コモンモードチョークコイル実装構造及びコモンモードチョークコイル実装方法

【課題】ＥＳＤ耐性を確保しつつ、差動伝送線路の特性インピーダンスの整合を図ったコモンモードチョークコイル実装構造及びコモンモードチョークコイル実装方法を提供する。
【解決手段】コモンモードチョークコイル２を、送受信装置１１０とコネクタ１１１間の差動伝送線路１上に実装した。コモンモードチョークコイル２の特性インピーダンスは、差動伝送線路１の特性インピーダンスと整合している。また、基板１００の下面に設けられた第１のグランド領域３を、第１のスリット４によって２つの領域３１，３２に分離した。第１のスリット４は、差動伝送線路１の下方を横切るように形成し、コモンモードチョークコイル２は、第１のスリット４の真上の位置に実装した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、コモンモードチョークコイルをＥＳＤ（Electrostatic Discharge：静電気放電）対策がとられた差動伝送線路上に実装するためのコモンモードチョークコイル実装構造及びコモンモードチョークコイル実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＨＤＭＩ等の高速差動伝送線路に対するＥＳＤ対策技術としては、コンデンサやバリスタ等の静電気対策部品を用いる方法（例えば、特許文献１参照）と、ベタの基板グランドをスリットで分離することで、静電気が差動伝送線路側に伝導しないようにする方法（例えば、特許文献２参照）とがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４２１３６９５号公報
【特許文献２】実開平０６−０１７２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
コンデンサやバリスタ等の静電気対策部品を用いて、ＥＳＤ対策を図る技術では、当該部品を挿入した位置での差動伝送線路の特性インピーダンスが低下する。このため、静電気対策部品を用いた場合には、インダクタを線路上に挿入することにより、当該位置における特性インピーダンスを上げて、インピーダンスの整合をとるようにしている。
しかし、基板グランドをスリットで分離して、ＥＳＤ対策を図る技術では、スリット上の差動伝送線路の特性インピーダンスが高くなってしまう。このため、コンデンサ等を差動伝送線路とグランド間に挿入して、特性インピーダンスを低下させる必要がある。しかしながら、この技術では、基板グランドが分離してあるため、コンデンサ等を挿入することが難しい。したがって、基板グランドをスリットで分離して、ＥＳＤ対策を図った従来の技術では、差動伝送線路上に、インピーダンスの不整合部分が発生し、差動信号が、この部分で反射して、リターンロスが発生するという問題があった。
【０００５】
この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、ＥＳＤ耐性を確保しつつ、差動伝送線路の特性インピーダンスの整合を図ったコモンモードチョークコイル実装構造及びコモンモードチョークコイル実装方法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】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、基板上面に設けられた差動伝送線路と、基板下面又は基板中間面に設けられた第１のグランド領域と、この第１のグランド領域を２つの領域に分離して差動伝送線路を下方で横切る第１のスリットとを備え、差動伝送線路の特性インピーダンスと整合した特性インピーダンスを有するコモンモードチョークコイルを、差動伝送線路上に実装するコモンモードチョークコイル実装構造であって、コモンモードチョークコイルを、第１のスリットの真上の位置に実装した構成とする。
かかる構成により、差動信号は、コモンモードチョークコイルに減衰されることなく、差動伝送線路上を伝送されるが、コモンモードノイズは、コモンモードチョークコイルによって減衰される。また、静電気が発生すると、静電気が第１のグランド領域上を流れ、基板上の電子回路を破損させるおそれが生じるが、第１のグランド領域が、第１のスリットによって、２つの領域に分離されているので、静電気は、この第１のスリットによって阻止され、基板上の電子回路側に進入することはない。
ところで、差動伝送線路の特性インピーダンスは、差動伝送線路自体のインダクタンスと第１のグランド領域との間の静電容量とによって決定される。したがって、第１のスリットが差動伝送線路の下方に存在すると、その部分の静電容量が他の部分よりも小さくなり、当該第１のスリット上の差動伝送線路部分の特性インピーダンスが高くなってしまう。このため、差動信号が、この差動伝送線路部分で反射する等の不都合が生じるおそれがある。
しかし、この発明では、コモンモードチョークコイルを、第１のスリットの真上の位置に実装している。したがって、第１のスリット上の差動伝送線路部分の特性インピーダンスは、コモンモードチョークコイル自体が有する特性インピーダンスであり、その特性インピーダンスは、第１のスリットの有無によって影響されることはない。そして、このコモンモードチョークコイルの特性インピーダンスが差動伝送線路の特性インピーダンスと整合しているので、コモンモードチョークコイルを含む差動伝送線路全体の特性インピーダンスは、どの位置でも同一であり、高低差は生じない。この結果、差動伝送線路を伝わる差動伝送線路が、第１のスリット上の差動伝送線路部分において、反射される等の事態は生じない。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のコモンモードチョークコイル実装構造において、第１のスリットの幅は、差動伝送線路に接続されるコモンモードチョークコイル両端の外部電極の間隔よりも大きい構成とした。
かかる構成により、静電気耐性を高めることができる。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１に記載のコモンモードチョークコイル実装構造において、第１のスリットの幅は、差動伝送線路に接続されるコモンモードチョークコイル両端の外部電極の間隔よりも小さい構成とした。
かかる構成により、第１のスリットによって生じる特性インピーダンスの高い差動伝送線路部分を狭くすることができる。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のコモンモードチョークコイル実装構造において、基板上面に、第２のグランド領域を設け、この第２のグランド領域に、第１のスリットに対応した形状をなし且つ第２のグランド領域を２つの領域に分離して差動伝送線路を横切る第２のスリットを形成した構成とする。
【００１０】
また、請求項５の発明に係るコモンモードチョークコイル実装方法は、差動伝送線路を基板上面に設けると共に、第１のグランド領域を基板下面又は基板中間面に設け、且つ、当該第１のグランド領域に、第１のグランド領域を２つの領域に分離して差動伝送線路を下方で横切る第１のスリットを形成し、差動伝送線路の特性インピーダンスと整合した特性インピーダンスを有するコモンモードチョークコイルを、差動伝送線路上であって且つ第１のスリットの真上である位置に実装した構成とする。
【発明の効果】
【００１１】
以上詳しく説明したように、この発明によれば、第１のグランド領域を第１のスリットによって分離すると共に、差動伝送線路と整合した特性インピーダンスを有するコモンモードチョークコイルを、第１のスリットの真上の位置に実装するので、第１のスリットの有無に拘わらず、ＥＳＤ耐性を確保しつつ、差動伝送線路の特性インピーダンスの整合を図ることができるという優れた効果がある。
【００１２】
特に、請求項２の発明によれば、ＥＳＤ耐性を高めることができ、また、請求項３の発明によれば、特性インピーダンスを高くする差動伝送線路部分を狭くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の第１実施例に係るコモンモードチョークコイル実装構造を示す基板上面図である。
【図２】この実施例のコモンモードチョークコイル実装構造を示す基板下面図である。
【図３】この実施例のコモンモードチョークコイル実装構造を示す概略断面図である。
【図４】コモンモードチョークコイルのノイズ除去機能を説明するための基板の上面図である。
【図５】第１のスリットによる静電気耐性を説明するための基板の下面図である。
【図６】第１のスリットがない場合の差動伝送線路の特性インピーダンスを説明するための概略断面図である。
【図７】第１のスリットがある場合の差動伝送線路の特性インピーダンスを説明するための概略断面図である。
【図８】第１のスリットがある場合の差動伝送線路の特性インピーダンス分布を示す線図である。
【図９】第１のスリットの真上にコモンモードチョークコイルを実装した場合の差動伝送線路の特性インピーダンスを説明するための概略断面図である。
【図１０】第１のスリットの真上にコモンモードチョークコイルを実装した場合の差動伝送線路の特性インピーダンス分布を示す線図である。
【図１１】この発明の第２実施例に係るコモンモードチョークコイル実装構造の要部を示す概略断面図である。
【図１２】この発明の第３実施例に係るコモンモードチョークコイル実装構造の要部を示す概略断面図である。
【図１３】この発明の第４実施例に係るコモンモードチョークコイル実装構造を示す基板上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、この発明の第１実施例に係るコモンモードチョークコイル実装構造を示す基板上面図であり、図２は、この実施例のコモンモードチョークコイル実装構造を示す基板下面図であり、図３は、この実施例のコモンモードチョークコイル実装構造を示す概略断面図である。
【００１６】
この実施例のコモンモードチョークコイル実装構造では、図１に示すように、トランシーバやレシーバ等の送受信装置１１０とコネクタ１１１とが、基板１００の上面１０１に取り付けられ、これら送受信装置１１０とコネクタ１１１とが、１対の線路１１，１２で成る差動伝送線路１によって電気的に接続されている。
【００１７】
そして、コモンモードチョークコイル２が差動伝送線路１上に実装されている。
具体的には、コモンモードチョークコイル２の特性インピーダンスが、差動伝送線路１の特性インピーダンスと整合する値に設定され、コモンモードチョークコイル２の４つの外部電極２１〜２４が線路１１，１２に電気的に接続されている。すなわち、図１及び図３に示すように、差動伝送線路１の線路１１，１２が分断され、コモンモードチョークコイル２の外部電極２１，２２（２３，２４）が、線路１１（１２）の分断端部１１ａ，１１ｂ（１２ａ，１２ｂ）上に半田等で接続されている。なお、分断端部１１ａ，１１ｂ（１２ａ，１２ｂ）の間隔は、コモンモードチョークコイル２両端の外部電極２１，２２（２３，２４）の間隔にほぼ等しく設定されている。
【００１８】
また、この実施例のコモンモードチョークコイル実装構造では、図２に示すように、第１のグランド領域３が、基板１００の下面１０２に設けられ、第１のグランド領域３が、第１のスリット４によって、２つの領域に分離されている。
具体的には、第１のスリット４は、コネクタ１１１を下から囲むように形成されており、これにより、第１のグランド領域３が、コネクタ１１１用のグランド領域３１と送受信装置１１０用のグランド領域３２とに分離されている。
【００１９】
このように第１のグランド領域３を分離する第１のスリット４は、図３にも示すように、差動伝送線路１の下方を横切るように形成されている。そして、上記したコモンモードチョークコイル２が、このような第１のスリット４の真上の位置に実装されている。
第１のスリット４の幅は、コモンモードチョークコイル２の外部電極２１，２２（２３，２４）の間隔にほぼ等しく設定されており、コモンモードチョークコイル２真下の第１のスリット４の部分がコモンモードチョークコイル２によって覆われている。
【００２０】
上記のようなコモンモードチョークコイル実装構造を有する基板１００の製造方法は、次の通りである。なお、この製造方法は、この発明のコモンモードチョークコイル実装方法を具体的に実現する方法でもある。
まず、送受信装置１１０や線路１１，１２を実装するためのパターン配線と共に差動伝送線路１を、基板１００の上面１０１上にパターン形成する。そして、第１のスリット４と共に第１のグランド領域３を、下面１０２に形成する。しかる後、送受信装置１１０と線路１１，１２とを上面１０１の配線パターン上に実装すると共に、コモンモードチョークコイル２を第１のスリット４の真上の差動伝送線路１に実装することで、コモンモードチョークコイル２が実装された基板１００が製造される。
【００２１】
次に、この実施例のコモンモードチョークコイル実装構造が示す作用及び効果について説明する。
図４は、コモンモードチョークコイル２のノイズ除去機能を説明するための基板１００の上面図であり、図５は、第１のスリット４による静電気耐性を説明するための基板１００の下面図である。
図４に示すように、基板１００を使用する場合には、差動伝送ケーブル２００のコネクタ２０１をコネクタ１１１に接続して、差動伝送ケーブル２００と差動伝送線路１とを連通させる。
このとき、コネクタ２０１とコネクタ１１１との端子間の接触により、静電気Ｑが発生すると、静電気Ｑは、コネクタ１１１から第１のグランド領域３側に伝わり、送受信装置１１０側に向かう。そして、静電気Ｑは、図５の矢印で示すように、第１のグランド領域３のグランド領域３１を伝わり、グランド電極３２側に向かう。しかし、グランド領域３１とグランド電極３２とが、第１のスリット４によって分離されているので、静電気Ｑは第１のスリット４によって阻止される。
【００２２】
また、図４に示すように、差動伝送ケーブル２００を通じて送られてきた差動信号Ｓ+，Ｓ-は、コネクタ２０１，１１１を介して差動伝送線路１に入力され、コモンモードチョークコイル２を通って、送受信装置１１０に受信される。逆に、送受信装置１１０から出力された差動信号Ｓ+，Ｓ-は、差動伝送線路１のコモンモードチョークコイル２を通って、差動伝送ケーブル２００側に送信される。
このとき、差動信号Ｓ+，Ｓ-の位相差等によって、コモンモード成分が発生した場合には、コモンモードチョークコイル２によって除去され、差動伝送線路１からのコモンモードノイズの放射が防止される。
【００２３】
ところで、差動伝送線路１の特性インピーダンスは、差動伝送線路１自体のインダクタンスと第１のグランド領域３との間の静電容量とによって決定される。
図６は、第１のスリット４がない場合の差動伝送線路１の特性インピーダンスを説明するための概略断面図である。
図６に示すように、高周波の差動信号を伝送する差動伝送線路１は、分布定数型線路であり、差動伝送線路１の微小部分が、そのインダクタンスＬと静電容量Ｃとに対応した特性インピーダンスをそれぞれ有し、ほぼ全ての微小部分の特性インピーダンスが整合している。
【００２４】
しかし、第１のスリット４を第１のグランド領域３に形成すると、差動伝送線路１上に不整合な部分が発生する。
図７は、第１のスリット４がある場合の差動伝送線路１の特性インピーダンスを説明するための概略断面図であり、図８は、第１のスリット４がある場合の差動伝送線路１の特性インピーダンス分布を示す線図である。なお、線図の縦軸Ｚは特性インピーダンス（Ω）を示し、横軸Ｘは、第１のスリット４の端４ａからの距離（ｍｍ）を示す。
図７に示すように、第１のスリット４を第１のグランド領域３に形成すると、第１のスリット４の部分には、第１のグランド領域３がなくなるので、第１のスリット４の真上の差動伝送線路１の部分Ｗの静電容量Ｃ′が、ほぼ零になるか、シャーシグランド等の別のグランド１２０を基準とする値となる。このため、部分Ｗの静電容量Ｃ′が他の部分の静電容量Ｃよりも小さくなり、その結果、当該部分Ｗの特性インピーダンスが高くなってしまい。他の部分との整合が損なわれる。
具体的には、図８のインピーダンス曲線Ｓで示すように、第１のスリット４の間隔４ａ，４ｂ、すなわち、第１のスリット４の真上の差動伝送線路１の部分Ｗのほぼ中央部の特性インピーダンスが他に比べて非常に高くなってしまう。
【００２５】
しかしながら、この実施例のように、第１のスリット４の真上にコモンモードチョークコイル２を実装すると、特性インピーダンスの整合を図ることができる。
図９は、第１のスリット４の真上にコモンモードチョークコイル２を実装した場合の差動伝送線路１の特性インピーダンスを説明するための概略断面図であり、図１０は、第１のスリット４の真上にコモンモードチョークコイル２を実装した場合の差動伝送線路１の特性インピーダンス分布を示す線図である。
図９に示すように、コモンモードチョークコイル２を、第１のスリット４の真上に実装する場合には、差動伝送線路１の部分Ｗを分断し、コモンモードチョークコイル２の外部電極２１，２２（２３，２４）を、線路１１（１２）の分断端部１１ａ，１１ｂ（１２ａ，１２ｂ）上に接続する。このため、部分Ｗには、線路のインダクタンスや第１のグランド領域３との間の静電容量はほとんど生じない。部分Ｗの特性インピーダンスは、コモンモードチョークコイル２の特性インピーダンスである。このコモンモードチョークコイル２の特性インピーダンスは、コモンモードチョークコイル２自体のインダクタンスＬ１や寄生容量等による静電容量Ｃ１によって決まるものであり、第１のスリット４や第１のグランド領域３による影響をほとんど受けない。そして、これらのインダクタンスＬ１や静電容量Ｃ１による特性インピーダンスは、予め差動伝送線路１の特性インピーダンスと整合されているので、第１のスリット４の真上の位置の特性インピーダンスは、他の差動伝送線路１の部分の特性インピーダンスとほぼ等しくなる。
具体的には、図１０のインピーダンス曲線Ｓで示すように、第１のスリット４の間隔４ａ，４ｂ、すなわち、第１のスリット４の真上の部分において、その特性インピーダンスが低く抑えられ、他の部分と整合している。
【実施例２】
【００２６】
次に、この発明の第２実施例について説明する。
図１１は、この発明の第２実施例に係るコモンモードチョークコイル実装構造の要部を示す概略断面図である。
この実施例のコモンモードチョークコイル実装構造では、図１１に示すように、第１のスリット４の幅ｄ４を、差動伝送線路１の線路１１（１２）に接続されたコモンモードチョークコイル２両端の外部電極２１，２２（２３，２４）の間隔ｄ２よりも大きく設定した。
かかる構成により、グランド領域３１からグランド電極３２への静電気の伝搬を幅広の第１のスリット４によって完全に阻止することができ、静電気耐性を高めることができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【実施例３】
【００２７】
次に、この発明の第３実施例について説明する。
図１２は、この発明の第３実施例に係るコモンモードチョークコイル実装構造の要部を示す概略断面図である。
この実施例のコモンモードチョークコイル実装構造では、図１２に示すように、第１のスリット４の幅ｄ４を、差動伝送線路１の線路１１（１２）に接続されたコモンモードチョークコイル２両端の外部電極２１，２２（２３，２４）の間隔ｄ２よりも小さく設定した。
かかる構成により、第１のグランド領域３の削減幅が少なくなり、第１のスリット４による差動伝送線路１の特性インピーダンスの変化を小さく抑えることができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【実施例４】
【００２８】
次に、この発明の第４実施例について説明する。
図１３は、この発明の第４実施例に係るコモンモードチョークコイル実装構造を示す基板上面図である。
図１３に示すように、この実施例のコモンモードチョークコイル実装構造では、基板１００の上面１０１に、第２のグランド領域５を設けた。そして、第１のスリット４と同じ形状の第２のスリット６を第２のグランド領域５に、差動伝送線路１を横切るように形成して、第２のグランド領域５を、グランド領域３１に対応するグランド領域５１と、グランド電極３２に対応するグランド電極５２とに分離した。なお、この実施例においても、図２で示した第１のグランド領域３と第１のスリット４とが、基板１００の下面１０２に設けられていることは勿論である。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【００２９】
なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記実施例では、第１のグランド領域３を基板１００の下面１０２に形成したが、これに限るものでなく、多層の基板１００の中間層の面（上面１０１と下面１０２との間の層の面）上に形成しても良い。
【符号の説明】
【００３０】
１…差動伝送線路、２…コモンモードチョークコイル、３…第１のグランド領域、４…第１のスリット、５…第２のグランド領域、６…第２のスリット、１１，１２…線路、１１ａ，１１ｂ，１２ａ，１２ｂ…分断端部、２１〜２４…外部電極、３１，３２，５１，５２…グランド電極、１００…基板、１０１…上面、１０２…下面、１１０…送受信装置、１１１…コネクタ、２００…差動伝送ケーブル、２０１…コネクタ。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上面に設けられた差動伝送線路と、基板下面又は基板中間面に設けられた第１のグランド領域と、この第１のグランド領域を２つの領域に分離して上記差動伝送線路を下方で横切る第１のスリットとを備え、上記差動伝送線路の特性インピーダンスと整合した特性インピーダンスを有するコモンモードチョークコイルを、上記差動伝送線路上に実装するコモンモードチョークコイル実装構造であって、
上記コモンモードチョークコイルを、上記第１のスリットの真上の位置に実装した、
ことを特徴とするコモンモードチョークコイル実装構造。
【請求項２】
請求項１に記載のコモンモードチョークコイル実装構造において、
上記第１のスリットの幅は、上記差動伝送線路に接続されるコモンモードチョークコイル両端の外部電極の間隔よりも大きい、
ことを特徴とするコモンモードチョークコイル実装構造。
【請求項３】
請求項１に記載のコモンモードチョークコイル実装構造において、
上記第１のスリットの幅は、上記差動伝送線路に接続されるコモンモードチョークコイル両端の外部電極の間隔よりも小さい、
ことを特徴とするコモンモードチョークコイル実装構造。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のコモンモードチョークコイル実装構造において、
上記基板上面に、第２のグランド領域を設け、
この第２のグランド領域に、上記第１のスリットに対応した形状をなし且つ第２のグランド領域を２つの領域に分離して上記差動伝送線路を横切る第２のスリットを形成した、
ことを特徴とするコモンモードチョークコイル実装構造。
【請求項５】
差動伝送線路を基板上面に設けると共に、第１のグランド領域を基板下面又は基板中間面に設け、且つ、当該第１のグランド領域に、第１のグランド領域を２つの領域に分離して上記差動伝送線路を下方で横切る第１のスリットを形成し、上記差動伝送線路の特性インピーダンスと整合した特性インピーダンスを有するコモンモードチョークコイルを、上記差動伝送線路上であって且つ上記第１のスリットの真上である位置に実装した、
ことを特徴とするコモンモードチョークコイル実装方法。

【図１】