JP2005073208A - 電力線通信ユニットおよびカプラ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 電力線通信における使用通信帯域外のノイズをカットするためのパンドパスフィルタの機能を、簡単な回路構成で実現する。
【解決手段】 カプラ回路部１０は、カプラ回路１０Ａと、このカプラ回路１０Ａに一体化されたフィルタ回路１０Ｂとを有している。カプラ回路１０Ａは、従来のカプラ回路における、電力線２に送信信号を重畳する機能と、電力線２に重畳されている信号を分離して受信信号として取り出す機能とに加え、通信周波数帯域に対する低域側のノイズ成分を除去するハイパスフィルタとしての機能を有している。一方、フィルタ回路１０Ｂは、通信周波数帯域に対する高域側のノイズ成分を除去するローパスフィルタとしての機能を有している。カプラ回路部１０は全体として、通信周波数帯域以外のノイズ成分を除去するバンドバスフィルタの機能を実現している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、信号の伝送媒体として電力線を用いる電力線通信システムに用いられる電力線通信ユニット、および電力線通信ユニットを電力線に結合するカプラ回路に関する。

従来より、通信ネットワークを確立するために、通信媒体として、各通信端末間に専用線を配設することが行われている。通信媒体として専用線を用いると、新たにネットワーク機器を導入する場合や、機器を移動する場合には、配線の変更や、新たに配線を施す必要がある。

一方、既設の配線を通信媒体として利用することにより、専用線の配設を不要にする通信手法として、電力線を用いる方法が考えられている。この電力線を通信媒体として利用して通信を行う方法だと、既設の電力線を用いるので専用線を新たに配線する必要がなく、ネットワーク機器を導入する場合や、一度設置した機器を移動する場合においても、配線の追加や変更を行う必要がないという利点がある。現状、日本では電力線通信で使用する周波数帯域として１０ｋＨｚ〜４５０ｋＨｚが許容されているが、近年の高速通信への要求を満足するため、これよりも高く広い周波数帯域（例えば２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚ）での使用が検討されている。

例えば家電機器間において電力線を通信媒体として通信を行う場合、各家電機器と電力線とを接続するために電力線通信ユニットが用いられる。電力線通信ユニットには、通信を行う家電機器側の通信インタフェースに接続可能な通信モジュールが組み込まれている。

図９は、従来の電力線通信ユニットの回路構成を示している。この電力線通信ユニット１０１は、電力線１０２と通信機能を備えた情報機器１３０との間に接続される。この電力線通信ユニット１０１は、電力線通信ユニット１０１を電力線１０２に結合するためのカプラ回路１１０と、送信信号および受信信号に対して種々の信号処理を施す信号処理回路１２０と、電力線通信ユニット１０１を例えば接続ケーブルなどを介して情報機器１３０のインタフェースＩＣ１３１に接続するためのインタフェースＩＣ１２８とを備えている。

信号処理回路１２０は、受信系の回路として、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１２１と、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路１２２と、ＡＤＣ（アナログ・デジタル・コンバータ）１２３とを有している。信号処理回路２０はまた、送信系の回路として、ＤＡＣ（デジタル・アナログ・コンバータ）１２４と、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１２５と、ＡＭＰ回路（増幅器）１２６とを有している。信号処理回路１２０はまた、送信信号および受信信号に対して、所定の変調および復調処理を行うＰＨＹ／ＭＡＣ（Physical／Media Access Control）回路２７を有している。

カプラ回路１１０は、図１０に示したように、一次側（信号処理回路側）巻線および二次側（電力線側）巻線を有し、電力線通信ユニット１０１と電力線１０２とを電気的に絶縁する絶縁トランス１１１を備えている。カプラ回路１１０はまた、絶縁トランス１１１の二次側巻線と電力線１０２との間に接続されたキャパシタ１１２−１，１１２−２と、二次側巻線の一端と電力線１０２との間に接続された電流制限素子１１３と、二次側巻線の両端に並列接続されたサージアブソーバ１１４とを備えている。

この電力線通信ユニット１０１では、情報機器１３０のインタフェースＩＣ１３１を介して出力された送信信号が、インタフェースＩＣ１２８を介して信号処理回路１２０に入力される。信号処理回路１２０では、送信信号に対して、ＰＨＹ／ＭＡＣ回路１２７によって所定の変調処理を施した後、ＤＡＣ１２４によりアナログの送信信号に変換する。送信信号はさらに、ＢＰＦ１２５によって通信周波数帯域以外のノイズ成分が除去された後、ＡＭＰ回路１２６によって増幅され、カプラ回路１１０に出力される。カプラ回路１１０は、信号処理回路１２０からの送信信号を電力線１０２に重畳する。

電力線通信ユニット１０１はまた、図示しない通信相手先から送信された信号を電力線１０２を介して受信する。この場合まず、電力線１０２に重畳されている信号が、カプラ回路１１０によって分離され、受信信号として取り出され、信号処理回路１２０に出力される。信号処理回路１２０では、受信信号に含まれる通信周波数帯域以外のノイズ成分をＢＰＦ１２１によって除去すると共に、ＡＧＣ回路１２２によって、その信号レベルを所定のレベルにする。その後、受信信号は、ＡＤＣ１２３によってデジタル信号に変換され、ＰＨＹ／ＭＡＣ回路１２７に出力される。ＰＨＹ／ＭＡＣ回路１２７では、受信信号に所定の復調処理を行った後、インタフェースＩＣ１２８を介して情報機器１３０に出力する。情報機器１３０は、インタフェースＩＣ１３１を介して受信信号を受信する。

このように、従来の電力線通信ユニット１０１では、受信系および送信系の回路それぞれに、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１２１，ＢＰＦ１２５）が挿入されている。従来、電力線通信ユニット関連の技術が記載されたものとしては、例えば以下の特許文献１がある。この特許文献１記載の装置においても、受信系および送信系の回路それぞれに、バンドパスフィルタが設けられている。
特許第３４０７２５５号公報

このように、従来の電力線通信ユニット１０１では、バンドパスフィルタが設けられている。送信側にＢＰＦ１２５を設けているのは、送信信号をＡＭＰ回路１２６で増幅する前の段階で、使用通信帯域外のノイズをカットするためである。受信側にＢＰＦ１２１を設けているのは、受信した信号をＡＧＣ回路１２２によってＡＧＣ処理する前に、使用通信帯域外のノイズをカットするためである。

しかしながら、従来の電力線通信ユニット１０１では、バンドパスフィルタを、受信系および送信系の回路でそれぞれ別々に設けているため、回路構成的に無駄であった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電力線通信における使用通信帯域外のノイズをカットするためのパンドパスフィルタの機能を、簡単な回路構成で実現することができるようにした電力線通信ユニットおよびカプラ回路を提供することにある。

本発明の第１の観点に係るカプラ回路は、電力線通信に用いられるカプラ回路であって、送信信号を電力線に重畳する機能と、電力線に重畳されている信号を分離して受信する機能とを有する第１の回路と、この第１の回路に一体化された第２の回路とを備えている。そして、第１の回路が、通信周波数帯に対する低域側のノイズ成分を除去するハイパスフィルタの機能をさらに有し、第２の回路が、通信周波数帯に対する高域側のノイズ成分を除去するローパスフィルタの機能を有しているものである。

本発明の第１の観点に係る電力線通信ユニットは、電力線に接続されるカプラ回路部と、カプラ回路部を介して電力線に送信信号を出力すると共に、カプラ回路部を介して電力線からの信号を受信する信号処理回路とを備えている。そして、カプラ回路部が、送信信号を電力線に重畳する機能と、電力線に重畳されている信号を分離して受信する機能とを有する第１の回路と、この第１の回路に一体化された第２の回路とを含み、第１の回路が、通信周波数帯に対する低域側のノイズ成分を除去するハイパスフィルタの機能をさらに有し、第２の回路が、通信周波数帯に対する高域側のノイズ成分を除去するローパスフィルタの機能を有しているものである。

本発明の第１の観点に係る電力線通信ユニットおよびカプラ回路では、第１の回路の機能によって、送信信号が電力線に重畳されると共に、電力線に重畳されている信号が分離されて受信される。また、第１の回路におけるハイパスフィルタとしての機能により、通信周波数帯に対して低域側のノイズ成分が除去される。さらに、第２の回路のローパスフィルタとしての機能により、通信周波数帯に対して高域側のノイズ成分が除去される。第１の回路および第２の回路によって、全体として、通信周波数帯域以外のノイズ成分を除去するバンドバスフィルタの機能が実現される。

本発明の第１の観点に係る電力線通信ユニットおよびカプラ回路において、第２の回路のローパスフィルタとしての機能は、例えばインダクタとキャパシタとによるＬＣフィルタ回路により実現することができる。

本発明の第１の観点に係る電力線通信ユニットおよびカプラ回路において、第１の回路は、電力線通信用の信号処理回路と前記電力線とを電気的に絶縁する絶縁トランスを有していても良い。ハイパスフィルタの機能は、例えばこの絶縁トランスに持たせることができる。この場合、絶縁トランスにハイパスフィルタの特性を持たせるために、使用する通信周波数帯域に応じて、そのコアの材質、透磁率μおよび巻き線方法（巻き方）などを決定する。絶縁トランスにハイパスフィルタの特性を持たせて、低域側にカットオフ周波数を得るためには、例えば、透磁率μの小さい（１００〜１５００程度）、トロイダル形状のコアを選択すると共に、コアの巻数を数ターン（３〜７）程度にし、インダクタンス値Ｌを低く抑えれば良い。巻き線方法については、例えば、一次側と二次側との線材を併せて巻く並行巻きとし、容量結合を積極的に起こさせるように構成すると良い。

本発明の第２の観点に係るカプラ回路は、電力線通信に用いられるカプラ回路であって、送信信号を電力線に重畳する機能と、電力線に重畳されている信号を分離して受信する機能とを有する第１の回路と、この第１の回路に一体化された第２の回路とを備えている。そして、第１の回路が、通信周波数帯に対する高域側のノイズ成分を除去するローパスフィルタの機能をさらに有し、第２の回路が、通信周波数帯に対する低域側のノイズ成分を除去するハイパスフィルタの機能を有しているものである。

本発明の第２の観点に係る電力線通信ユニットは、電力線に接続されるカプラ回路部と、カプラ回路部を介して電力線に送信信号を出力すると共に、カプラ回路部を介して電力線からの信号を受信する信号処理回路とを備えている。そして、カプラ回路部が、送信信号を電力線に重畳する機能と、電力線に重畳されている信号を分離して受信する機能とを有する第１の回路と、この第１の回路に一体化された第２の回路とを含み、第１の回路が、通信周波数帯に対する高域側のノイズ成分を除去するローパスフィルタの機能をさらに有し、第２の回路が、通信周波数帯に対する低域側のノイズ成分を除去するハイパスフィルタの機能を有しているものである。

本発明の第２の観点に係る電力線通信ユニットおよびカプラ回路では、第１の回路の機能によって、送信信号が電力線に重畳されると共に、電力線に重畳されている信号が分離されて受信される。また、第１の回路におけるローパスフィルタとしての機能により、通信周波数帯に対して高域側のノイズ成分が除去される。さらに、第２の回路のハイパスフィルタとしての機能により、通信周波数帯に対して低域側のノイズ成分が除去される。第１の回路および第２の回路によって、全体として、通信周波数帯域以外のノイズ成分を除去するバンドバスフィルタの機能が実現される。

本発明の第２の観点に係る電力線通信ユニットおよびカプラ回路において、第２の回路のハイパスフィルタとしての機能は、例えばインダクタとキャパシタとによるＬＣフィルタ回路により実現することができる。

本発明の第２の観点に係る電力線通信ユニットおよびカプラ回路において、第１の回路は、電力線通信用の信号処理回路と前記電力線とを電気的に絶縁する絶縁トランスを有していても良い。ローパスフィルタの機能は、例えばこの絶縁トランスに持たせることができる。この場合、絶縁トランスにローパスフィルタの特性を持たせるために、使用する通信周波数帯域に応じて、そのコアの材質、透磁率μおよび巻き線方法（巻き方）などを決定する。絶縁トランスにローパスフィルタの特性を持たせて、高域側にカットオフ周波数を得るためには、例えば、透磁率μの小さい（１００〜１５００程度）、トロイダル形状のコアを選択すると共に、コアの巻数を数〜十数ターン（５〜１５）程度にし、インダクタンス値Ｌを、比較的高い値にすれば良い。巻き線方法については、例えば、一次側と二次側との線材をコアに別々に巻く分割巻きとし、巻線間の容量結合を抑えるように構成すると良い。

本発明の第１の観点に係る電力線通信ユニットおよびカプラ回路によれば、送信信号を電力線に重畳する機能と電力線に重畳されている信号を分離して受信する機能とを有する第１の回路に、ハイパスフィルタとしての機能を持たせ、また、この第１の回路にローパスフィルタの機能を有する第２の回路を一体化して付加するようにしたので、受信系および送信系の回路にそれぞれ別々にバンドパスフィルタを設けることなく、受信系および送信系の回路に共通化されたバンドパスフィルタを実現できる。これにより、本来のカプラ回路による結合機能に加え、フィルタ機能を実現でき、機能の一体化を図ることができる。このようにして、電力線通信における使用通信帯域外のノイズをカットするためのパンドパスフィルタの機能を、従来よりも簡単な回路構成で実現することができる。

本発明の第２の観点に係る電力線通信ユニットおよびカプラ回路によれば、送信信号を電力線に重畳する機能と電力線に重畳されている信号を分離して受信する機能とを有する第１の回路に、ローパスフィルタとしての機能を持たせ、また、この第１の回路にハイパスフィルタの機能を有する第２の回路を一体化して付加するようにしたので、受信系および送信系の回路にそれぞれ別々にバンドパスフィルタを設けることなく、受信系および送信系の回路に共通化されたバンドパスフィルタを実現できる。これにより、本来のカプラ回路による結合機能に加え、フィルタ機能を実現でき、機能の一体化を図ることができる。このようにして、電力線通信における使用通信帯域外のノイズをカットするためのパンドパスフィルタの機能を、従来よりも簡単な回路構成で実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

図２は、本発明の一実施の形態に係るカプラ回路部を備えた電力線通信ユニットの構成例を示している。電力線通信ユニット１は、信号の伝送媒体として電力線２を用いる電力線通信システムに用いられるものであり、電力線２と情報機器３０との間に接続される。この電力線通信ユニット１は、電力線通信ユニット１を電力線２に結合するためのカプラ回路部１０と、送信信号および受信信号に対して種々の信号処理を施す信号処理回路２０と、電力線通信ユニット１を例えば接続ケーブルなどを介して情報機器３０に接続するためのインタフェースＩＣ２８とを備えている。

電力線２は、例えば商用交流電圧であるＡＣ（交流）１００Ｖ，２００Ｖでの電力供給を行うものである。情報機器３０は、例えば、通信機能を備えたパーソナル・コンピュータや家電機器などである。情報機器３０は、電力線通信ユニット１のインタフェースＩＣ２８に対応するインタフェースＩＣ３１と、電力線２に接続され、交流（ＡＣ）電圧を直流（ＤＣ）電圧に変換するＡＣ／ＤＣ電源回路３２とを備えている。

電力線通信ユニット１への電力供給は、電力線２に接続された専用のＡＣ／ＤＣ電源回路３から行われるようになっている。なお、図３に示したように、この電力供給を情報機器３０側のＡＣ／ＤＣ電源回路３２から行うようにしても良い。

信号処理回路２０は、受信系の回路として、ＡＧＣ（Automatic Gain Control）回路２２と、ＡＤＣ（アナログ・デジタル・コンバータ）２３とを有している。ＡＧＣ回路２２は、カプラ回路部１０を介して受信されたアナログの受信信号の信号レベルを一定レベルに保つためのものである。ＡＤＣ２３は、アナログの受信信号をデジタル信号に変換するためのものである。デジタルの受信信号は、後述するＰＨＹ／ＭＡＣ（Physical／Media Access Control）回路２７に入力される。

信号処理回路２０はまた、送信系の回路として、ＤＡＣ（デジタル・アナログ・コンバータ）２４と、ＡＭＰ回路（増幅器）２５と、スイッチング回路（以下、ＳＷと記す。）２６とを有している。ＤＡＣ２４は、後述するＰＨＹ／ＭＡＣ回路２７からのデジタル送信信号をアナログ信号に変換するものである。ＡＭＰ回路２５は、アナログの送信信号を増幅するためのものである。ＳＷ２６は、半二重通信を行うためのものであり、信号の送信時にオンされ、受信時にはオフ状態に制御される。

信号処理回路２０はまた、ＰＨＹ／ＭＡＣ回路２７を有している。ＰＨＹ／ＭＡＣ回路２７は、インタフェースＩＣ２８を介して情報機器３０側から入力されたデジタルの送信信号に対して、所定の変調処理を行う機能を有している。ＰＨＹ／ＭＡＣ回路２７はまた、カプラ回路部１０および上述の受信系の回路を介して入力されたデジタルの受信信号に対して、所定の復調処理を行い、インタフェースＩＣ２８を介して情報機器３０側に出力する機能を有している。

カプラ回路部１０は、カプラ回路１０Ａと、このカプラ回路１０Ａに一体化されたフィルタ回路１０Ｂとを有している。従来のカプラ回路１１０（図１０）は、電力線２に送信信号を重畳する機能と、電力線２に重畳されている信号を分離して受信信号として取り出す機能とを有していたが、本実施の形態におけるカプラ回路１０Ａは、それに加え、通信周波数帯域に対する低域側のノイズ成分を除去するハイパスフィルタとしての機能を有している。例えば通信周波数帯域が２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚであれば、カプラ回路１０Ａは、２ＭＨｚ未満の周波数成分を除去する機能を有している。一方、フィルタ回路１０Ｂは、通信周波数帯域に対する高域側のノイズ成分を除去するローパスフィルタとしての機能を有している。例えば通信周波数帯域が２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚであれば、フィルタ回路１０Ｂは、３０ＭＨｚを超える周波数成分を除去する機能を有している。

ここで、カプラ回路１０Ａが、本発明における「第１の回路」の一具体例に対応する。フィルタ回路１０Ｂが、本発明における「第２の回路」の一具体例に対応する。

このように、カプラ回路１０Ａがハイパスフィルタの機能を有し、フィルタ回路１０Ｂがローパスフィルタの機能を有していることにより、カプラ回路部１０は全体として、通信周波数帯域以外のノイズ成分を除去するバンドバスフィルタの機能を実現している。

図１は、このカプラ回路部１０の具体的な回路構成例を示している。カプラ回路１０Ａは、信号処理回路２０側に設けられた一次側巻線１１−１と電力線２側に設けられた二次側巻線１１−２とを有する絶縁トランス１１を備えている。カプラ回路１０Ａはまた、絶縁トランス１１における二次側巻線１１−２の両端に接続されたキャパシタ１２−１，１２−２と、キャパシタ１２−１を介して二次側巻線１１−２の一端と電力線２との間に接続された電流制限素子（ヒューズ）１３と、二次側巻線１１−２の両端に並列接続されたサージアブソーバ１４とを備えている。

サージアブソーバ１４は、過大なノイズ電圧（サージ電圧）を吸収するためのものである。電流制限素子１３は、過大な電流が回路に流れるのを防止するためのものである。

キャパシタ１２−１，１２−２は、絶縁トランス１１の一次側巻線１１−１とでハイパスフィルタを構成し、電力線２に重畳されている商用周波数成分を遮断する機能を持っている。なお、このキャパシタ１２−１，１２−２によるハイパスフィルタとしての機能は、商用周波数成分を遮断するためのものであり、本実施の形態の特徴部分である、通信周波数帯域に対するハイパスフィルタとは別のものである。なお、図１では、二次側巻線１１−２の両端にキャパシタ１２−１，１２−２を設けているが、二次側巻線１１−２の一端側（例えば電流制限素子１３がある側）にのみ設けるようにしても良い。なお、両端にキャパシタ１２−１，１２−２を設けた方が、回路の平衡度が増す。

絶縁トランス１１は、電力線通信ユニット１と電力線２とを電気的に絶縁する機能を有している。本実施の形態では、この絶縁トランス１１に、通信周波数帯域に対するハイパスフィルタの機能を持たせている。

絶縁トランス１１は、その通信周波数帯において優れた特性を有する構成となっていることが望ましい。例えば２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの周波数帯域を使用する場合、それに合わせて高域の特性に優れた、例えばフェライトのトロイダルコアを用いて構成することが望ましい。フェライトの材料としては、例えばニッケル亜鉛系やマンガン亜鉛系などを使用することができる。

本実施の形態では、絶縁トランス１１にハイパスフィルタの特性を持たせるために、特に、漏洩磁束の少ない、ニッケル亜鉛系のトロイダルコアを用いることが望ましい。そして、使用する通信周波数帯域に応じて、絶縁トランス１１のコアの材質、透磁率μおよび巻き線方法（巻き方）などを決定する。絶縁トランス１１にハイパスフィルタの特性を持たせて、低域側にカットオフ周波数を得るためには、例えば、透磁率μの小さい（１００〜１５００程度）、トロイダル形状のコアを選択すると共に、コアの巻数を数ターン（３〜７）程度（並行巻きの場合）にし、インダクタンス値Ｌを低く抑えれば良い。

なお、トロイダルコアのインダクタンス値Ｌは、以下の式（Ｘ）で求められる。
Ｌ＝（Ｎ²／２π）・μｔｌｎ・（ｂ／ａ）＝ＡＬ・Ｎ²……（Ｘ）
ただし、
Ｎ：コイルの巻数
μ：コアの透磁率（μ＝μ０・μｓ）
（μ０：真空中の透磁率（４π・１０^-7），μｓ：コアの比透磁率）
ｔ：コアの厚さ
ｌｎ：自然対数
ｂ：コアの外半径
ａ：コアの内半径
ＡＬ：ＡＬ値は、コアの寸法や材質から決まる値であり、トロイダル・コイルの設計をより簡便にするために通常、製品メーカーにより用意されている。ＡＬ値は、式（Ｘ）の（１／２π）・μｔｌｎ・（ｂ／ａ）に当たる。ＡＬ値の単位は、Ｈ／Ｎ²である。

巻き線方法については、一次側と二次側との線材を併せて巻く並行巻きとし、容量結合を積極的に起こさせるように構成すると良い。図５は、トロイダルコア４１に、２つの線材４２，４３を並行巻きで巻くことにより形成されたトランスの構成例を示している。巻数は、４ターンの例である。

以上のような構成で、絶縁トランス１１にハイパスフィルタの特性を持たせることができる。なお、巻き線方法については、一次側と二次側との線材を別々に巻く分割巻きにすることも可能である。図４は、トロイダルコア４１に、２つの線材４２，４３を分割巻きで巻くことにより形成されたトランスの構成例を示している。巻数は、４ターンにしてある。なお、分割巻きの場合、並行巻きに比べて容量結合が抑制されるので、絶縁トランス１１にハイパスフィルタの特性を持たせるために、並行巻きに比べて巻数を多くすると良い。ただし、巻数を多くしすぎると、通信周波数帯において信号の減衰が生じやすくなるので、フィルタ特性とのバランスで巻数を決定することが好ましい。なお、上述のように並行巻きであれば、巻数が数ターン程度で済むので好ましい。

フィルタ回路１０Ｂは、絶縁トランス１１の一次側巻線１１−１の一端と信号処理回路２０との間に接続されている。フィルタ回路１０Ｂは、例えばインダクタとキャパシタとによるＴ型またはπ型のＬＣフィルタ回路により、ローパスフィルタを構成している。図１では、π型の構成例を示しており、一次側巻線１１−１の一端と信号処理回路２０との間に直列的に接続されたインダクタＬ１，Ｌ２と、一次側巻線１１−１の一端と信号処理回路２０との間に並列的に接続されたキャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３とでローパスフィルタを構成している。

以上のように絶縁トランス１１によってハイパスフィルタを構成すると共に、フィルタ回路１０Ｂによってローパスフィルタを構成することにより、急峻なフィルタ効果を得ることができるようになっている。例えば、ハイパスフィルタについては低域で−１０ｄＢ／ｏｃｔ以上、ローパスフィルタについては高域で−２４ｄＢ／ｏｃｔ以上のカットオフスロープを得ることができる。

なお、従来の電力線通信ユニット１０１（図９）では、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１２１，ＢＰＦ１２５）を、受信系および送信系の回路でそれぞれ別々に設けている。この場合、受信系のフィルタ性能を送信系よりも強めに設定していることが多い。本実施の形態では、カプラ回路部１０が、従来の受信系および送信系のフィルタの機能を共通化した形で有しているが、フィルタの性能としては、従来の受信系の性能と同等またはそれ以上に設定することが好ましい。なお、電力線通信では、半二重通信を行っているので、受信系および送信系のフィルタが共通化されていても、通信性能上の問題はない。

次に、以上のように構成された電力線通信ユニット１の作用、動作を説明する。

情報機器３０からインタフェースＩＣ３１を介して出力された送信信号は、インタフェースＩＣ２８を介して信号処理回路２０に入力される。信号処理回路２０では、送信信号に対して、ＰＨＹ／ＭＡＣ回路２７によって所定の変調処理を施した後、ＤＡＣ２４によりアナログの送信信号に変換する。送信信号はさらに、ＡＭＰ回路２５によって増幅される。ＳＷ２６は、オン状態とされ、送信信号がカプラ回路部１０に出力される。

カプラ回路部１０では、カプラ回路１０Ａの機能により、信号処理回路２０からの送信信号を電力線２に重畳する。このとき、フィルタ回路１０Ｂのローパスフィルタの機能により、通信周波数帯に対して高域側のノイズ成分が除去される。また、カプラ回路１０Ａにおける絶縁トランス１１のハイパスフィルタの機能により、通信周波数帯に対して低域側のノイズ成分が除去される。このノイズ成分の除去された送信信号が電力線２に重畳される。

電力線通信ユニット１はまた、図示しない通信相手先から送信された信号を電力線２を介して受信する。電力線通信ユニット１では、カプラ回路部１０におけるカプラ回路１０Ａの機能によって、電力線２に重畳されている信号を分離して受信信号として取り出し、信号処理回路２０に出力する。このときカプラ回路部１０では、カプラ回路１０Ａにおける絶縁トランス１１のハイパスフィルタの機能により、通信周波数帯に対して低域側のノイズ成分を除去し、次に、フィルタ回路１０Ｂのローパスフィルタの機能により、通信周波数帯に対して高域側のノイズ成分を除去する。このノイズ成分の除去された信号が信号処理回路２０に出力される。ＳＷ２６は、受信時に送信側に影響を与えないために受信信号が送信系の回路に回り込まないようにオフ状態とされる。

信号処理回路２０では、ＡＧＣ回路２２によって、受信信号の信号レベルを所定のレベルにする。その後、受信信号は、ＡＤＣ２３によってデジタル信号に変換され、ＰＨＹ／ＭＡＣ回路２７に出力される。ＰＨＹ／ＭＡＣ回路２７では、受信信号に所定の復調処理を行った後、インタフェースＩＣ２８を介して情報機器３０に出力する。情報機器３０は、インタフェースＩＣ３１を介して受信信号を受信する。

図６は、カプラ回路部１０のバンドパスフィルタとしての周波数特性の一具体例を示している。横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸は減衰量（ｄＢ）を示す。図６の周波数特性は、絶縁トランス１１およびフィルタ回路１０Ｂを以下のように構成して得られたものである。使用通信周波数帯域は、２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚを想定している。

絶縁トランス１１（ハイパスフィルタ）の構成。
・コア形状：トロイダルコア（外形８ｍｍ×内径４ｍｍ×厚さ４ｍｍ）
・コア材質：ニッケル亜鉛系
・巻き線方法：５ターンの並行巻き
フィルタ回路１０Ｂ（ローパスフィルタ）の構成。
・５次のＬＣフィルタ回路

図６から分かるように、低域側は、２ＭＨｚで約−２ｄＢ，１ＭＨｚで約−１２ｄＢの良好な減衰値が得られている。高域側は、３０ＭＨｚで約−１ｄＢ，６０ＭＨｚで約−３５ｄＢの良好な減衰値が得られている。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ハイパスフィルタの機能をカプラ回路１０Ａに持たせると共に、カプラ回路１０Ａにローパスフィルタの回路（フィルタ回路１０Ｂ）を一体化して付加するようにしたので、受信系および送信系の回路にそれぞれ別々にバンドパスフィルタを設けることなく、受信系および送信系の回路に共通化されたバンドパスフィルタを実現できる。これにより、本来のカプラ回路１０Ａによる結合機能に加え、フィルタ機能を実現でき、機能の一体化を図ることができる。また、回路構成の単純化を図ることができる。また、カプラ回路１０Ａとフィルタ回路１０Ｂとをモジュール化しやすくなる。

［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
図７は、本実施の形態におけるカプラ回路部の具体的な回路構成例を示している。このカプラ回路部１０−２は、カプラ回路１０Ａ−２と、このカプラ回路１０Ａ−２に一体化されたフィルタ回路１０Ｂ−２とを有している。図１の回路では、カプラ回路１０Ａがハイパスフィルタの機能を持ち、フィルタ回路１０Ｂがローパスフィルタの機能を持っていた。本実施の形態では逆に、カプラ回路１０Ａ−２がローパスフィルタの機能を有し、フィルタ回路１０Ｂ−２がハイパスフィルタの機能を有していることにより、全体としてバンドパスフィルタの機能を実現している。その他の構成は、上記第１の実施の形態と同様である。以下、上記第１の実施の形態と同様の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施の形態において、カプラ回路１０Ａ−２が、本発明における「第１の回路」の一具体例に対応する。フィルタ回路１０Ｂ−２が、本発明における「第２の回路」の一具体例に対応する。

カプラ回路１０Ａ−２におけるローパスフィルタの機能は、絶縁トランス１１Ａによって実現されている。絶縁トランス１１Ａは、図１の回路と同様、例えばフェライトのトロイダルコアを用いて構成することができる。フェライトの材料としては、例えばニッケル亜鉛系やマンガン亜鉛系などを使用することができる。

絶縁トランス１１Ａにローパスフィルタの特性を持たせるために、特に、漏洩磁束の少ない、ニッケル亜鉛系のトロイダルコアを用いることが望ましい。そして、使用する通信周波数帯域に応じて、絶縁トランス１１Ａのコアの材質、透磁率μおよび巻き線方法（巻き方）などを決定する。絶縁トランス１１にローパスフィルタの特性を持たせて、高域側にカットオフ周波数を得るためには、例えば、透磁率μの小さい（１００〜１５００程度）、トロイダル形状のコアを選択すると共に、コアの巻数を数〜十数ターン（５〜１５）程度にし、インダクタンス値Ｌを、図１の回路の場合よりも高い値にすれば良い。なお、トロイダルコアのインダクタンス値Ｌは、前述の式（Ｘ）で求められる。

巻き線方法については、図４に示したように、一次側と二次側との線材４２，４３をトロイダルコア４１に別々に巻く分割巻きとし、巻線間の容量結合を抑えるように構成すると良い。以上のような構成で、絶縁トランス１１Ａにローパスフィルタの特性を持たせることができる。

フィルタ回路１０Ｂ−２は、絶縁トランス１１Ａの一次側巻線１１−１の一端と信号処理回路２０との間に接続されている。フィルタ回路１０Ｂ−２は、例えばインダクタとキャパシタとによるＴ型またはπ型のＬＣフィルタ回路により、ハイパスフィルタを構成している。図７では、Ｔ型の構成例を示しており、一次側巻線１１−１の一端と信号処理回路２０との間に直列的に接続されたキャパシタＣ１１，Ｃ１２と、一次側巻線１１−１の一端と信号処理回路２０との間に並列的に接続されたインダクタＬ１１とでハイパスフィルタを構成している。

以上のように絶縁トランス１１Ａによってローパスフィルタを構成すると共に、フィルタ回路１０Ｂ−２によってハイパスフィルタを構成することにより、急峻なフィルタ効果を得ることができるようになっている。例えば、ハイパスフィルタについては低域で−２４ｄＢ／ｏｃｔ以上、ローパスフィルタについては高域で−１２ｄＢ／ｏｃｔ以上のカットオフスロープを得ることができる。

本実施の形態では、カプラ回路１０Ａ−２の機能により、信号処理回路２０からの送信信号が電力線２に重畳される。このとき、フィルタ回路１０Ｂ−２のハイパスフィルタの機能により、通信周波数帯に対して低域側のノイズ成分が除去される。また、カプラ回路１０Ａ−２における絶縁トランス１１Ａのローパスフィルタの機能により、通信周波数帯に対して高域側のノイズ成分が除去される。このノイズ成分の除去された送信信号が電力線２に重畳される。

また信号の受信時には、カプラ回路１０Ａ−２の機能によって、電力線２に重畳されている信号が分離して受信信号として取り出され、信号処理回路２０に出力される。このときカプラ回路部１０−２では、絶縁トランス１１Ａのローパスフィルタの機能により、通信周波数帯に対して高域側のノイズ成分が除去され、次に、フィルタ回路１０Ｂ−２のハイパスフィルタの機能により、通信周波数帯に対して低域側のノイズ成分が除去される。このノイズ成分の除去された信号が信号処理回路２０に出力される。

図８は、カプラ回路部１０−２のバンドパスフィルタとしての周波数特性の一具体例を示している。横軸は周波数（ＭＨｚ）、縦軸は減衰量（ｄＢ）を示す。図８の周波数特性は、絶縁トランス１１Ａおよびフィルタ回路１０Ｂ−２を以下のように構成して得られたものである。使用通信周波数帯域は、２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚを想定している。

絶縁トランス１１Ａ（ローパスフィルタ）の構成。
・コア形状：トロイダルコア（外形８ｍｍ×内径４ｍｍ×厚さ４ｍｍ）
・コア材質：ニッケル亜鉛系
・巻き線方法：６ターンの分割巻き
フィルタ回路１０Ｂ−２（ハイパスフィルタ）の構成。
・３次のＬＣフィルタ回路

図８から分かるように、低域側は、２ＭＨｚで約−１ｄＢ，１ＭＨｚで約−２３ｄＢの良好な減衰値が得られている。高域側は、３０ＭＨｚで約−２．５ｄＢ，６０ＭＨｚで約−１３ｄＢの良好な減衰値が得られている。

以上説明したように、本実施の形態によれば、ローパスフィルタの機能をカプラ回路１０Ａ−２に持たせると共に、カプラ回路１０Ａ−２にハイパスフィルタの回路（フィルタ回路１０Ｂ−２）を一体化して付加するようにしたので、受信系および送信系の回路にそれぞれ別々にバンドパスフィルタを設けることなく、受信系および送信系の回路に共通化されたバンドパスフィルタを実現できる。これにより、本来のカプラ回路１０Ａ−２による結合機能に加え、フィルタ機能を実現でき、機能の一体化を図ることができる。また、回路構成の単純化を図ることができる。

［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。
上記各実施の形態では、カプラ回路１０Ａ（またはカプラ回路１０Ａ−２）にハイパスフィルタ（またはローパスフィルタ）の機能を持たせると共に、ローパスフィルタ（またはハイパスフィルタ）の機能を有するフィルタ回路１０Ｂ（またはフィルタ回路１０Ｂ−２）を付加することで、全体としてバンドパスフィルタの機能を実現していた。しかしながら、フィルタ回路１０Ｂを付加することなく、カプラ回路１０Ａ単独でバンドパスフィルタの機能を実現することも可能である。

なお、本実施の形態に係るカプラ回路の構成要素は、見掛け上、図１に示したカプラ回路１０Ａと同じなので、以下、図１を参照して説明する。カプラ回路１０Ａ単独でのバンドパスフィルタの機能は、絶縁トランス１１によって実現することができる。

絶縁トランス１１にバンドパスフィルタの特性を持たせるために、特に、漏洩磁束の少ない、トロイダルコアを用いることが望ましい。そして、使用する通信周波数帯域に応じて、絶縁トランス１１のコアの材質、透磁率μおよび巻き線方法（巻き方）などを決定する。

絶縁トランス１１の機能をハイパスフィルタとローパスフィルタとに分けて考えると、ハイパスフィルタの特性を持たせるためには、例えば、透磁率μの小さい、トロイダル形状のコアを選択すると共に、コアの巻数を数ターン（３〜７）程度にし、インダクタンス値Ｌを低く抑えれば良い。これにより、低周波領域においてフィルタ効果を持たせることができる。

また、ローパスフィルタの特性を持たせるためには、例えば、コアの巻き方を分割巻きとして、巻線間の容量結合を防ぐと共に、高周波帯域での特性を抑えるようにすれば良い。これにより、高周波領域においてフィルタ効果を持たせることができる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、フィルタ回路１０Ｂを付加することなく、カプラ回路１０Ａ単独でバンドパスフィルタの機能を実現するようにしたので、回路構成のさらなる単純化を図ることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されず種々の変形実施が可能である。例えば、所望のフィルタ特性を得ることができれば、絶縁トランスのコアの材質等は、上記で挙げた材質とは異なるものを用いることも可能である。

本発明の第１の実施の形態に係るカプラ回路部分の構成例を示す回路図である。 本発明の第１の実施の形態に係る電力線通信ユニットの構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の形態に係る電力線通信ユニットの他の構成例を示すブロック図である。 トロイダルコアを用いた分割巻きのトロイダルコイルの構成図である。 トロイダルコアを用いた並行巻きのトロイダルコイルの構成図である。 本発明の第１の形態に係るカプラ回路部分の周波数特性を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るカプラ回路部分の構成例を示す回路図である。 本発明の第２の形態に係るカプラ回路部分の周波数特性を示す図である。 従来の電力線通信ユニットの構成例を示すブロック図である。 従来のカプラ回路の構成例を示す回路図である。

符号の説明

１…電力線通信ユニット、２…電力線、１０，１０−２…カプラ回路部、１０Ａ，１０Ａ−２…カプラ回路、１０Ｂ，１０Ｂ−２…フィルタ回路、１１，１１Ａ…絶縁トランス、１２…キャパシタ、１３…電流制限素子、１４…サージアブソーバ、２０…信号処理回路、３０…情報機器。

Claims (6)

1. 電力線通信に用いられるカプラ回路であって、
   送信信号を電力線に重畳する機能と、前記電力線に重畳されている信号を分離して受信する機能とを有する第１の回路と、
   この第１の回路に一体化された第２の回路と
   を備え、
   前記第１の回路が、通信周波数帯に対する低域側のノイズ成分を除去するハイパスフィルタの機能をさらに有し、
   前記第２の回路が、通信周波数帯に対する高域側のノイズ成分を除去するローパスフィルタの機能を有している
   ことを特徴とするカプラ回路。
2. 前記第１の回路は、電力線通信用の信号処理回路と前記電力線とを電気的に絶縁する絶縁トランスを有し、前記絶縁トランスが、前記ハイパスフィルタの機能をさらに有している
   ことを特徴とする請求項１に記載のカプラ回路。
3. 電力線通信に用いられるカプラ回路であって、
   送信信号を電力線に重畳する機能と、前記電力線に重畳されている信号を分離して受信する機能とを有する第１の回路と、
   この第１の回路に一体化された第２の回路と
   を備え、
   前記第１の回路が、通信周波数帯に対する高域側のノイズ成分を除去するローパスフィルタの機能をさらに有し、
   前記第２の回路が、通信周波数帯に対する低域側のノイズ成分を除去するハイパスフィルタの機能を有している
   ことを特徴とするカプラ回路。
4. 前記第１の回路は、電力線通信用の信号処理回路と前記電力線とを電気的に絶縁する絶縁トランスを有し、前記絶縁トランスが、前記ローパスフィルタの機能をさらに有している
   ことを特徴とする請求項３に記載のカプラ回路。
5. 電力線に接続されるカプラ回路部と、
   前記カプラ回路部を介して前記電力線に送信信号を出力すると共に、前記カプラ回路部を介して前記電力線からの信号を受信する信号処理回路と
   を備え、
   前記カプラ回路部は、前記送信信号を前記電力線に重畳する機能と、前記電力線に重畳されている信号を分離して受信する機能とを有する第１の回路と、
   この第１の回路に一体化された第２の回路と
   を含み、
   前記第１の回路が、通信周波数帯に対する低域側のノイズ成分を除去するハイパスフィルタの機能をさらに有し、
   前記第２の回路が、通信周波数帯に対する高域側のノイズ成分を除去するローパスフィルタの機能を有している
   ことを特徴とする電力線通信ユニット。
6. 電力線に接続されるカプラ回路部と、
   前記カプラ回路部を介して前記電力線に送信信号を出力すると共に、前記カプラ回路部を介して前記電力線からの信号を受信する信号処理回路と
   を備え、
   前記カプラ回路部は、前記送信信号を前記電力線に重畳する機能と、前記電力線に重畳されている信号を分離して受信する機能とを有する第１の回路と、
   この第１の回路に一体化された第２の回路と
   を含み、
   前記第１の回路が、通信周波数帯に対する高域側のノイズ成分を除去するローパスフィルタの機能をさらに有し、
   前記第２の回路が、通信周波数帯に対する低域側のノイズ成分を除去するハイパスフィルタの機能を有している
   ことを特徴とする電力線通信ユニット。
   

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