JPH06274246A - コンピュータ、プリント回路基板、動作方法及び製造方法 - Google Patents

コンピュータ、プリント回路基板、動作方法及び製造方法

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JPH06274246A
JPH06274246A JP6014960A JP1496094A JPH06274246A JP H06274246 A JPH06274246 A JP H06274246A JP 6014960 A JP6014960 A JP 6014960A JP 1496094 A JP1496094 A JP 1496094A JP H06274246 A JPH06274246 A JP H06274246A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】プリント回路基板に対するファラデー・ケージ
を提供する。 【構成】複数の絶縁体層によって分離された複数の導体
層を有するプリント回路基板において、第１及び第２の
導体層にそれぞれれ第１及び第２の接地プレーンを配置
して、ファラデー・ケージを構成する。接地プレーン
は、複数のバイアによって、その周囲で電気的に接続す
ることが望ましい。第３の導体層が、複数の信号パスが
定義される第１及び第２の導体層の間に配置される。フ
ァラデー・ケージは、遮蔽された部分に導入された電気
的信号が電気雑音から分離されるように、第３の導体層
の遮蔽された部分を囲んである。遮蔽された区域におけ
る信号パスは、ディジタル・ノイズに敏感なアナログ信
号用に意図されている。基板は、ディジタル・コンピュ
ータのためのオーディオ・カードでも良い。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、プリント回路基板に
関連する。特に、アナログ／デジタル回路に対する低レ
ベル・ノイズ・オペレーションのためのプリント回路基
板アーキテクチャに関連する。
【０００２】
【従来の技術】プリント回路基板は、一般に接地信号が
その基板の１つの層の共通のプレーンを共有するよう
に、線でつながれている。このテクニックは、高速度叉
は広帯域幅の信号を使うディジタル叉はアナログ回路板
に対してよく動作する。それは、より良い周波数応答を
与える比較的良好な伝送線パラメータ特性を提供し、伝
送路反射を最小にする。アナログ／デジタル混成のシス
テムにおいて、２つの信号方式によって生ずる接地電流
は、かなり異なる。アナログ・サブシステムは、一般に
ディジタル・サブシステムの速く変化する信号によって
誘発されたノイズ問題で苦しんでいる。そのノイズフロ
ア（暗騒音）は、一般に完全にディジタル信号から分離
された同一の回路を使用して成し遂げられる場合より低
い。
【０００３】この問題を軽減する１つの手段は、両信号
を分離し、その接地プレーンが別々のアナログ及びディ
ジタル接地プレーンに分割されるように、そのカードを
設計することである。そのテクニックは、根本的にその
接地電流の相互作用を減らし、ディジタル及びアナログ
区域間のノイズ混線を減らすことができる。図１に示す
ように、接地層がアナログ接地プレーンとディジタル接
地プレーンに分けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、特にアナロ
グ／デジタル混成のシステムにおいてプリント回路基板
の低レベル・ノイズ・オペレーションにおける一層の改
善を示すものである。従って発明の目的は、ノイズに敏
感な信号を電気的に雑音が多い環境から分離することで
ある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のこの目的、機構
及び長所は、もっとも影響されやすい信号が送られる少
くとも第三のプレーンをはさみ込む２つの接地プレーン
を有するプリント回路基板アーキテクチャによって達成
される。この２つの接地プレーンは、その周囲で連結
し、ファラデー・ケージを形成する。複数の絶縁体層に
よって分離された複数の導体層を有するプリント回路基
板において、ファラデー・ケージは、それぞれ第１及び
第２の導体層に配置された第１及び第２の接地プレーン
を含んで制作される。接地プレーンは、その周囲で、で
きれば複数のバイア(vias)によって電気的に連結され
る。
【０００６】第３の導体層は、複数の信号パスが定義さ
れる第１及び第２の導体層の間にを配置される。ファラ
デー・ケージは、遮蔽された部分に伝導された電気信号
が、電気的ノイズから分離されるように第３の導体層の
遮蔽された部分を囲んでいる。本発明は、ファラデー・
ケージ及び遮蔽された部分を有し、１つの導体層に定義
されたディジタル接地プレーンを有する基板のディジタ
ル区域と別の導体層に定義された複数のディジタル信号
パス及び基板のアナログ区域に分けられたディジタル／
アナログ混成の基板における特有のアプリケーションを
見出だしている。従って、遮蔽された区域における複数
の信号パスがディジタル・ノイズに敏感なアナログ信号
のために意図されている。
【０００７】アナログ区域において追加の導体層を、フ
ァラデー・ケージの内側或いは外側に、加えることがで
きる。ケージの外側に位置づけられたアナログ信号パス
は、遮蔽された区域においてそれほど敏感でないアナロ
グ信号のために、定義される。その基板は、ディジタル
・コンピュータのオーディオ・カードであってもよい。
コンピュータからのディジタル・コマンドは、その基板
に結合されたスピーカのために、アナログ信号に変換さ
れる。１つの望ましい具体例において、ディジタル区域
は、コンピュータのシステム・バスからのコマンドを受
け取る双方向性バッファとコマンドをディジタル信号に
編成するディジタル信号プロセッサを含む。アナログ区
域は、デジタル信号プロセッサからのディジタル信号を
アナログ信号に変換するコードＣを有する。
【０００８】
【実施例】アナログ区域における雑音レベルを減らすた
めに、本発明によれば、アナログ回路をディジタル地域
から分離することが必要である。プリント回路基板（Ｐ
ＣＢ）のアナログ区域において、接地プレーン上の慎重
なバイアの配置によって、効果的にアナログ信号のまわ
りにファラデー・ケージを作ることができ、ディジタル
・ノイズのアナログ区域への結合を防止できる。プリン
ト回路基板１０を完全に囲むファラデー・ケージが、図
２（Ａ）に描かれている。第１の接地プレーン１１は、
基板１０の上に配置され、基板１０の下側に配置されて
複数のバイア１３によって第２の接地プレーン１２に接
続されている。バイア１３は、２つの接地プレーン１１
及び１２の周囲に、実質的に一様に置かれている。
【０００９】ファラデー・ケージは、２組の信号線１４
及び１５を効果的に外側の干渉から分離する２つの接地
プレーン１１、１２及び接続バイア１３から構成されて
いる。接地プレーンと信号線を構成する導電物質は、従
来の技術による絶縁プレーン１６で切り離されている。
もし費用の制約から許されるなら、第３の接地プレーン
を信号線１４と１５の間に追加して、２組の信号線１４
及び１５を相互混線から分離することができる。ファラ
デー・ケージは、遮蔽された信号叉はデバイスを電磁気
的或いは静電的妨害から防御する囲い込みである。一般
にファラデー・ケージを接地して余分な電荷を排出する
手段を設けることは、良いことである。ケージを構成す
る接地プレーンは、普通の接地プレーンと同じ組成、例
えば銅、である。
【００１０】しかし、普通の接地プレーンと異なる点
は、周囲を互いに電気的に接続していることである。バ
イア１３が一体となって物質のべた組の壁を形成する必
要はないが、しかし、構造は遮蔽されるべき信号を包む
ように形成されなければならない。接地プレーンは、で
きる限り連続であるべきである。すなわち、信号線は、
接地プレーンを小さい断片に切るような、その接地プレ
ーンに実行並行であってはならない。図２の（Ａ）及び
（Ｂ）に示すように、電源プレーンは、基板上の遮蔽さ
れた区域にはない。電力信号は、必要に応じて個々の信
号としてそのルートを決められる。ファラデー・ケージ
によってロックする周波数が高ければ高いほど、バイア
は、より近くに配置する必要がある。
【００１１】大ざっぱに言って、バイアは、信号が流れ
出すのを減らすフェンスとして動作している。マジック
・ナンバーは、その間隔を、対象としている周波数の１
／４波長かそれ以下にすることである。今日のパーソナ
ル・コンピューターにおいて、扱う必要がある最も高い
周波数は、低レベル・ギガヘルツの範囲である。このこ
とは、外部インターフェースが関与するところでは最小
の間隔およそ０．３７５インチ叉はそれ以下が必要であ
ることを意味している。図２の（Ｂ）及び（Ｃ）は、フ
ァラデー・ケージが、プリント回路基板２０の最も敏感
なアナログ信号のまわりに造られている本発明のもうひ
とつの具体化の断面図及び平面図をそれぞれ示してい
る。
【００１２】基板２０は、ディジタル区域２２及びアナ
ログ区域２４から構成されている。基板のディジタル区
域は、通常の方法で設計されており、内側のディジタル
電源プレーン２６及び内側のディジタル接地プレーン２
８を有する。ディジタル信号は、プリント回路基板の上
面及び底面のディジタル信号プレーン３０及び３２に集
められている。絶縁体層３３は、その導体層を分離して
いる。２つの接地プレーン３６及び３８が、基板のアナ
ログ区域に使われている。２つのアナログ接地プレーン
３６、３８は、基板上の他の信号との静電容量結合を避
けるために同じ形、同じサイズであるべきである。これ
らのプレーンは、より敏感な、低いレベルのアナログ信
号及び電力接続が配線される第３のの導体層４０をはさ
み込むために使われる。
【００１３】残りの比較的影響されにくい信号線は、フ
ァラデー・ケージの外側に位置するもうひとつの導体層
４２の上に配置されている。ファラデー・ケージは、２
つの接地プレーン３６、３８及びプレーンの周囲に置か
れ、これらを接続するバイア４４から構成されている。
望ましい具体化において、アナログ区域の部分が、ディ
ジタル信号と重なることは許されない。更に、全てのア
ナログ信号は、アナログ接地プレーンの区域の範囲内に
維持される。図２の（Ｂ）において位置する第２の接地
プレーン３８は、機能と費用の間の妥協である。理想的
には、第３の接地プレーンが、最後の信号プレーン４２
の外側に置かれる。
【００１４】非常に敏感な信号は２つのプレーンの範囲
内に含まれ、影響されにくい信号線は露出している。こ
のことは、これらの信号を接地プレーンの外側へある程
度露出させるけれども、非常に敏感な信号は、他の信号
線とのクロス・カップリングに露出されないことを保証
している。上に述べたように、低レベルのアナログ信号
は、ノイズに最も影響されやすい。これらを２つの接地
プレーンの間に置いて、接地プレーンをいくつかの場所
で、互いに接続することによって、その信号は、ディジ
タル・ノイズを遮蔽する接地された囲いによって効果的
に囲まれる。
【００１５】本発明は、ディジタル・コンピュータのた
めのアダプタ・カードにユーティリティを有し、スピー
カー・システムに対してアナログ・オーディオ信号を作
っている。アナログ信号のオーディオ・アプリケーショ
ンにおいて、最も悪影響を受けやすいものは、一般に低
いレベルで、高インピーダンスの信号である。低レベル
信号は、一般に、１ボルト叉はそれ以下として定義され
ており、マイクロフォン信号は、一般に６ｍＶから６０
ｍＶまでである。高インピーダンスは、一般に１ＯＫオ
ームを超える平均インピーダンスをいう。オーディオ世
界では、典型的相互接続のインピーダンス範囲は、低イ
ンピーダンス・マイクロフォンの２Ｋオームから１ＯＯ
Ｋオーム以上にわたっており、典型的ライン結合は、お
よそ４７Ｋオームである。
【００１６】これらの信号は、通常マイクロフォン及び
ミキサの設計に使われるプリアンプと関連している。以
下に述べるオーディオ・カードだけは、同じ全スケール
値に達するために１ボルト信号を必要とするけれども、
より低い動作電圧の出現とともに、以前にプリアンプ領
域の範囲内であった多くの信号は、今やＡ／Ｄ変換器で
全スケール値を達成する典型的信号となっている。本発
明の原則に従ってカードを設計するとき、留意しなけれ
ばならないその他の考慮点は、ディジタル区域とアナロ
グ区域の間の相互接続を最小に維持することである。相
互接続は、レイアウトの１区域に集中することが望まし
い。
【００１７】レイアウトの寄生効果のために、アナログ
及びディジタル区域の間の空所は、出来るだけ信号線の
ないように保たれる。これは、アナログ接地装置に対す
るディジタル・ノイズの結合を減らすためである。一般
に、基板のアナログ及びディジタル区域の間のギャップ
４６は、およそ０．１インチに維持されている。本発明
は、従来の技術に比べてディジタル・ノイズを大きく減
らした。パーソナル・コンピュータの典型的ノイズ・フ
ロア（暗騒音）は、ー４０ｄｂからー４５ｄｂの範囲に
特徴づけられている。１点でパーソナル・コンピュータ
接地に接続している従来技術の固体接地プレーン・アプ
ローチを使用し、ディジタル及びアナログ信号に適用す
ると、およそー４５デシベルからー５５デシベルの典型
的ノイズ・フロアとなる。
【００１８】約０デシベルから１５デシベルの改善であ
る。分割接地装置を使用して、ディジタル及びアナログ
接地をコンピュータの接地装置に１点で接続すると、結
果として生ずるノイズ・フロアは、一般にー５５デシベ
ルからー８５デシベルである。約１５デシベルから４５
デシベルの改善である。分割接地と組み合わされた本発
明の遮蔽されたケージによるアプローチを使用すると、
コンピュータ接地とは依然１点でつながっているのであ
るが、テスト・データは、ー１００デシベル以上のノイ
ズ・フロアを示し、システム雑音に対して５５デシベル
から６０デシベルの改善を示している。本発明は、特別
の処理ステップを必要としない。従来のカード製造テク
ニックが使われる。
【００１９】本発明の処理を特徴づけるのは、主とし
て、相互に連結させているバイアを有する２つ以上の接
地プレーンのパターンである。本発明に従って基板を作
るための過程を、図３と関連して以下に記述する。パネ
ルの製造工程は、１枚のプリプレグを選択することから
始まる。プリプレグは、プリント回路基板コアが始まる
ベースとして使用されるプラスチックの材料である。特
殊化されたエポキシ樹脂を使用して、プリプレグの両側
にｌオンス銅箔が適用される。このアセンブリは、コア
と呼ばれるが、０．０２４インチの厚さにプレスされ
て、１２０℃で焼成される。
【００２０】コアは、図３（Ａ）に示すように、この時
点では処理の途中である。次に、コアは、標準的フォト
・エッチング処理に２度通される。一番目は、露光し
て、層２のアートワークをコアの一方の側にエッチング
で描いて、プロテクトする必要があるアナログ信号線を
生成する。２番目のパスは、ファラデー・ケージの下側
プレートとして働くアナログ接地プレーンをつくるため
にコアのもう一方の側を露光して層３のアートワークを
描く。この点におけるコアは、図３（Ｂ）に示されてい
る。コアの両プレーンが、充分にエッチングで描かれ
て、テストされると、外側の銅が適用できる。
【００２１】標準ファイバ・グラス及び特殊化されたエ
ポキシ樹脂の０．０１７２インチ・コーティングが行わ
れ、その後５オンス銅箔がコアの両側に適用される。こ
のアセンブリは、パネルと呼ばれるのであるが、再び１
２０℃で焼成される。パネル・アセンブリは、全体の厚
さが０．０６０インチである。次に、パネルはドリル工
程へ行き、バイア叉は全ての相互接続のための孔がカー
ド上に設けられる。この点におけるパネルが、図３
（Ｃ）に示されている。ドリル工程の後、パネルは鍍金
工程へ移動し、そこで０．００１インチの銅の層がパネ
ルに形成される。これは、ファラデー・ケージ・プレー
トを接続する相互接続バイアを通して、物理的電気的接
続を形成する。
【００２２】次にパネルは、標準エッチング工程へ帰
り、そこでパネルの上が露光され、層１のアートワーク
が描かれる。これは、コンポーネントのフットプリント
とともにファラデー・ケージの天板をつくる。この状態
で、層２の信号線が、ファラデー・ケージで完全に囲ま
れた。層１のプレートが相互接続孔（バイア）を通して
直接層３のプレートに接続し、従って、層２をそれらの
間にはさみ込んでいる。その上に、パネルの底は、層４
のアートワークを受け、従って信号線の生成を完了す
る。この段階は、図３（Ｄ）に示されている。パネル
が、はんだマークをつけられ、ホワイトＩＤとして知ら
れるエンド・ユーザ・テキストを置く。パネルは、ＥＣ
ＡＴアセンブリ工程へ移動する。
【００２３】電子機器カード・アセンブリ及びテスト
（ＥＣＡＴ）工程は、はんだペーストの薄い層をコンポ
ーネントのフット・プリントに適用することから始ま
る。はんだペーストは、非常に濃いゼリー状の融剤にお
けるはんだの非常に小さいボールの混合である。十分な
熱が与えられたとき、はんだボールは、溶けてコンポー
ネントのピンを基板の銅のパッドに付ける。これは、基
板とその上に装填される必要ＸＸＸチップの間の電気的
接続を提供する。はんだペーストが適用された後、コン
ポーネントはペーストの上に置かれ、アセンブリは、コ
ンポーネントを上で述べた方法で接続するオーブンに入
れられる。その上、オーブンの熱に耐えることができな
いコンポーネントは、手でカードの上に置かれ、そして
きちんとはんだづけされる。
【００２４】本発明を使用する特定のオーディオ・カー
ドは、図４と関連して以下に議論する。この分野におけ
る技術知識を有するものは、ここで記述されたオーディ
オ・カードが実例のためだけであり、多数の他のカード
が本発明によって教示された原則から利益を得ることが
できるということが分かるであろう。オーディオ制御カ
ード１００は、ＩＢＭ社及び他の互換パーソナル・コン
ピュータ・メーカによって作られたコンピュータに基本
的オーディオ機能を提供するオーディオ・サブシステム
である。この分野の技術知識を有するものは、他の業者
によって作られた他のコンピュータに対するアダプタ・
カードが、本発明の原則に従って設計できると言うこと
が分かるであろう。
【００２５】他の機能に関して言えば、サブシステムは
オーディオ信号を記録し、プレーバックする能力を利用
者に与える。アダプタ・カード１００は、３つの主たる
区画に分割することができる。ＤＳＰサブシステム１０
２、アナログ・サブシステム１０４及びゲーム・コント
ロール１０６である。ＤＳＰサブシステム１０２及びゲ
ーム・コントロール１０６は、カード１００のディジタ
ル区画１０８を構成する。残りのコンポーネントが、ア
ナログ区画１１０を構成する。アダプタ・カード１００
に装填されるものは、デジタル信号プロセッサ１１２
（ＤＳＰ）及び、ディジタル領域とアナログ領域の間で
信号を変換するアナログ・コーディング／デコーディン
グ（ＣＯＤＥＣ＝符復号器）チップ１１４である。
【００２６】アダプタ・カード１００は、また、ジョイ
スティックの接続を可能にするゲーム・ポートを制御す
る論理回路を有する。カードのＤＳＰサブシステム部分
１０２は、ホスト・コンピュータ（図示せず）との全て
の通信を扱う。全てのバス・インターフェースは、ＤＳ
Ｐ１１２自身の中で扱われる。ＤＳＰ１１２は、そのク
ロック・ソースとして、２つの発振器１１６、１１８を
使用する。発振器１１６、１１８は、他のデバイスに接
続していない。ＤＳＰ１１２は、また、十分電流を与え
てホスト・コンピュータ・バスを駆動するために一組の
外部バッファ１２０を必要とする。双方向性バッファ１
２０は、ホスト・コンピュータ・バスと通信するために
使われる信号を再駆動する。
【００２７】これらのデバイスは、一般に７４ＬＳ２４
４叉は７４ＬＳ２４５ＴＴＬドライバである。ＤＳＰ１
０２は、シリアル通信リンク１２４を通してＣＯＤＥＣ
１１４を制御する。このリンク１２４は、４個のライン
から構成される；直列データ、直列クロック、ＣＯＤＥ
Ｃクロック及びフレーム同期クロックである。これら
は、カードのアナログ区画１０４に入る唯一のディジタ
ル信号である。アナログ・サブシステム１０４は、ＣＯ
ＤＥＣ１１４（クリスタル半導体ＣＳ４２１５１６ビッ
ト・ステレオＣＯＤＥＣ）及びＯＰ‐アンプＴＬＯ８４
のまわりに作られたプリアンプ１２６でできている。
【００２８】ＣＯＤＥＣ１１４は、ＤＳＰ１１２と通信
することによって、全てのアナログ・ディジタル（Ａ／
Ｄ）変換及びディジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換を扱
い、ホスト・コンピュータとのデータの転送（送受信）
を行う。ＤＳＰ１１２は、ホストへ送る前に、データを
変形させることがある。アナログ信号は、ライン入力１
２８及びマイクロホン入力１３０のジャックを通して外
界からくる。信号は、演算増幅器のまわりに作られたプ
リアンプ１２６に供給される。ＣＯＤＥＣ１１４につな
げる前に、増幅器１２６は、入力信号レベルを整える。
典型的ライン・レベル信号は、およそ１Ｖｒｍｓであ
る。
【００２９】典型的マイクロホン信号は、およそ１５ｍ
ｖｒｍｓである。典型的周波数範囲は、２０Ｈｚから２
０ｋＨｚまでである。コンピュータからのアナログ信号
は、外界（例えばスピーカ又はヘッドホン）にヘッドホ
ン／ライン出力ジャック１３２を通して接続している。
それは、ライン・レベル信号を使用する他のデバイスと
同様にステレオ・ヘッド・セットを駆動することができ
る。周波数範囲は、４ＶＰーＰの最大レベルで２０Ｈｚ
から２０ｋＨｚまでである。ゲーム制御機能は、機能的
にカードの残りの部分と分離されており、コンピュータ
のシステム・バスに別途結合されているが、ディジタル
・コンポーネントを構成し、従ってカードのディジタル
区域に存在する。
【００３０】ホスト・システム・バスとインターフェー
スする２つのプログラム可能配列論理（ＰＡＬ）デバイ
ス１３６（１つが図示されている）がある。これらは、
特定のゲーム・コントロール・アドレス範囲をデコード
し、必要に応じてＮＥ５５８タイマ１３８を発火させ
る。このタイマー１３８は、活性高レベルに発火される
４つの入力を有する。それらは、ジョイスティック／Ｍ
ＩＤＩコネクタ１４０に接続している抵抗に比例した時
間その状態に止まっている。このコネクタは、１５ピン
Ｄシェル・コネクタである。一般に、ジョイスティック
は、ここに接続される。
【００３１】ジョイスティックは、ＮＥＳ５８タイマの
入力に接続している２つの可変抵抗器でできている。こ
れらのカード・入力に使われる高周波数信号はない。Ｐ
ＡＬデバイスは、テキサス インスツルメンツ社のＴＩ
ＢＰＡＬ２ＯＬ８及びＴＩＢＡＰＬ‐１６Ｌ８である。
ＤＳＰチップからオープン・コレクタ・バッファを通し
てジョイスティック／ＭＩＤＩコネクタへ行く２つの信
号がある。これらは、ＭＩＤＩ入力及びＭＩＤＩ出力ラ
インである。これらの信号は、調子を整えて、外的に楽
器に接続し、その動作を制御することができる。ＭＩＤ
Ｉは、楽器ディジタル・インターフェースを表す。それ
は、同期的３１．２５ＫＢ直列データ・リンクである。
【００３２】今日混成信号デバイスのために使われる工
程（ＣＭＯＳ）によって（例えば、クリスタルＣＳ‐４
２１５ＣＯＤＥＣチップ）、応答帯域幅は、以前の設計
に比べてかなり大きくなった。対象とするオーディオ・
スペクトルは、２０Ｈｚから２０ｋＨｚまでの範囲であ
るけれども、内部増幅器の動作可能帯域幅は、１０Ｈｚ
から２５ＭＨｚまでであろう。この余分の帯域幅は、オ
ーディオ・アプリケーションには現実的価値はないにも
かかわらず、ノイズに関する実質的危険性をもたらし、
従って、ノイズが可聴スペクトル外であっても可聴の範
囲内で信号に影響を及ぼす歪みをもたらすことになる。
【００３３】その結果、コンポーネントのスペクトル能
力範囲にわたって、慎重なノイズ削減テクニックを考慮
するように注意を払わなければならず、アプリケーショ
ンのスペクトル範囲に限定すべきでない。上に述べたよ
うに、アダプタ・カードは一般にインターナショナル
ビジネスマシーンズ コーポレーションによって製作さ
れたパーソナル・コンピュータと互換性を有するような
ディジタル・コンピュータと組み合わせて使われる。デ
ィジタル／アナログ混成のアダプタ・カード上のディジ
タル・ノイズに加えて、アナログ信号は、また、コンピ
ュータ上のほかの場所に置かれた他の雑音源から悪影響
を受ける。信号は、オーディオ議論の趣旨に関していえ
ば、要求された波形に加えられるどの信号も、望ましく
ないと考えられるものは、雑音と定義できる。
【００３４】パーソナル・コンピュータ内の電気的雑音
源は、別々にリストするにはあまりに多いけれども、い
くつかの主たる犯人は、クロック・ソース、モータ、電
源及びディスプレイ・システム等である。ディジタル・
コンピュータは、バイナリの「１」と「０」の形で情報
を動かす能力に基づいており、これらは、一般にある信
号に関して電流又は電圧の存在又は不在によって表され
る。コンピュータ設計の、詳細に立入らないで、これ
は、時系列的に、ある時点での安定バイナリ状態を想定
し、それから次の状態というようにバイナリ状態を想定
する能力であると解釈できる。１つのバイナリ状態から
他の状態へ電流を切り替える処理は、電源と信号配信シ
ステムに動揺を与える。
【００３５】これらの過渡現象は、周波数及びレベルに
おいてダイナミックなので、アナログ設計に関して雑音
特性を仮定している。更に、コンピュータの速度が増加
したので、これらの過渡現象は、無線周波範囲のスペク
トル成分を含むようになった。このように、放射エネル
ギー結合に対する付加考察が、直接結合の場合と同様に
重要になってきた。本発明のアダプタ・カードが動作す
るパーソナル・コンピュータ・アーキテクチャの議論に
ついて次に述べる。図５に、システム装置２１１、けん
盤２１２、マウス２１３及びディスプレイ２１４から構
成されるパーソナル・コンピュータ２００が描かれてい
る。
【００３６】図６は、図５において示されたマルチメデ
ィア・パーソナル・コンピュータのコンポーネントのブ
ロック・ダイヤグラムを示す。システム装置２１１は、
種々のコンポーネントが接続されるシステム・バスを含
み、これによって種々のコンポーネント間の通信が達成
される。マイクロプロセッサ２２２は、システム・バス
２２１に接続し、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）２２３
によってサポートされており、ランダム・アクセス・メ
モリ（ＲＡＭ）２２４が、同様にシステム・バス２２１
に接続している。
【００３７】ＩＢＭのマルチメディア・コンピュータ・
シリーズＰＳ／２におけるマイクロプロセッサは、８０
８８、２８６、３８６叉は４８６を含むインテル社のマ
イクロプロセッサ・ファミリの１つであるが、他のマイ
クロプロセッサをも含んでおり、モトローラ社のファミ
リである６８０００、６８０２０叉は６８０３０を始め
とするマイクロプロセッサには限定されず、ＩＢＭ社、
ヒューレット・パッカード社、サン社、インテル社、モ
トローラ社その他によって製作された種々の縮小命令セ
ット・コンピュータ（ＲＩＳＣ）・マイクロプロセサも
特定のコンピューターとして使うことができる。
【００３８】ＲＯＭ２２３は、入出力機能及びディスク
駆動機構及びけん盤のような基本ハードウェア・オペレ
ーションを制御する基本入出力システム（ＢＩＯＳ）を
含んでいる。ＲＡＭ２２４は、オペレーティング・シス
テム及びマルチメディア・アプリケーション・プログラ
ムがロードされるメイン・メモリである。メモリ管理チ
ップ２２５は、システム・バス２２１に接続し、ＲＡＭ
２２４とハードディスク・ドライブ２２１及びフロッピ
ーディスク・ドライブ２２７の間のデータの転送を含む
直接メモリ・アクセス・オペレーションをコントロール
する。同様にシステム・バス２２１に接続されたＣＤー
ＲＯＭ２２８は、マルチメディア・プログラム叉はプレ
ゼンテーションにある大量のデータを記憶するために使
われる。
【００３９】また、種々のＩ／Ｏコントローラが、この
システム・バス２２１に接続している：けん盤コントロ
ーラ２２８、マウス・コントローラ２２９、ビデオ・コ
ントローラ２３０及びオーディオ・コントローラ２３１
である。予想されるように、けん盤コントローラ２２８
は、けん盤２１２に関するハードウェア・インタフェー
スを提供し、マウス・コントローラ２２９は、マウス２
１３に関するハードウェア・インタフェースを提供し、
ビデオ・コントローラ３３０は、ディスプレイ２１４に
関するハードウェア・インタフェースであり、更に、オ
ーディオ・コントローラ３３１はスピーカー２１５ａ及
び２１５ｂに関するハードウェア・インタフェースであ
る。
【００４０】最後に、オーディオ・コントローラ・カー
ド２３１に編入されたデジタル信号処理プロセッサ２３
３がある。ホスト・コンピュータ２００からのディジタ
ル・オーディオ・コマンドは、システム・バス２２１を
通してオーディオ・コントローラ・カード２３１に渡さ
れる。それらは、ＤＳＰ２３３によって問い合わせを受
ける双方向性バッファによって、受け取られる。ＤＳＰ
２３３は、もし適当であるならば、オーディオ・データ
を変形させてＣＯＤＥＣに送り出す。ＤＳＰ及びＣＯＤ
ＥＣを接続するシリアル通信リンクは、コンピュータの
ディジタル世界とファラデー・ケージによってプロテク
トされたカード上のアナログ区域の間のブリッジであ
る。
【００４１】ＣＯＤＥＣは、ディジタル信号をアナログ
信号に変換して、該アナログ信号をヘッドホン／ライン
出力ジャックを通してスピーカ２１５に送り出し、コン
ピューターからのオリジナル・ディジタル・コマンドに
対応する音声を生成する。１つのプレーヤ叉はマイクロ
フォンからのアナログ信号は、それぞれライン入力叉は
マイクロフォン入力ジャックを通してシステムに入って
くる。プリアンプによって整えられた後、アナログ信号
は、ＣＯＤＥＣに送り出され、ＣＯＤＥＣは、ＤＳＰが
理解できるディジタル信号に変換する。ディジタル信号
は、シリアル通信リンクを通してＤＳＰに送り出され
る。
【００４２】システム・バスを通してホスト・コンピュ
ータによって受信のため双方向性バッファに渡す前に、
ＤＳＰはデータを変形させることがある。以上本発明に
関する特定の実施例について説明したけれども、この分
野の技術知識を有する者は、本発明の精神と範囲を逸脱
することなく修正出来ることを理解されたい。カード上
の遮蔽された区域内にある信号線は、アナログ信号に限
らない。ディジタル信号が、この種の環境に置かれて混
線の影響を減らし、その信号線に対して遮蔽された伝送
線特性を適用する場合がある。このアプリケーションに
おいて、我々が興味を持っているのは、アナログである
が、しかし、最も広い意味で、外部干渉に影響されやす
い信号（ディジタル叉はアナログ）に適用することがで
きる。
【００４３】ここで述べた具体例は、例証のためのみで
あり、特許請求の範囲の記載以上に発明の範囲を限定す
るものではない。
【００４４】
【発明の効果】本発明は、従来の技術に比べてディジタ
ル・ノイズを大きく減らした。パーソナル・コンピュー
タの典型的ノイズ・フロア（暗騒音）は、ー４０ｄｂか
らー４５ｄｂの範囲に特徴づけられている。１点でパー
ソナル・コンピュータ接地に接続している従来技術の固
体接地プレーン・アプローチを使用し、ディジタル及び
アナログ信号に適用すると、およそー４５デシベルから
ー５５デシベルの典型的ノイズ・フロアとなる。約０デ
シベルから１５デシベルの改善である。分割接地装置を
使用して、ディジタル及びアナログ接地をコンピュータ
の接地装置に１点で接続すると、結果として生ずるノイ
ズ・フロアは、一般にー５５デシベルからー８５デシベ
ルである。約１５デシベルから４５デシベルの改善であ
る。
【００４５】分割接地と組み合わされた本発明の遮蔽さ
れたケージによるアプローチを使用すると、コンピュー
ター接地とは依然１点でつながっているのであるが、テ
スト・データは、ー１００デシベル以上のノイズ・フロ
アを示し、システム雑音に対して５５デシベルから６０
デシベルの改善を示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】別々のアナログ及びディジタル接地プレーンを
有する従来の技術による基板の図である。
【図２】（Ａ）は、ファラデー・ケージを形成するため
に複数のバイアによってその周囲で連結している２つの
外側のアナログ電源プレーンを有するプリント回路基板
の断面図である。（Ｂ）は、最も敏感なアナログ信号だ
けがファラデー・ケージにはいっていて、１つのアナロ
グ電源プレーンが基板の内側の層に位置づけられている
プリント回路基板の断面図である。（Ｃ）は、本発明に
従ったプリント回路基板の平面図である。
【図３】（Ａ）‐（Ｄ）は、本発明のプリント回路基板
を製作するための過程を描写した図である。
【図４】本発明に従って作成さられたアナログ及びディ
ジタル回路を含む特定のマルチ・メディア・カードの配
置図である。
【図５】本発明に従って作られたカードが利用されるパ
ーソナル・コンピュータである。
【図６】図５において描かれたコンピュータのブロック
・ダイヤグラムであ
【符号の説明】
１０、２０ プリント回路基板 １１、１２ 接地プレーン １３ バイア ２２ ディジタル区域 ２４ アナログ区域 ３０ ディジタル回路 ３６ アナログ接地プレー
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０５Ｋ 9/00 Ｒ 7128−4Ｅ (72)発明者 ゲリー アーノルド パーカー アメリカ合衆国 78681 テキサス州 ラ ウンド ロック アベイ ロード 1303 (72)発明者 ブルース ジェームス ウィルキー アメリカ合衆国 78628 テキサス州 ジ ョージタウン ローガン バンク ロード 302

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の導体層及び複数の絶縁体層を有す
    るプリント回路基板において、 第１の導体層及び第２の導体層にそれぞれ配置され、選
    択された周辺区域で、電気的に接続されてファラデー・
    ケージを形成する第１の接地プレーン及び第２の接地プ
    レーンと、 第１の接地プレーンと第２接地プレーンの間に配置さ
    れ、複数の信号パスが定義される第３の導体層と、を備
    えたプリント回路基板。
  2. 【請求項２】 １つの導体層に定義されたディジタル接
    地プレーン及びもう１つの導体層に定義された複数のデ
    ジタル信号パスを有する基板上のディジタル区域と、 遮蔽された区域にある複数の信号パスがアナログ信号用
    に意図されるように、ファラデー・ケージ及び遮蔽され
    た区域を有する基板上のアナログ区域と、を備えた請求
    項１に記載のプリント回路基板。
  3. 【請求項３】 アナログ信号パスが、遮蔽された区域の
    アナログ信号に比べてそれほど敏感でないアナログ信号
    用に定義されたアナログ区域内及びファラデー・ケージ
    の外側にある第４の導体層を備えた請求項２に記載のプ
    リント回路基板。
  4. 【請求項４】 コンピュータからのディジタル・コマン
    ドが、基板に接続されたスピーカに対するアナログ信号
    に変換されるようにディジタル・コンピュータに対する
    オーディオ・カードとしての基板機能を備えた請求項２
    に記載のプリント回路基板。
  5. 【請求項５】 ディジタル区域が、コンピュータのシス
    テム・バスからのコマンドを受け取る双方向性バッファ
    及びコマンドをディジタル信号に編成するデジタル信号
    処理プロセッサを有し、アナログ区域が、デジタル信号
    処理プロセッサからのディジタル信号をアナログ信号に
    変換するデジタル‐アナログ変換器を有する請求項４に
    記載のプリント回路基板。
  6. 【請求項６】 接地プレーンが、複数のバイアによって
    選択された周辺区域で接続している請求項１に記載のプ
    リント回路基板。
  7. 【請求項７】 コンピューターを動作させるための１組
    の命令セットを記憶するためのシステム・バスに接続さ
    れたメモリと、 システム・バスに接続されたメモリに記憶された命令セ
    ットを実行するためのプロセッサと、 システム・バスに接続され、複数の絶縁体層によって分
    離された複数の導体層及び第１及び第２の導体層にそれ
    ぞれ配置され、ファラデー・ケージを形成するように、
    選択された周辺区域を電気的に接続した第１及び第２の
    接地プレーン及び複数の信号パスが定義される第１及び
    第２の導体接地プレーンの間に配置された第３の導体層
    から構成された、アダプタ・カードと、を備えたコンピ
    ュータ。
  8. 【請求項８】 １つの導体層に定義されたディジタル接
    地プレーン及びもう１つの導体層に定義された複数のデ
    ィジタル信号パスを有するカード上のディジタル区域
    と、 遮蔽された区域における複数の信号パスが、アナログ信
    号用に意図されるようにファラデー・ケージ及び遮蔽さ
    れた部分を有するカード上のアナログ区域と、を備えた
    請求項７に記載のコンピュータ。
  9. 【請求項９】 アナログ区域内で且つファラデー・ケー
    ジの外側に配置され、アナログ信号パスが、遮蔽された
    区域のアナログ信号よりも敏感でないアナログ信号用に
    定義される第４の導体層を上記カード上に備えた請求項
    ８に記載のコンピュータ。
  10. 【請求項１０】 スピーカが上記カードに接続され、該
    カードがコンピュータからのディジタル・コマンドを該
    スピーカへのアナログ信号に変換するオーディオ・カー
    ドとして機能する請求項８に記載のコンピュータ。
  11. 【請求項１１】 上記カードのディジタル区域が、コン
    ピュータのシステム・バスからコマンドを受信する双方
    向バッファと該コマンドをディジタル信号に編成するデ
    ィジタル信号プロセッサを有し、 上記カードのアナログ区域が、ディジタル信号プロセッ
    サからのディジタル信号をアナログ信号に変換するディ
    ジタル・アナログ変換器を有するカードを備えた請求項
    １０に記載のコンピュータ。
  12. 【請求項１２】 ファラデー・ケージの接地プレーン
    が、複数のバイアによって選択された周辺区域で接続さ
    れている請求項７に記載のコンピュータ。
  13. 【請求項１３】 複数の絶縁体層によって分離された複
    数の導体層を有するプリント回路基板において、 第１及び第２の導体層にれぞれ配置され、複数のバイア
    によって、選択された周辺区域で電気的に接続している
    第１及び第２の接地プレーンを有するファラデー・ケー
    ジを接地し、 第１及び第２の接地プレーンの間に配置された第３の導
    体層における複数の信号パスを通して電気的信号を伝送
    する、ステップから成るプリント回路基板の動作方法。
  14. 【請求項１４】 アナログ区域とは区別してディジタル
    区域を有し、アナログ区域にはファラデー・ケージを有
    する基板のディジタル区域に位置づけられたディジタル
    接地プレーンを接地し、 基板の導体層の１つであり、ディジタル区域内にある複
    数の信号パスを通してディジタル信号を伝送し、 遮蔽された部分を通してアナログ信号を伝送する、ステ
    ップから成るプリント回路基板の動作方法。
  15. 【請求項１５】 第１及び第２の導体層にそれぞれ第１
    及び第２の接地プレーンを配置し、 該第１及び第２の導体層の間に配置された第３の導体層
    に複数の信号パスを設け、 該第３の導体層が遮蔽されるように、該第１及び第２の
    接地プレーンを選択された周辺区域で複数の導体バイア
    によって接続する、ことを特徴とする複数の絶縁体層に
    よって分離された複数の導体層を備えたプリント回路基
    板の製造方法。
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