＺ方向に導体層２０２に投影したときの投影像が、導体パターン２２１Ａの外周縁で囲まれた領域内にある。

ヴィア導体２３１Ａ及びヴィア導体２３２Ａは、主にインダクタンスとして作用する。一方、絶縁体層２０６を挟んで互いに対向する導体パターン２２１Ａとグラウンド導体パターン２１３とで、主にキャパシタンスとして作用する。また、絶縁体層２０７を挟んで互いに対向する導体パターン２２２Ａとグラウンド導体パターン２１３とで、主にキャパシタンスとして作用する。つまり、各信号導体パターン２１１，２１２には、一端と他端との間から分岐するＬＣ直列共振回路（ＬＣ共振型フィルタ）がそれぞれ接続されたこととなる。

本第２実施形態によれば、プリント配線板２００Ａの導体でインダクタンスやキャパシタンスを形成することで、ＬＣ直列共振回路において、希望の共振周波数を得ることが可能となる。ゆえに、信号導体パターン２１１，２１２におけるコモンモード成分の透過量を減少させる、つまり、コモンモード成分に起因するケーブル５００等からの放射ノイズを低減することができる。更に、プリント配線板２００ＡのＸＹ平面に垂直なＺ方向から見て、導体パターン２２１Ａ，２２２Ａが占有する占有面積を小さくすることができ、プリント配線板２００Ａ、ひいてはプリント回路板１００Ａの小型化を実現することができる。

本第２実施形態では、ヴィア導体２３２Ａは、導体パターン２２１Ａ及びグラウンド導体パターン２１３を貫通して配置されている。したがって、プリント配線板２００ＡのＸＹ平面に垂直なＺ方向から見て、導体パターン２２１Ａ，２２２Ａが占有する占有面積を更に小さくすることができ、プリント配線板２００Ａ、ひいてはプリント回路板１００Ａの更なる小型化を実現することができる。

また、本第２実施形態では、絶縁体層２０６と絶縁体層２０７とはＺ方向の厚みが互いに同一に設定されている。また、各絶縁体層２０６，２０７の絶縁体（誘電体）の誘電率（比誘電率）も同一のものとしている。

ここで、ヴィア導体２３１ＡのインダクタンスをＬ_１［Ｈ］、ヴィア導体２３２ＡのインダクタンスをＬ_２［Ｈ］とする。また、導体パターン２２１Ａとグラウンド導体パターン２１３とのキャパシタンスをＣ_１［Ｆ］、導体パターン２２２Ａとグラウンド導体パターン２１３とのキャパシタンスをＣ_２［Ｆ］とする。

本第２実施形態では、プリント配線板２００Ａは、Ｌ_２とＣ_２との積が、Ｌ_１とＣ_１との積に近づくように形成されている。つまり、Ｌ_１×Ｃ_１≒Ｌ_２×Ｃ_２である。特に、Ｌ_１×Ｃ_１＝Ｌ_２×Ｃ_２であれば好適である。

ここで、インダクタンスＬ_２がインダクタンスＬ_１よりも大きく、キャパシタンスＣ_２がキャパシタンスＣ_１より小さいと、一対の信号導体パターン２１１，２１２にアンバランスが存在することになる。そのため、ノーマルモード成分がコモンモード成分に変換され、コモンモード成分が発生することがある。

そこで、本第２実施形態では、導体パターン２２１Ａとグラウンド導体パターン２１３との対向面積と、導体パターン２２２Ａとグラウンド導体パターン２１３との対向面積とが互いに同一（略同一を含む）である。つまり、導体パターン２２１Ａの面積と、導体パターン２２２Ａの面積とが同一（略同一を含む）である。従って、Ｃ_１≒Ｃ_２であり、Ｃ_１＝Ｃ_２であるとより好適である。

更に、本第２実施形態では、ヴィア導体２３２Ａにおけるプリント配線板２００ＡのＸＹ平面に沿う断面の断面積が、ヴィア導体２３１Ａにおけるプリント配線板２００ＡのＸＹ平面に沿う断面の断面積よりも大きい。つまり、本第２実施形態では、図３に示すように、ヴィア導体２３２Ａの径がヴィア導体２３１Ａの径よりも太くなっており、Ｌ_１≒Ｌ_２であり、Ｌ_１＝Ｌ_２であるとより好適である。

本第２実施形態では、Ｌ_２とＬ_１、Ｃ_２とＣ_１がほぼ等しくなることから、一対の信号導体パターン２１１，２１２にアンバランスを生じ難くなる。そのため、ノーマルモード成分がコモンモード成分に変換される、即ち、コモンモード成分が発生するのを抑制することが可能となる。

［実施例１］
実施例１として、図１に示すプリント回路板１００について、３次元電磁界シミュレーションを実施した結果について説明する。シミュレーションモデルとして、プリント配線板２００は、外形が幅１００［ｍｍ］、長さ１００［ｍｍ］、厚さ１．６［ｍｍ］とした。表層である導体層２０１には、一対の信号導体パターン２１１，２１２として、幅１［ｍｍ］、長さ１００［ｍｍ］、厚さ０．０３５［ｍｍ］の導体を設け、一対の信号導体パターン２１１，２１２間の間隔を０．２［ｍｍ］とした。また、導体層２０１からプリント配線板２００の積層方向に１．５［ｍｍ］の位置に幅１００［ｍｍ］、長さ１００［ｍｍ］、厚さ０．０３５［ｍｍ］の面状のグラウンド導体パターン２１３を設けたマイクロストリップ構造とした。誘電体はＦＲ４（比誘電率４．３）とし、導体は銅（導電率５．８×１０^７［Ｓ／ｍ］）を用いた。

送信回路３００は、Ｓパラメータのポート１ａ、ポート１ｂとして、受信回路６００は、Ｓパラメータのポート２ａ、ポート２ｂとして、一対の信号導体パターン２１１，２１２の両端とグラウンド導体パターン２１３の間に設定した。つまり、信号導体パターン２１１には、ポート１ａとポート２ａを設定し、信号導体パターン２１２には、ポート１ｂとポート２ｂを設定した。

また、信号導体パターン２１１の中点に径０．２［ｍｍ］、長さ１．４［ｍｍ］のヴィア導体２３１を設け、ヴィア導体２３１の先端に、厚さ０．０３５［ｍｍ］、一辺の長さが５．３４［ｍｍ］の正方形の導体パターン２２１を設けた。なお、導体パターン２２１は、一対の信号導体パターン２１１，２１２間の中点を中心とした。

導体パターン２２１とグラウンド導体パターン２１３の間の層間厚は３０［μｍ］とした。更に、信号導体パターン２１２の中点に径０．２［ｍｍ］、長さ１．５３［ｍｍ］のヴィア導体２３２を設け、ヴィア導体２３２の先端に、厚さ０．０３５［ｍｍ］、一辺の長さが５．０８［ｍｍ］の正方形の導体パターン２２２を設けた。導体パターン２２２とグラウンド導体パターン２１３の間の層間厚は３０［μｍ］とした。なお、導体パターン２２２は、一対の信号導体パターン２１１，２１２間の中点を中心とした。また、ヴィア導体２３２と、導体パターン２２１及びグラウンド導体パターン２１３とは非接続の状態である。

また、図５に示す比較例のプリント回路板についても同様にモデル化した。本実施例１のシミュレーションモデルと異なる点のみ説明する。信号導体パターン２１１の中点に径０．２［ｍｍ］、長さ１．４［ｍｍ］のヴィア導体１２３１を設け、ヴィア導体１２３１の先端に、厚さ０．０３５［ｍｍ］、一辺の長さが５．３４［ｍｍ］の正方形の導体パターン１２２１を設けた。

また、信号導体パターン２１２の中点に径０．２［ｍｍ］、長さ１．４［ｍｍ］のヴィア導体１２３２を設け、ヴィア導体１２３２の先端に、厚さ０．０３５［ｍｍ］、一辺の長さが５．３４［ｍｍ］の正方形の導体パターン１２２２を設けた。なお、導体パターン１２２１，１２２２の間隔は、０．１［ｍｍ］とした。

それぞれのモデルは一例として、共振周波数が１［ＧＨｚ］になるように寸法を決めた。

ここで、それぞれのモデルについて、コモンモード成分に対する低減能力を明らかにするために、コモンモード成分に対する透過量（ミックスドモードＳパラメータのＳｃｃ２１）をシミュレーションにより求めた。

表１に、比較例と実施例１の、共振周波数１［ＧＨｚ］におけるコモンモード成分の透過量を示す。

表１より、実施例１のプリント回路板では、共振周波数１［ＧＨｚ］におけるコモンモード成分の透過量は、比較例のプリント回路板の、共振周波数１［ＧＨｚ］におけるコモンモード成分の透過量と比較して、ほぼ同等レベルであることが分かる。

つまり、実施例１は、比較例に対して、共振周波数においてほぼ同等のコモンモード透過量を有し、かつ、プリント回路板１００において導体パターン２２１，２２２が占有する占有面積を小さくすることが可能である。

［実施例２］
実施例２として、図３に示すプリント回路板１００Ａについて、３次元電磁界シミュレーションを実施した結果について説明する。シミュレーションモデルについては、実施例１で用いたモデルと異なる部分のみ説明する。

信号導体パターン２１２の中点に径０．２４［ｍｍ］、長さ１．５３［ｍｍ］のヴィア導体２３２Ａを設け、ヴィア導体２３２Ａの先端に、厚さ０．０３５［ｍｍ］、一辺の長さが５．３４［ｍｍ］の正方形の導体パターン２２２Ａを設けた。なお、導体パターン２２１Ａは、上記実施例１の導体パターン２２１と同一条件とし、ヴィア導体２３１Ａは、上記実施例１のヴィア導体２３１と同一条件とした。一例として、共振周波数が１［ＧＨｚ］になるように寸法を決めた。

実施例１と実施例２について、コモンモード成分の発生量を比較するために、コモンモード成分の発生量（ミックスドモードＳパラメータのＳｃｄ２１）をシミュレーションにより求めた。表２に、実施例１と実施例２の、コモンモード成分の発生量の最大値を示す。

表２より、実施例２は実施例１と比較して、コモンモード成分の発生量が更に抑制されていることが分かる。

続いて、太くするヴィア導体２３２Ａの径の範囲を規定するために、３次元電磁界シミュレーションを実施した結果について説明する。シミュレーションモデルについては、実施例１で用いたモデルと異なる部分のみ説明する。

信号導体パターン２１２の中点に径０．３２［ｍｍ］、長さ１．５３［ｍｍ］のヴィア導体２３２Ａを設け、ヴィア導体２３２Ａの先端に、厚さ０．０３５［ｍｍ］、一辺の長さが５．７［ｍｍ］の正方形の導体パターン２２２Ａを設けた。一例として、共振周波数が１［ＧＨｚ］になるように寸法を決めた。

なお、ヴィア導体２３１ＡのＺ方向の長さをｌ_１、ヴィア導体２３２ＡのＺ方向の長さをｌ_２、ヴィア導体２３１Ａの径をｒ_１、ヴィア導体２３２Ａの径をｒ_２とする。

実施例１と実施例２に関して、横軸を、ｒ_２とｒ_１の比率（ｒ_２／ｒ_１）、縦軸をコモンモード成分の発生量の最大値で表したグラフを図４に示す。

ｒ_２とｒ_１の比率の値を、ｌ_２とｌ_１の比率の２乗

で表すことができる。そのため、ヴィア導体の長さが変わった場合においても、上記範囲が変わることは無い。

図４より、ｒ_２とｒ_１の比率の値が増加していくと、コモンモード成分の発生量が抑制されていき、さらにｒ_２とｒ_１の比率の値が増加し続けると、コモンモード成分の発生量が増大していくことも分かる。

つまり、ｒ_２とｒ_１の比率の値が、

であれば、実施例１と比較して、コモンモード成分の発生量を抑制することができることが分かる。

ここで、ｒ_２とｒ_１の比率の値を、ｌ_２とｌ_１の比率の２乗

で表せることについて説明する。

一般的に、ヴィアのような直線状導体のインダクタンスはおおよそ径に反比例し、長さに比例するため、その関係式を式（３）のように表すことができる。

ここで、Ｌは直線状導体のインダクタンス、ｒは直線状導体の径、ｌは直線状導体の長さを表している。

Ｌ_１＝Ｌ_２の場合を考えてみると、式（３）より、

となるので、以下の式（５）に示すような関係式を求めることができる。

また、一般的に低減効果が６ｄＢあれば、放射ノイズが抑制されている状態である。ここで、図４より、実施例１と比較して６ｄＢ低減する、ｒ_２とｒ_１の比率の値は、

となる。つまり、より好ましくは、

であれば、コモンモード成分の発生量をより効果的に抑制することが可能である。

なお、本発明は、以上説明した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

上記第１及び第２実施形態では、ヴィア導体、導体パターン及びグラウンド導体パターンで構成されるＬＣ共振型フィルタの構造を各信号導体パターンに対してそれぞれ１つ設けた場合について説明したがこれに限定するものではない。伝送する差動信号の不要な高調波は複数あるため、その周波数に合わせて複数のＬＣ共振型フィルタの構造を設けてもよい。

また、上記第１及び第２実施形態では、プリント配線板が４層の導体層を有する場合について説明したが、導体層が５層以上のプリント配線板についても本発明は適用可能である。その際、第１導体層や第４導体層は、上記第１及び第２実施形態のように表層の導体層ではなく、内層の導体層であってもよい。

また、上記第１及び第２実施形態では、ヴィア導体２３２，２３２Ａが、導体パターン２２１，２２１Ａ、グラウンド導体パターン２１３を貫通する場合について説明したが、貫通しないように配置される場合であってもよい。

１００…プリント回路板、２００…プリント配線板、２０１…導体層（第１導体層）、２０２…導体層（第２導体層）、２０３…導体層（第３導体層）、２０４…導体層（第４導体層）、２１１…信号導体パターン（第１信号導体パターン）、２１２…信号導体パターン（第２信号導体パターン）、２１３…グラウンド導体パターン、２２１…導体パターン（第１導体パターン）、２２２…導体パターン（第２導体パターン）、２３１…ヴィア導体（第１ヴィア導体）、２３２…ヴィア導体（第２ヴィア導体）、３００…送信回路、３０１…信号端子（第１信号端子）、３０２…信号端子（第２信号端子）、３０３…グラウンド端子

Claims (11)

1. 第１導体層、第２導体層、第３導体層、第４導体層の順に絶縁体層を介して積層されたプリント配線板と、
   一対の差動信号を送信する第１信号端子及び第２信号端子と、グラウンド電位が印加されるグラウンド端子とを有し、前記プリント配線板に実装された送信回路と、を備え、
   前記プリント配線板は、
   前記第１導体層に配置され、前記第１信号端子に電気的に導通する第１信号導体パターンと、
   前記第１導体層に配置され、前記第２信号端子に電気的に導通する第２信号導体パターンと、
   前記第３導体層に配置され、前記グラウンド端子に電気的に導通するグラウンド導体パターンと、
   前記第２導体層において前記プリント配線板の面に直交する方向で前記グラウンド導体パターンに少なくとも一部が重なる位置に配置された第１導体パターンと、
   前記第４導体層において前記プリント配線板の面に直交する方向で前記グラウンド導体パターン及び前記第１導体パターンに少なくとも一部が重なる位置に配置された第２導体パターンと、
   前記第１信号導体パターンと前記第１導体パターンとを電気的に接続する第１ヴィア導体と、
   前記第１導体パターン及び前記グラウンド導体パターンと非接触に配置され、前記第２信号導体パターンと前記第２導体パターンとを電気的に接続する第２ヴィア導体と、を有することを特徴とするプリント回路板。
2. 前記第２ヴィア導体は、前記第１導体パターン及び前記グラウンド導体パターンを貫通して配置されていることを特徴とする請求項１に記載のプリント回路板。
3. 前記第１ヴィア導体のインダクタンスをＬ_１、前記第２ヴィア導体のインダクタンスをＬ_２、前記第１導体パターンと前記グラウンド導体パターンとのキャパシタンスをＣ_１、前記第２導体パターンと前記グラウンド導体パターンとのキャパシタンスをＣ_２としたとき、前記第１ヴィア導体と前記第１導体パターンで形成される直列共振回路の下記の式（１）で示される共振周波数ｆ_１と、前記第１ヴィア導体と前記第１導体パターンで形成される直列共振回路の以下の式（２）で示される共振周波数ｆ_２の値はともに、前記送信回路から前記第１信号導体パターンおよび前記第２信号導体パターンに伝送されるデジタル信号の基本周波数もしくは該基本周波数の整数倍の中の一つの周波数の、±１０％範囲内であることを特徴とする請求項１又は２に記載のプリント回路板。
   

   
4. 前記プリント配線板は、前記第２ヴィア導体のインダクタンスと、前記第２導体パターンと前記グラウンド導体パターンとのキャパシタンスとの積が、前記第１ヴィア導体のインダクタンスと、前記第１導体パターンと前記グラウンド導体パターンとのキャパシタンスとの積の±５％の範囲内であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のプリント回路板。
5. 前記第１ヴィア導体のインダクタンスをＬ_１、前記第２ヴィア導体のインダクタンスをＬ_２、前記第１導体パターンと前記グラウンド導体パターンとのキャパシタンスをＣ_１、前記第２導体パターンと前記グラウンド導体パターンとのキャパシタンスをＣ_２、としたとき、
   Ｌ_１×Ｃ_１＝Ｌ_２×Ｃ_２であることを特徴とする請求項４に記載のプリント回路板。
6. 前記第２導体パターンと前記グラウンド導体パターンとの対向面積が、前記第１導体パターンと前記グラウンド導体パターンとの対向面積よりも小さいことを特徴とする請求項４又は５に記載のプリント回路板。
7. 前記第１ヴィア導体における前記プリント配線板の面に沿う断面の断面積と、前記第２ヴィア導体における前記プリント配線板の面に沿う断面の断面積とが互いに同一であることを特徴とする請求項６に記載のプリント回路板。
8. 前記第２ヴィア導体における前記プリント配線板の面に沿う断面の断面積が、前記第１ヴィア導体における前記プリント配線板の面に沿う断面の断面積よりも大きいことを特徴とする請求項４又は５に記載のプリント回路板。
9. 前記第１導体パターンと前記グラウンド導体パターンとの対向面積と、前記第２導体パターンと前記グラウンド導体パターンとの対向面積とが互いに同一であることを特徴とする請求項８に記載のプリント回路板。
10. 前記第１ヴィア導体の径をｒ_１、前記第１ヴィア導体における前記プリント配線板の面に直交する方向の長さをｌ_１、前記第２ヴィア導体の径をｒ_２、前記第２ヴィア導体における前記プリント配線板の面に直交する方向の長さをｌ_２としたとき、
    前記プリント配線板が、
    

    

    を満たすように形成されていることを特徴とする請求項９に記載のプリント回路板。
11. 前記プリント配線板が、
    

    

    を満たすように形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のプリント回路板。

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