JP2000114048A - コモンモードフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コモンモード電流に対しては低域通過フィル
タとして動作して数百ＭＨｚ以上の周波数において信号
阻止帯域を形成するのに対し、ディファレンシャルモー
ド電流に対しては低損失な伝送特性を得る。 【解決手段】 積層した誘電体基板の表面と裏面に上下
一対の接地用導体層６，１１を形成し、誘電体基板内に
おける一対の接地用導体層６，１１間に、並行して一対
のライン状導体２１，２２を設けた構造を備えている。
一対のライン状導体２１，２２は、一方の接地用導体層
６に近接かつ平行にパターンが形成された導体部７ａ，
８ａと、他方の接地用導体層１１に近接かつ平行にパタ
ーンが形成された導体部９ａ，１０ａとを互いに電気的
に接続した構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、平衡系通信伝送路
に用いられるフィルタに係り、さらに詳しくは、平衡伝
送路で発生する電磁雑音の原因となるコモンモード電流
を抑圧するフィルタに関する。

【０００２】

【従来の技術】２本の伝送線路を用いる平衡伝送系にお
いて、機器間を伝送する信号は２本の伝送線に逆方向の
電流が流れ、このような電流成分をディファレンシャル
モード（平衡成分）と称する。これとは別に、２本の伝
送線に同一方向の電流成分が流れ、基準の接地板を帰路
として電流が流れることがあり、これをコモンモード
（不平衝成分）電流と称する。高周波においては、この
コモンモード電流が大きな電流ループを形成し、電磁雑
音の発生源となる。また、このコモンモード電流が駆動
源となり、外部ケーブル等が接続された場合にアンテナ
として電磁雑音を発生させることがある。

【０００３】そのため、従来、このコモンモード電流を
低減する方法として、図７で示すようなコモンモードチ
ョークコイルが用いられてきた。コモンモードチョーク
コイルは、図７（Ａ）の構造図、同図（Ｂ）の等価回路
図に示すようにフェライト等で作られたトロイダルコア
８０に２本の伝送線８１，８２を同一方向に巻き付けた
もので、信号を伝達するディファレンシァルモード電流
は２本の伝送線路の電流が逆向きのため、インダクタン
ス成分は発生せずディファレンシャルモード電流に対す
るインピーダンスは小さいが、コモンモード電流では２
本の伝送線路の電流が同じ向きであるため磁束が強めら
れ、大きなインダクタンスが発生し、コモンモード電流
に対して高インピーダンスになる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、コモンモー
ドチョークコイルのコアには、透磁率が高く、高周波特
性の良いものが適しており、一般にフェライト磁性体が
用いられる。しかし、フェライト磁性体の透磁率は周波
数に対して一旦極大値に達した後は周波数に反比例して
その透磁率は低下するため、数百ＭＨｚ以上の高い周波
数でコモンモード電流に対して高インピーダンスを得ら
れるコモンモードチョークコイルを作製するのは困難で
あった。また、ディファレンシァルモード電流において
もフェライトに伝送線路を巻き付ける構造のため磁性損
が発生する問題があった。フェライトを用いたコモンモ
ードチョークコイルの一特性を図８に示す。

【０００５】本発明は、上述の点を鑑みて開発されたも
のであり、コモンモード電流に対しては低域通過フィル
タ（ローパスフィルタ）として動作し、数百ＭＨｚ以上
の周波数において信号阻止帯域を形成するのに対し、デ
ィファレンシャルモード電流に対しては低損失な伝送特
性が得られるコモンモードフィルタを提供することを目
的とする。

【０００６】本発明のその他の目的や新規な特徴は後述
の実施の形態において明らかにする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願の請求項１の発明は、誘電体基板の表面と裏
面、又は前記誘電体基板内に、上下一対の接地用導体層
を形成し、前記誘電体基板内における前記一対の接地用
導体層間に、並行して一対のライン状導体を設けた構造
を備え、前記一対のライン状導体は、前記一対の接地用
導体層の一方に近接かつ平行にパターンが形成された導
体部と、前記一対の接地用導体層の他方に近接かつ平行
にパターンが形成された導体部とを互いに電気的に接続
した構成であることを特徴としている。

【０００８】請求項２の発明は、前記請求項１におい
て、前記一対のライン状導体を構成する各導体部のパタ
ーンが同一方向に周回するスパイラル状のパターンであ
ることを特徴としている。

【０００９】請求項３の発明は、前記請求項１におい
て、前記一対のライン状導体を構成する各導体部のパタ
ーンがミアンダ状パターンであることを特徴としてい
る。

【００１０】請求項４の発明は、前記請求項１，２又は
３において、前記一対のライン状導体のうちの一方のラ
イン状導体と、他方のライン状導体とは前記接地用導体
層の垂直方向からみて相重なる配置であり、かつ前記一
対のライン状導体を構成する各導体部のパターン幅が同
じであることを特徴としている。

【００１１】請求項５の発明は、前記請求項１，２，３
又は４において、前記一対のライン状導体の端部が、前
記接地用導体層から電気的に絶縁されて前記誘電体基板
に設けられた電極にそれぞれ電気的に接続されているこ
とを特徴としている。

【００１２】請求項６の発明は、前記請求項１，２，
３，４又は５において、前記一対のライン状導体を構成
する各導体部が前記誘電体基板側面もしくは貫通孔に設
けられた接続用導体部により電気的に接続されているこ
とを特徴としている。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るコモンモード
フィルタの実施の形態を図面に従って説明する。

【００１４】図１は本発明の第１の実施の形態によるコ
モンモードフィルタ部分の斜視図（透視図）であり、積
層回路基板内部に組み込まれた状態でのコモンモードフ
ィルタ機能部分を表したものである。同図において、
１，２，３，４，５は誘電体基板であり、積層されて積
層回路基板を構成するものである。６，１１は積層され
た誘電体基板の上下面を全面的に導体で覆った接地用導
体層（接地されるべきグランド層）である。７，８，
９，１０は一対の伝送線路としてのライン状導体を構成
するスパイラル状パターンの導体部をそれぞれ配置する
層である。ここでは、誘電体基板１，５同士を同一厚
さ、誘電体基板２，４同士を同一厚さとした。

【００１５】このコモンモードフィルタは、上下一対の
接地用導体層６，１１間に並行して（相互に平行に対向
させて）一対のライン状導体２１，２２を設けた構造を
備えている。一方のライン状導体２１は、誘電体基板
１，２間の層７に形成された導体部７ａと、誘電体基板
３，４間の層９に形成された導体部９ａとを同一方向に
周回するスパイラル状パターンとなる如く層間接続用導
体部１２で電気的に接続したものである。他方のライン
状導体２２は、誘電体基板２，３間の層８に形成された
導体部８ａと、誘電体基板４，５間の層１０に形成され
た導体部１０ａとを同一方向に周回するスパイラル状パ
ターンとなる如く層間接続用導体部１３で電気的に接続
したものである。導体部７ａ，８ａは接地用導体層６に
近接かつ平行にパターンが形成されており、導体部９
ａ，１０ａは接地用導体層１１に近接かつ平行にパター
ンが形成されている。ここでは、接地用導体層６，１１
が積層誘電体基板の表裏面（上下面）に形成されて平行
であるから、接地用導体層６，１１と各導体部７ａ，８
ａ，９ａ，１０ａとは相互に平行な関係を保っている。
そして、接地用導体層６，１１の垂直方向からみた各導
体部は相重なる配置で、そのパターン幅が同じである。
換言すれば、接地用導体層６，１１に垂直な軸方向に相
重なる様に２本の伝送線路としてのライン状導体２１，
２２を同幅で形成している。

【００１６】なお、層間接続用導体部１２，１３は誘電
体基板２，３，４に貫通孔、もしくは切り欠きを設ける
ことにより形成する。

【００１７】この第１の実施の形態で、一対の伝送線路
つまり一対のライン状導体２１，２２に同一方向の電流
が流れるコモンモードの場合、ライン状導体２１，２２
間に磁気壁が形成されるため、ライン状導体２１，２２
間のキャパシタ成分（容量成分）は発生せず、１本の伝
送線路として見なせる。このとき、下部スパイラル状パ
ターンの導体部７ａ，８ａと下側接地用導体層６間、上
部スパイラル状パターンの導体部９ａ，１０ａと上側接
地用導体層１１間、及び、上下導体部間に分布定数的な
キャパシタ成分が発生し、これらと各導体部のスパイラ
ル状パターンにより発生するインダクタンス成分を組み
合わせると図２の等価回路に示すπ型の低域通過フィル
タが形成され、あらかじめ設定された高周波側のコモン
モード電流成分を減衰させることが可能である。

【００１８】また、この構造でディファレンシャルモー
ド電流が流れた場合、一対のライン状導体２１，２２間
に電気壁が形成され、ライン状導体２１，２２間にキャ
パシタ成分が発生し、先の接地用導体層６，１１間との
キャパシタ成分の影響は小さくなり、ディファレンシャ
ルモード電流の減衰には影響しない。

【００１９】本実施の形態の一特性を図３に示す。図３
（Ａ）は横軸の周波数をリニア表示とした減衰量の周波
数特性、同図（Ｂ）は横軸の周波数を対数表示とした減
衰量の周波数特性である。

【００２０】この第１の実施の形態によれば、次の通り
の効果を得ることができる。

【００２１】(1) 積層誘電体基板内において、一対の
接地用導体層６，１１間に、並行して一対のライン状導
体２１，２２を設け、さらに、一対のライン状導体２
１，２２は接地用導体層６に近接かつ平行にパターンが
形成された導体部７ａ，８ａと、接地用導体層１１に近
接かつ平行にパターンが形成された導体部９ａ，１０ａ
とを互いに電気的に接続した構成であり、コモンモード
電流に対して図２のπ型低域通過フィルタを構成でき、
数百ＭＨｚ以上の高い周波数領域でコモンモード電流に
対して高インピーダンスを呈する。

【００２２】(2) 一対のライン状導体２１，２２を構
成する各導体部７ａ，８ａ，９ａ，１０ａのパターンが
同一方向に周回するスパイラル状のパターンであり、製
品形状の小型化に適する。

【００２３】(3) 一対のライン状導体２１，２２を構
成する各導体部７ａ，８ａ，９ａ，１０ａのパターンが
接地用導体層６，１１に平行で当該接地用導体層の垂直
方向からみた各導体部が相重なりそのパターン幅が同じ
であるため、図２のπ型低域通過フィルタとしてみたと
きの入出力インピーダンスを揃えることができ、各導体
部７ａ，８ａ，９ａ，１０ａと接地用導体層６，１１と
の間のキャパシタを大きくすることができる。

【００２４】図４及び図５は本発明の第２の実施の形態
によるコモンモードフィルタの内部構造を透視して示す
斜視図（透視図）及び外観の斜視図であり、回路基板上
の任意の位置へ設置する対策部品、平衡伝送ケーブルへ
の対策部品として使用するのに適するものである。

【００２５】この場合のコモンモードフィルタは、積層
回路基板に組み込まれる第１の実施の形態の上下の接地
用導体層６，１１に挟まれた部分を独立させた構造を有
し、図５に示した上下の接地用導体層６，１１間の積層
誘電体２４内に図４のライン状導体２１，２２が配設さ
れ、一方のライン状導体２１は、導体部７ａと導体部９
ａとを同一方向に周回するスパイラル状パターンとなる
如く層間接続用導体部としての導電性貫通孔１２ａで電
気的に接続したものであり、他方のライン状導体２２
は、導体部８ａと導体部１０ａとを同一方向に周回する
スパイラル状パターンとなる如く層間接続用導体部とし
ての導電性貫通孔１３ａで電気的に接続したものであ
る。

【００２６】一対のライン状導体２１，２２の端部はそ
れぞれ導電性貫通孔２５，２６，２７，２８及び延長導
体２９，３０，３１，３２を経て電極３３，３４，３
５，３６と電気的に接続している。電極３３，３４，３
５，３６は貫通孔の側壁に導体層を形成したもの２分割
した構造である。但し、コモンモードフィルタの上下面
を形成する接地用導体層６，１１と電気的に絶縁してい
ればその構造に制約はない。ここで、各電極の特性イン
ピーダンスを同じにするため、延長導体２９，３０，３
１，３２はグランドに接地される接地用導体層６，１１
を形成する面から同じ距離を成すように位置を決めるの
が望ましい。図５に示す如く、上下面を形成する接地用
導体層６，１１は積層誘電体２４の側壁に設けられた接
続導電体３９，４０によって電気的に接続してもよい。

【００２７】なお、その他の構成は前述した第１の実施
の形態と同様であり、この第２の実施の形態では、第１
の実施の形態と同一又は相当部分に同一符号を付してあ
る。

【００２８】この第２の実施の形態によれば、回路基板
上の任意の位置へ設置する対策部品あるいは平衡伝送ケ
ーブルへの対策部品としてのチップ形状のコモンモード
フィルタを実現できる。その他の作用効果は前述の第１
の実施の形態と同様である。

【００２９】図６は本発明の第３の実施の形態によるコ
モンモードフィルタの内部構造を透視して示す斜視図
（透視図）であり、積層回路基板内部に組み込まれた状
態でのコモンモードフィルタ機能部分を表したものであ
る。同図において、１，２，３，４，５は誘電体基板で
あり、積層されて積層回路基板を構成するものである。
６，１１は積層された誘電体基板の上下面を全面的に導
体で覆った接地用導体層（接地されるべきグランド層）
である。７，８，９，１０は一対の伝送線路としてのラ
イン状導体を構成するミアンダ状パターンの導体部をそ
れぞれ配置する層である。ここでは、誘電体基板１，５
同士を同一厚さ、誘電体基板２，４同士を同一厚さとし
た。

【００３０】このコモンモードフィルタは、上下一対の
接地用導体層６，１１間に並行して（相互に平行に対向
させて）一対のライン状導体５１，５２を設けた構造を
備えている。一方のライン状導体５１は、誘電体基板
１，２間の層７に形成されたミアンダ状パターンの導体
部７ｂと、誘電体基板３，４間の層９に形成されたミア
ンダ状パターンの導体部９ｂとを層間接続用導体部（導
電性貫通孔）６２で電気的に接続したものである。他方
のライン状導体５２は、誘電体基板２，３間の層８に形
成されたミアンダ状パターンの導体部８ｂと、誘電体基
板４，５間の層１０に形成されたミアンダ状パターンの
導体部１０ｂとを層間接続用導体部（導電性貫通孔）６
３で電気的に接続したものである。導体部７ｂ，８ｂは
接地用導体層６に近接かつ平行にパターンが形成されて
おり、導体部９ｂ，１０ｂは接地用導体層１１に近接か
つ平行にパターンが形成されている。ここでは、接地用
導体層６，１１が積層誘電体基板の上下面に形成されて
平行であるから、接地用導体層６，１１と各導体部７
ｂ，８ｂ，９ｂ，１０ｂとは相互に平行な関係を保って
いる。そして、接地用導体層６，１１の垂直方向からみ
た各導体部のパターン幅が同じで、導体部７ｂ，８ｂは
相重なった配置、導体部９ｂ，１０ｂも同様である。換
言すれば、接地用導体層６，１１に垂直な軸方向に相重
なる様に２本の伝送線路としてのライン状導体５１，５
２を同幅で形成している。

【００３１】なお、層間接続用導体部６２，６３として
誘電体基板２，３，４に貫通孔を設ける代わりに、切り
欠きを設けることにより導体部を形成するようにしても
よい。

【００３２】この第３の実施の形態の作用効果は前述し
た第１の実施の形態と実質的に同じである。すなわち、
一対のライン状導体５１，５２に同一方向の電流が流れ
るコモンモードの場合、ライン状導体５１，５２間に磁
気壁が形成されるため、ライン状導体５１，５２間のキ
ャパシタ成分（容量成分）は発生せず、１本の伝送線路
として見なせる。このとき、下部ミアンダ状パターンの
導体部７ｂ，８ｂと下側接地用導体層６間、上部ミアン
ダ状パターンの導体部９ｂ，１０ｂと上側接地用導体層
１１間、及び、上下導体部間に分布定数的なキャパシタ
成分が発生し、これらと各導体部のミアンダ状パターン
により発生するインダクタンス成分を組み合わせると図
２に示すπ型の低域通過フィルタが形成され、あらかじ
め設定された高周波側のコモンモード電流成分を減衰さ
せることが可能である。

【００３３】また、この構造でディファレンシャルモー
ド電流が流れた場合、一対のライン状導体５１，５２間
に電気壁が形成され、ライン状導体５１，５２間にキャ
パシタ成分が発生し、先の接地用導体層６，１１間との
キャパシタ成分の影響は小さくなり、ディファレンシャ
ルモード電流の減衰には影響しない。

【００３４】なお、図４の如く積層誘電体基板の側壁に
電極を設け、ライン状導体５１，５２の端部を電気的に
接続してチップ状のコモンモードフィルタを構成するよ
うにもできる。

【００３５】また、各実施の形態において、誘電体基板
としてセラミック、樹脂系誘電体の他に、Ｓｉ等の単結
晶半導体、ＧａＡｓ等の化合物半導体等、電気的に絶縁
される誘電体を用いて差し支えない。

【００３６】さらに、誘電体基板の表裏面に接地用導体
膜を形成する代わりに、誘電体基板内に上下一対の接地
用導体層を形成し、該上下一対の接地用導体層間に、並
行して一対のライン状導体を設ける構造としてもよい。

【００３７】以上本発明の実施の形態について説明して
きたが、本発明はこれに限定されることなく請求項の記
載の範囲内において各種の変形、変更が可能なことは当
業者には自明であろう。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るコモ
ンモードフィルタによれば、電磁雑音源となるコモンモ
ード電流を任意の周波数帯域で減衰させることができ、
なおかつディファレンシャルモード電流の損失を最小に
抑えることができる。

【００３９】また、フェライト磁性体等のようにその特
性が周波数に大きく依存する材料を用いる必要がないた
め、従来のコモンモード電流対策部品に比べ、より高周
波の帯域で効果的に利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコモンモードフィルタの第１の実
施の形態であって、内部構造を透視して示す斜視図であ
る。

【図２】本発明の第１の実施の形態の場合の等価回路図
である。

【図３】第１の実施の形態の場合の減衰量の周波数特性
図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態であって、内部構造
を透視して示す斜視図である。

【図５】同じく外観を示す斜視図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態であって、内部構造
を透視して示す斜視図である。

【図７】従来のコモンモードチョークコイルの一例を示
す説明図である。

【図８】従来のコモンモードチョークコイルの特性の一
例であってインピーダンスの周波数特性図である。

【符号の説明】

１，２，３，４，５ 誘電体基板 ６，１１ 接地用導体層 ７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂ，９ａ，９ｂ，１０ａ，１０ｂ
導体部 １２，１３ 層間接続用導体部 ２１，２２，５１，５２ ライン状導体 ２４ 積層誘電体 １２ａ，１３ａ，２５，２６，２７，２８ 導電性貫通
孔 ２９，３０，３１，３２ 延長導体 ３３，３４，３５，３６ 電極 ３９，４０ 接続導電体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E043 AA08 BA01 BA03 EA01 EA04 EA05 5E070 AA05 AA20 AB07 CB13 CB17 CB18 CB20 DB08 EA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘電体基板の表面と裏面、又は前記誘電
   体基板内に、上下一対の接地用導体層を形成し、前記誘
   電体基板内における前記一対の接地用導体層間に、並行
   して一対のライン状導体を設けた構造を備え、 前記一対のライン状導体は、前記一対の接地用導体層の
   一方に近接かつ平行にパターンが形成された導体部と、
   前記一対の接地用導体層の他方に近接かつ平行にパター
   ンが形成された導体部とを互いに電気的に接続した構成
   であることを特徴とするコモンモードフィルタ。
2. 【請求項２】 前記一対のライン状導体を構成する各導
   体部のパターンが同一方向に周回するスパイラル状のパ
   ターンである請求項１記載のコモンモードフィルタ。
3. 【請求項３】 前記一対のライン状導体を構成する各導
   体部のパターンがミアンダ状パターンである請求項１記
   載のコモンモードフィルタ。
4. 【請求項４】 前記一対のライン状導体のうちの一方の
   ライン状導体と、他方のライン状導体とは前記接地用導
   体層の垂直方向からみて相重なる配置であり、かつ前記
   一対のライン状導体を構成する各導体部のパターン幅が
   同じである請求項１，２又は３記載のコモンモードフィ
   ルタ。
5. 【請求項５】 前記一対のライン状導体の端部は、前記
   接地用導体層から電気的に絶縁されて前記誘電体基板に
   設けられた電極にそれぞれ電気的に接続されている請求
   項１，２，３又は４記載のコモンモードフィルタ。
6. 【請求項６】 前記一対のライン状導体を構成する各導
   体部が前記誘電体基板側面もしくは貫通孔に設けられた
   接続用導体部により電気的に接続されている請求項１，
   ２，３，４又は５記載のコモンモードフィルタ。