JP2011223557A - 差動通信用のフィルタ回路 - Google Patents

Abstract

【課題】 差動通信線の回路構成を簡易化し、かつ、コモンモードノイズもノーマルモードノイズも有効に除去することができるフィルタ回路回路を提供する。
【解決手段】 このフィルタ回路３は、コイル３０が第１通信線１２、コイル３１が第２通信線１４に接続され、コイル３０及びコイル３１の二次側でコンデンサ３２，３３が、一次側でコンデンサ３４，３５が直列に接続されている。また、コンデンサ３２，３３及び、コンデンサ３４，３５の間で接地されている。また、コイル３０，３１は、極性が逆向きになるように隣接して配置されている。このフィルタ回路３０を用いると、コモンモードノイズに対してもノーマルモードノイズに対してもπ型のフィルタとなり、これらのノイズを効果的に除去することができる。また、コイル３０，３１によって生ずるノイズも、これらを隣接して配置することによって、発生を効果的に防止することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、差動通信用のフィルタ回路に関する。

従来は、差動通信用の通信線のコモンモードノイズを除去するフィルタ回路としては、第１通信線と第２通信線との間に２つのコンデンサを直列に接続し、これらのコンデンサの間から抵抗を介して接地したものや（特許文献１）、第１通信線と第２通信線とにコモンモードチョークコイルを取り付けたもの（特許文献２）などが用いられている。

また、差動通信用の通信線のノーマルモードノイズを除去するフィルタ回路としては、第１通信線と第２通信線との間にコンデンサを設置するとともに、第１通信線及び第２通信線にそれぞれコイル等を設置したものが用いられている。

特開２００７−３１８７３４号公報 特許第３１９５５８８号公報

しかし、両方のノイズを除去するフィルタ回路として、各フィルタ回路を構成するコイルやコンデンサなどの素子をすべて差動通信用の通信線に取り付けようとすると、多くの素子を取り付けねばならず、回路構成が複雑になるという問題があった。

また、差動通信用の通信線に多くの素子を取り付けることを防止するため、いずれかの素子を省略しようとすると、ノイズを有効に除去できないという問題があった。
本発明は、上記点に鑑み、除去すべきコモンモードノイズもノーマルモードノイズも有効に除去することができる差動通信用のフィルタ回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載された発明である差動通信用のフィルタ回路は、第１通信線に設置した第１コイルと、第２通信線に設置した第２コイルと、第１コイル及び第２コイルの一次側又は二次側で、第１通信線と第２通信線との間に直列に接続された第１コンデンサ及び第２コンデンサとを備えている。

そして、第１コンデンサ及び第２コンデンサについては、これらの間で接地するとともに、第１コイル、第２コイル、第１コンデンサ、及び、第２コンデンサについては、接地された点からみて第１通信線側と第２通信線側とで、フィルタ定数が同じになるように選択したものを用いている。

このようにすると、第１通信線のコモンモードノイズについては、第１コイル及び第１コンデンサの共振周波数以上のもの、第２通信線のコモンモードノイズについては、第２コイル及び第２コンデンサの共振周波数以上のものを効率よく除去することができる。

また、ノーマルモードノイズについては、第１コイル、第２コイル、第１コンデンサ、及び、第２コンデンサの等価回路で表される共振周波数以上のノーマルモードノイズを効率よく除去することができる。

従って、本発明のフィルタ回路を用いれば、除去すべきコモンモードノイズもノーマルモードノイズも有効に除去することができる。
また、本発明のようにフィルタ回路を構成すれば、これ以上の素子（コンデンサ、コイル）を必要としないので、最小限の素子で除去すべきコモンモードノイズもノーマルモードノイズも有効に除去することができる。

尚、第１コイル及び第２コイルの一次側又は二次側とは、ノイズの入力が想定される側が一次側、その反対側が二次側という意味である。
ところで、本発明のフィルタ回路では、２つのコイルを備えており、これらの位置関係を考慮にいれずに配置すると、コモンモードノイズを受けたときに、一方のコイルで発生した磁束が他方のコイルに入り、これがノイズとなる場合が考えられる。

そのため、本発明では、第１コイル及び第２コイルを、コモンモードノイズを受けたときに発生して放出される磁束を互いに打ち消しあうよう、隣接して配置した。
このようにすると、第１コイル及び第２コイルがコモンモードノイズを受けても、これらから放出される磁束が互いに打ち消しあうので、第１コイル及び第２コイルから放出される磁束によって発生するノイズをも効率よく除去することができる。

以上のように、本発明のフィルタ回路を用いると、必要最小限の２つのコイルと２つのコンデンサを用いるだけで、ノーマルモードノイズもコモンモードノイズも除去することができる。

しかも、本発明のフィルタ回路を用いると、各コイルから放出される磁束によって発生するノイズについても、２つのコイルを、それぞれのコイルから放出される磁束を互いに打ち消しあうよう隣接して配置するだけで、効果的に除去することができる。

尚、第１コンデンサ及び第２コンデンサの接地は、直接接地でもよいが、抵抗を介して接地してもよい。
次に、請求項２に記載したように、第１コイル及び第２コイルの一次側又は二次側のうち、第１コンデンサ及び第２コンデンサが取り付けられる側とは反対側で、第１通信線と第２通信線との間に直列に接続された第３コンデンサ及び第４コンデンサを備えるようにしてもよい。

この場合、第３コンデンサと第４コンデンサとの間で接地するとともに、この接地された点からみて第１通信線側と第２通信線側とで、フィルタ定数が同じになるように選択した第１コイル、第２コイル、第１コンデンサ、第２コンデンサ、第３コンデンサ、及び、第４コンデンサを用いることが好ましい。

このようにすると、コモンモードノイズに対してもノーマルモードノイズに対してもπ型のフィルタを構成することとなるので、これらのノイズをより効率的に除去することができる。

尚、ノーマルモードノイズの除去を、コモンモードノイズの除去よりも優先したい場合は、請求項３に記載したように、第１コイル及び第２コイルの一次側又は二次側のうち、第１コンデンサ及び第２コンデンサが取り付けられる側とは反対側で、第１通信線と第２通信線との間に接続されるアクロスザラインコンデンサを備えるようにしてもよい。

また、上述したフィルタ回路は、請求項４に記載したように、車両に対して接地が行われているものに特に好適であり、請求項５に記載したように、アンテナと、アンテナを制御する駆動回路とを結ぶ通信線のノーマルモードノイズやコモンモードノイズを除去するのに好適である。

本実施形態のフィルタ回路が設けられる車両用アンテナの全体構成を示す模式図である。 本実施形態のフィルタ回路の回路図である。 本実施形態のフィルタ回路の等価回路で、（ａ）はコモンモードノイズ用の等価回路、（ｂ）はノーマルモードノイズ用の等価回路である。 本実施形態のフィルタ回路を用いたノイズ除去効果を説明するためのグラフ（周波数（Ｘ）−出力側のノイズ電圧（Ｙ））で、（ａ）はコモンモードノイズの除去効果を示すグラフであり、（ｂ）はノーマルモードノイズの除去効果を示すグラフである。また、（ｃ）は本実施形態のフィルタ回路との比較に用いた回路の回路図である。 本実施形態のフィルタ回路から放出されるノイズの強さを示す図で、（ａ）は極性が同じになるようにコイルを隣接して配置した場合の図、（ｂ）は極性が異なるようにコイルを隣接して配置した場合の図である。尚、図は、ノイズの磁界の強さを数値で示しており、数値が大きい円が大きいほど、ノイズが強いことを示している。 本実施形態のフィルタ回路の他の実施形態についての回路図である。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
本実施形態のフィルタ回路３が取り付けられる対象は、図１に示すように、車両用の装置であって特に差動通信用に用いられるアンテナ装置１である。

このアンテナ装置１は、車両のボディーに接地された駆動回路１０と、この駆動回路１０から延設された一対の通信線１２，１４と、これら通信線１２，１４の先端に取り付けられたアンテナ部１６とを備えている。尚、駆動回路１０は、アンテナ部１６を用いて行われる通信を制御するアンテナ部１６の駆動回路である。

尚、以下、通信線１２，１４に対して、駆動回路１０側を一次側、その反対側のアンテナ部１６側を二次側と呼ぶ。
次に、本実施形態のフィルタ回路３について説明する。

このフィルタ回路３は、駆動回路１０内のノイズ発生源１９等で発生し、通信線１２，１４を流れる通信信号に重畳されたノーマルモードノイズ３ｃ、３ｄやコモンモードノイズ３ａ、３ｂを除去する回路で、駆動回路１０に組み込まれている。

このフィルタ回路３は、図２に示すように、２つのコイル３０，３１、４つのコンデンサ３２〜３５とを備えている。
このうち、コイル３０は第１通信線１２に接続され、コイル３１は第２通信線１４に接続される。これらのコイル３０，３１は、駆動回路１０を構成する基盤の同一面上に中心軸が平行になるように隣接して配置され、かつ、各コイル３０，３１にコモンモードノイズ３ａ、３ｂが入力されたときに発生し、外部に放出される磁束が互いに打ち消されるように、極性が逆方向を向くように配置されている。

コンデンサ３２，３３は、コイル３０，３１の二次側で第１通信線１２と第２通信線１４との間に直列に接続され、コンデンサ３４，３５はコイル３０，３１の一次側で第１通信線１２と第２通信線１４との間に直列に接続される。

また、コンデンサ３２，３３は、これらの間の位置で車体へのグランドライン３６に接地され、コンデンサ３４，３５も、これらの間の位置で車体へのグランドライン３７に接地されている。

そして、上述した２つのコイル３０，３１、４つのコンデンサ３２〜３５としては、対称性が確保されるよう等しく、かつノーマルモード、コモンモードの高調波ノイズの所望の周波数ｆ[Ｈｚ]に対し、ｆ＝１／２π√（Ｌ３０×Ｃ３２）＝１／２π√（Ｌ３０×Ｃ３４）＝１／２π√（Ｌ３１×Ｃ３１）＝１／２π√（Ｌ３１×Ｃ３３）を満たすフィルタ定数となるものを選択した。

具体的には、差動通信周波数１２５ｋＨｚを保持し、高調波ノイズを低減するため、フィルタ遮断周波数を１５５ｋＨｚとして、各コンデンサ３２〜３５については静電容量が０．２２μＦのもの、コイル３０，３１についてはインダクタンスが４．７μＨのものを選択した。

このように選択したコイル３０，３１、コンデンサ３２〜３５を用いることで、本実施形態のフィルタ回路３では、グランドライン３６，３７からみて、第１通信線１２側と第２通信線１４側とで、フィルタ定数が同じになるように構成される。

尚、Ｌ３０、Ｌ３１、Ｃ３２〜Ｃ３５はそれぞれ、コイル３０、３１、コンデンサ３２〜３５のフィルタ定数で、Ｌ３０はコイル３０のインダクタンス、Ｌ３１はコイル３１のインダクタンス、Ｃ３２はコンデンサ３２の静電容量、Ｃ３３はコンデンサ３３の静電容量、Ｃ３４はコンデンサ３４の静電容量、Ｃ３５はコンデンサ３５の静電容量を意味する。

このように構成されたフィルタ回路３の等価回路は、コモンモードノイズ３ａ、３ｂに対してみると、図３（ａ）に示すように、グランドと第１通信線１２又は第２通信線１４との間の回路となり、このうち第１通信線１２についてみると、Ｌ３０、Ｃ３２、Ｃ３４のπ型フィルタとなる。

また、フィルタ回路３の等価回路は、ノーマルモードノイズ３ｃ、３ｄに対してみると、図３（ｂ）に示すように、Ｌ３０＋Ｌ３１、１／（１／Ｃ３２＋１／Ｃ３３）、１／（１／Ｃ３４＋１／Ｃ３５）のπ型フィルタとなる。

次に、上述したフィルタ回路３を用いた場合のノーマルモードノイズ３ｃ、３ｄ、コモンモードノイズ３ａ、３ｂの低減効果について説明する。
ここで、比較したフィルタ回路は、図４（ｃ）に示すように、第１通信線にコイル（Ｌ＝４．７μＨ）を備え、このコイルの一次側と二次側に同じ静電容量のコンデンサ（０．２２μＦ）を備えた回路である。

図４（ａ）は、横軸が周波数、縦軸がフィルタ入力端、出力端における差動通信信号の高調波成分となるノーマルモードノイズ電圧Ｖｃ１（比較のフィルタ回路）、Ｖｃ２（本実施形態のフィルタ回路３）を示している。

図４（ａ）のグラフより、本実施形態のフィルタ回路３は、比較のフィルタ回路に比べ、差動通信信号は保持したまま（矢印ａの点：約３ｄＢ減）、高調波成分を大幅に低
減していることがわかる（矢印ｂの点：約４０ｄＢ減）。

一方、図４（ｂ）のグラフは、横軸が周波数、縦軸がフィルタ入力端、出力端における差動通信信号の高調波成分となるコモンモードノイズ電圧Ｖｎ１（比較のフィルタ回路）、Ｖｎ２（本実施形態のフィルタ回路３）を示している。

この図４（ｂ）のグラフより、差動通信信号は保持したまま（矢印ｃの点：約２ｄＢ減）、高調波成分を大幅に低減していることがわかる（矢印ｄの点：約４０ｄＢ減）。
次に、上述したフィルタ回路３を構成するコイル３０，３１の配置によるノイズ低減効果について説明する。

本実施形態のフィルタ回路３は、コイル３０，３１を備えているが、このコイル３０，３１で発生する磁束が放射され、この放射された磁束がノイズとなって第１通信線１２，第２通信線１４に漏洩することがある。この放射ノイズは、コイル３０，３１にコモンモード電流が流れることによって発生する。

そのため、本実施形態では、上述したようにコイル３０，３１の極性が逆方向を向くように駆動回路１０上に配置した。
ここで、図５（ａ）は、極性が同一方向を向くように、駆動回路１０の基板上にコイル３０，３１を配置したとき、コイル３０，３１から放射される放射ノイズを示す図である。

一方、図５（ｂ）は、極性が逆方向を向くように、駆動回路１０の基板上にコイル３０，３１を配置したとき、コイル３０，３１から放射される放射ノイズを示す図である。
この図５をみるとわかるように、極性が逆方向を向くようにコイル３０，３１を配置すると、極性が同一方向を向くように配置した場合に比べ、コイル３０，３１から放出される放射ノイズを低減できていることがわかる。

本実施形態のフィルタ回路３の低減効果は、１５ｄＢ程度となっている。
以上説明したフィルタ回路３をアンテナ装置１に取り付けると、以下のような効果がある。

本実施形態のフィルタ回路３は、ノーマルモードノイズ３ｃ、３ｄに対してもコモンモードノイズ３ａ、３ｂに対してもπ型のフィルタを構成している。
そして、本実施形態のフィルタ回路３は、第１通信線１２、第２通信線１４に重畳されるコモンモードノイズ３ａ、３ｂのうち、図４（ａ）に示すように、コイル３０及びコンデンサ３２又はコンデンサ３４、あるいはコイル３１及びコンデンサ３３又はコンデンサ３５の共振周波数以上のものについて効率よくノイズを除去することができる。

また、本実施形態のフィルタ回路３は、ノーマルモードノイズ３ｃ、３ｄについては、図４（ｂ）に示すように、コイル３０〜３１、コンデンサ３２〜３５の等価回路で表される共振周波数以上のノーマルモードノイズ３ｃ、３ｄを効率よく除去することができる。

従って、本実施形態のフィルタ回路３を用いれば、除去すべきコモンモードノイズ３ａ、３ｂもノーマルモードノイズ３ｃ、３ｄも有効に除去することができる。
ところで、本実施形態のフィルタ回路３では、２つのコイル３０，３１を備えており、これらの位置関係を考慮にいれずに配置すると、コモンモードノイズを受けたときに、一方のコイル３０で発生した磁束が他方のコイル３１に入り、これがノイズとなる場合が考えられる。

そのため、本実施形態では、コイル３０及びコイル３１を、コモンモードノイズを受けたときに発生して放出される磁束を互いに打ち消しあうよう、隣接して配置した。
このようにすることで、コイル３０及びコイル３１がコモンモードノイズを受けても、これらから放出される磁束が互いに打ち消しあうので、コイル３０及びコイル３１から放出される磁束によって発生するノイズをも効率よく除去することができる。

また、本実施形態のフィルタ回路３は、コイル３０及びコイル３１の極性が互いに逆方向を向くように設置しているので、これらのコイル３０，３１から発生する磁束によって生ずるノイズを効率よく低減することができる。

（本実施形態の構成と、本発明の発明特定事項との対応関係）
本実施形態のコイル３０は本発明の第１コイルに相当し、コイル３１は第２コイルに相当する。

また、本実施形態のコンデンサ３２は本発明の第１コンデンサに相当し、コンデンサ３３は第２コンデンサ、コンデンサ３４は第３コンデンサ、コンデンサ３５は第４コンデンサに相当する。

（その他の実施形態）
上述した実施形態では、コイル３０，３１の一次側と二次側とで線対称となるように第１通信線１２、第２通信線１４に対し電気的に接続してコンデンサを配置したが、二次側にコンデンサ３２，３３を設置するだけで対応できる場合は、図６に示すように、コイル３０，３１の一次側は、コンデンサ３４、３５に代えて、ノーマルモードノイズ３ｃ、３ｄを除去するためのアクロスザラインコンデンサ３９だけを配置するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、コンデンサ３２〜３５を直接接地しているが、抵抗などを介して接地してもよい。
また、本発明は、特許請求の範囲に記載された発明の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されるものではない。

１…アンテナ装置、３…フィルタ回路、３ａ…コモンモードノイズ、１０…駆動回路、
１２…第１通信線、１４…第２通信線、１６…ヘッド部、３０…コイル、３１…コイル、３２…コイル、３２…コンデンサ、３３…コンデンサ、３４…コンデンサ、
３５…コンデンサ、３９…アクロスザラインコンデンサ。

Claims (5)

1. 差動通信用の第１通信線と第２通信線とに設置される差動通信用のフィルタ回路であって、
   第１通信線に電気的に接続される第１コイルと、
   第２通信線に電気的に接続される第２コイルと、
   前記第１コイル及び前記第２コイルの一次側又は二次側で、前記第１通信線と前記第２通信線との間に直列に接続された第１コンデンサ及び第２コンデンサと、
   を備え、
   前記第１コンデンサと前記第２コンデンサとの間で接地するとともに、この接地された点からみて前記第１通信線側と前記第２通信線側とで、フィルタ定数が同じになるように選択した前記第１コイル、前記第２コイル、前記第１コンデンサ、及び、前記第２コンデンサを用い、
   また、前記第１コイルと前記第２コイルとを、コモンモードノイズを受けたときに発生して放出される磁束を互いに打ち消しあうよう隣接して配置したことを特徴とする差動通信用のフィルタ回路。
2. 請求項１に記載の差動通信用のフィルタ回路において、
   前記第１コイル及び前記第２コイルの一次側又は二次側のうち、前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサが取り付けられる側とは反対側で、前記第１通信線と前記第２通信線との間に直列に接続された第３コンデンサ及び第４コンデンサを備え、
   前記第３コンデンサと前記第４コンデンサとの間で接地するとともに、この接地された点からみて前記第１通信線側と前記第２通信線側とで、フィルタ定数が同じになるように選択した前記第１コイル、前記第２コイル、前記第１コンデンサ、前記第２コンデンサ、前記第３コンデンサ、及び、前記第４コンデンサを用いたことを特徴とする差動通信用のフィルタ回路。
3. 請求項１に記載の差動通信用のフィルタ回路において、
   前記第１コイル及び前記第２コイルの一次側又は二次側のうち、前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサが取り付けられる側とは反対側で、前記第１通信線と前記第２通信線との間に接続されたアクロスザラインコンデンサを備えることを特徴とする差動通信用のフィルタ回路。
4. 前記接地は、車両に対して行われていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の差動通信用のフィルタ回路。
5. 前記第１通信線と前記第２通信線は、アンテナと、該アンテナを制御する駆動回路とを結ぶ通信線であることを特徴とする差動通信用のフィルタ回路。

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