分離グラウンドパターンをもつ車載用プリント配線基板上の平行2配線間FM帯クロストーク特性

摘要

It is well known that electromagnetic disturbances in vehicle-mounted radios are mainly caused by conducted noise currents flowing through wiring-harnesses from vehicle-mounted printed circuit boards (PCBs) with common slitting ground patterns. To suppress these kinds of noise currents from PCBs, we previously measured them for simple two-layer PCBs with two parallel signal traces and slitting or non-slitting ground patterns. The results revealed that making slits with open ends on the ground patterns in parallel with the traces can reduce the conducted noise currents. Also it was found that a contributory factor for FM-band cross-talk reduction is the reduction of mutual inductance between the two parallel traces. Moreover, it was also interesting to note that the noise currents from PCBs can rather be suppressed despite the small size of the return ground. We then performed further FDTD simulation using eight simple two-layer PCB models in which the ground patterns were divided into two parts with different widths. The results showed that the cross-talk cannot always be reduced by widening the width of ground patters. In this study, to confirm the above findings, we made actual PCB samples with the same specification as the models used in the previous FDTD simulation, and measured cross-talks between the two parallel signal traces with respect to the different widths of ground patterns. As a result, we confirmed that the measured results agree with the FDTD simulation, and also that the cross-talks have the smallest values at specific spaces between the divided ground patterns. In order to clarify the latter result, we calculated cross-talks from a simplified equivalent circuit model consisting of inductances for the traces and ground patterns, and found that the circuit model can qualitatively explain the dependence of cross-talks on ground pattern width. The minimum reduction mechanism was found to come from the fact that a specific width of the ground pattern provides the smallest interlinking magnetic flux between the trace and the ground pattern.%スリット付き共通グラウンドパターンを持つ車載プリント回路基板（PCB）からワイヤハーネスを経由して流出する伝導雑音電流が車載ラジオの妨害源となることはよく知られている．この種のPCBからの雑音電流の流出を抑制するために，筆者らはこれまでに二つの平行な配線とスリット有無のグラウンドパターンを持った簡易的な2層PCBから流出する雑音電流を実験とFDTDシミュレーションから，配線と平行な端部開放スリットが伝導雑音電流を低減させること，その低減要因はリターングラウンドを含む平行2配線間の相互インダクタンスの低下によるものであろうこと，クロストークの低減量は各配線のリターングラウンドのパターンサイズが小さい方がPCBからの流出雑音電流が小さいこと，などの結果を得た．さらに，リターングラウンドを2分割し，その分割幅を変えることでリターングラウンドのパターンサイズをより小さくした8種類の簡易2層PCBを対象として，クロストーク低減特性をFDTDシミュレーションにより確認したところ，ある分割幅を境にクロストーク低減特性が反転する現象を見出した．本研究では，このクロストーク低減特性を実験的に検証するために，シミュレーションで対象としたPCBを実際に作製し，平行2配線間のクロストークをグラウンドパターン幅との関係において測定した．その結果，測定値はFDTDシミュレーションと概ね一致し，クロストーク低減の反転特性が実験的に確認できた．つぎに，この反転現象を解明するために，インダクタンスからなる簡易等価回路モデルにおいて配線間の幾何学的平均距離（GMD:Geometric Mean Distance）から導出したインダクタンス値からクロストークを計算したところ，同結果は低減特性を定性的に表せること，反転現象は配線の鎖交磁束が特定のグラウンド幅で最小になることから生ずること，などがわかった．