JP2014123716A - 信号補償機能を有するコモンモードフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、信号補償機能を有するコモンモードフィルタに関する。
【解決手段】本発明による信号補償機能を有するコモンモードフィルタは、コモンモードフィルタのベースを成す磁性体基板と、前記磁性体基板の表面に形成され、回路で発生するコモンモードノイズを除去するための第１導体コイル部と、前記第１導体コイル部と電気的に連結されて第１導体コイル部の上層部に形成され、前記第１導体コイル部によるノイズ除去による回路の信号減少分を補うための第２導体コイル部と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、コモンモードフィルタに関し、より詳細には、ノイズがフィルタリングされた信号の信号減少分を補って、損失なしに信号を伝送することができる、信号補償機能を有するコモンモードフィルタに関する。

電子素子の多機能化及び小型化により、差動伝送方式（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｍｏｄｅ）を用いる高速インターフェース（ＵＳＢ２．０、ＵＳＢ３．０、ＨＤＭIなど）のような回路では、コモンモードノイズ（ｃｏｍｍｏｎ ｍｏｄｅ ｎｏｉｓｅ）が必然的に発生する。

現在、コモンモードフィルタは、磁性体の周りを同じ方向に巻取している導体コイルからインピーダンス（ｉｍｐｅｄａｎｃｅ）を発生させて上記のようなコモンモードノイズを除去する原理を利用する。

ここで、コモンモードノイズを含む大部分のノイズフィルタで発見される共通的な現象は、フィルタリング機能を利用して信号に混じっているノイズを除去する時に、信号の大きさがともに減少されるということである。また、ノイズフィルタにより大きさが減少された信号が他の素子を繰り返して経ることにより、信号の大きさがさらに減少される。これにより素子の誤作動が発生し、このような現象は特に、高周波領域の信号を用いる場合にさらに明らかになる。

一方、コモンモードノイズのフィルタリング後に大きさが小さくなった信号を補うための別の構造を備えたコモンモードフィルタは現在まで存在しない。現在までのコモンモードフィルタは、コモンモードノイズを除去するための多数の導体コイル部の構造が含まれた多層薄膜構造からなっている。導体コイル部は、同じ方向に電気信号が流れるように設計された多数の導体コイル部からなっている。

信号電流は、二本の導線を往路及び帰路とする差動モード（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｍｏｄｅ）であるため、往路と帰路の各コイル中心で発生する磁束は互いに逆方向となって相殺され、信号電流が流れるようになる。また、コモンモードノイズ電流は同じ方向に流れるため、コアで発生する磁束が合成されて強くなる。その結果、ノイズ抑制作用が強くなってコモンモードノイズ電流が除去される。

上述したように、上記のノイズを除去する時に、基本的に信号の絶対的な大きさが同時に減少される。

米国特許第６，９４０，９７３号明細書 特開２００９-１４８１６２号公報

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、コモンモードフィルタに、ノイズがフィルタリングされた信号の信号減少分を補うための手段を付加することにより、信号減少を補って信号を損失なしに伝送することができる、信号補償機能を有するコモンモードフィルタを提供することをその目的とする。

上記の目的を果たすための本発明による信号補償機能を有するコモンモードフィルタは、コモンモードフィルタのベースを成す磁性体基板と、前記磁性体基板の表面に形成され、回路で発生するコモンモードノイズを除去するための第１導体コイル部と、前記第１導体コイル部と電気的に連結されて第１導体コイル部の上層部に形成され、前記第１導体コイル部によるノイズ除去による回路の信号減少分を補うための第２導体コイル部と、を含むことを特徴とする。

ここで、前記第２導体コイル部は１次コイル及び２次コイルで構成され、好ましくは、２次コイルの巻線数（ｎ２）が１次コイルの巻線数（ｎ１）より大きいように構成される。

また、前記１次コイルと２次コイルは同一の磁性体コアに巻取される。

上記のような本発明によると、コモンモードノイズ除去用導体コイル部の他に、信号減少分補償用導体コイル部をさらに備えることにより、信号のノイズフィルタリング後に減少された差動伝送信号の減少分を補うことができ、ノイズに対する信号の大きさが増幅されることにより、素子の性能を向上させることができる。また、素子と連結される外部機器の状態によって発生し得る不測のノイズから信号を保護することができる。

本発明の実施形態による信号補償機能を有するコモンモードフィルタの構造を示す図面である。 本発明による信号補償機能を有するコモンモードフィルタの詳細機能を図式的に説明する図面である。 本発明による信号補償機能を有するコモンモードフィルタにおいて、信号補償用第２導体コイル部の１次コイルと２次コイルの巻取数の関係を説明する図面である。

本明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的かつ辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者が自らの発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則にしたがって本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されるべきである。

明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とすることは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができるということを意味する。また、明細書に記載された「…部」、「…器」、「モジュール」、「装置」などの用語は、少なくとも一つの機能や動作を処理する単位を意味し、これはハードウェアやソフトウェアまたはハードウェア及びソフトウェアの結合により具現されることができる。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態による信号補償機能を有するコモンモードフィルタの構造を示す図面である。

図１を参照すると、本発明による信号補償機能を有するコモンモードフィルタは、磁性体基板１１０と、第１導体コイル部１２０と、第２導体コイル部１３０と、を含んで構成される。

前記磁性体基板１１０はコモンモードフィルタのベースを成す。このような磁性体基板１１０の材質としては、透磁率に優れた材質であれば全て使用可能である。例えば、磁性体基板１１０の材質として、鉄、珪素鋼、パーマロイ（ｐｅｒｍａｌｌｏｙ）、マンガン、亜鉛、フェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）などが用いられることができる。即ち、磁性体基板１１０は、鉄、珪素鋼、パーマロイ（ｐｅｒｍａｌｌｏｙ）、マンガン、亜鉛、フェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）のうち何れか一つまたは二つ以上の複合体で構成されることができる。

前記第１導体コイル部１２０は、前記磁性体基板１１０の表面に形成され、回路で発生するコモンモードノイズを除去する役割をする。ここで、上記のような第１導体コイル部１２０は、単層構造で構成されてもよいが、複数の層構造で構成されることが好ましい。これは、複数の層構造からなる場合、その分導体コイルが巻取される回数（巻線数）が増加され、これによってコイルに電流が流れる時に発生する磁束量が増大されて、ノイズを十分に除去することができるためである。

前記第２導体コイル部１３０は、前記第１導体コイル部１２０と電気的に連結されて第１導体コイル部１２０の上層部に形成され、前記第１導体コイル部１２０によるノイズ除去による回路の信号減少分を補う役割をする。図１において、参照番号１４０は導体コイル、１５０は導体コイルと外部電極とを連結するリード線、１６０は外部電極、１７０は磁性複合体で構成されたコア（ｃｏｒｅ）をそれぞれ示す。

ここで、前記第２導体コイル部１３０は図３に図示されたように、１次コイル１３１及び２次コイル１３２で構成され、好ましくは、２次コイル１３２の巻線数（ｎ２）が１次コイル１３１の巻線数（ｎ１）より大きいように構成される。

また、前記１次コイル１３１と２次コイル１３２は、同一の磁性体（磁性複合体）コア１７０に巻取される。

上記の構成を有する本発明によるコモンモードフィルタは、ノイズがフィルタリングされた信号の信号減少分を補う役割をする導体コイル層（第２導体コイル部１３０）を、既存のコモンモードフィルタの導体コイル層（第１導体コイル部１２０）に追加した構造であって、その核心原理は、同一の閉回路構造の磁性体に巻取されている二つの導体コイル構造を利用することである。

ここで、二つの導体コイルは、その巻取される回数（巻線数）が互いに異ならなければならない。コイルの巻線数が互いに異なる場合、二つのコイルの間には電磁誘導作用が発生する。即ち、一側のコイル（入力部）に供給された信号が他側のコイルに入力される時に次のような関係が成立される。

即ち、信号を補う役割をする第２導体コイル部１３０の二つのコイル１３１、１３２のコイル数をｎ１（１次コイル）、ｎ２（２次コイル）としたときに、１次コイル１３１に交流信号が入力されると、１次コイル１３１に流れる電流によって１次コイル１３１側の磁性体１７０に磁束が発生し、その磁束は磁性体１７０を介して２次コイル１３２を交差（鎖交）することになる。この際、２次コイル１３２の内部の磁性体１７０には、１次コイル１３１による磁束の変化を妨害する方向に磁束が発生し、その磁束によって起電力が発生して電流が流れるようになる。この際、１次コイル１３１に入力された信号に対する２次コイル１３２の信号は次の数式で表現することができる。

ここで、Ｖ_１はコモンモードノイズが除去された直後に信号の大きさが減少された信号の大きさ、即ち、１次コイル１３１に入力される信号（電圧）の大きさを意味し、Ｖ_２は２次コイル１３２から出力される信号（電圧）の大きさを意味する。

上記の数式から分かるように、同一の磁性体１７０に巻取されている二つのコイル１３１、１３２のコイル数が異なる場合、電磁誘導作用によって、二つのコイル１３１、１３２の信号（電圧）の大きさがコイル数によって変わる。

即ち、２次コイル１３２のコイル数（ｎ２）が１次コイル１３１のコイル数（ｎ１）より多い場合、その相対比であるｎ_２／ｎ_１分だけ入力信号が増幅されて出力される。

図２は、上記の本発明の信号補償機能を有するコモンモードフィルタの詳細機能を図式的に説明する図面である。

図２を参照すると、フィルタが適用される電子素子の種類及び位置によって、発生するコモンモードノイズの大きさが変わるため、信号補償用第２導体コイル部１３０のコイル数（ｎ１、ｎ２）はそれに対応して変わる。差動送信回路で入力される１８０度位相の信号は入力Ｘ、入力Ｙ端子にそれぞれ入力され、ノイズ除去用の第１導体コイル部１２０を経てノイズが除去された後、さらに信号補償用第２導体コイル部１３０にそれぞれ入力される。

前記第２導体コイル部１３０で電磁誘導作用によって減少された信号分だけ信号が増幅され、外部電極１６０を介して素子内の回路に伝達される。また、このような原理を利用して、本発明の信号補償機能を備えたコモンモードフィルタを製作することができる。

上述したように、本発明による信号補償機能を有するコモンモードフィルタは、コモンモードノイズ除去用導体コイル部の他に、信号減少分補償用導体コイル部をさらに備えることにより、信号のノイズフィルタリング後に減少された差動伝送信号の減少分を補うことができる。

また、ノイズに対する信号の大きさが増幅されることにより、素子の性能を向上させることができるだけでなく、素子と連結される外部機器の状態によって発生し得る不測のノイズから信号（回路）を保護することができる。

以上、好ましい実施形態を参照して本発明について詳細に説明したが、本発明はこれに限定されず、本発明の技術的思想を外れない範囲内で多様に変更、応用されることができることは当該技術分野の通常の技術者において自明である。従って、本発明の真の保護範囲は添付の特許請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等な範囲内の全ての技術的思想は本発明の権利範囲に含まれると解釈されるべきである。

１１０ 磁性体基板
１２０ 第１導体コイル部
１３０ 第２導体コイル部
１３１ １次コイル
１３２ ２次コイル
１４０ 導体コイル
１５０ リード線
１６０ 外部電極
１７０ 磁性体コア

Claims (5)

1. コモンモードフィルタのベースを成す磁性体基板と、
   前記磁性体基板の表面に形成され、回路で発生するコモンモードノイズを除去するための第１導体コイル部と、
   前記第１導体コイル部と電気的に連結されて第１導体コイル部の上層部に形成され、前記第１導体コイル部によるノイズ除去による回路の信号減少分を補うための第２導体コイル部と、を含む、信号補償機能を有するコモンモードフィルタ。
2. 前記第２導体コイル部は１次コイル及び２次コイルで構成され、２次コイルの巻線数が１次コイルの巻線数より大きいように構成される、請求項１に記載の信号補償機能を有するコモンモードフィルタ。
3. 前記１次コイルと２次コイルは同一の磁性体コアに巻取される、請求項２に記載の信号補償機能を有するコモンモードフィルタ。
4. 前記磁性体基板は、鉄、珪素鋼、パーマロイ（ｐｅｒｍａｌｌｏｙ）、マンガン、亜鉛、フェライト（ｆｅｒｒｉｔｅ）のうち何れか一つまたは二つ以上の複合体で構成される、請求項１に記載の信号補償機能を有するコモンモードフィルタ。
5. 前記第１導体コイル部は複数の層構造で構成される、請求項１に記載の信号補償機能を有するコモンモードフィルタ。

Images