JP2014050047A

JP2014050047A - 積層型ｌｃ複合フィルタ

Info

Publication number: JP2014050047A
Application number: JP2012193488A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Saito; 康誌齋藤
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2012-09-03
Filing date: 2012-09-03
Publication date: 2014-03-17

Abstract

【課題】所望の周波数帯域のノイズを選択的に除去出来る共に、不要なノイズ輻射および信号波形の乱れを誘発することのない積層型ＬＣ複合フィルタを提供する。
【解決手段】第１のインダクタＬ１および第１のコンデンサＣ１は、信号入力用外部電極２ａと信号出力用外部電極２ｂとの間に並列に接続されて形成されている。第２のインダクタＬ２、第２のコンデンサＣ２および抵抗Ｒは、信号入力用外部電極２ａとグラウンド接続用外部電極３ａ，３ｂとの間に直列に接続されて形成されている。第１のインダクタＬ１および第１のコンデンサＣ１は並列共振回路、第２のインダクタＬ２および第２のコンデンサＣ２は直列共振回路を構成している。並列共振回路の共振周波数ｆ_ｃ１と直列共振回路の共振周波数ｆ_ｃ２とは等しく、また、抵抗Ｒは、信号入力用外部電極２ａに接続される回路の特性インピーダンスと整合する抵抗値に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、導体層と誘電体層とが交互に積層されることでインダクタおよびコンデンサが積み上げられて構成される積層型ＬＣ複合フィルタに関するものである。

従来、この種の積層型ＬＣ複合フィルタとしては、特許文献１に開示された帯域阻止フィルタがある。この帯域阻止フィルタは、導体層と誘電体層とが交互に積層されたセラミック積層体基板で構成される。セラミック積層体基板の導体層の一つには、直列に接続された３つのインダクタＬ_Ａ，Ｌ_Ｂ，Ｌ_Ｃが形成され、他の導体層には、２つの分布定数線路ＳＲ_１，ＳＲ_２を使用した共振器Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂが形成されている。２つの共振器Ｒ_Ａ，Ｒ_Ｂのそれぞれは、コンデンサＣ_１，Ｃ_２を介してインダクタＬ_Ａ，Ｌ_Ｂの接続点Ｐ_Ｂと、インダクタＬ_Ｂ，Ｌ_Ｃの接続点Ｐ_Ｃとに接続されている。また、別の隣接する導体層上に対向する電極を有するマルチパス・コンデンサＭＰが形成されて、帯域阻止フィルタの入出力端子間にマルチパス・コンデンサＭＰが並列に接続されている。

この帯域阻止フィルタは、その入力端から出力端に高周波信号を伝える順方向アドミッタンスＹ^ａ _２１と、マルチパス・コンデンサＭＰによる順方向伝達アドミッタンスＹ^ｂ _２１との和が、減衰極を有するトラップ周波数ｆｘにて零になるように設定されている。これによって、帯域阻止フィルタの入力端から出力端に高周波信号を伝達する順方向伝達系数Ｓ_２１がその阻止帯域にて最小になる。従って、阻止帯域のトラップ周波数ｆｘにて減衰極を形成してその減衰量を最大限にして、高周波ノイズに対する阻止性能を向上することができる。

特開２００５−１１７３４４号公報

しかしながら、上記従来の積層型ＬＣ複合フィルタは、除去したい周波数帯域のノイズのみを選択的に除去することが出来るが、その際、入射するノイズは信号入力端にて反射する。このため、上記従来の積層型ＬＣ複合フィルタは、かえって不要なノイズ輻射を増加させ、また、信号波形の乱れを誘発して信号波形品位に影響を与える可能性がある。

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、
導体層と誘電体層とが交互に積層されることでインダクタおよびコンデンサが積み上げられて構成され、信号入力用外部電極および信号出力用外部電極並びに基準電位接続用外部電極が外周部に形成された積層型ＬＣ複合フィルタにおいて、
信号入力用外部電極および信号出力用外部電極間に並列に接続されて形成された第１のインダクタおよび第１のコンデンサと、
信号入力用外部電極および基準電位接続用外部電極間に直列に接続されて形成された第２のインダクタ、第２のコンデンサおよび抵抗とを備え、
第１のインダクタおよび第１のコンデンサ並びに第２のインダクタおよび第２のコンデンサは、第１のインダクタおよび第１のコンデンサによって構成される並列共振回路と第２のインダクタおよび第２のコンデンサによって構成される直列共振回路との各共振周波数が等しくなるように素子定数が設定され、
抵抗は、信号入力用外部電極に接続される回路の特性インピーダンスと整合する抵抗値に設定されている
ことを特徴とする。

本構成によれば、第１のインダクタおよび第１のコンデンサによって構成される並列共振回路と第２のインダクタおよび第２のコンデンサによって構成される直列共振回路との等しく設定された共振周波数付近以外の周波数帯域では、信号入力用外部電極から信号出力用外部電極に至る経路のインピーダンスが低く、かつ、信号入力用外部電極から基準電位接続用外部電極に至る経路のインピーダンスが高い。このため、この周波数帯域で信号入力用外部電極に入力される信号は信号出力用外部電極へ透過する。一方、上記並列共振回路と直列共振回路との等しく設定された共振周波数付近の周波数帯域では、信号入力用外部電極から信号出力用外部電極に至る経路のインピーダンスが高く、かつ、信号入力用外部電極から基準電位接続用外部電極に至る経路のインピーダンスが、信号入力用外部電極に接続される回路の特性インピーダンスと抵抗によって整合されている。このため、この周波数帯域で信号入力用外部電極に入力される信号は信号入力端で反射することなく、信号出力用外部電極への透過が阻止されて除去される。この結果、除去したい周波数帯域のノイズのみを選択的に除去することが出来る共に、不要なノイズ輻射および信号波形の乱れを誘発することのない積層型ＬＣ複合フィルタが提供される。

また、本発明は、抵抗が、第２のインダクタを形成する導体層の有する抵抗分によって形成されていることを特徴とする。

本構成によれば、信号入力用外部電極に接続される回路の特性インピーダンスと整合をとるための抵抗は、第２のインダクタを形成する導体層によって第２のインダクタと共に形成される。このため、抵抗を形成するための専用の導体層が不要になり、不要になるこの分、積層型ＬＣ複合フィルタを小型化することが可能になる。

本発明によれば、除去したい周波数帯域のノイズのみを選択的に除去することが出来る共に、不要なノイズ輻射および信号波形の乱れを誘発することのない積層型ＬＣ複合フィルタが提供される。

本発明の一実施の形態による積層型ＬＣ複合フィルタを示し、同図（ａ）はその外観斜視図、同図（ｂ）はその内部構造を示す斜視図である。図１に示す積層型ＬＣ複合フィルタの等価回路図である。（ａ）は図１に示す積層型ＬＣ複合フィルタの特性と比較される従来の第１の積層型ＬＣ複合フィルタの等価回路図、（ｂ）は第２の積層型ＬＣ複合フィルタの等価回路図である。図２および図３に等価回路図を示す各積層型ＬＣ複合フィルタについてのＳパラメータの測定結果を示し、（ａ）は、入力端から出力端への信号の透過特性を表す順方向伝達係数Ｓ２１についての測定結果を示すグラフ、（ｂ）は、入力端での反射特性を表す入力反射係数Ｓ１１についての測定結果を示すグラフである。

次に、本発明による積層型ＬＣ複合フィルタの一実施の形態について説明する。

図１は、本実施の形態による積層型ＬＣ複合フィルタ１を示し、同図（ａ）はその外観斜視図、同図（ｂ）はその内部構造を示す斜視図である。

積層型ＬＣ複合フィルタ１は、同図（ａ）に示すように、直方体状のセラミック積層体基板１ａから成る。このセラミック積層体基板１ａの外周部には、信号入力用外部電極２ａおよび信号出力用外部電極２ｂ、並びにグラウンド接続用外部電極３ａ，３ｂがそれぞれ対になって形成されている。本実施の形態では、外部電極３ａ，３ｂが接続される基準電位はグラウンドに設定されている。信号入力用外部電極２ａおよび信号出力用外部電極２ｂはセラミック積層体基板１ａの対向する両端部に形成され、グラウンド接続用外部電極３ａ，３ｂはこの両端部間の両側面に形成されている。

積層型ＬＣ複合フィルタ１は、同図（ｂ）に示すように、導体層１ｂ_１〜１ｂ_６と誘電体層１ｃとが交互に積層されることで、第１，第２のインダクタＬ１，Ｌ２および第１，第２のコンデンサＣ１，Ｃ２並びに抵抗Ｒが積み上げられて、構成されている。導体層１ｂ_１〜１ｂ_６には例えばＡｇ，Ａｕ，Ｃｕ等の材料が用いられ、誘電体層１ｃには例えばセラミックグリーンシートが用いられる。セラミック積層体基板１ａは、これら各層が積層されて焼結されることで、形成されている。

第１のインダクタＬ１を構成する最上層の導体層１ｂ_１はミアンダコイル状にパターニングされている。この導体層１ｂ_１は、両端部１ｂ_１ａおよび１ｂ_１ｂがそれぞれ信号入力用外部電極２ａおよび信号出力用外部電極２ｂに接続される。その下層の導体層１ｂ_２は、信号出力用外部電極２ｂ側に寄って長方形状にパターニングされており、第１のコンデンサＣ１の一方の電極を構成する。この導体層１ｂ_２は、端部１ｂ_２ｂが信号出力用外部電極２ｂに接続される。誘電体層１ｃを挟んださらにその下層の導体層１ｂ_３は、信号入力用外部電極２ａ側に寄って導体層１ｂ_２に対向して長方形状にパターニングされており、第１のコンデンサＣ１の他方の電極を構成する。この導体層１ｂ_３は、端部１ｂ_３ａが信号入力用外部電極２ａに接続される。

第２のインダクタＬ２を構成する第１のコンデンサＣ１の下層の導体層１ｂ_４は、第１のインダクタＬ１を構成する最上層の導体層１ｂ_１と同様に、ミアンダコイル状にパターニングされている。この導体層１ｂ_４は、その材質に抵抗材料が含ませられており、抵抗Ｒとしても機能する。導体層１ｂ_４の一方の端部１ｂ_４ａは信号入力用外部電極２ａに接続され、他方の端部１ｂ_４ｂはビア４を介して下層の導体層１ｂ_５に接続される。下層の導体層１ｂ_５は、長方形状にパターニングされており、第２のコンデンサＣ２の一方の電極を構成する。誘電体層１ｃを挟んださらにその下層の導体層１ｂ_６も、導体層１ｂ_５に対向して略長方形状にパターニングされており、第２のコンデンサＣ２の他方の電極を構成する。この導体層１ｂ_６は、両側部１ｂ_６ｃ，１ｂ_６ｄがグラウンド接続用外部電極３ａ，３ｂに接続される。

図２は、上記の構造をした積層型ＬＣ複合フィルタ１の等価回路図を表す。

積層型ＬＣ複合フィルタ１はバンドトラップフィルタを構成し、第１のインダクタＬ１および第１のコンデンサＣ１は、入力端に相当する信号入力用外部電極２ａと出力端に相当する信号出力用外部電極２ｂとの間に、並列に接続されて形成されている。第２のインダクタＬ２、第２のコンデンサＣ２および抵抗Ｒは、信号入力用外部電極２ａと接地されるグラウンド接続用外部電極３ａ，３ｂとの間に、直列に接続されて形成されている。

第１のインダクタＬ１および第１のコンデンサＣ１は並列共振回路２１を構成し、第２のインダクタＬ２および第２のコンデンサＣ２は直列共振回路２２を構成している。第１のインダクタＬ１および第１のコンデンサＣ１並びに第２のインダクタＬ２および第２のコンデンサＣ２は、並列共振回路２１の共振周波数ｆ_ｃ１（＝１／{２π（Ｌ１・Ｃ１）^１／２}）と直列共振回路２２の共振周波数ｆ_ｃ２（＝１／{２π（Ｌ２・Ｃ２）^１／２}）とが等しく、下記の式（１）が成立するように、素子定数が設定されている。
１／{２π（Ｌ１・Ｃ１）^１／２}＝１／{２π（Ｌ２・Ｃ２）^１／２} ＝ｆ_ｃ …（１）

本実施の形態では、Ｌ１＝５[ｎＨ]、Ｃ１＝３０[ｐＦ]、Ｌ２＝３０[ｎＨ]、Ｃ２＝５[ｐＦ]に設定されている。

また、抵抗Ｒは、入力端の信号入力用外部電極２ａに接続される回路の特性インピーダンスと整合する抵抗値に設定されている。本実施の形態では、５０Ωの回路特性インピーダンスと整合するよう、抵抗Ｒは５０Ωの抵抗値に設定されている。

このような本実施の形態の積層型ＬＣ複合フィルタ１によれば、並列共振回路２１および直列共振回路２２の等しく設定された共振周波数ｆ_ｃ付近以外の周波数帯域では、信号入力用外部電極２ａから信号出力用外部電極２ｂに至る経路のインピーダンスが低く、かつ、信号入力用外部電極２ａからグラウンド接続用外部電極３ａ，３ｂに至る経路のインピーダンスが高い。このため、この周波数帯域で信号入力用外部電極２ａに入力される信号は信号出力用外部電極２ｂへ透過する。一方、並列共振回路２１および直列共振回路２２の等しく設定された共振周波数ｆ_ｃ付近の周波数帯域では、信号入力用外部電極２ａから信号出力用外部電極２ｂに至る経路のインピーダンスが高く、かつ、信号入力用外部電極２ａからグラウンド接続用外部電極３ａ，３ｂに至る経路のインピーダンスが、信号入力用外部電極２ａに接続される回路の特性インピーダンスと抵抗Ｒによって整合されている。このため、この周波数帯域で信号入力用外部電極２ａに入力される信号、つまりノイズは、信号入力端で反射することなく、信号出力用外部電極２ｂへの透過が阻止され、接地されて除去される。この結果、除去したい周波数帯域のノイズのみを選択的に除去することが出来る共に、不要なノイズ輻射および信号波形の乱れを誘発することのない積層型ＬＣ複合フィルタ１が提供される。

本効果を確認するため、本実施形態の上記の積層型ＬＣ複合フィルタ１の他に、図３に等価回路図を示す２種類の積層型ＬＣ複合フィルタ３１，４１を作製した。そして、バンドトラップフィルタを構成する合計３種類の積層型ＬＣ複合フィルタ３１，４１，１についての各特性を、ネットワークアナライザを用いたＳパラメータとして測定した。なお、同図において図２と同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は省略する。また、各素子定数の値は図２と同一の値に設定されており、積層型ＬＣ複合フィルタ３１，４１，１がそれぞれ４００[ＭＨｚ]付近のノイズを除去するバンドトラップフィルタとして働くように、設定されている。

同図（ａ）は、並列共振回路２１に相当する１つのトラップ回路を有する積層型ＬＣ複合フィルタ３１の等価回路図である。同図（ｂ）は、並列共振回路２１および直列共振回路２２に相当する２つのトラップ回路を有するが、抵抗Ｒを備えない積層型ＬＣ複合フィルタ４１の等価回路図である。

図４（ａ）は、入力端の信号入力用外部電極２ａから出力端の信号出力用外部電極２ｂへの信号の透過特性を表す順方向伝達係数Ｓ２１についての測定結果を示すグラフである。同グラフの横軸は周波数[ＭＨｚ]、縦軸は伝達係数Ｓ２１の値[ｄＢ]を表す。また、同図（ｂ）は、入力端の信号入力用外部電極２ａでの反射特性を表す入力反射係数Ｓ１１についての測定結果を示すグラフである。同グラフの横軸は周波数[ＭＨｚ]、縦軸は反射係数Ｓ１１の値[ｄＢ]を表す。これら各グラフにおいて、破線で示す特性Ａは図３（ａ）に示す積層型ＬＣ複合フィルタ３１、一点鎖線で示す特性Ｂは図３（ｂ）に示す積層型ＬＣ複合フィルタ４１、実線で示す特性Ｃは図２に示す本実施形態の積層型ＬＣ複合フィルタ１の特性を表す。

図４（ａ）に示す伝達係数Ｓ２１については、いずれの積層型ＬＣ複合フィルタ３１，４１，１の特性Ａ，Ｂ，Ｃも４００[ＭＨｚ]を中心に低くなっている。この測定結果には、４００[ＭＨｚ]付近のノイズ除去効果がいずれの積層型ＬＣ複合フィルタ３１，４１，１にもあることが示されている。なお、特性Ｃで表される本実施形態の積層型ＬＣ複合フィルタ１のノイズ除去効果は、特性Ａ，Ｂで表される積層型ＬＣ複合フィルタ３１，４１のノイズ除去効果の中間程度になっている。また、同図（ｂ）に示す反射係数Ｓ１１については、特性Ａ，Ｂで表される積層型ＬＣ複合フィルタ３１，４１のいずれも４００[ＭＨｚ]付近でほぼ０[ｄＢ]で、ほぼ全反射状態になっている。これに対し、特性Ｃで表される本実施形態の積層型ＬＣ複合フィルタ１は−１５[ｄＢ]以下で、反射が抑えられている。

上記の測定結果から、本実施形態の積層型ＬＣ複合フィルタ１によれば、所望の周波数帯域のノイズのみを選択的に除去しつつ、入力端の信号入力用外部電極２ａでの反射も抑制することが出来る上述した効果が奏されることが、確認された。

また、本実施の形態の積層型ＬＣ複合フィルタ１では、信号入力用外部電極２ａに接続される回路の特性インピーダンスと整合をとるための抵抗Ｒが、第２のインダクタＬ２を形成する導体層１ｂ_４の有する抵抗分によって形成され、第２のインダクタＬ２と共に形成されている。このため、抵抗Ｒを形成するための専用の導体層が不要になり、不要になるこの分、積層型ＬＣ複合フィルタ１を小型化することが可能になる。

なお、本実施の形態では、上記のように、抵抗Ｒを第２のインダクタＬ２と共に形成した場合について、説明した。しかし、積層型ＬＣ複合フィルタ１の小型化は図れないが、第２のインダクタＬ２を形成する導体層１ｂ_４とは別の専用の導体層によって抵抗Ｒを形成するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、導体層１ｂ_１および１ｂ_４をそれぞれミアンダコイル状にパターニングして、第１のインダクタＬ１および第２のインダクタＬ２をそれぞれ形成した場合について、説明した。しかし、導体層１ｂ_１および１ｂ_４をそれぞれ渦巻き状にパターニングしたり、複数の導体層をビアによってらせん巻き状に接続して、これらインダクタＬ１およびＬ２を形成するようにしてもよい。

また、本実施の形態では、グラウンド接続用外部電極３ａ，３ｂをセラミック積層体基板１ａの外周部両側面に設けた場合について、説明した。しかし、セラミック積層体基板１ａの一方の側面にのみ、グラウンド接続用外部電極を設けるように構成してもよい。

これらの各構成によっても、上記の実施形態と同様な作用効果が奏される。

１…積層型ＬＣ複合フィルタ
１ａ…セラミック積層体基板
１ｂ_１〜１ｂ_６…導体層
１ｃ…誘電体層
２ａ…信号入力用外部電極（入力端）
２ｂ…信号出力用外部電極（出力端）
３ａ，３ｂ…グラウンド接続用外部電極
２１…並列共振回路
２２…直列共振回路
Ｌ１…第１のインダクタ
Ｃ１…第１のコンデンサ
Ｌ２…第２のインダクタ
Ｃ２…第２のコンデンサ
Ｒ…抵抗

Claims

導体層と誘電体層とが交互に積層されることでインダクタおよびコンデンサが積み上げられて構成され、信号入力用外部電極および信号出力用外部電極並びに基準電位接続用外部電極が外周部に形成された積層型ＬＣ複合フィルタにおいて、
前記信号入力用外部電極および前記信号出力用外部電極間に並列に接続されて形成された第１のインダクタおよび第１のコンデンサと、
前記信号入力用外部電極および前記基準電位接続用外部電極間に直列に接続されて形成された第２のインダクタ、第２のコンデンサおよび抵抗とを備え、
前記第１のインダクタおよび前記第１のコンデンサ並びに前記第２のインダクタおよび前記第２のコンデンサは、前記第１のインダクタおよび前記第１のコンデンサによって構成される並列共振回路と前記第２のインダクタおよび前記第２のコンデンサによって構成される直列共振回路との各共振周波数が等しくなるように素子定数が設定され、
前記抵抗は、前記信号入力用外部電極に接続される回路の特性インピーダンスと整合する抵抗値に設定されている
ことを特徴とする積層型ＬＣ複合フィルタ。
前記抵抗は、前記第２のインダクタを形成する前記導体層の有する抵抗分によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層型ＬＣ複合フィルタ。