JP2007036145A - フィルタ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 低域のコモンモードノイズをバイパスさせる素子として用いることが好適なフィルタ素子を提供する。
【解決手段】 巻芯部１３０とその両端に設けられた第１及び第２の鍔部１４１，１４２とを有するドラム型コア１１０と、第１の鍔部１４１に形成された第１及び第２の端子電極１５１，１５２と、第２の鍔部１４２に形成された第３及び第４の端子電極１５３，１５４とを備える。巻芯部１３０に巻回された第１のコイル１２１は、一端１２１ａを始点として左回りに巻回され、一端１２１ａが第１の端子電極１５１に接続され、他端１２１ｂが第３の端子電極１５３に接続されている。巻芯部１３０に巻回された第２のコイル１２２は、一端１２２ａを始点として右回りに巻回され、一端１２２ａが第２の端子電極１５２に接続され、他端１２２ｂが第４の端子電極１５４に接続されている。
【選択図】 図１

Description

本発明はフィルタ素子に関し、特に、コモンモードノイズの除去に用いることが好適なフィルタ素子に関する。

近年、高速な信号伝送インターフェースとして、ＵＳＢ２．０規格やＩＥＥＥ１３９４規格が広く普及し、パーソナルコンピュータやデジタルカメラなど数多くのデジタル機器に用いられている。ＵＳＢ２．０規格やＩＥＥＥ１３９４規格などのインターフェースは、古くから一般的であったシングルエンド伝送方式とは異なり、一対の信号線を用いて差動信号を伝送する差動信号方式が採用されている。

差動伝送方式は、シングルエンド伝送方式と比べて信号線から発生する放射電磁界が少ないだけでなく、外来ノイズの影響を受けにくいという優れた特徴を有している。このため、信号の小振幅化が容易であり、小振幅化による立ち上がり時間及び立ち下がり時間の短縮によって、シングルエンド伝送方式よりも高速な信号伝送を行うことが可能となる。

図７は、一般的な差動伝送回路の回路図である。

図７に示す差動伝送回路は、一対の信号線１１，１２と、信号線１１，１２に差動信号を供給する出力バッファ１３と、信号線１１，１２からの差動信号を受ける入力バッファ１４とを備えている。かかる構成により、出力バッファ１３に与えられる入力信号ＩＮは、一対の信号線１１，１２を経由して入力バッファ１４へ伝えられ、出力信号ＯＵＴとして再生される。このような差動伝送回路は、上述の通り、信号線１１，１２から発生する放射電磁界が少ないという特徴を有しているが、信号線１１，１２に共通のノイズ（コモンモードノイズ）が重畳した場合には比較的大きな放射電磁界を発生させてしまう。コモンモードノイズによって発生する放射電磁界を低減するためには、図７に示すように、信号線１１，１２にコモンモードフィルタ２０を挿入することが有効である。

コモンモードフィルタ２０は、信号線１１，１２を伝わる差動成分（信号）に対するインピーダンスが低く、同相成分（コモンモードノイズ）に対するインピーダンスが高いという特性を有している。このため、信号線１１，１２にコモンモードフィルタ２０を挿入することにより、差動信号を実質的に減衰させることなく、一対の信号線１１，１２を伝わるコモンモードノイズを遮断することができる。コモンモードフィルタ２０としては、例えば特許文献１に記載された素子が知られている。
特開２００３−１６８６１１号公報

しかしながら、コモンモードフィルタの同相成分に対するインピーダンスは、一般に、高域において高く、低域において低いという周波数特性があるため、低域のコモンモードノイズを十分に除去することができないという問題があった。このような問題を解決するためには、図８に示すように、低域のコモンモードノイズをバイパスさせるフィルタ素子３０を信号線１１，１２とグランド間に接続することが有効である。

このようなフィルタ素子３０としては、一般的なコモンモードフィルタを用いることができ、図８に示すように、通常は一対の入力端として用いられる端子電極３１，３２をそれぞれ信号線１１及びグランドに接続し、通常は一対の出力端として用いられる端子電極３３，３４をそれぞれグランド及び信号線１２に接続すればよい。これにより、フィルタ素子３０の同相成分に対する周波数特性は、コモンモードフィルタ２０の差動成分に対する周波数特性と同様となるため、低域において低いインピーダンスが得られる。つまり、低域のコモンモードノイズをグランドにバイパスすることができる。

一方、フィルタ素子３０の差動成分に対する周波数特性は、コモンモードフィルタ２０の同相成分に対する周波数特性と同様となるため、差動信号に対しては高いインピーダンスが得られる。このため、このようなフィルタ素子３０を追加すれば、差動信号に実質的な影響を与えることなく、コモンモードフィルタ２０の周波数特性を補完し、広域に亘ってコモンモードノイズを除去することが可能となる。

しかしながら、一般的なコモンモードフィルタを図８に示すフィルタ素子３０として用いるためには、上述のように、通常とは異なる接続方法をとる必要があることから、これを搭載する基板上の配線パターンが通常とは大幅に異なるパターンとなってしまう。このため、信号線１１，１２の対称性が崩れたり、基板上における配線パターンの占有面積が必要以上に増大するなどの問題が生じていた。

本発明は、このような問題を解決すべくなされたものであって、低域のコモンモードノイズをバイパスさせる素子として用いることが好適なフィルタ素子を提供することを目的とする。

本発明の一側面によるフィルタ素子は、巻芯部とその両端に設けられた第１及び第２の鍔部とを有するドラム型コアと、第１の鍔部に形成された第１及び第２の端子電極と、第２の鍔部に形成された第３及び第４の端子電極と、巻芯部の第１の領域において一端から他端に向かって所定の方向に巻回され、一端が第１の端子電極に接続され、他端が第３の端子電極に接続された第１のコイルと、巻芯部の第１の領域とは異なる第２の領域において一端から他端に向かって所定の方向とは異なる方向に巻回され、一端が第２の端子電極に接続され、他端が第４の端子電極に接続された第２のコイルとを備えることを特徴とする。

このように、第１の端子電極を始点とした第１のコイルの巻回方向と、第２の端子電極を始点とした第２のコイルの巻回方向とが逆であることから、第１の鍔部に設けられた第１及び第２の端子電極を一対の信号線に接続し、第２の鍔部に設けられた第３及び第４の端子電極をグランドに接続することにより、低域のコモンモードノイズをバイパスさせる素子として用いることが可能となる。

さらに、第１のコイルと第２のコイルをそれぞれ巻芯部の異なる領域に巻回していることから、製造時において、第１のコイルと第２のコイルをそれぞれ別個に巻回することができ、巻回作業の自由度を高めることも可能となる。

この場合、第１のコイルの一端から他端に向かう巻回位置の移動方向と、第２のコイルの一端から他端に向かう巻回位置の移動方向とが同一方向であることが好ましい。かかる構成によれば、第１のコイルの全長と第２のコイルの全長とを等しくすることが容易となることから、第１のコイルと第２のコイルの対称性を高めることが可能となる。

また、本発明の他の側面によるフィルタ素子は、巻芯部とその両端に設けられた第１及び第２の鍔部とを有するドラム型コアと、第１の鍔部に形成された第１及び第２の端子電極と、第２の鍔部に形成された第３及び第４の端子電極と、巻芯部に一端から他端に向かって所定の方向に巻回され、一端が第１の端子電極に接続され、他端が第３の端子電極に接続された第１のコイルと、巻芯部に一端から他端に向かって第１のコイルに平行に沿って所定の方向とは異なる方向に巻回され、一端が第２の端子電極に接続され、他端が第４の端子電極に接続された第２のコイルとを備えることを特徴とする。

このような構成においても、第１の端子電極を始点とした第１のコイルの巻回方向と、第２の端子電極を始点とした第２のコイルの巻回方向とが逆であることから、第１の鍔部に設けられた第１及び第２の端子電極を一対の信号線に接続し、第２の鍔部に設けられた第３及び第４の端子電極をグランドに接続することにより、低域のコモンモードノイズをバイパスさせる素子として用いることが可能となる。

さらに、第１のコイルと第２のコイルを並列に巻回していることから、製造時において、第１のコイルと第２のコイルをいわゆるバイファイラ巻きすることができ、巻回作業の効率を高めることも可能となる。また、バイファイラ巻きすることで、巻線の結合度を高め、伝送線路とグランド間のインピーダンスを下げることができ、分割巻きと比べてよりコモンモードノイズをグランドにバイパスさせることができる。

また、本発明によるフィルタ素子は、第１のコイルの巻数と第２のコイルの巻数が同一であることが好ましい。これによれば、フィルタ素子を接続する一対の信号線の対称性を均等に保つことが可能となる。

このように、本発明によるフィルタ素子は、第１の鍔部に設けられた第１及び第２の端子電極を一対の信号線に接続し、第２の鍔部に設けられた第３及び第４の端子電極をグランドに接続することによって、低域のコモンモードノイズをバイパスさせる素子として用いることが可能となる。つまり、本発明によるフィルタ素子を搭載すべき基板には、一対の信号線となる配線パターンを第１の鍔部側にまとめて配置し、グランドパターンを第２の鍔部側にまとめて配置することができることから、差動信号を伝送する一対の信号線の対称性が崩れたり、基板上における配線パターンの占有面積が必要以上に増大するという問題を生じることなく、低域のコモンモードノイズを効果的に除去することが可能となる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施の形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］

図１は、本発明の好ましい第１の実施形態によるフィルタ素子１００の構造を示す略斜視図である。

図１に示すように、本実施形態によるフィルタ素子１００は、ドラム型コア１１０と、第１及び第２のコイル１２１，１２２とを備えて構成されている。ドラム型コア１１０は、棒状の巻芯部１３０とその両端に設けられた第１及び第２の鍔部１４１，１４２によって構成されている。第１の鍔部１４１には、第１及び第２の端子電極１５１，１５２が形成され、第２の鍔部１４２には、第３及び第４の端子電極１５３，１５４が形成されている。ドラム型コア１１０の材料については特に限定されないが、透磁率の高い材料、例えばフェライトなどを用いることが好ましい。

第１及び第２のコイル１２１，１２２は、銅（Ｃｕ）などの導体の周囲を絶縁体でコーティングした配線部材であり、いずれもドラム型コア１１０の巻芯部１３０に巻回されている。より具体的に説明すると、第１のコイル１２１は、巻芯部１３０の第１の領域１３１に巻回されており、その一端１２１ａが第１の端子電極１５１に接続され、他端１２１ｂが第３の端子電極１５３に接続されている。一方、第２のコイル１２２は、巻芯部１３０の第２の領域１３２に巻回されており、その一端１２２ａが第２の端子電極１５２に接続され、他端１２２ｂが第４の端子電極１５４に接続されている。

図１に示すように、巻芯部１３０の第１の領域１３１は、巻芯部１３０の軸方向中心部１３０ａからみて第１の鍔部１４１側（図１では紙面の左側）に位置する領域であり、逆に、巻芯部１３０の第２の領域１３２は、上記中心部１３０ａからみて第２の鍔部１４２側（図１では紙面の右側）に位置する領域である。このように、本実施形態では、第１及び第２のコイル１２１，１２２が互いに異なる領域に巻回されている。尚、第１の領域１３１と第２の領域１３２との位置関係が上記の位置関係に限定されるものではなく、これと逆であっても構わない。

本実施形態においては、第１のコイル１２１の巻数及び第２のコイル１２２の巻数はいずれも４回である。もちろん、本発明において第１及び第２のコイル１２１，１２２の巻数はこれに限定されず、何回であっても構わない。但し、第１及び第２のコイル１２１，１２２の対称性を保つためには、第１のコイル１２１の巻数と第２のコイル１２２の巻数については同一とする必要がある。

さらに、図１に示す矢印Ａから見た場合、第１のコイル１２１は一端１２１ａから他端１２１ｂに向かって右回り（時計回り）に巻回されているとともに、第２のコイル１２２は一端１２２ａから他端１２２ｂに向かって左回り（反時計回り）に巻回されている。上述の通り、第１のコイル１２１の一端１２１ａは第１の端子電極１５１に接続され、第２のコイル１２２の一端１２２ａは第２の端子電極１５２に接続されていることから、第１の端子電極１５１を始点とした第１のコイル１２１の巻回方向と、第２の端子電極１５２を始点とした第２のコイル１２１の巻回方向は、互いに逆方向となる。

図２は、本実施形態によるフィルタ素子１００の使用形態を示す回路図である。

図２に示す回路図は、回路的には図８に示した回路図と実質的に同一であるが、フィルタ素子１００に設けられた端子電極１５１〜１５４の配列が通常のフィルタ素子３０（図８参照）とは異なっているため、対となる第１及び第２の端子電極１５１，１５２を一対の信号線１１，１２に接続し、対となる第３及び第４の端子電極を１５３，１５４グランドに接続することによって、コモンモードノイズをバイパスするフィルタとして使用することが可能となる。ここで、「対となる」とは、同じ鍔部に形成された端子電極であることを意味する。

つまり、一般的なコモンモードフィルタを用いた場合、一対の信号線１１，１２をそれぞれ異なる鍔部に形成された端子電極（より具体的には、対角線上に位置する）に接続する必要があることから、図３に示すように、基板１９０上において一対の信号線１１，１２の一方（図３では信号線１１）を迂回させる必要がある。具体的には、フィルタ素子３０に設けられた対となる端子電極３１，３２を、それぞれ信号線１１及びグランドＧＮＤに接続し、対となる端子電極３３，３４を、それぞれグランドＧＮＤ及び信号線１２に接続する必要があるため、信号線１１，１２を対称且つ平行に配置することができない。その結果、配線パターンの占有面積が増大するとともに、対称性の崩れによって信号品質の低下を招いてしまう。

これに対し、本実施形態によるフィルタ素子１００を用いれば、図４に示すように、基板１９０上において一対の信号線１１，１２を平行に敷設することができることから、基板１９０上における配線パターンの迂回などが不要となる。このため、基板１９０上における配線パターンの占有面積が必要以上に増大することがなく、しかも、高い対称性を確保することが可能となる。これにより、装置全体の小型化と信号品質の向上を両立させることが可能となる。

また、本実施形態では、第１のコイル１２１と第２のコイル１２２をそれぞれ巻芯部１３０の異なる領域１３１，１３２に巻回していることから、製造時において、第１のコイル１２１と第２のコイル１２２をそれぞれ別個に巻回することができる。これにより、巻回作業の自由度を高めることも可能となる。

さらに、本実施形態によるフィルタ素子１００では、第１のコイル１２１及び第２のコイル１２２とも、一端１２１ａ，１２２ａから他端１２１ｂ，１２２ｂに向かうに連れて、巻回位置が図１に示す矢印ａの方向へと移動するように巻回されている。このような巻回方式によれば、第１のコイル１２１の全長と第２のコイル１２２の全長とを等しくすることが容易となることから、第１のコイル１２１と第２のコイル１２２の対称性を高めることが可能となり、信号品質の向上に寄与する。

但し、本発明において上記の巻回方式を採用することは必須でなく、図５に示すように、第１のコイル１２１については、一端１２１ａから他端１２１ｂに向かうに連れて、巻回位置が図５に示す矢印ａの方向へと移動するように巻回し、第２のコイル１２２については、一端１２２ａから他端１２２ｂに向かうに連れて、巻回位置が図５に示す矢印ｂの方向へと移動するように巻回しても構わない。

［第２の実施形態］

図６は、本発明の好ましい第２の実施形態によるフィルタ素子２００の構造を示す略斜視図である。

本実施形態によるフィルタ素子２００は、第１のコイル１２１と第２のコイル１２２の巻回方式において上記実施形態によるフィルタ素子１００と異なっている。その他の点については、上記実施形態によるフィルタ素子１００と同様であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図６に示すように、本実施形態によるフィルタ素子２００では、第１のコイル１２１と第２のコイル１２２がそれぞれ異なる領域に巻回されているのではなく、同一領域においていわゆるバイファイラ巻きされている。つまり、第１のコイル１２１と第２のコイル１２２は、互いに沿って、平行に巻回されている。しかしながら、これらコイル１２１，１２２と端子電極１５１〜１５４との接続関係は上記実施形態によるフィルタ素子１００と同様である。つまり、第１のコイル１２１の一端及び他端１２１ａ，１２１ｂは、それぞれ第１及び第３の端子電極１５１，１５３に接続され、第２のコイル１２２の一端及び他端１２２ａ，１２２ｂは、それぞれ第２及び第４の端子電極１５２，１５４に接続されている。

このため、図６に示す矢印Ａから見た場合、第１のコイル１２１の巻回方向は、一端１２１ａから他端１２１ｂに向かって左回り（反時計回り）、第２のコイル１２２の巻回方向は、一端１２２ａから他端１２２ｂに向かって右回り（時計回り）となり、互いに逆方向となる。この点は、上記実施形態によるフィルタ素子１００と同様である。

したがって、本実施形態によるフィルタ素子２００は、回路的には上記実施形態によるフィルタ素子１００と同様の機能を有することになる。しかしながら、本実施形態によるフィルタ素子２００は、製造時において第１のコイル１２１と第２のコイル１２２を一緒に巻回することができることから、上記実施形態によるフィルタ素子１００に比べ、巻回作業の効率を高めることが可能となる。

また、本実施形態においても、第１のコイル１２１の巻数及び第２のコイル１２２の巻数はいずれも４回であり、これにより、第１及び第２のコイル１２１，１２２の対称性が保たれている。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、第１及び第２のコイル１２１，１２２の巻回方向については、互いに逆方向である限りその方向については特に限定されるものではない。

本発明の好ましい第１の実施形態によるフィルタ素子１００の構造を示す略斜視図である。 フィルタ素子１００の使用形態を示す回路図である。 一般的なコモンモードフィルタを用いた場合における、基板上の配線パターンを説明するための図である。 フィルタ素子１００を用いた場合における、基板上の配線パターンを説明するための図である。 フィルタ素子１００の変形例を示す略斜視図である。 本発明の好ましい第２の実施形態によるフィルタ素子２００の構造を示す略斜視図である。 一般的な差動伝送回路の回路図である。 図７の回路に低域のコモンモードノイズをバイパスさせる素子３０を追加した図である。

符号の説明

１１，１２ 信号線
１３ 出力バッファ
１４ 入力バッファ
２０ コモンモードフィルタ
１００，２００ フィルタ素子
１１０ ドラム型コア
１２１ 第１のコイル
１２１ａ 第１のコイルの一端
１２１ｂ 第１のコイルの他端
１２２ 第２のコイル
１２２ａ 第２のコイルの一端
１２２ｂ 第２のコイルの他端
１３０ 巻芯部
１３０ａ 巻芯部の軸方向における中心部
１３１ 第１の領域
１３２ 第２の領域
１４１ 第１の鍔部
１４２ 第２の鍔部
１５１ 第１の端子電極
１５２ 第２の端子電極
１５３ 第３の端子電極
１５４ 第４の端子電極
１９０ 基板

Claims (4)

1. 巻芯部と前記巻芯部の両端に設けられた第１及び第２の鍔部とを有するドラム型コアと、
   前記第１の鍔部に形成された第１及び第２の端子電極と、
   前記第２の鍔部に形成された第３及び第４の端子電極と、
   前記巻芯部の第１の領域において一端から他端に向かって所定の方向に巻回され、前記一端が前記第１の端子電極に接続され、前記他端が前記第３の端子電極に接続された第１のコイルと、
   前記巻芯部の前記第１の領域とは異なる第２の領域において一端から他端に向かって前記所定の方向とは異なる方向に巻回され、前記一端が前記第２の端子電極に接続され、前記他端が前記第４の端子電極に接続された第２のコイルとを備えることを特徴とするフィルタ素子。
2. 前記第１のコイルの前記一端から前記他端に向かう巻回位置の移動方向と、前記第２のコイルの前記一端から前記他端に向かう巻回位置の移動方向とが同一方向であることを特徴とする請求項１に記載のフィルタ素子。
3. 巻芯部と前記巻芯部の両端に設けられた第１及び第２の鍔部とを有するドラム型コアと、
   前記第１の鍔部に形成された第１及び第２の端子電極と、
   前記第２の鍔部に形成された第３及び第４の端子電極と、
   前記巻芯部に一端から他端に向かって所定の方向に巻回され、前記一端が前記第１の端子電極に接続され、前記他端が前記第３の端子電極に接続された第１のコイルと、
   前記巻芯部に一端から他端に向かって、前記第１のコイルに平行に沿って前記所定の方向とは異なる方向に巻回され、前記一端が前記第２の端子電極に接続され、前記他端が前記第４の端子電極に接続された第２のコイルとを備えることを特徴とするフィルタ素子。
4. 前記第１のコイルの巻数と前記第２のコイルの巻数が同一であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のフィルタ素子。

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