JP2000223986A - コモンモードフィルタ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電磁雑音源となるコモンモード電流を任意の
周波数で広帯域に減衰させ、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。 【解決手段】 誘電体基板の表面と裏面に上下一対の接
地用導体層８，９を形成し、前記誘電体基板内における
一対の接地用導体層８，９間に、並行して一対のライン
状導体ＬＮ１，ＬＮ２を設けた構造を備え、一対のライ
ン状導体ＬＮ１，ＬＮ２は、接地用導体層８に近接かつ
平行にパターンが形成された導体対パターン１６，１７
と、接地用導体層９に近接かつ平行にパターンが形成さ
れた導体対パターン２０，２１とを互いに電気的に接続
する中間部の導体対パターン１８，１９を有し、該中間
部の導体対パターン１８，１９が接地用導体層８，９に
平行に設けられた構成である。

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関する。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本の信
号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
（不平衡成分）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、このコモンモード電流を低減す
る方法として、本発明者により図１０で示すようなコモ
ンモードフィルタが提案されている。

【０００４】図１０のコモンモードフィルタは、積層型
誘電基板６２において、上下面にグランド接地される接
地用導体層６３，６４を有する誘電体内に、接地用導体
層６３，６４（グランド面）に垂直な軸方向に相重なる
様に２本の伝送線路となるべき導体対パターン６５，６
６を形成し、それら２本の導体対パターン６５，６６に
よって一方のグランド接地された導体面に平行に同一方
向に周回するスパイラル状もしくはミアンダ状パターン
を形成し、これらの導体対パターン６５，６６に電気的
に接続した２本の層間接続用導体部６７，６８によっ
て、もう一方のグランド接地された導体面に先ほど形成
したパターンと同一方向に周回する２本の導体対パター
ン６９，７０を接続することにより全体としてもスパイ
ラル状もしくはミアンダ状パターンを形成している。

【０００５】この構造で、２本の伝送線路（１本目はパ
ターン６５，６９、２本目はパターン６６，７０からな
る）にコモンモード電流が流れた場合、２本の伝送線路
間に磁気壁が形成されるため、伝送線路間のキャパシタ
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、先の下部スパイラル状もしくはミア
ンダ状パターン（導体対パターン６５，６６）と下部グ
ランド間、上部スパイラル状もしくはミアンダ状パター
ン（導体対パターン６９，７０）と上部グランド間、及
び上下スパイラル状もしくはミアンダ状パターン間に分
布定数的なキャパシタ成分が発生し、これらとスパイラ
ル状もしくはミアンダ状パターンにより発生するインダ
クタ成分を組み合わせると図１１の等価回路に示すπ型
の低域通過フィルタ（ローパスフィルタ）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。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、図１０のコ
モンモードフィルタは、コモンモード電流に対してπ型
の低域通過フィルタを形成し、図１２に示すような減衰
特性を示す。その減衰帯域幅を大きくするには、極大値
を示す２つの共振周波数（図１２中ａ，ｂ）を離すこと
によって実現できる。しかし、この共振周波数を大きく
離すと，図１２中ｃに見られる、跳ね返りと呼ばれる減
衰量が低減する領域での減衰量が低下する問題があり、
この方法での広帯域化の阻害要因となっている。

【０００７】これを避けるために、共振周波数をずらし
た複数個のコモンモードフィルタを直列に形成すればよ
いが、素子の設置面積が大きくなる問題点があった。

【０００８】本発明は、上記の点に鑑み、電磁雑音源と
なるコモンモード電流を任意の周波数で広帯域に減衰で
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コモンモードフィルタを提供す
ることを目的とする。

【０００９】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。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のコモンモードフィルタは、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
た導体対と、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対とを互いに電気的に
接続する中間部の導体対を有し、該中間部の導体対が前
記接地用導体層に平行なパターンを有しかつ１組以上設
けられていることを特徴としている。

【００１１】なお、前記誘電体基板としては積層型誘電
体基板を用いることができ、また、２本の伝送線路をな
すライン状導体は、接地用導体層（グランド面）に垂直
な軸方向に相重なる様に形成されるとよく、前記ライン
状導体を構成する３組以上の導体対は前記接地用導体層
に平行なスパイラル状、ミアンダ状等のパターンにする
とよい。

【００１２】本発明に係るコモンモードフィルタにおい
て、一対のライン状導体からなる２本の伝送線路にコモ
ンモード電流が流れた場合、２本の伝送線路間に磁気壁
が形成されるため、伝送線路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、先の下部スパイラル状、ミアンダ状の導体対パ
ターンと下部グランド間、上部スパイラル状、ミアンダ
状等の導体対パターンと上部グランド間、上下スパイラ
ル状、ミアンダ状等の導体対パターン間に設置したスパ
イラル状、ミアンダ状等の中間部導体対パターン間に発
生する分布定数的なキャパシタ成分、及び各スパイラル
状、ミアンダ状等の導体対パターン間に発生する分布定
数的なキャパシタ成分が発生し、これらとスパイラル
状、ミアンダ状等の導体対パターンにより発生するイン
ダクタ成分を組み合わせると図８に示す楕円関数型状の
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し、図９に示す減
衰特性を得る。この場合、減衰極大周波数をグランド面
に垂直に設置した導体対の数だけ設定できるため、減衰
帯域で現れる跳ね返り部分による減衰量の低下を防いで
広帯域化できる。

【００１３】一方、この構成でディファレンシャルモー
ド電流が流れた場合、２本の伝送線路間に電気壁が形成
され、伝送線路間にキャパシタ成分が発生し、先のグラ
ンド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。

【００１４】上記コモンモードフィルタにおいて、入出
力端による異方性が現れないようにするため、前記接地
用導体層間に形成される当該接地用導体層に平行な前記
導体対が２ｍ−１（ｍは２以上の正数）の奇数組ある場
合、一方の接地用導体層から数えてｎ番目（ｎはｍ以下
の正数）と２ｍ−ｎ番目の導体対の電気長が同じである
とよい。

【００１５】また、前記接地用導体層間に形成される当
該接地用導体層に平行な前記導体対が２ｍ（ｍは２以上
の正数）の偶数組ある場合、一方の接地用導体層から数
えてｎ番目（ｎはｍ以下の正数）と２ｍ＋１−ｎ番目の
導体対の電気長が同じであるとよい。

【００１６】

【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について図面に従って説明する。

【００１７】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の斜視図（透視図）で、図２はその
断面図である。本実施の形態によるコモンモードフィル
タは、積層回路基板内部に組み込まれた状態で、接地さ
れた接地用導体層（グランド面を形成するグランド層）
間に形成されるグランド面に平行な導体対が奇数組（こ
こでは３組）の場合でのフィルタ機能部分を表したもの
である。

【００１８】図１及び図２において、１，２，３，４，
５，６，７は誘電体基板で、積層されて積層回路基板を
構成するものである。８，９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、１０，１
１，１２，１３，１４，１５は伝送線路としてのライン
状導体を配置する導体配置層であって、導体配置層１
０，１１に下部スパイラル状導体対パターン１６，１７
が、導体配置層１２，１３に中間部導体対パターン１
８，１９が、導体配置層１４，１５に上部スパイラル状
導体対パターン２０，２１がそれぞれ形成されている。
個々の導体対をなすパターンは互いに同幅で接地用導体
層（グランド面）に垂直な軸方向に相重なる様に形成さ
れている。

【００１９】これら３組の導体対パターンのうち導体配
置層１０に形成されたパターン１６、導体配置層１２に
形成されたパターン１８及び導体配置層１４に形成され
たパターン２０は、それぞれ接続用導体部２２，２４に
よって電気的に接続されて一対のライン状導体のうちの
一方のライン状導体ＬＮ１を構成し、導体配置層１１に
形成されたパターン１７、導体配置層１３に形成された
パターン１９及び導体配置層１５に形成されたパターン
２１は、それぞれ接続用導体部２３，２５によって電気
的に接続されて一対のライン状導体のうちの他方のライ
ン状導体ＬＮ２を構成している。ここで、導体部２２，
２３，２４，２５は貫通孔、もしくは誘電体基板２，
３，４，５，６に切り欠きを設けることにより形成す
る。

【００２０】入出力端子による異方性を無くすため、下
部導体対パターン１６，１７と上部上部導体対パターン
２０，２１は同一の幅を持ち、同一方向に周回するスパ
イラル状のパターン形状を有し、誘電体基板１，７及び
誘電体基板２，６は同一の厚みを有している。また、中
間部導体対パターン１８，１９は同一の幅を持ち、同一
のパターン形状を有し、誘電体基板３，５は同一の厚み
を有している。

【００２１】この第１の実施の形態で、２本の伝送線路
を構成した一対のライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２（パター
ン１６，１８，２０の直列接続とパターン１７，１９，
２１の直列接続からなる）に同一方向の電流が流れるコ
モンモードの場合、下部導体対パターン１６，１７と下
部接地用導体層８との間に分布定数的にキャパシタ成分
が発生し、上部導体対パターン２０，２１と上部接地用
導体層９との間にも分布定数的にキャパシタ成分が発生
する。また、パターン１７，１８間、パターン１９，２
０間にも分布定数的なキャパシタ成分が発生する。これ
らのキャパシタ成分と、３組の導体対パターン１６，１
７と１８，１９と２０，２１とそれらを電気的に直列接
続する接続用導体部２２，２３，２４，２５からなる一
対のライン状導体（２本の伝送線路）によるインダクタ
成分を組み合わせることにより、コモンモード電流に対
して図３の等価回路に示すπ型の低域通過フィルタを形
成し、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。この場合、減衰
極大周波数をグランド面に垂直に設置した導体対の数
（本例では３個）だけ設定できるため、減衰帯域で現れ
る跳ね返り部分による減衰量の低下を防いで広帯域化で
きる。

【００２２】一方、この第１の実施の形態の構成でディ
ファレンシャルモード電流が流れた場合、２本の伝送線
路となるライン状導体ＬＮ１，ＬＮ２間に電気壁が形成
され、伝送線路間にキャパシタ成分が発生し、先のグラ
ンド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。

【００２３】図４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斜視図（透視図）で、図５はその
断面図である。本実施の形態によるコモンモードフィル
タは、接地された接地用導体層（グランド面を形成する
グランド層）間に形成されるグランド面に平行な導体対
が偶数組（ここでは４組）の場合で、単体で機能するデ
バイス状のフィルタを表したものである。

【００２４】図４及び図５において、２６，２７，２
８，２９，３０，３１，３２，３３，３４は誘電体基板
で、積層されて積層回路基板を構成するものである。３
５，３６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、３７，３８，３９，４０，４
１，４２，４３，４４は伝送線路としてのライン状導体
を配置する導体配置層であって、導体配置層３７，３８
に下部スパイラル状導体対パターン４５，４６が、導体
配置層３９，４０に中間部スパイラル状導体対パターン
４７，４８が、導体配置層４１，４２にもう一つの中間
部スパイラル状導体対パターン４９，５０が、導体配置
層４３，４４に上部スパイラル状導体対パターン５１，
５２がそれぞれ形成されている。

【００２５】これら４組の導体対パターンのうち導体配
置層３７に形成されたパターン４５、導体配置層３９に
形成されたパターン４７、導体配置層４１に形成された
パターン４９及び導体配置層４３に形成されたパターン
５１は、それぞれ接続用導体部５３，５５，５７によっ
て電気的に接続されて一対のライン状導体のうちの一方
のライン状導体ＬＮ１１を構成し、導体配置層３８に形
成されたパターン４６、導体配置層４０に形成されたパ
ターン４８、導体配置層４２に形成されたパターン５０
及び導体配置層４４に形成されたパターン５２は、それ
ぞれ接続用導体部５４，５６，５８によって電気的に接
続されて一対のライン状導体のうちの他方のライン状導
体ＬＮ１２を構成している。ここで、接続用導体部５
３，５４，５５，５６，５７，５８は貫通孔、もしくは
誘電体基板２７，２８，２９，３０，３１，３２，３３
に切り欠きを設けることにより形成する。

【００２６】入出力端子による異方性を無くすため、下
部導体対パターン４５，４６と上部上部導体対パターン
５１，５２は同一の幅を持ち、同一方向に周回するスパ
イラル状のパターン形状を有し、誘電体基板２６，３４
及び誘電体基板２７，３３は同一の厚みを有している。
また、中間部導体対パターン４７，４８ともう一つの中
間部導体対パターン４９，５０は同一の幅を持ち、同一
方向に周回するスパイラル状のパターン形状を有し、誘
電体基板２８，３２及び誘電体基板２９，３１は同一の
厚みを有している。

【００２７】図４の如く一対のライン状導体ＬＮ１１，
ＬＮ１２の一方の端部はそれぞれ電極５９，６０と電気
的に接続しており、他方の端部はそれぞれ電極６１，６
２と電気的に接続している。このとき、必要に応じて貫
通孔の接続用導体部や延長導体部を介して各電極に接続
するようにする。各電極５９，６０，６１，６２は貫通
孔の側壁に導体層を形成したものを２分割した構造であ
る。但し、コモンモードフィルタの下面及び上面を形成
する接地用導体層３５，３６と電気的に絶縁していれば
その構造に制約はない。このように、電極５９，６０，
６１，６２を積層誘電体基板の側壁に形成することで、
チップ状コモンモードフィルタを構成することができ
る。

【００２８】この第２の実施の形態において、一対の伝
送線路としてのライン状導体ＬＮ１１，ＬＮ１２（パタ
ーン４５，４７，４９，５１の直列接続とパターン４
６，４８，５０，５２の直列接続からなる）に同一方向
の電流が流れるコモンモードの場合、下部導体対パター
ン４５，４６とグランドに接地される下部接地用導体層
３５の間に分布定数的にキャパシタ成分が発生し、上部
導体対パターン５１，５２とグランドに接地される上部
接地用導体層３６との間にも分布定数的にキャパシタ成
分が発生する。また、パターン４６，４７間、パターン
４８，４９間及び、パターン５０，５１間にも分布定数
的なキャパシタ成分が発生する。これらのキャパシタ成
分と、ライン状導体ＬＮ１１，ＬＮ１２を構成する各パ
ターン４５，４６，４７，４８，４９，５０，５１，５
２及びそれらを電気的に直列接続する接続用導体部５
３，５４，５５，５６，５７，５８により発生するイン
ダクタ成分を組み合わせることにより、コモンモード電
流に対して図６に示すπ型の低域通過フィルタを形成で
きる。この結果、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、この場
合、減衰極大周波数をグランド面に垂直に設置した導体
対の数（本例では４個）だけ設定できるため、減衰帯域
で現れる跳ね返り部分による減衰量の低下を防いで広帯
域化できる。

【００２９】本実施の形態では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
して使用可能である。

【００３０】上記第１実施の形態では上下の導体対パタ
ーンが、第２の実施の形態では各導体対パターンがスパ
イラル状のパターン形状である場合を例示したが、図７
に示す如きミアンダ状の導体対パターン８０，８１等を
使用することも可能である。

【００３１】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。

【００３２】さらに、誘電体基板の表裏面に接地用導体
層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。

【００３３】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。

【００３４】

【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で広帯域に減衰させることが可
能であり、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。

【００３５】また、フェライト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】第１の実施の形態の部分断面図である。

【図３】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】第２の実施の形態の部分断面図である。

【図６】本発明の第２の実施の形態の場合の等価回路図
である。

【図７】本発明で使用可能な他の導体対パターン例を示
す斜視図である。

【図８】本発明のコモンモードフィルタの等価回路の一
例を示す等価回路図である。

【図９】本発明のコモンモードフィルタにおけるコモン
モード電流の減衰量の周波数特性図である。

【図１０】本発明者が先に提案した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である。

【図１１】図１０のコモンモードフィルタの等価回路図
である。

【図１２】図１０のコモンモードフィルタにおけるコモ
ンモード電流の減衰量の周波数特性図である。

【符号の説明】

１乃至７，２６乃至３４ 誘電体基板 ８，９，３５，３６ 接地用導体層 １０乃至１５，３７乃至４４ 導体配置層 １６乃至２１，４５乃至５２ 導体対パターン ２２乃至２５，５３乃至５８ 接続用導体部 ５９乃至６１ 電極 ＬＮ１，ＬＮ２，ＬＮ１１，ＬＮ１２ ライン状導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5E070 AA01 AA05 AA20 AB03 AB07 AB10 CB13 CB17 CB20 DB08 EA01 5J006 HD08 HD12 JA02 LA13 NB09 5J024 AA01 BA01 CA02 CA03 DA29 EA01 KA01

Claims (3)

【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対と、
   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対とを互いに電気的に接続する中間
   部の導体対を有し、該中間部の導体対が前記接地用導体
   層に平行なパターンを有しかつ１組以上設けられている
   ことを特徴とするコモンモードフィルタ。
2. 【請求項２】 前記接地用導体層間に形成される当該接
   地用導体層に平行な前記導体対が２ｍ−１（ｍは２以上
   の正数）の奇数組あり、一方の接地用導体層から数えて
   ｎ番目（ｎはｍ以下の正数）と２ｍ−ｎ番目の導体対の
   電気長が同じである請求項１記載のコモンモードフィル
   タ。
3. 【請求項３】 前記接地用導体層間に形成される当該接
   地用導体層に平行な前記導体対が２ｍ（ｍは２以上の正
   数）の偶数組あり、一方の接地用導体層から数えてｎ番
   目（ｎはｍ以下の正数）と２ｍ＋１−ｎ番目の導体対の
   電気長が同じである請求項１記載のコモンモードフィル
   タ。