JP2010165953A - コイル部品及びこれを用いた差動伝送回路用ｌｃフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】２つのインダクタの特性のバラツキが非常に小さいコイル部品を提供する。
【解決手段】コイル部品１００は、巻芯部１１及び巻芯部１１の両端に設けられた一対の鍔部１２Ａ，１２Ｂを有するドラムコア１０と、ドラムコア１０の巻芯部１１に巻回された第１及び第２のワイヤ１３，１４と、鍔部１２Ａ，１２Ｂにそれぞれ設けられた端子電極１５とを備えている。ドラムコア１０は非磁性材料からなり、第１及び第２のワイヤ１３，１４間の磁気結合ができるだけ弱まるように構成されている。第１及び第２のワイヤは１３，１４各ターンにおいて互いに交差するように巻回され且つループの中心軸の向きが実質的に同一である。
【選択図】図１

Description

本発明は、コイル部品に関し、特に、コイル部品における巻線の構造に関するものである。また、本発明は、そのようなコイル部品を用いた差動伝送回路用ＬＣフィルタに関するものである。

近年、高速デジタル通信においては、２値のデジタル信号ではなく３値以上のデジタル信号を取り扱うケースが増えてきている。多値デジタル信号では微小な電圧レベル差に対して論理値を割り当てているため、ノイズの影響によってデータ誤り率が大幅に増加するおそれがある。そのため、多値デジタル信号の伝送には差動伝送方式が好適である。

差動伝送方式は一対の信号ラインにそれぞれ逆位相の信号を入力する方式である。差動伝送方式によれば、信号ラインから発生する放射ノイズや外来ノイズを相殺することができる。また、ノイズの低減によって信号を小振幅で送信することができ、信号の小振幅化によって信号の立ち上がり／立ち下がり時間が短縮されることから、信号伝送の高速化を実現できる。

差動伝送方式において不要輻射ノイズや外来ノイズの影響を十分に低減するためには、差動伝送ライン上に信号を減衰させないコモンモードフィルタを挿入することが一般的であるが、多値デジタル信号の差動伝送などの外来ノイズに敏感な伝送方式の場合、最適化された急峻な特性を持つＬＣフィルタを挿入することが効果的である。

図９は、従来のＬＣフィルタの回路構成の一例を示す回路図である。

図９に示すように、ＬＣフィルタ９００は、差動伝送回路の一方の信号ライン９１上に直列に挿入されたインダクタＬ１と、他方の信号ライン９２上に直列に挿入されたインダクタＬ２と、信号ライン９１，９２間に挿入されたキャパシタ（Ｘキャパシタ）Ｃ０，Ｃ１とを備えている。このＬＣフィルタは１段構成であるが、フィルタの段数を増やしたりインダクタやキャパシタを適切な値に設定したりすることで、例えば携帯電話のキャリア周波数である８００ＭＨｚ以上の高周波ノイズを除去するローパスフィルタとして構成されるものである。ＬＣフィルタに用いるインダクタとしては、例えば、特許文献１に示すような巻線型コイル部品が知られている。特許文献１のコイル部品では、線材を二層巻きとすることでインダクタンス値の増大が図られている。また、特許文献２では、巻回方向が互いに逆向きであり且つ互いに磁気結合された第１のコイルと第２のコイルを有するインダクタンス素子が提案されている。

特開２００４−６３６９７号公報 特開２００７−３６１５８号公報

図９に示したＬＣフィルタのインダクタＬ１，Ｌ２として用いる２つのコイル部品は同一の特性を有することが理想的である。しかしながら、現実には２つのコイル部品間には特性のバラツキがあることから、フィルタ特性が低下するだけでなく、一対の信号ラインの対称性が悪くなるという問題がある。信号ラインの対称性の悪化によって信号波形の歪みが大きくなることから、データ誤り率が増加するという問題がある。

本発明は上記課題を解決するものであり、本発明の目的は、２つのインダクタの特性のバラツキが非常に小さいコイル部品を提供することにある。

また、本発明の目的は、そのようなコイル部品を用いた差動伝送回路用ＬＣフィルタを提供することにある。

本願発明者らは、上記課題を解決するため鋭意研究を重ねた結果、２つのインダクタのばらつきはコア特性やワイヤの巻回位置のバラツキによるところが大きく、そのようなバラツキをできるだけ少なくすることで２つのインダクタの特性のバラツキを最小限に抑えることができることを見出した。そのため、本発明によるコイル部品は、非磁性材料からなるコアと、コアに同一ターン数で巻回された第１及び第２のワイヤとを備え、第１及び第２のワイヤは各ターンにおいて互いに交差するように巻回され且つループの中心軸の向きが実質的に同一であることを特徴としている。

本発明によれば、２本のワイヤが巻回されるコアを共通化するとともに、コアの材料として非磁性材料を用いることで両者の磁気結合を十分に低下させたので、２つのインダクタの特性のバラツキを十分に低減することができる。したがって、このコイル部品を一対の信号ライン上に挿入した場合には、一対の信号ラインの対称性を十分に確保することができる。

本発明において、第１のワイヤの巻回方向と第２のワイヤの巻回方向が互いに逆向きであることが好ましい。この構成によれば、２本のワイヤを容易に交差させることができる。

本発明において、第１のワイヤと第２のワイヤの交差角度は５度以上６０度以下であることが好ましい。交差角度がこの範囲内にあれば、ワイヤの巻回領域がコアの長手方向に対して極端に広がることがなく、所望のターン数を確保することができるからである。

本発明において、第１のワイヤと第２のワイヤの交差角度は略９０度であることもまた好ましい。第１のワイヤと第２のワイヤを直交させた場合には、２本の巻線の磁気結合を十分に低減することができる。

本発明の上記目的はまた、差動信号が伝送される第１及び第２の信号ラインと、第１及び第２の信号ライン上に実装されたコイル部品と、第１及び第２の信号ライン間に接続されたキャパシタとを備え、コイル部品は、非磁性材料からなるコアと、コアに同一ターン数で巻回された第１及び第２のワイヤとを備え、第１のワイヤは第１の信号ラインに直列接続され、第２のワイヤは第２の信号ラインに直列接続され、第１及び第２のワイヤは各ターンにおいて互いに交差するように巻回され且つループの中心軸の向きが実質的に同一であることを特徴とする差動伝送回路用ＬＣフィルタによっても達成される。

このように、本発明によれば、２つのインダクタの特性のバラツキが非常に小さいコイル部品を提供することができる。

また、本発明によれば、そのようなコイル部品を用いた差動伝送回路用ＬＣフィルタを提供することができる。

本発明の第１の実施形態によるコイル部品１００の構造を示す略斜視図である。 第１及び第２のワイヤ１３，１４が巻回された巻芯部１１の展開図である。 コイル部品１００の等価回路図である。 コイル部品１００を用いた差動伝送回路用ＬＣフィルタ２００の構成を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態によるコイル部品３００の構成を示す模式図であって、特に、第１及び第２のワイヤ１３，１４が巻回された巻芯部１１の展開図である。 本発明の第３の実施形態によるコイル部品４００の構成を示す模式図であって、特に、第１及び第２のワイヤ１３，１４が巻回された巻芯部１１の展開図である。 本発明の第４の実施形態によるコイル部品５００の構成を示す模式図であって、特に、第１及び第２のワイヤ１３，１４が巻回された巻芯部１１の展開図である。 本発明の第５の実施形態によるコイル部品６００の構成を示す略斜視図である。 従来のＬＣフィルタ９００の回路構成の一例を示す回路図である。

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。

図１は、本発明の第１の実施形態によるコイル部品の構造を示す略斜視図である。

図１に示すように、本実施形態によるコイル部品１００は、巻芯部１１及び巻芯部１１の両端に設けられた一対の鍔部１２Ａ，１２Ｂを有するドラムコア１０と、ドラムコア１０の巻芯部１１に巻回された第１及び第２のワイヤ１３，１４とを備えている。一方の鍔部１２Ａには端子電極１５ａ，１５ｂが形成され、他方の鍔部１２Ｂには端子電極１５ｃ，１５ｄが形成されている。第１のワイヤ１３の一端１３ａは端子電極１５ａに接続され、他端１３ｂは端子電極１５ｃに接続されている。また、第２のワイヤ１４の一端１４ａは端子電極１５ｂに接続され、他端１４ｂは端子電極１５ｄに接続されている。実際の使用状態において、端子電極１５ａ，１５ｂは一対の入力端子として用いられ、端子電極１５ｃ，１５ｄは一対の出力端子として用いられる。

ドラムコア１０はアルミナや非磁性フェライト等の非磁性材料からなり、第１及び第２のワイヤ１３，１４間の磁気結合ができるだけ弱まるように構成されている。そのため、各ワイヤを個別のインダクタンス素子として動作させることが可能である。非磁性材料のコアを用いた場合のインダクタンス値は、磁性材料の場合に比べて小さくなるが、数十ｎＨ程度の値を確保することは可能であり、微小信号を取り扱う差動伝送回路用ＬＣフィルタのインダクタンスとしては十分ある。

第１及び第２のワイヤ１３，１４は、銅（Ｃｕ）等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る。第１及び第２のワイヤ１３，１４は共通の巻芯部１１に巻回されており、第１及び第２のワイヤ１３，１４によるループの中心軸の向きは巻芯部１１の長手方向である。つまり、両者の中心軸の向きは巻芯部１１の中心軸の向きと実質的に一致している。しかしながら、上記のように第１及び第２のワイヤ１３，１４間の磁気結合が十分に弱められているため、共通のコアを使用しながら相互干渉のない独立した２つのインダクタンス素子を提供することができる。

図２は、第１及び第２のワイヤ１３，１４が巻回された巻芯部１１の展開図である。

図２に示すように、第１及び第２のワイヤ１３，１４は互いに交差するように巻回されている。特に、第１及び第２のワイヤ１３，１４は巻芯部１１の上面１１ａ及び下面１１ｃで互いに交差しており、巻芯部１１の２つの側面１１ｂ、１１ｄにおいては、第１のワイヤ１３と第２のワイヤ１４とは平行に配線されている。２本のワイヤが交差する部分では分布容量を持つが、平行巻きよりも分布容量を低減することができる。すなわち、２本のワイヤ１３，１４間の分布容量を極力減らしてインダクタンス成分のみとする理想の状態に近づけることができる。

第１のワイヤ１３と第２のワイヤ１４の交差角度θ_１は５度以上６０度以下であることが好ましい。交差角度θ_１が９０度に近づくほど両者の磁気結合が弱まるが、巻芯部１１の長さを長くする必要があり、ドラムコア１０が大型化するおそれがある。しかし、２本のワイヤ１３，１４の交差角度θ_１を５度以上６０度以下とした場合には、両者の磁気結合を適度に弱めながらドラムコア１０の大型化も抑制することができるので、電気的特性と部品サイズとの両方でバランスの取れたコイル部品を提供することができる。

本実施形態において第１のワイヤ１３の巻回方向と第２のワイヤ１４の巻回方向は互いに逆向きである。図１からも明らかなように、第１のワイヤ１３は一方の鍔部１２Ａから他方の鍔部１２Ｂに向かって左回りで巻回され、第２のワイヤ１４は同一方向に向かって右回りで巻回されている。このように、２本のワイヤ１３，１４を互いに逆向きで巻回する場合には、２本のワイヤを交差させる作業が容易となる。

２本のワイヤ１３，１４の巻回工程では、例えば第１のワイヤ１３を巻芯部１１に所定のターン数で巻回する。このとき、巻芯部１１の上面１１ａ及び下面１１ｃと接するワイヤ部分は巻芯部１１の軸方向に対して斜め方向とし、２つの側面１１ｂ、１１ｄと接するワイヤ部分は巻芯部１１の軸方向と直交する方向とすることが好ましい。このようにすることで、斜め方向に巻回されるワイヤ部分の傾斜角度を大きくすることができ、第２のワイヤ１４との交差角度を大きくすることができる。

次に、第１のワイヤ１３が巻回された巻芯部１１に第２のワイヤ１４を巻回する。第２のワイヤ１４は、第１のワイヤ１３に重ねて、第１のワイヤ１３と同一ターン数で巻回される。第１のワイヤ１３と同様、第２のワイヤ１４についても巻芯部１１の上面１１ａ及び下面１１ｃと接するワイヤ部分は斜め方向とし、２つの側面１１ｂ、１１ｄと接するワイヤ部分は直交方向とすることが好ましい。このように構成することでワイヤ１３，１４の交差付近発生する容量成分を極力低減することができる。なお、斜め方向に巻回されるワイヤ部分の位置は、巻芯部１１の上面１１ａ及び下面１１ｃに限定されず、２つの側面１１ｂ，１１ｄであってもよいが、できるだけ広い面積を有する面であることが好ましいことから、本実施形態では斜め方向のワイヤ部分が巻芯部１１の上面１１ａ及び下面１１ｃに形成されている。

図３は、図１に示したコイル部品１００の等価回路図である。

図３に示すように、コイル部品１００は、第１のワイヤ１３からなるインダクタＬ１と、第２のワイヤ１４からなるインダクタＬ２とで構成されている。第１のワイヤ１３と第２のワイヤ１４とが別々のコアに巻回されている場合、つまり、２つのインダクタＬ１，Ｌ２が別部品として提供される場合には、コア特性のバラツキによってインダクタＬ１，Ｌ２の特性のバラツキも大きくなる。しかし、第１及び第２のワイヤ１３，１４を共通のドラムコアに巻回した場合には、コア特性のバラツキの問題がないため、インダクタの対称性を高めることができる。また、ドラムコア１０が非磁性材料からなることから、インダクタＬ１，Ｌ２間の磁気結合を十分に弱めることができ、相互に独立したインダクタとして機能させることができる。

ドラムコア１０の材料がたとえ非磁性材料であっても、その誘電率のバラツキはインダクタンスの周波数特性に影響を与える。また、２つのインダクタを別部品で構成することは、コアの材料特性の他にワイヤの巻線間隔や全長がばらつくことの原因にもなる。さらに、インダクタ特性のばらつきはコアの材料のみならずコアの形状に起因することもある。そのため、インダクタＬ１，Ｌ２を構成する２本のワイヤを同じコアに巻回したほうがよく、これにより特性のばらつきより小さくすることが可能である。

図４は、上記コイル部品１００を用いた差動伝送回路用ＬＣフィルタの構成を示す模式図である。

図４に示すように、この差動伝送回路用ＬＣフィルタ２００は、差動信号が伝送される第１及び第２の信号ライン２１，２２上に挿入されるものであり、コイル部品１００Ａ，１００Ｂと、キャパシタ（Xキャパシタ）Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２とを備えている。第１及び第２の信号ライン２１，２２の一端は信号源２０に接続されており、第１及び第２の信号ライン２１，２２の他端には負荷抵抗Ｒ１，Ｒ２が接続されている。さらに、信号源２０とＬＣフィルタ２００との間にも負荷抵抗Ｒ３，Ｒ４が存在している。

コイル部品１００Ａ，１００Ｂは共に図１〜図３に示したコイル部品１００に相当するものであって、一対のインダクタＬ１，Ｌ２を備えており、インダクタＬ１は第１の信号ライン２１に直列接続され、インダクタＬ２は第２の信号ライン２２に直列接続されている。キャパシタＣ０はコイル部品１００Ａの前段に設けられ、キャパシタＣ１はコイル部品１００Ａとコイル部品１００Ｂとの間に設けられ、キャパシタＣ２はコイル部品１００Ｂの後段に設けられている。キャパシタＣ０〜Ｃ２は信号ライン２１，２２間に挿入されている。このように、本実施形態によるＬＣフィルタは２段構成であるが、コイル部品をさらに追加することでフィルタの段数を増やすことができる。

コイル部品１００Ａ，１００Ｂは上記のように、非磁性材料からなるドラムコア１０と、ドラムコア１０に巻回された第１及び第２のワイヤ１３，１４とを備え、第１のワイヤ１３と第２のワイヤ１４は互いに交差するように巻回されているので、Ｌ１、Ｌ２の対称性が非常によい。したがって、フィルタ特性に優れ、信号波形を歪ませることがない高性能なＬＣフィルタを提供することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、２つのインダクタ素子間の特性バラツキが非常に小さなコイル部品を用いて構成された高性能な差動伝送回路用ＬＣフィルタ２００を提供することができる。

図５は、本発明の第２の実施形態によるコイル部品の構成を示す模式図であって、特に、第１及び第２のワイヤ１３，１４が巻回された巻芯部１１の展開図である。

図５に示すように、第２の実施形態によるコイル部品３００は、２本のワイヤ１３，１４の交差する巻芯部１１の上面１１ａ及び下面１１ｃにおいて、第１のワイヤ１３は斜め方向のワイヤ部分を有するが、第２のワイヤ１４は直交方向のワイヤ部分を有する点に特徴がある。その代わりに、第２のワイヤ１４は巻芯部１１の２つの側面１１ｂ、１１ｄにおいて斜め方向のワイヤ部分を有する。第１のワイヤ１３の巻回方向と第２のワイヤ１４の巻回方向は互いに逆向きである。その他の構成は第１の実施形態によるコイル部品１００と実質的に同一であるため、同一の構成要素に同一の符号を付して詳細な説明を省略する。以上のように、本実施形態においても２本のワイヤ１３，１４が交差する部分では分布容量を持つが、全体を平行巻きするよりも分布容量を低減することができる。すなわち、２本のワイヤ１３，１４間の分布容量を極力減らしてインダクタンス成分のみとする理想の状態に近づけることができる。

図６は、本発明の第３の実施形態によるコイル部品の構成を示す模式図であって、特に、第１及び第２のワイヤ１３，１４が巻回された巻芯部１１の展開図である。

図６に示すように、第３の実施形態によるコイル部品４００は、第１のワイヤ１３が巻芯部１１の下面１１ｃにおいてのみ斜め方向に巻回され、それ以外の面では直交方向に巻回されており、また第２のワイヤ１４が巻芯部１１の上面１１ａにおいてのみ斜め方向に巻回され、それ以外の面では直交方向に巻回されている点に特徴がある。その結果、第１及び第２のワイヤ１３，１４は巻芯部１１の上面１１ａ及び下面１１ｃにおいて互いに交差している。その他の構成は第１の実施形態によるコイル部品１００と実質的に同一であるため、同一の構成要素に同一の符号を付して詳細な説明を省略する。以上のように、本実施形態においても２本のワイヤが交差する部分では分布容量を持つが、ワイヤ全体を平行巻きするよりも分布容量を低減することができる。すなわち、２本のワイヤ１３，１４間の分布容量を極力減らしてインダクタンス成分のみとする理想の状態に近づけることができる。

図７は、本発明の第４の実施形態によるコイル部品の構成を示す模式図であって、特に、第１及び第２のワイヤ１３，１４が巻回された巻芯部１１の展開図である。

図７に示すように、第４の実施形態によるコイル部品５００は、第１及び第２のワイヤ１３，１４の巻回方向が共に同一の向き、すなわちバイファイラ巻きであるという点に特徴がある。本実施形態の場合、第１及び第２のワイヤ１３，１４は一方の鍔部１２Ａから他方の鍔部１２Ｂに向かって右回りで巻回され、さらに巻芯部１１の上面１１ａ及び下面１１ｃにおいて互いに交差するように巻回されている。第１及び第２のワイヤ１３，１４は、巻芯部１１の２つの側面１１ｂ、１１ｄにおいて平行である。その他の構成は第１の実施形態によるコイル部品１００と実質的に同一であるため、同一の構成要素に同一の符号を付して詳細な説明を省略する。以上のように、本実施形態においても２本のワイヤが交差する部分では分布容量を持つが、ワイヤ全体を平行巻きするよりも分布容量を低減することができる。すなわち、２本のワイヤ１３，１４間の分布容量を極力減らしてインダクタンス成分のみとする理想の状態に近づけることができる。

図８は、本発明の第５の実施形態によるコイル部品の構成を示す略斜視図である。

図８に示すように、本実施形態によるコイル部品６００の特徴は、第１のワイヤと第２のワイヤ１４の交差角度θ_２が９０度である点にある。その他の構成は第１の実施形態によるコイル部品１００と実質的に同一であることから、同一の構成要素に同一の符号を付して詳細な説明を省略する。本実施形態によれば、第１及び第２のワイヤ１３，１４間が交差する部分における磁気結合を大幅に低減させることができ、対称性の高いＬＣフィルタを提供することができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能であり、それらも本発明に包含されるものであることは言うまでもない。

例えば、第２〜第５の実施形態によるコイル部品３００〜６００を用いた差動伝送回路用ＬＣフィルタについては説明をしていないが、コイル部品１００の場合と同様、コイル部品３００〜６００を用いた差動伝送回路用ＬＣフィルタを構成することができることは言うまでもない。

１０ ドラムコア
１１ 巻芯部
１２，１２Ａ，１２Ｂ 鍔部
１３ 第１のワイヤ
１４ 第２のワイヤ
１５ 端子電極
２１ 第１の信号ライン
２２ 第２の信号ライン
１００，１００Ａ，１００Ｂ コイル部品
２００ 差動伝送回路用ＬＣフィルタ
３００ コイル部品
Ｃ０，Ｃ１，Ｃ２ キャパシタ
Ｌ１，Ｌ２ インダクタ
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４ 負荷抵抗

Claims (5)

1. 非磁性材料からなるコアと、前記コアに同一ターン数で巻回された第１及び第２のワイヤとを備え、
   前記第１及び第２のワイヤは各ターンにおいて互いに交差するように巻回され且つループの中心軸の向きが実質的に同一であることを特徴とするコイル部品。
2. 前記第１のワイヤの巻回方向と第２のワイヤの巻回方向が互いに逆向きであることを特徴とする請求項１に記載のコイル部品。
3. 前記第１のワイヤと前記第２のワイヤの交差角度が５度以上６０度以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル部品。
4. 前記第１のワイヤと前記第２のワイヤの交差角度が略９０度であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコイル部品。
5. 差動信号が伝送される第１及び第２の信号ラインと、前記第１及び第２の信号ライン上に実装されたコイル部品と、前記第１及び第２の信号ライン間に接続されたキャパシタとを備え、
   前記コイル部品は、非磁性材料からなるコアと、前記コアに同一ターン数で巻回された第１及び第２のワイヤとを備え、
   前記第１のワイヤは前記第１の信号ラインに直列接続され、
   前記第２のワイヤは前記第２の信号ラインに直列接続され、
   前記第１及び第２のワイヤは各ターンにおいて互いに交差するように巻回され且つループの中心軸の向きが実質的に同一であることを特徴とする差動伝送回路用ＬＣフィルタ。

Images