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1. WO2020158046 - 水晶発振回路の基板レイアウト方法及び配線方法

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明 細 書

発明の名称 水晶発振回路の基板レイアウト方法及び配線方法

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005  

先行技術文献

特許文献

0006  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0007   0008   0009  

課題を解決するための手段

0010   0011   0012   0013   0014  

発明の効果

0015  

図面の簡単な説明

0016  

発明を実施するための形態

0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032  

産業上の利用可能性

0033  

符号の説明

0034  

請求の範囲

1   2   3  

図面

1   2   3   4   5  

明 細 書

発明の名称 : 水晶発振回路の基板レイアウト方法及び配線方法

技術分野

[0001]
 本発明は、カメラ等の電子機器に用いられる水晶発振回路の基板レイアウト方法及び配線方法に関する。

背景技術

[0002]
 近年、自動車業界において、自動運転を実現するためのセンシング技術開発が活況を呈している。センシング技術のひとつであるカメラは、小型であることは勿論のこと、車両への実装に際して、他の電子機器やアンテナ機器との設置距離及び方向を意識することなく、車両のデザインを重視した自由な配置で取り付けできることが望まれている。
[0003]
 カメラの画像信号の伝送方式としては、これまでのアナログビデオ信号出力方式から、高精細画像情報を安定して出力できる高速シリアルデジタル信号出力方式へ移行中であり、カメラ応用システムにおいては、高速デジタルデータ伝送に伴う高周波数領域での低ノイズ・耐ノイズ設計が重要になってきている。また、車両の高温度環境下での動作品質要求が高まるとともに、カメラの小型化に伴い、電気回路の実動作によるカメラの内部温度上昇に対する熱対策が、低ノイズ・耐ノイズ設計と合わせて重要となってきている。
[0004]
 電子機器におけるノイズ除去あるいはノイズ低減を実現可能とした技術として、例えば特許文献1や特許文献2で開示されているものがある。特許文献1に記載された配線レイアウト方法とその配線レイアウト構造は、正相の信号配線と、この正相の信号配線と交差する交差配線とを備え、正相の信号配線とは逆相の信号が印加された信号配線を交差配線に対して交差させるようにしたものである。
[0005]
 特許文献2に記載された水晶発振器は、出力端子を含む所定配線が形成された回路基板上に、支持体を介して水晶振動子を架設配置して、該水晶振動子に、発振用インバータ及びバッファ用インバータを集積化したICチップ、入出力用コンデンサ、フィードバック抵抗が接続されるように配置して、バッファ用インバータの発振出力を出力端子から導出させた水晶発振器において、水晶振動子の下部の回路基板上に、入出力用コンデンサ、フィードバック抵抗を配置するとともに、出力端子近傍にICチップを配置したものである。

先行技術文献

特許文献

[0006]
特許文献1 : 日本国特許第2980315号公報
特許文献2 : 日本国実用新案登録第2597382号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0007]
 しかしながら、上述した特許文献1に記載された配線レイアウト方法とその配線レイアウト構造においては、正相の信号配線に直交する交差配線に対する電磁ノイズに対して、出力反転信号の電磁ノイズを付加してキャンセルさせる効果に留まっている。
[0008]
 また、上述した特許文献2に記載された水晶発振器においては、ICチップの出力配線の距離を短くしているので、高周波発振、高負荷対応によって増大する発振器内部で発生するノイズが低減し、発振異常の少ない水晶発振器が実現可能となったが、コンデンサに流れる電流の流路の最適化には言及していない。
[0009]
 本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、水晶発振回路を構成するコンデンサに流れる電流の経路の最適化を図り、電磁ノイズの更なる低減が図れる水晶発振回路の基板レイアウト方法及び配線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

[0010]
 本発明の水晶発振回路の基板レイアウト方法は、水晶振動子と、第1,第2の抵抗と、第1,第2のコンデンサと、インバータと、を備え、前記水晶振動子の一端と、前記インバータの入力端と、前記第1の抵抗の一端と、前記第1のコンデンサの一端とが共通接続され、前記インバータの出力端と、前記第1の抵抗の他端と、前記第2の抵抗の一端とが共通接続され、前記水晶振動子の他端と、前記第2の抵抗の他端と、第2のコンデンサの一端が共通接続され、前記第1,第2のコンデンサそれぞれの他端が接地された水晶発振回路の基板レイアウト方法であって、前記インバータの出力端子から入力端子への配線帰還経路の面積が最小となるように前記2つの抵抗を前記2つのコンデンサと並列に配置し、更に、前記2つのコンデンサそれぞれのグランドへの接続を行う端子同士を近接配置する。
[0011]
 上記方法によれば、インバータの出力端子から入力端子への配線帰還経路の面積を最小とするレイアウトで、且つ2つのコンデンサそれぞれのグランドへの接続を行う端子同士を近接配置することで、グランドに対して微少電流変化(△i変化)の発生するコンデンサ電流帰還経路において、2つのコンデンサを流れる微少電流の極性が互いに反転関係にあって、互いに逆方向に流れるので、共通グランド端子部で電流キャンセルできる。
[0012]
 また、インバータの出力端子から入力端子への配線帰還経路の面積を最小とするレイアウトになるように、2つの抵抗を2つのコンデンサと並列に配置することで、発振動作での帰還電流を小さくできる。
[0013]
 本発明の水晶発振回路の配線方法は、上記水晶発振回路の基板レイアウト方法により、前記インバータの出力端子から入力端子への配線帰還経路の面積が最小となるように前記2つの抵抗が前記2つのコンデンサと並列に配置され、更に、前記2つのコンデンサそれぞれのグランドへの接続を行う端子同士が近接配置された水晶発振回路の配線方法であって、前記水晶振動子、前記2つの抵抗及び前記2つのコンデンサの各部品を多層基板の表層に実装し、部品端子間配線の全てを前記多層基板の内層で配線する。
[0014]
 上記方法によれば、部品端子間配線で発生する△i変化と△v変化による電磁ノイズの基板外部への放射を基板内部で抑えることができる。即ち、電磁ノイズを効果的にグランド電位で吸収することができる。

発明の効果

[0015]
 本発明によれば、水晶発振回路を構成するコンデンサを介してグランドに流れる電流の経路の最適化を図り、電磁ノイズの更なる低減が図れる。

図面の簡単な説明

[0016]
[図1] 本発明の実施形態に係る水晶発振回路を示す回路図
[図2] 図1の水晶発振回路の基板レイアウトを示すイメージ図
[図3] 図1の水晶発振回路における水晶振動子、2つの抵抗及び2つのコンデンサの大きさの関係を示す図
[図4] 本発明の実施形態を得るに至った水晶発振回路の基板レイアウトを示すイメージ図
[図5] 本発明の実施形態を得るに至った水晶発振回路の基板レイアウトを示すイメージ図

発明を実施するための形態

[0017]
 まず、本発明の実施形態を得るに至った経緯について説明する。
 図4及び図5は、本発明の実施形態を得るに至った水晶発振回路の基板レイアウトのイメージ図である。図4に示す水晶発振回路100Aと図5に示す水晶発振回路100Bは、共に、水晶振動子101と、インバータ102と、抵抗(第1の抵抗)103と、抵抗(第2の抵抗)104と、コンデンサ(第1のコンデンサ)105と、コンデンサ(第2のコンデンサ)106とを備えており、水晶振動子101の一端と、インバータ102の入力端と、抵抗103の一端と、コンデンサ105の一端とが共通接続され、インバータ102の出力端と、抵抗103の他端と、抵抗104の一端とが共通接続され、水晶振動子101の他端と、抵抗104の他端と、コンデンサ106の一端が共通接続され、2つのコンデンサ105,106それぞれの他端が接地されている。
[0018]
 ここで、インバータ102の入出力端間に介挿された抵抗103は、帰還抵抗と呼ばれるものである。また、インバータ102をCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)で構成した場合、抵抗104はドレイン抵抗と呼ばれ、コンデンサ105はドレイン容量と呼ばれ、コンデンサ106はゲート容量と呼ばれる。
[0019]
 水晶発振回路100Aを構成する各部品の基板におけるレイアウトは、抵抗103,104が直線状で、かつ水晶振動子101と並行に配置される。インバータ102は、抵抗103と並行に配置される。コンデンサ105,106は、水晶振動子101と直線状に配置される。一方、水晶発振回路100Bを構成する各部品の基板におけるレイアウトは、抵抗103,104が直線状で、かつ水晶振動子101と並行に配置され、インバータ102は、抵抗103と並行に配置され、コンデンサ105,106が水晶振動子101の長手方向に対して直角方向に配置される。
[0020]
 水晶発振回路100A,100Bでは、グランドに対して微少電流変化(△i変化)の発生するコンデンサの電流帰還経路において、コンデンサ105,106を流れる微少電流-△i,+△iの極性が互いに反転関係にある。コンデンサ105を流れる微少電流―△iは、グランド側から水晶振動子101側へ向かう方向に流れ、コンデンサ106を流れる微少電流+△iは、水晶振動子101側からグランド側へ向かう方向に流れる。微少電流+△i,-△iが流れることで電磁ノイズNSが発生することになる。これらの微少電流+△i,-△iを抑えることができれば電磁ノイズNSを低減できる。本発明は、微少電流+△i,-△iを相殺できるようにして、電磁ノイズNSを低減できるようにしたものである。
[0021]
 以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
 図1は、本発明の実施形態に係る水晶発振回路1を示す回路図である。図2は、図1の水晶発振回路1を構成する各部品のレイアウトを示すイメージ図である。まず図1において、水晶発振回路1は、水晶振動子101と、インバータ102と、2つの抵抗103,104と、2つのコンデンサ105,106と、を備え、各部品の接続は、水晶振動子101の一端と、インバータ102の入力端と、抵抗103の一端と、コンデンサ105の一端とが共通接続され、インバータ102の出力端と、抵抗103の他端と、抵抗104の一端とが共通接続され、水晶振動子101の他端と、抵抗104の他端と、コンデンサ106の一端が共通接続され、コンデンサ105,106それぞれの他端が接地されている。
[0022]
 また、水晶発振回路1を構成する各部品の基板レイアウトは、インバータ102の入出力配線が平行配線で、抵抗103と抵抗104及びコンデンサ105とコンデンサ106は、それぞれ直線状に並べられるとともに、抵抗103,104がコンデンサ105,106と並列に配置される。抵抗103は、インバータ102の入出力配線の平行配線間に位置する。水晶振動子101は、コンデンサ105,106を挟んで抵抗103,104とは反対側で、コンデンサ105,106と並列に配置される。
[0023]
 本実施形態に係る水晶発振回路1は、本発明の実施形態を得るに至った水晶発振回路100A,100Bと同様の回路構成であるが、各部品のレイアウトに違いがある。即ち、本実施形態に係る水晶発振回路1は、インバータ102の入出力配線を平行配線とし、またインバータ102の出力端子から入力端子への配線帰還経路の面積が最小となるように、2つの抵抗103,104を2つのコンデンサ105,106と並列に配置し、更に、2つのコンデンサ105,106それぞれのグランドへの接続を行う端子同士を近接配置するようにしている。
[0024]
 このように、インバータ102の出力端子から入力端子への配線帰還経路の面積を最小とするレイアウトで、且つ2つのコンデンサ105,106それぞれのグランドへの接続を行う端子同士を近接配置したことで、グランドに対して微少電流変化(△i変化)の発生するコンデンサ電流帰還経路において、2つのコンデンサ105,106を流れる微少電流の極性が互いに反転関係にあって、互いに逆方向に流れるので、共通グランド端子部110で電流キャンセルできる。即ち、微少電流+△i,-△iを相殺できるので、電磁ノイズNSを低減できる。
[0025]
 また、インバータ102の出力端子から入力端子への配線帰還経路の面積を最小とするレイアウトになるように、2つの抵抗103,104を2つのコンデンサ105,106と並列に配置したことで、発振動作での帰還電流を小さくできる。
[0026]
 また、本実施形態に係る水晶発振回路1を構成する水晶振動子101、2つの抵抗103,104及び2つのコンデンサ105,106の各部品は、多層基板(図示略)の表層に実装され、部品端子間配線の全てが多層基板の内層で配線される。
[0027]
 このような部品レイアウト及び配線とすることで、部品端子間配線で発生する△i変化と△v変化による電磁ノイズの基板外部への放射を基板内部で抑えることができる。即ち、電磁ノイズを効果的にグランド電位で吸収することができる。
[0028]
 なお、本実施形態に係る水晶発振回路1において、2つの抵抗103,104と2つのコンデンサ105,106それぞれの部品サイズを水晶振動子101の部品サイズ以下とするのが望ましい。例えば、図3に示すように、2つの抵抗103,104それぞれの長辺の長さL2と、2つのコンデンサ105,106それぞれの長辺の長さL3を、水晶振動子101の長辺の長さL1の1/2以下とする。
[0029]
 以上のように本実施形態に係る水晶発振回路1によれば、水晶発振回路1を構成する各部品を基板に実装した際のレイアウトを、インバータ102の出力端子から入力端子への配線帰還経路の面積が最小となるように、2つの抵抗103,104を2つのコンデンサ105,106と並列に配置し、更に、2つのコンデンサ105,106それぞれのグランドへの接続を行う端子同士を近接配置するようにしたので、2つのコンデンサ105,106を流れる微少電流-△i,+△iを相殺できるので、電磁ノイズNSを低減できる。また、インバータ102の出力端子から入力端子への配線帰還経路の面積を最小とするレイアウトになるように、2つの抵抗103,104を2つのコンデンサ105,106と並列に配置したことで、発振動作での帰還電流ループを小さくできる。
[0030]
 また、本実施形態に係る水晶発振回路1によれば、水晶振動子101、2つの抵抗103,104及び2つのコンデンサ105,106の各部品を多層基板の表層に実装し、部品端子間配線の全てを多層基板の内層で配線するようにしたので、部品端子間配線で発生する△i変化と△v変化による電磁ノイズの基板外部への放射を基板内部で抑えることができる。即ち、電磁ノイズを効果的にグランド電位で吸収することができる。
 このように、本実施形態に係る水晶発振回路1では、電磁ノイズが最小化されるので、例えば車両内設置フリーとなる低ノイズ・耐ノイズ性能の優れた小型カメラの実現が可能となる。
[0031]
 本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
[0032]
 本出願は、2019年1月29日出願の日本特許出願(特願2019-013373)に基づくものであり、その内容はここに参照として援用される。

産業上の利用可能性

[0033]
 本発明は、車両内設置フリーとなる低ノイズ・耐ノイズ性能の優れた小型カメラに有用である。

符号の説明

[0034]
 1 水晶発振回路
 101 水晶振動子
 102 インバータ
 103,104 抵抗
 105,106 コンデンサ
 110 共通グランド端子部

請求の範囲

[請求項1]
 水晶振動子と、第1,第2の抵抗と、第1,第2のコンデンサと、インバータと、を備え、前記水晶振動子の一端と、前記インバータの入力端と、前記第1の抵抗の一端と、前記第1のコンデンサの一端とが共通接続され、前記インバータの出力端と、前記第1の抵抗の他端と、前記第2の抵抗の一端とが共通接続され、前記水晶振動子の他端と、前記第2の抵抗の他端と、第2のコンデンサの一端が共通接続され、前記第1,第2のコンデンサそれぞれの他端が接地された水晶発振回路の基板レイアウト方法であって、
 前記インバータの出力端子から入力端子への配線帰還経路の面積が最小となるように前記2つの抵抗を前記2つのコンデンサと並列に配置し、
 更に、前記2つのコンデンサそれぞれのグランドへの接続を行う端子同士を近接配置する、
 水晶発振回路の基板レイアウト方法。
[請求項2]
 請求項1に記載の水晶発振回路の基板レイアウト方法により、前記インバータの出力端子から入力端子への配線帰還経路の面積が最小となるように前記2つの抵抗が前記2つのコンデンサと並列に配置され、更に、前記2つのコンデンサそれぞれのグランドへの接続を行う端子同士が近接配置された水晶発振回路の配線方法であって、
 前記水晶振動子、前記2つの抵抗及び前記2つのコンデンサの各部品を多層基板の表層に実装し、部品端子間配線の全てを前記多層基板の内層で配線する、
 水晶発振回路の配線方法。
[請求項3]
 請求項2に記載の水晶発振回路の配線方法であって、
 前記2つの抵抗と前記2つのコンデンサそれぞれの部品サイズが前記水晶振動子の部品サイズ以下である、
 水晶発振回路の配線方法。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]