JP2004228961A - ノイズフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】１素子で広帯域で且つ効率のよいノイズフィルタを提供する。
【解決手段】中空の絶縁体ボビン１の外周にコイル２を巻回するとともに、この絶縁体ボビン１の内周に接地導体層３を形成する。この構成により、コイルのインダクタンスが低い周波数に対するチョークコイルとして機能するとともに、コイルの巻線と接地導体層とで形成される伝送線路が高い周波数に対する伝送線路フィルタとして機能する。これにより、広い帯域のノイズフィルタとして機能する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、信号線路上の高周波ノイズを除去するノイズフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯通信機器では、高周波信号線路上に存在する高周波ノイズを抑制する必要があるが、高周波ノイズは、数十ＭＨｚ程度の低周波帯域から数ＧＨｚの高周波帯域までの広い帯域に及んでいる。この広い帯域のノイズを抑制するためには、高周波帯域用のＥＭＩフィルタを用いるとともに、チップコイルやチップフェライトビーズなどの低周波帯域用のフィルタを併用する必要があるが、このように複数の部品を併用することは、部品点数が増加するため、装置の小型化、製造コストなどの面において不利であった。
【０００３】
そこで、高周波帯域用のフィルタと低周波帯域用のフィルタを一体にした広帯域フィルタが提案されている（たとえば特許文献１）。この種のフィルタは、多層基板の上下の最外層に接地用導体層を形成するとともに、内層にスパイラルコイルパターンを形成し、このスパイラルコイルパターンのインダクタンスと接地用導体層とのキャパシタンスを用いて広帯域化を実現したものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−２５２１２４公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成のノイズフィルタでは、内層のスパイラルコイルパターンが形成する磁束が、上下の接地用導体層によって遮られてしまうため、コイルのインピーダンスが低下してしまい、低周波帯域のノイズ除去機能が低下してしまうという問題点があった。また、上記構成のノイズフィルタは、予め多層基板にパターン形成しておかなければならないため、チップ部品として製造、流通できないという問題点があった。
【０００６】
この発明の目的は、広帯域で且つ効率がよく、部品として製造可能なノイズフィルタを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、信号線路でコイルを構成するとともに、該信号線路と接地電極により伝送線路を構成したノイズフィルタであって、前記接地電極を前記コイルの磁束を妨げることがない位置に形成したことを特徴とする。
【０００８】
この発明では、信号線路が低周波帯域のノイズに対する集中定数のチョークコイルとして機能するとともに、この信号線路と接地電極とが高周波帯域のノイズに対して分布定数の伝送線路フィルタとして機能する。これにより、コイルと伝送線路型フィルタを複合した広帯域のノイズフィルタの構造を実現することができるとともに、接地電極をコイルの磁束を妨げない位置に形成したことにより、コイルのインピーダンスが高く保たれ、低周波帯域のノイズに対するチョークコイルの機能を高く保持することができる。
【０００９】
この発明は、中空の絶縁体ボビンの外周にコイルを巻回するとともに、この絶縁体ボビンの内周に接地導体層を形成したことを特徴とする。
また、この発明は、上記発明において、前記コイルの外側を絶縁体層で覆ったことを特徴とする。
この発明は、絶縁体ボビンの外周にコイルを巻回するとともに、このコイルの外側に前記絶縁体ボビンと異なる透磁率の絶縁体層を形成し、この絶縁体層の外側にさらに接地導体層を形成したことを特徴とする。
また、この発明は、前記絶縁体ボビンに複数のコイルを巻回したことを特徴とする。
なお、上記発明において、絶縁体ボビンの形状は、柱状であればその平面形状は限定されない。たとえば、円柱状であっても四角柱状であってもよい。
【００１０】
上記発明では、コイル状に巻回された導線が低周波帯域のノイズに対する集中定数のチョークコイルとして機能するとともに、コイルの巻線である導線と接地導体層とが高周波帯域のノイズに対して分布定数の伝送線路フィルタとして機能する。これにより、広い帯域のノイズフィルタとして機能する。
そして、伝送線路を形成する接地導体層がコイルとして作用する磁束を妨げない構造であるため、コイルのインピーダンスが高く保たれ、低周波帯域のノイズに対するチョークコイルの機能を高く保持することができる。
また、上記発明では、コイルの外側に絶縁体層を形成し、コイル内側の絶縁体ボビンとコイル外側の絶縁体層をそれぞれ異なる透磁率の素材で構成することにより、コイルによって発生する磁束経路の透磁率と伝送線路で発生する磁束経路の透磁率を独立して制御することができるため、低周波帯域のノイズの減衰特性と高周波帯域のノイズの減衰特性を自由に設定することができる。これにより、伝送すべき所定周波数帯域の信号のみを低挿入損失で通過させるバンドパスフィルタ等を構成することができる。
また、この発明では、絶縁体ボビンに複数のコイルを巻回したことにより、コモンモードノイズを抑制するフィルタを構成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図面を参照してこの発明の実施形態であるノイズフィルタについて説明する。図１は、この発明の実施形態であるノイズフィルタの基本構成を示す図であり、同図（Ａ）は斜視図、同図（Ｂ）は平面図である。また、図２は、同ノイズフィルタの低周波帯域および高周波帯域における等価回路を示す図である。
このノイズフィルタは、所定の透磁率の絶縁体で構成される中空の円柱であるボビン１の外周に導線からなるコイル２が巻回されている。さらに中空円柱であるボビン１の内周面には接地導体層３が形成されている。したがって、接地導体層３がコイル２によって発生する磁束を妨げない構造となり、その結果、低周波帯域でのインピーダンスの低下を招かない。
【００１２】
この構成において、数十ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ程度の低周波帯域では、コイル２と接地導体層３との容量成分は問題とならないため、コイル２のインピーダンス成分のみが作用する。このときの等価回路を図２（Ａ）に示す。このように、低周波帯域においてはコイルのインピーダンス成分のみが作用し、集中定数型のチョークコイルとして機能する。
【００１３】
一方、数百ＭＨｚ以上の高周波帯域では、コイル２の巻線の各部とボビン内面の接地導体層３との容量成分が作用し、図２（Ｂ）に示すような分布定数型の伝送線路型フィルタとして機能する。
【００１４】
このノイズフィルタは図３に示すような周波数特性を有する。この例では、ボビン１各部の寸法、比透磁率、コイルの巻回数は次のとおりである。
【００１５】
ボビン１の厚さ：２ｍｍ、
ボビン１の内面の直径：１０．１ｍｍ、
ボビン１の外周：４４．２ｍｍ、
ボビン１の比透磁率：５５０、
コイルの巻回数：４回、
信号線路長：約１７７ｍｍ。
【００１６】
図３に示した例では、数十ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ付近に−１０ｄＢ程度の減衰特性を有するとともに、１ＧＨｚ以上の帯域をカットすることができる。このようにして、１つの部品素子で広帯域のノイズフィルタを実現することができる。
【００１７】
図４は上記ノイズフィルタをチップ部品として構成した場合の斜視図である。この実施形態では、ボビン１の両端に絶縁体からなる矩形板状の端子板５を設け、この端子板５の下辺に信号電極端子６および接地電極端子７を設けている。信号電極端子６にはコイル２の巻線の両端が接続されており、接地電極端子７には、接地導体層３が接続されている。このノイズフィルタでは、端子板５の下辺に信号電極端子６および接地電極端子７が形成されているため、プリント配線基板に表面実装可能なチップ部品として使用することができる。
【００１８】
図５はこの発明の第２の実施形態を示す図である。基本構造は上記第１の実施形態と同様であるが、ボビン１の外周に巻回されているコイル２のさらに外側を磁性体からなる絶縁体層８で覆った構造になっている。このように、コイルの外側を磁性体からなる絶縁体層８で覆ったことにより、コイルの内側にボビン１が、コイルの外側に絶縁体層８がそれぞれ存在して、コイルで発生する磁束の大部分がこの両方を通過する。そのため、コイル２のインダクタンスを高め、低周波帯域でのインピーダンスをさらに大きくすることができ、低周波帯域のノイズをよりよく抑制することが可能になる。
【００１９】
一方、コイル２、接地導体３およびその間のボビン１によって構成される伝送線路は絶縁体層８の影響を受けにくい。この構成でボビン１および絶縁体層８をそれぞれ透磁率が異なる別々の素材で構成することにより、コイルで発生する磁束の経路と伝送線路で発生する磁束の経路における透磁率を自由に設定することができ、これによってコイルのインピーダンス特性と伝送線路の減衰特性を独立にコントロールしてフィルタの減衰特性を制御することができる。これによって、伝送すべき所定周波数帯域の信号のみを低挿入損失で通過させるバンドパスフィルタを形成することも可能になる。
【００２０】
図６は、この発明の第３の実施形態であるノイズフィルタの基本構成を示す図である。このノイズフィルタは内外が図５に示したノイズフィルタと逆の構造になっている。すなわち、中実の円柱状であるボビン１１の外周に導線によるコイル１２を巻回し、その外側を絶縁体層１３で被覆するとともに、そのさらに外周に接地導体層１４を形成したものである。
なお、ボビン１１はコイル１２が発生する磁束経路に余裕を持たせるため中実としたが中空でもよい。ここで、接地導体層１４がコイル１２によって発生する磁束を妨げない構造であることから、コイル１２のインダクタンスを高め、低周波帯域でのインピーダンスをさらに大きくすることができ、低周波帯域のノイズをよりよく抑制することが可能になる。
【００２１】
一方、コイル１２、接地導体１４およびその間の絶縁体層１３によって構成される伝送線路はボビン１１の影響を受けにくい。この構成で、ボビン１１および絶縁体層１３をそれぞれ透磁率が異なる別々の素材で構成することにより、コイルで発生する磁束の経路と、伝送線路で発生する磁束の経路における透磁率を自由に設定することができ、これによってコイルのインピーダンス特性と伝送線路の減衰特性を独立にコントロールしてフィルタの減衰特性を制御することができる。これによって、伝送すべき所定周波数帯域の信号のみを低挿入損失で通過させるバンドパスフィルタを形成することも可能になる。
【００２２】
なお、上記実施形態では、コイル２、１２を１つ巻回する構成について説明したが、ボビン１、１１に複数のコイルを巻回する構成にしてもよい。
図７に示すように、２本の導線を並行して巻回してコモンモードノイズフィルタを構成することもできる。すなわち、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４などの２本の信号線路や電源ラインにこのコモンモードノイズフィルタの各巻線を接続することにより、信号線路や電源ラインに外部から侵入した同相（コモンモード）のノイズに対しては、各巻線による磁束が足しあわされてのインピーダンスが発生し、このノイズを抑制するが、目的信号や電源電流は逆相（ノーマルモード）であるため、磁束が打ち消しあってインピーダンスが発生せず、この目的信号や電源電源電流を減衰させない。
【００２３】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、１つの素子で数十ＭＨｚ〜１００ＭＨｚ程度の低周波帯域と１ＧＨｚ以上の高周波帯域の両方のノイズを抑制できるノイズフィルタを構成することができ、且つ、低周波帯域のノイズに対するチョークコイルの機能を高く保持することができる。
また、この発明によれば、低周波帯域のノイズの減衰特性と高周波帯域のノイズの減衰特性を自由に設定することができ、バンドパスフィルタ等を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施形態であるノイズフィルタの原理を示す図
【図２】同ノイズフィルタの等価回路を示す図
【図３】同ノイズフィルタの周波数特性を示す図
【図４】同ノイズフィルタの外観斜視図
【図５】この発明の第２の実施形態であるノイズフィルタの構成図
【図６】この発明の第３の実施形態であるノイズフィルタの構成図
【図７】この発明を適用したコモンモードノイズフィルタの例を示す図
【符号の説明】
１−ボビン
２−コイル（信号線路）
３−接地導体層
４−磁束
５−端子板
６−信号電極端子
７−接地電極端子
１１−ボビン
１２−コイル
１３−絶縁体層
１４−接地導体層

Claims (5)

1. 信号線路でコイルを構成するとともに、該信号線路と接地電極により伝送線路を構成したノイズフィルタであって、前記接地電極を前記コイルの磁束を妨げることがない位置に形成したノイズフィルタ。
2. 中空の絶縁体ボビンの外周にコイルを巻回するとともに、この絶縁体ボビンの内周に接地導体層を形成したノイズフィルタ。
3. 前記コイルの外側を絶縁体層で覆ったことを特徴とする請求項２に記載のノイズフィルタ。
4. 絶縁体ボビンの外周にコイルを巻回するとともに、このコイルの外側に前記絶縁体ボビンと異なる透磁率の絶縁体層を形成し、この絶縁体層の外側にさらに接地導体層を形成したノイズフィルタ。
5. 前記絶縁体ボビンに複数のコイルを巻回した請求項２乃至請求項４のいずれかに記載のノイズフィルタ。

Images