JP2016111418A - Common mode filter - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a common mode filter that can achieve practicable filter characteristics and high integration.SOLUTION: The common mode filter comprises: a first capacitor 91 provided in a first transmission line L1; a first inductor 11 and a second inductor 21 which are arranged to sandwich a second capacitor 92 provided in a second transmission line L2 and connect the first transmission line L1 to a second transmission line L2; a crossing position of a crossing line which crosses a space between the first transmission line L1 and the second transmission line L2 and connect the lines; third-sixth capacitors 31, 32, 41 and 42 provided on respective lines which link the first transmission line L1 to the second transmission line L2; seventh and eighth capacitors 51 and 71 provided at a position closer to an input than the first inductor 11 and at a position closer to an output than the second inductor 21 respectively; and ninth and tenth capacitors 62 and 82. The crossing line is grounded on the earth at the crossing position.SELECTED DRAWING: Figure 17

Description

本発明は差動伝送に用いられるコモンモードフィルタに関する。   The present invention relates to a common mode filter used for differential transmission.

差動伝送技術は、伝送線路を介して信号を伝送する際に、2本の平行に配置した線路に差動信号(ディファレンシャルモード)を伝播させることにより、電磁的な妨害波が外部に作用しないようにする(EMC対策)ためのものである。この差動伝送技術においては、同相成分(コモンモード)のノイズが伝播すると、ノイズ輻射によりEMC対策が阻害されることから、コモンモード成分を抑制するコモンモードフィルタが必ず用いられる。   In the differential transmission technology, when transmitting a signal via a transmission line, the electromagnetic interference wave does not act on the outside by propagating the differential signal (differential mode) through two parallel lines. It is for doing (EMC measures). In this differential transmission technology, when in-phase component (common mode) noise propagates, EMC countermeasures are hindered by noise radiation, so a common mode filter that suppresses common mode components is always used.

従前のコモンモードフィルタは、コモンモードチョークコイルやチップ素子を用いたフィルタが一般的であった。これに対し、従前のコモンモードフィルタとは動作原理が異なる擬似伝送線路理論に基づくコモンモードフィルタが提案されている(特許文献1)。図20は、擬似伝送線路理論に基づくコモンモードフィルタの構成例を示す。このコモンモードフィルタは、第1の伝送線路L1と第2の伝送線路L2に、それぞれ入力側のAパターン部L1A、L2A、出力側のBパターン部L1B、L2B、中間接続パターン部L1C、L2Cを設けた構成を備える。   Conventional common mode filters are generally filters using a common mode choke coil or a chip element. On the other hand, a common mode filter based on a pseudo transmission line theory having a different operation principle from a conventional common mode filter has been proposed (Patent Document 1). FIG. 20 shows a configuration example of a common mode filter based on the pseudo transmission line theory. This common mode filter has an input side A pattern portion L1A, L2A, an output side B pattern portion L1B, L2B, and an intermediate connection pattern portion L1C, L2C on the first transmission line L1 and the second transmission line L2, respectively. The provided structure is provided.

図21は、図20の等価回路である。等価回路は、各パターン部及び各パターン部間のキャパシタンス成分、インダクタンス成分を考慮して構成されている。このコモンモードフィルタは、コモンモードのノイズ信号を遮断し、ディファレンシャルモードについては、通したい周波数領域の信号のみ通過させるという作用をなす。
擬似伝送線路理論に基づくコモンモードフィルタは、図20に示すように、薄膜パターンの線幅や形状を適宜設計することによって形成することができ、容易に小型化、薄型化が可能である。
FIG. 21 is an equivalent circuit of FIG. The equivalent circuit is configured in consideration of each pattern portion and the capacitance component and inductance component between the pattern portions. This common mode filter cuts off the common mode noise signal and allows the differential mode to pass only the signal in the desired frequency region.
As shown in FIG. 20, the common mode filter based on the pseudo transmission line theory can be formed by appropriately designing the line width and shape of the thin film pattern, and can be easily reduced in size and thickness.

特開2012−191530号公報JP 2012-191530 A

擬似伝送線路理論に基づく従来のコモンモードフィルタは、図21の等価回路に示すように、6個のインダクタと8個のキャパシタを構成素子としている。これらの構成素子のうち、インダクタは占有面積が大きくなるため、デバイスに組み込む際の高集積化が阻害されるという問題があった。
本発明は、従来のコモンモードフィルタに用いられているインダクタの数を減らすことにより回路の簡素化を図り、小型化、高集積化を可能とするコモンモードフィルタを提供することを目的とする。
As shown in the equivalent circuit of FIG. 21, the conventional common mode filter based on the pseudo transmission line theory includes six inductors and eight capacitors. Among these constituent elements, the inductor occupies a large area, and there is a problem in that high integration is hindered when incorporated in a device.
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a common mode filter that simplifies a circuit by reducing the number of inductors used in a conventional common mode filter, and can be miniaturized and highly integrated.

本発明に係るコモンモードフィルタは、インダクタとキャパシタによって構成されているコモンモードフィルタの回路構成をできるだけ簡略化するとともに、特定の周波数帯域の透過特性を損なわず、かつコモンモードを効果的に遮断するフィルタ特性を備えるものとして考えられたものである。その構成としては、インダクタとキャパシタによって構成される基本的なコモンモードフィルタのユニットを2つ縦続する構成とし、2ユニットのフィルタを縦続したことにより複雑となる回路構成を簡素化し、高集積化されたデバイスにも容易に組み込むことを可能にしたことを特徴とする。   The common mode filter according to the present invention simplifies the circuit configuration of the common mode filter configured by the inductor and the capacitor as much as possible, and effectively blocks the common mode without impairing the transmission characteristics in a specific frequency band. This is considered to have filter characteristics. As the configuration, two basic common mode filter units composed of an inductor and a capacitor are cascaded, and the circuit configuration which is complicated by cascading two units of filters is simplified and highly integrated. It can be easily incorporated into other devices.

すなわち、本発明に係るコモンモードフィルタは、信号を伝送する第1の伝送線路に設けた第1のキャパシタと、第2の伝送線路に設けた第2のキャパシタを挟む配置として、前記第1の伝送線路と前記第2の伝送線路との間を接続する第1のインダクタ及び第2のインダクタと、前記第1の伝送線路と前記第2の伝送線路との間を交差して接続する交差線路の交差位置と、前記第1の伝送線路と前記第2の伝送線路とを結ぶそれぞれの線路上に設けた第3、第4、第5、第6のキャパシタと、前記第1の伝送線路上と前記第2の伝送線路上において、前記第1のインダクタよりも入力側の位置、前記第2のインダクタよりも出力側の位置に、それぞれ設けた第7、第8のキャパシタと、第9、第10のキャパシタとを備え、前記交差線路が交差位置において接地されていることを特徴とする。   That is, the common mode filter according to the present invention has an arrangement in which the first capacitor provided in the first transmission line for transmitting a signal and the second capacitor provided in the second transmission line are sandwiched between the first capacitor and the first capacitor. A first inductor and a second inductor that connect between the transmission line and the second transmission line, and a crossing line that crosses and connects the first transmission line and the second transmission line A third, fourth, fifth, and sixth capacitor provided on each line connecting the first transmission line and the second transmission line, and on the first transmission line. And on the second transmission line, seventh and eighth capacitors respectively provided at positions closer to the input side than the first inductor and closer to the output side than the second inductor, A tenth capacitor, and the intersection line intersects Characterized in that it is grounded at the position.

前記第1のインダクタ及び第2のインダクタのインダクタンスと、前記第1〜第10のキャパシタのキャパシタンスについては、伝送信号の周波数帯域に応じて、適宜設定すればよい。標準的には、前記第1のインダクタと第2のインダクタが、相互に同一のインダクタンスに設定され、前記第1のキャパシタと第2のキャパシタが、相互に同一のキャパシタンスに設定され、前記第3〜第6のキャパシタが、相互に同一のキャパシタンスに設定され、前記第7〜第10のキャパシタが、相互に同一のキャパシタンスに設定されている構成が用いられる。   The inductances of the first and second inductors and the capacitances of the first to tenth capacitors may be appropriately set according to the frequency band of the transmission signal. Typically, the first inductor and the second inductor are set to have the same inductance, the first capacitor and the second capacitor are set to the same capacitance, and the third capacitor A configuration is used in which the sixth to sixth capacitors are set to the same capacitance, and the seventh to tenth capacitors are set to the same capacitance.

前記コモンモードフィルタは、高集積化してデバイスに組み込む方法として、前記第1のインダクタ及び第2のインダクタと、前記第1〜第10のキャパシタとを、絶縁層を厚さ方向に挟む配置に導体パターンを形成した積層構造とする方法が有効であり、前記第1のインダクタと第2のインダクタは、巻線構造の導体パターンとして設け、前記第1〜第10のキャパシタは、それぞれ前記絶縁層を挟んで対向配置する平行平板形の導体パターンとして設け、前記第1〜第10のキャパシタは、前記第1のインダクタと前記第2のインダクタが配置される平面領域と重複しない配置に設けることによりコモンモードフィルタを構成することができる。
また、前記第1のインダクタ及び第2のインダクタのキャパシタンスは、前記巻線構造の巻数、線幅、線間、導体パターンの厚さに基づいて規定され、前記第1〜第10のキャパシタのキャパシタンスは、前記対向配置される導体パターンの面積と前記絶縁層の誘電率、絶縁層の厚さに基づいて規定される。
The common mode filter is a method of integrating the first inductor, the second inductor, and the first to tenth capacitors in an arrangement that sandwiches an insulating layer in the thickness direction, as a method of highly integrating the device into a device. A method of forming a laminated structure in which a pattern is formed is effective. The first inductor and the second inductor are provided as conductor patterns of a winding structure, and the first to tenth capacitors are each provided with the insulating layer. Provided as parallel plate conductor patterns arranged opposite to each other, and the first to tenth capacitors are arranged in an arrangement that does not overlap with a planar region in which the first inductor and the second inductor are arranged. A mode filter can be constructed.
The capacitances of the first inductor and the second inductor are defined based on the number of turns, the line width, the line spacing, and the thickness of the conductor pattern of the winding structure, and the capacitances of the first to tenth capacitors. Is defined on the basis of the area of the conductive pattern disposed opposite to the dielectric layer, the dielectric constant of the insulating layer, and the thickness of the insulating layer.

本発明に係るコモンモードフィルタは、等価回路として2つのインダクタを含む簡素化した回路構成となることから、導体パターンを用いてインダクタとキャパシタとを構成することにより、高集積化されたデバイスにも容易に組み込むことができ、コモンモードの遮断作用とディファレンシャルモードの透過作用に優れたコモンモードフィルタとして提供することができる。   The common mode filter according to the present invention has a simplified circuit configuration including two inductors as an equivalent circuit. Therefore, by configuring an inductor and a capacitor using a conductor pattern, a highly integrated device can be used. It can be easily incorporated, and can be provided as a common mode filter excellent in common mode blocking action and differential mode transmission action.

1ユニット構成のコモンモードフィルタの等価回路である。It is the equivalent circuit of the common mode filter of 1 unit structure. コモンモードフィルタ(1ユニット)の構成を示す組み立て斜視図である(設計値は0.7〜1.0[GHz]帯)。It is an assembly perspective view which shows the structure of a common mode filter (1 unit) (a design value is 0.7-1.0 [GHz] band). コモンモードフィルタの積層構造に対応して図1を書き換えた等価回路である。FIG. 3 is an equivalent circuit in which FIG. 1 is rewritten in correspondence with the laminated structure of the common mode filter. コモンモードフィルタのフィルタ特性を分析した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having analyzed the filter characteristic of a common mode filter. コモンモードフィルタ(1ユニット)の構成を示す組み立て斜視図である(設計値は1.8〜2.0[GHz]帯)。It is an assembly perspective view which shows the structure of a common mode filter (1 unit) (a design value is 1.8-2.0 [GHz] band). コモンモードフィルタのフィルタ特性を分析した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having analyzed the filter characteristic of a common mode filter. 図1の等価回路を2つ接続した回路(2ユニット構成)である。、2 is a circuit (two unit configuration) in which two equivalent circuits of FIG. 1 are connected. , 2ユニット構成のコモンモードフィルタ(0.7〜1.0[GHz])の平面図である。It is a top view of the common mode filter (0.7-1.0 [GHz]) of 2 unit structure. 図8のコモンモードフィルタのフィルタ作用を三次元電磁界解析により分析した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having analyzed the filter action of the common mode filter of Drawing 8 by three-dimensional electromagnetic field analysis. 2ユニット構成のコモンモードフィルタ(1.8〜2.0[GHz])の平面図である。It is a top view of the common mode filter (1.8-2.0 [GHz]) of 2 unit structure. 図10のコモンモードフィルタのフィルタ作用を分析した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having analyzed the filter action of the common mode filter of FIG. 図8のコモンモードフィルタと同一の積層構造を備えるコモンモードフィルタを実際に製作したものの平面写真である。It is a top view photograph of what actually manufactured the common mode filter provided with the same laminated structure as the common mode filter of FIG. 図12のコモンモードフィルタのフィルタ特性を実測した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the filter characteristic of the common mode filter of FIG. 図10のコモンモードフィルタと同一の積層構造を備えるコモンモードフィルタを実際に製作したものの平面写真である。It is a top view photograph of what actually manufactured the common mode filter provided with the same laminated structure as the common mode filter of FIG. 図14のコモンモードフィルタのフィルタ特性を実測した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having measured the filter characteristic of the common mode filter of FIG. 図7の等価回路を簡略化した回路である。8 is a circuit obtained by simplifying the equivalent circuit of FIG. 図16の等価回路を書き換えた回路である。It is the circuit which rewritten the equivalent circuit of FIG. 図17の等価回路を書き換えた回路である。It is the circuit which rewritten the equivalent circuit of FIG. 図18に示す等価回路に対応して、コモンモードフィルタを積層構造として構成した組み立て斜視図である。FIG. 19 is an assembled perspective view in which a common mode filter is configured as a laminated structure corresponding to the equivalent circuit shown in FIG. 18. 擬似伝送線路理論に基づくコモンモードフィルタの構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the common mode filter based on a pseudo transmission line theory. 図20のコモンモードフィルタの等価回路である。It is an equivalent circuit of the common mode filter of FIG.

(コモンモードフィルタ回路:1ユニット構成)
本発明においてコモンモードフィルタとして検討している構成は、キャパシタとインダクタとなる導体パターンを形成した層を絶縁層を挟んで積層することにより、パターン間あるいは線間に寄生するキャパシタンス成分、インダクタンス成分を構成して、コモンモードフィルタとするものである。
(Common mode filter circuit: 1 unit configuration)
In the configuration considered as a common mode filter in the present invention, a capacitor and a layer formed with a conductor pattern serving as an inductor are stacked with an insulating layer interposed therebetween, so that a parasitic capacitance component and an inductance component between patterns or lines can be reduced. The common mode filter is configured.

図1は、コモンモードフィルタの基本単位(ユニット)として当初検討したコモンモードフィルタの等価回路を示す。
このコモンモードフィルタは、信号を伝送する第1の伝送線路L1と第2の伝送線路L2との間を、インダクタ11(インダクタンス:2LL)により接続するとともに、インダクタ11と並列に、キャパシタ31(キャパシタンス:CR)とキャパシタ41(キャパシタンス:CR)を直列接続により配置した構成を備える。
キャパシタ31とキャパシタ41とを接続する中間位置は接地電位とする。なお、インダクタ11のインダクタンスを2LLと表しているのは、キャパシタンス31、41と並列にインダクタンスLLの2つのインダクタを直列配置した回路を想定しているためである。
また、第1の伝送線路L1と第2の伝送線路L2には、インダクタ11及びキャパシタ31、41との結節点を挟む配置に、それぞれ、キャパシタ51、キャパシタ61(キャパシタンス:CL)と、キャパシタ71、キャパシタ81(キャパシタンス:CL)を設ける。
FIG. 1 shows an equivalent circuit of a common mode filter initially examined as a basic unit (unit) of the common mode filter.
This common mode filter connects a first transmission line L1 and a second transmission line L2 for transmitting signals by an inductor 11 (inductance: 2L L ), and in parallel with the inductor 11, a capacitor 31 ( Capacitance: C R ) and capacitor 41 (capacitance: C R ) are arranged in series connection.
An intermediate position connecting the capacitor 31 and the capacitor 41 is set to the ground potential. The reason why the inductance of the inductor 11 is expressed as 2L L is that a circuit in which two inductors of inductance L L are arranged in series in parallel with the capacitances 31 and 41 is assumed.
Further, the first transmission line L1 and the second transmission line L2 are arranged so as to sandwich the node between the inductor 11 and the capacitors 31, 41, respectively, the capacitor 51, the capacitor 61 (capacitance: C L ), and the capacitor 71 and a capacitor 81 (capacitance: C L ) are provided.

図2は図1に示す等価回路に相当するコモンモードフィルタをデバイスに組み込む構造とするため、導体パターンを備える積層構造として構成した例である。
図2に示すコモンモードフィルタは、全体形状を矩形の平面形状とし、導体パターンを配した第1層と、絶縁層からなる第2層と、インダクタとキャパシタを構成する導体パターンを形成した第3層とからなる。
インダクタ11は第3層の中央部に配置し、第1層と第3層に形成するキャパシタとなる導体パターンは、インダクタ11の周囲に配置する。インダクタ11を配置する領域を導体パターンの空域としているのは、インダクタ11を配置する領域に重複して導体パターンを配置すると、インダクタ11のQ値が大きく低下してしまうためである。
FIG. 2 shows an example in which a common mode filter corresponding to the equivalent circuit shown in FIG.
The common mode filter shown in FIG. 2 has a rectangular planar shape as a whole, a first layer in which a conductor pattern is arranged, a second layer made of an insulating layer, and a third pattern in which a conductor pattern constituting an inductor and a capacitor is formed. Consists of layers.
The inductor 11 is disposed in the center of the third layer, and the conductor pattern that forms the capacitor formed in the first layer and the third layer is disposed around the inductor 11. The reason why the area where the inductor 11 is disposed is used as the air space of the conductor pattern is that when the conductor pattern is disposed overlapping the area where the inductor 11 is disposed, the Q value of the inductor 11 is greatly reduced.

第1層には、キャパシタ31、41と、キャパシタ51、61、71、81となる導体パターンが形成されている。第2層は絶縁層である。
第3層には、インダクタ11の他に、キャパシタ31、41と、キャパシタ51、61、71、81となる導体パターンが形成されている。
それぞれのキャパシタは、第2層の絶縁層を第1層の導体パターンと第3層の導体パターンとで挟むことにより、平行平板キャパシタとして構成される。
On the first layer, capacitors 31 and 41 and conductor patterns to be capacitors 51, 61, 71 and 81 are formed. The second layer is an insulating layer.
In the third layer, in addition to the inductor 11, capacitors 31 and 41 and conductor patterns to be capacitors 51, 61, 71 and 81 are formed.
Each capacitor is configured as a parallel plate capacitor by sandwiching a second insulating layer between a first layer conductor pattern and a third layer conductor pattern.

キャパシタ31、41と、キャパシタ51、61、71、81のキャパシタンスは、絶縁層(第2層)の厚さ、誘電率、導体パターンの対向する部分の面積によって決められる。
キャパシタ31、41のキャパシタンスCRは、絶縁層の厚さd、絶縁層の誘電率εr、導体パターンの面積SRに基づいて、次式(1)により与えられる。
CR = ε0εrSR /d・・・(1)
キャパシタ51、61、71、81のキャパシタンスCLは、次式(2)により与えられる。SLは導体パターンの対向する部分の面積である。絶縁層の厚さd、絶縁層の誘電率εrは上式と同一である。
CL = ε0εrSL /d・・・(2)
The capacitances of the capacitors 31, 41 and the capacitors 51, 61, 71, 81 are determined by the thickness of the insulating layer (second layer), the dielectric constant, and the area of the opposing portion of the conductor pattern.
The capacitance C R of the capacitors 31 and 41 is given by the following equation (1) based on the thickness d of the insulating layer, the dielectric constant ε r of the insulating layer, and the area S R of the conductor pattern.
C R = ε 0 ε r S R / d (1)
The capacitance C L of the capacitors 51, 61, 71, 81 is given by the following equation (2). S L is the area of the opposing portion of the conductor pattern. The thickness d of the insulating layer and the dielectric constant ε r of the insulating layer are the same as the above formula.
C L = ε 0 ε r S L / d (2)

インダクタ11のインダクタンスは、巻き数、線幅、線間によって決められる。
図2に示すコモンモードフィルタは、0.7〜1.0[GHz]帯でのフィルタとして構成する場合の設計例で、インダクタ11については、巻数:4turn、線幅10μm、線間10μmとした。インダクタ11の外形寸法は、横:610μm、縦:200μmである。
また、図2に本設計例でのコモンモードフィルタの外形寸法(縦:1220μm、横:1870μm)を示す。キャパシタ31、41に対応する導体パターンの面積SRの設計値は400×530μm2、キャパシタ51、61、71、81に対応する導体パターンの面積SLは400×640μm2である。
The inductance of the inductor 11 is determined by the number of turns, the line width, and the line spacing.
The common mode filter shown in FIG. 2 is a design example in the case of being configured as a filter in the 0.7 to 1.0 [GHz] band, and the inductor 11 has a winding number of 4 turns, a line width of 10 μm, and a line spacing of 10 μm. The outer dimensions of the inductor 11 are 610 μm in width and 200 μm in length.
FIG. 2 shows the external dimensions (vertical: 1220 μm, horizontal: 1870 μm) of the common mode filter in this design example. The design value of the conductor pattern area S R corresponding to the capacitors 31 and 41 is 400 × 530 μm 2 , and the conductor pattern area S L corresponding to the capacitors 51, 61, 71, and 81 is 400 × 640 μm 2 .

なお、インダクタ11の中心点はビア接続により第1層に形成した接続線Aに接続する。接続線Aは第1層の縁部まで延出し、延出端からビアを介して第3層のキャパシタ71、81となる導体パターンに接続される。   The center point of the inductor 11 is connected to the connection line A formed in the first layer by via connection. The connection line A extends to the edge of the first layer, and is connected from the extended end to the conductor pattern that becomes the capacitors 71 and 81 of the third layer through vias.

図3に、図1に示した等価回路を、図2に示すコモンモードフィルタの積層構造に対応して書き換えた図を示す。図3と図1とはまったく同一の回路である。図3と図2とを対比してみると、絶縁層を挟んで対向する導体パターン間において、それぞれキャパシタが形成されていることがわかる。
図2において、キャパシタ51となる導体パターンとキャパシタ61となる導体パターンは、それぞれ第1の伝送線路の入力ポートと出力ポートに接続され、キャパシタ71となる導体パターンとキャパシタ81となる導体パターンは、それぞれ第2の伝送線路の入力ポートと出力ポートに接続される。また、キャパシタ31とキャパシタ41はグランド層に接続される。
FIG. 3 shows a diagram in which the equivalent circuit shown in FIG. 1 is rewritten corresponding to the laminated structure of the common mode filter shown in FIG. 3 and FIG. 1 are exactly the same circuits. Comparing FIG. 3 and FIG. 2, it can be seen that capacitors are formed between the conductive patterns facing each other with the insulating layer interposed therebetween.
In FIG. 2, the conductor pattern to be the capacitor 51 and the conductor pattern to be the capacitor 61 are respectively connected to the input port and the output port of the first transmission line, and the conductor pattern to be the capacitor 71 and the conductor pattern to be the capacitor 81 are Each is connected to the input port and output port of the second transmission line. Capacitor 31 and capacitor 41 are connected to the ground layer.

図4は、上述したコモンモードフィルタの設計値にしたがって、コモンモードフィルタの周波数特性を三次元電磁界解析により分析した結果を示す。なお、キャパシタ31、41のキャパシタンスCR=5.6pF、キャパシタ51、61、71、81のキャパシタンスCL=6.8pF、インダクタンスLL=3.6nH、すなわちインダクタ11のインダクタンス2LL=7.2nHである。
図4に示す分析結果を見ると、0.7〜1.0[GHz]の周波数帯域でのコモンモードの遮蔽作用は、-6dB程度であり、実用性を勘案すると求められる-15dBの遮蔽作用と比べると、遮蔽作用として実用できるレベルにないことがわかる。
FIG. 4 shows the result of analyzing the frequency characteristics of the common mode filter by three-dimensional electromagnetic field analysis in accordance with the design values of the common mode filter described above. Note that the capacitance C R of the capacitors 31, 41 is 5.6 pF, the capacitance C L of the capacitors 51, 61, 71, 81 is 6.8 pF, and the inductance L L is 3.6 nH, that is, the inductance 2L L of the inductor 11 is 7.2 nH.
When the analysis result shown in FIG. 4 is seen, the shielding action of the common mode in the frequency band of 0.7 to 1.0 [GHz] is about -6 dB, and compared with the shielding action of -15 dB required in consideration of practicality, It can be seen that there is no practical level of shielding.

図5は、図2に示したコモンモードフィルタと同様な積層構造を備え、1.8〜2.0[GHz]帯でのコモンモードフィルタとして使用することを想定して設計した例である。この例では、インダクタ11の巻数:2turn、線幅20μm、線間30μmとし、インダクタ11の外形寸法を、横:1460μm、縦:930μmとした。SRの設計値は490×290μm2、SLの設計値は210×490μm2である。キャパシタンスについてのパラメータは、CR=3.7pF、CL=2.7pF、インダクタンスLL=1.2nH、インダクタ11のインダクタンス2LL=2.4nHである。 FIG. 5 shows an example of a design that is assumed to have a laminated structure similar to the common mode filter shown in FIG. 2 and to be used as a common mode filter in the 1.8 to 2.0 [GHz] band. In this example, the number of turns of the inductor 11 is 2 turns, the line width is 20 μm, the line spacing is 30 μm, and the outer dimensions of the inductor 11 are 1460 μm in width and 930 μm in length. Design value of S R is the design value of 490 × 290μm 2, S L is 210 × 490μm 2. Parameters for capacitance are C R = 3.7 pF, C L = 2.7 pF, inductance L L = 1.2 nH, and inductance 2L L of inductor 11 = 2.4 nH.

図6に、上記設計条件により図5に示すコモンモードフィルタの周波数特性を三次元電磁界解析により分析した結果を示す。図6に示すように、1.8〜2.0[GHz]帯におけるコモンモードフィルタの遮蔽特性を見ると、-8dB程度であり、実用レベルである-15dBを満足するものではないことがわかる。   FIG. 6 shows the result of analyzing the frequency characteristics of the common mode filter shown in FIG. 5 by three-dimensional electromagnetic field analysis under the above design conditions. As shown in FIG. 6, when the shielding characteristic of the common mode filter in the 1.8 to 2.0 [GHz] band is seen, it is about -8 dB, which does not satisfy the practical level of -15 dB.

(コモンモードフィルタ回路:2ユニット構成)
上述したコモンモードフィルタは、キャパシタとインダクタとを構成する導体パターンを積層構造として形成したものであり、図2、図5に示すように、きわめて微細なパターンとして形成することができ、高集積化されたデバイスに組み込むことが可能であるという特徴がある。しかしながら、コモンモードフィルタとしての実用可能性については不十分である。
そこで、本発明者は、上述したフィルタユニットを2つ直列に接続した2ユニット構造からなるコモンモードフィルタについて検討した。
(Common mode filter circuit: 2 unit configuration)
The common mode filter described above is formed by forming a conductor pattern constituting a capacitor and an inductor as a laminated structure, and can be formed as a very fine pattern as shown in FIGS. It can be incorporated into a manufactured device. However, the practical applicability as a common mode filter is insufficient.
Therefore, the present inventor has studied a common mode filter having a two-unit structure in which two filter units described above are connected in series.

図7に、図1に示す等価回路の2ユニットを直列接続した回路を示す。図7に示すコモンモードフィルタは、図1に示した、インダクタ11、キャパシタ31、41、キャパシタ51、61、71、81からなるフィルタユニットと同形のフィルタユニット、すなわち、インダクタ21(インダクタンス:2LL)、キャパシタ31、41(キャパシタンス:CR)、キャパシタ51、61、71、81(キャパシタタンス:CL)を備えるユニットを接続したものである。 FIG. 7 shows a circuit in which two units of the equivalent circuit shown in FIG. 1 are connected in series. The common mode filter shown in FIG. 7 is a filter unit having the same shape as the filter unit including the inductor 11, the capacitors 31, 41, and the capacitors 51, 61, 71, 81 shown in FIG. 1, that is, the inductor 21 (inductance: 2L L ), Capacitors 31, 41 (capacitance: C R ) and capacitors 51, 61, 71, 81 (capacitance: C L ) are connected.

図8は、図2に示した積層構造からなるコモンモードフィルタのユニットを2つ直列に接続した2ユニット構成のコモンモードフィルタの平面図である。
図2に示したコモンモードフィルタは、0.7〜1.0[GHz]帯の差動伝送に用いるフィルタである。図8に示すコモンモードフィルタは、図2に示したコモンモードフィルタと同一の設計値のインダクタ及びキャパシタを備える。なお、図2に示したフィルタユニットでは、横幅が1870μmであり、ユニットを連結すると横幅は3740μmとなるが、ここでは横幅を3750μmとしている。
FIG. 8 is a plan view of a common mode filter having a two-unit configuration in which two common mode filter units having the laminated structure shown in FIG. 2 are connected in series.
The common mode filter shown in FIG. 2 is a filter used for differential transmission in the 0.7 to 1.0 [GHz] band. The common mode filter shown in FIG. 8 includes an inductor and a capacitor having the same design values as the common mode filter shown in FIG. In the filter unit shown in FIG. 2, the horizontal width is 1870 μm, and when the units are connected, the horizontal width is 3740 μm, but here the horizontal width is 3750 μm.

図9は、図8に示したコモンモードフィルタのフィルタ作用を三次元電磁界解析により分析した結果を示す。
図9に示す分析結果は、0.7〜1.0[GHz]の周波数帯域においては、コモンモードについて-14dB程度の遮蔽作用があり、ディファレンシャルモードについては、実用レベルである-3dBを超えることを示す。図中のCMRRは、Commom Mode Rejection Ratio:同相信号除去比(|S21com|-|S21diff|)である。コモンモードフィルタを2ユニット連結したことにより、図4に示した1ユニット構造のコモンモードフィルタの作用と比較して遮蔽作用が大きく改善され、実用レベルになることがわかる。
FIG. 9 shows the result of analyzing the filter action of the common mode filter shown in FIG. 8 by three-dimensional electromagnetic field analysis.
The analysis result shown in FIG. 9 shows that in the frequency band of 0.7 to 1.0 [GHz], the common mode has a shielding action of about −14 dB, and the differential mode exceeds −3 dB which is a practical level. CMRR in the figure is a Commom Mode Rejection Ratio (| S 21com |-| S 21diff |). It can be seen that by connecting two units of the common mode filter, the shielding effect is greatly improved as compared with the operation of the common mode filter having the single unit structure shown in FIG.

図10は、図5に示した1.8〜2.0[GHz]の周波数帯域の信号を差動伝送させる積層構造を有するコモンモードフィルタのユニットを2つ直列に接続したコモンモードフィルタの平面図である。インダクタとキャパシタの設計値は図5のコモンモードフィルタと同一である。図5に示すコモンモードフィルタを2つ連結すると横幅は2920μmであるが、ここでは横幅を2930μmとしている。   FIG. 10 is a plan view of a common mode filter in which two units of a common mode filter having a laminated structure for differential transmission of signals in the frequency band of 1.8 to 2.0 [GHz] shown in FIG. 5 are connected in series. The design values of the inductor and the capacitor are the same as those of the common mode filter of FIG. When two common mode filters shown in FIG. 5 are connected, the lateral width is 2920 μm, but here the lateral width is 2930 μm.

図11は、図10に示したコモンモードフィルタのフィルタ作用を分析した結果を示す。図11から、1.8〜2.0[GHz]の周波数帯域においては、ディファレンシャルモードについては、-3dBを超えており、コモンモードについては-15dBをクリアしている。すなわち、コモンモードフィルタを2ユニット連結したことにより、実用として十分に利用することができるコモンモードフィルタが得られる。   FIG. 11 shows the result of analyzing the filter action of the common mode filter shown in FIG. From FIG. 11, in the frequency band of 1.8 to 2.0 [GHz], the differential mode exceeds −3 dB, and the common mode clears −15 dB. That is, by connecting two units of the common mode filter, it is possible to obtain a common mode filter that can be used sufficiently for practical use.

図12は、図8に示したコモンモードフィルタと同一の積層構造を備えるコモンモードフィルタを実際に製作したものの平面写真である。銅箔をラミネートしたポリイミドフィルムの銅箔をエッチングすることにより第1層と第3層の導体パターンを形成することができる。第1層と第3層の導体パターンをそれぞれ形成したフィルムを積層し、ビア接続により層間の導体パターンを電気的に接続することによってコモンモードフィルタを製作することができる。   FIG. 12 is a plan view of a actually manufactured common mode filter having the same laminated structure as the common mode filter shown in FIG. The conductor patterns of the first layer and the third layer can be formed by etching the copper foil of the polyimide film laminated with the copper foil. A common mode filter can be manufactured by laminating films each formed with the first layer and third layer conductor patterns and electrically connecting the interlayer conductor patterns by via connection.

図13は、図12に示したコモンモードフィルタのフィルタ特性を実測した結果と分析値を対比して示す。実測の結果、0.7〜1.0[GHz]帯におけるディファレンシャルモードの透過係数は、-4.2dBであり、コモンモードの透過係数、-12.8dBであった。これらの値は分析値よりも若干劣っているが、実用レベルにあると言ってよい。なお、0.7〜1.0[GHz]帯におけるQ値は11.7〜14.1であった。   FIG. 13 shows the result of actual measurement of the filter characteristics of the common mode filter shown in FIG. 12 in comparison with the analysis value. As a result of actual measurement, the transmission coefficient of the differential mode in the 0.7 to 1.0 [GHz] band was −4.2 dB, and the transmission coefficient of the common mode was −12.8 dB. Although these values are slightly inferior to the analytical values, it can be said that they are at a practical level. The Q value in the 0.7 to 1.0 [GHz] band was 11.7 to 14.1.

図14は、図10に示したコモンモードフィルタと同一の積層構造を備えるコモンモードフィルタを実際に製作したものの平面写真である。
図15は、図14に示したコモンモードフィルタのフィルタ特性を実測した結果と分析値を示す。実測の結果、1.8〜2.0[GHz]帯におけるディファレンシャルモードの透過係数は、-2.8dBであり、コモンモードの透過係数は、-15dBであった。これらの値はコモンモードフィルタとして十分に実用レベルとなる良い結果を示している。なお、1.8〜2.0[GHz]帯におけるQ値は18.6〜19.6であった。
FIG. 14 is a plan view of a actually manufactured common mode filter having the same laminated structure as the common mode filter shown in FIG.
FIG. 15 shows the results of actual measurement and analysis values of the filter characteristics of the common mode filter shown in FIG. As a result of actual measurement, the transmission coefficient in the differential mode in the 1.8 to 2.0 [GHz] band was −2.8 dB, and the transmission coefficient in the common mode was −15 dB. These values show good results that are sufficiently practical for a common mode filter. The Q value in the 1.8 to 2.0 [GHz] band was 18.6 to 19.6.

(コモンモードフィルタ回路の簡略化)
上述したように、図1に示した等価回路を2つ連結した構成からなるコモンモードフィルタ(図7)は、十分に実用可能なコモンモードフィルタの特性を備えることがわかる。しかしながら、図7の透過回路に示すコモンモードフィルタは、キャパシタを12個備えており、回路が複雑である。そこで、図7に示す等価回路の構成を簡略化することを試みる。
(Simplified common mode filter circuit)
As described above, it can be seen that the common mode filter (FIG. 7) having a configuration in which two equivalent circuits shown in FIG. 1 are connected has a sufficiently practical common mode filter characteristic. However, the common mode filter shown in the transmission circuit of FIG. 7 includes 12 capacitors, and the circuit is complicated. Therefore, an attempt is made to simplify the configuration of the equivalent circuit shown in FIG.

図16は、第1の伝送線路L1と第2の伝送線路L2の中央位置にある2つのキャパシタ61、52と、キャパシタ81、72をまとめて、キャパシタ91、92(キャパシタンス:CL/2)として回路を簡略化したものである。
図17は、第1の伝送線路L1と第2の伝送線路L2との間を接続する4つのキャパシタ31、41、32、42を接地電位を共通としてブリッジ状に書き換えたものである。図17に示すように回路を書き換えることにより回路の構成が単純化され、コモンモードフィルタを積層構造として構成することが容易になる。
図18は、コモンモードフィルタを積層構造として形成する際に、インダクタ11、21をキャパシタとなる導体パターンを形成する層とは別の層に形成する場合を考慮して、インダクタ11、21をキャパシタ31、32、41、42とは結節させずに書いたものである。
In FIG. 16, two capacitors 61 and 52 and capacitors 81 and 72 at the center position of the first transmission line L1 and the second transmission line L2 are combined into capacitors 91 and 92 (capacitance: C L / 2). The circuit is simplified as follows.
In FIG. 17, four capacitors 31, 41, 32, and 42 that connect between the first transmission line L1 and the second transmission line L2 are rewritten in a bridge shape with a common ground potential. As shown in FIG. 17, the circuit configuration is simplified by rewriting the circuit, and the common mode filter can be easily configured as a laminated structure.
FIG. 18 shows the case where the inductors 11 and 21 are formed in a layer structure in consideration of the case where the inductors 11 and 21 are formed in a layer different from the layer where the conductor pattern to be the capacitor is formed. 31, 32, 41, 42 are written without nodules.

図17、図18に示すコモンモードフィルタの等価回路の構成を説明すると次のようになる。すなわち、信号を伝送する第1の伝送線路L1に設けた第1のキャパシタ91と、第2の伝送線路L2に設けた第2のキャパシタ92を挟む配置として、第1の伝送線路L1と第2の伝送線路L2との間を接続する第1のインダクタ11及び第2のインダクタ21と、第1の伝送線路L1と第2の伝送線路L2との間を交差する配置に接続する交差線路の交差位置と、第1の伝送線路L1と第2の伝送線路L2とを結ぶそれぞれの線路上に、設けた第3、第4、第5、第6のキャパシタ31、32、41、42と、第1の伝送線路L1上と前記第2の伝送線路L2上において、第1のインダクタ11よりも入力側の位置、第2のインダクタ21よりも出力側の位置に、それぞれ設けた第7、第8のキャパシタ51、71と、第9、第10のキャパシタ62、82とを備え、前記交差線路が交差位置において接地されているものである。   The configuration of the equivalent circuit of the common mode filter shown in FIGS. 17 and 18 will be described as follows. That is, the first transmission line L1 and the second transmission line are arranged so as to sandwich the first capacitor 91 provided on the first transmission line L1 for transmitting a signal and the second capacitor 92 provided on the second transmission line L2. Of the first inductor 11 and the second inductor 21 that connect between the first transmission line L2 and the crossing line that connects the first transmission line L1 and the second transmission line L2. The third, fourth, fifth, and sixth capacitors 31, 32, 41, and 42 provided on the respective lines connecting the position and the first transmission line L1 and the second transmission line L2. On the first transmission line L 1 and the second transmission line L 2, seventh and eighth positions provided on the input side of the first inductor 11 and on the output side of the second inductor 21, respectively. Capacitors 51 and 71, and ninth and tenth capacitors 62 and 82, respectively. The crossing track is grounded at the crossing position.

図19は、図18に示す等価回路に対応して、コモンモードフィルタを積層構造として構成した例である。インダクタ11、21はキャパシタとなる導体パターンを形成した層とは別の層(最上層)に単体で形成している。この例ではインダクタ11、21を磁性体、たとえばFe微粒子を誘電体中に分散させた複合材料からなる層の表面に設けている。
図19の下層から一層目と2層目は、ポリイミドフィルム等の絶縁フィルムの表面に、導体パターンを形成している。第1の伝送線路L1上にあるキャパシタ51、62と、第2の伝送線路L2上にあるキャパシタ71、82となる導体パターンを積層構造体の長手方向の端部に配置し、長手方向の中央部に、キャパシタ31、31、91と、キャパシタ41、42、92となる導体パターンを対称的に配置する。
FIG. 19 shows an example in which the common mode filter is configured as a laminated structure corresponding to the equivalent circuit shown in FIG. The inductors 11 and 21 are formed as a single unit on a layer (uppermost layer) different from the layer on which the conductor pattern to be a capacitor is formed. In this example, the inductors 11 and 21 are provided on the surface of a layer made of a composite material in which a magnetic material, for example, Fe fine particles are dispersed in a dielectric.
In the first and second layers from the lower layer in FIG. 19, a conductor pattern is formed on the surface of an insulating film such as a polyimide film. Capacitors 51 and 62 on the first transmission line L1 and conductor patterns to be the capacitors 71 and 82 on the second transmission line L2 are arranged at the longitudinal ends of the laminated structure, and the center in the longitudinal direction In the part, capacitors 31, 31, 91 and conductor patterns to be capacitors 41, 42, 92 are arranged symmetrically.

インダクタ11、21の巻線の端点は、第2層に設けた第1の伝送線路L1とビア接続され、インダクタ11、21の中心の端点は、第2層に設けた接続線にビア接続され、接続線を介して第2の伝送線路L2に接続される。
図19に示すコモンモードフィルタは、磁性層の表面にインダクタ11、21を形成したことにより、磁性材をコアとするインダクタとなり、空心のインダクタを使用する場合と比較してコモンモードフィルタのフィルタ特性を向上させることができる。インダクタ11、21を磁性層の層内に作り込むことも可能であり、その場合も磁性材をコアとするインダクタとなる。
The end points of the windings of the inductors 11 and 21 are connected via vias to the first transmission line L1 provided in the second layer, and the central end points of the inductors 11 and 21 are connected via vias to connection lines provided in the second layer. , Connected to the second transmission line L2 via a connection line.
The common mode filter shown in FIG. 19 has inductors 11 and 21 formed on the surface of the magnetic layer, so that it becomes an inductor having a magnetic material as a core, and the filter characteristics of the common mode filter compared to the case of using an air-core inductor. Can be improved. It is also possible to make the inductors 11 and 21 in the layer of the magnetic layer, and in this case also, an inductor having a magnetic material as a core is obtained.

インダクタ11、21を磁性層上に形成するかわりに、図19の下から一番目の層にインダクタ11、21を作り込み、インダクタ11、21と二番目の層の第1の伝送線路L1、第2の伝送線路L2とを接続する構成、すなわち空心のインダクタを用いる構成とすることもできる。この場合は、インダクタ11、21をキャパシタとなる導体パターンを形成する層と共通層に形成することで、コモンモードフィルタの製造が容易になる。   Instead of forming the inductors 11 and 21 on the magnetic layer, the inductors 11 and 21 are formed in the first layer from the bottom of FIG. 19, and the inductors 11 and 21 and the first transmission line L1 and the second layer in the second layer are formed. It is also possible to adopt a configuration in which two transmission lines L2 are connected, that is, a configuration using an air-core inductor. In this case, the common mode filter can be easily manufactured by forming the inductors 11 and 21 in the common layer and the layer for forming the conductor pattern to be a capacitor.

本発明によれば、小型化、高集積化が可能でフィルタ特性に優れたコモンモードフィルタを提供することができ、信号伝送特性に優れた差動伝送技術に好適に適用できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the common mode filter which can be reduced in size and highly integrated, and was excellent in the filter characteristic can be provided, and can be applied suitably for the differential transmission technique excellent in the signal transmission characteristic.

11、21 インダクタ(2LL)
31、32、41、42 キャパシタ(CR)
51、52、61、62、71、72、81、82 キャパシタ(CL)
91、92 キャパシタ(CL/2)
L1 第1の伝送線路
L2 第2の伝送線路
11, 21 Inductor (2L L )
31, 32, 41, 42 Capacitor (C R )
51, 52, 61, 62, 71, 72, 81, 82 Capacitor (C L )
91, 92 capacitors (C L / 2)
L1 First transmission line
L2 Second transmission line

Claims (5)

信号を伝送する第1の伝送線路に設けた第1のキャパシタと、第2の伝送線路に設けた第2のキャパシタを挟む配置として、前記第1の伝送線路と前記第2の伝送線路との間を接続する第1のインダクタ及び第2のインダクタと、
前記第1の伝送線路と前記第2の伝送線路との間を交差して接続する交差線路の交差位置と、前記第1の伝送線路と前記第2の伝送線路とを結ぶそれぞれの線路上に設けた第3、第4、第5、第6のキャパシタと、
前記第1の伝送線路上と前記第2の伝送線路上において、前記第1のインダクタよりも入力側の位置、前記第2のインダクタよりも出力側の位置に、それぞれ設けた第7、第8のキャパシタと、第9、第10のキャパシタとを備え、
前記交差線路が交差位置において接地されていることを特徴とするコモンモードフィルタ。
The first transmission line and the second transmission line are arranged so as to sandwich the first capacitor provided on the first transmission line for transmitting a signal and the second capacitor provided on the second transmission line. A first inductor and a second inductor connecting between the two,
On the crossing position of the crossing line that crosses and connects the first transmission line and the second transmission line, and on each line that connects the first transmission line and the second transmission line Third, fourth, fifth and sixth capacitors provided;
On the first transmission line and the second transmission line, a seventh and an eighth provided respectively at a position closer to the input side than the first inductor and a position closer to the output side than the second inductor. And the ninth and tenth capacitors,
The common mode filter, wherein the crossing line is grounded at a crossing position.
前記第1のインダクタと第2のインダクタが、相互に同一のインダクタンスに設定され、
前記第1のキャパシタと第2のキャパシタが、相互に同一のキャパシタンスに設定され、
前記第3〜第6のキャパシタが、相互に同一のキャパシタンスに設定され、
前記第7〜第10のキャパシタが、相互に同一のキャパシタンスに設定されていることを特徴とする請求項1記載のコモンモードフィルタ。
The first inductor and the second inductor are set to have the same inductance;
The first capacitor and the second capacitor are set to have the same capacitance to each other;
The third to sixth capacitors are set to have the same capacitance with each other;
The common mode filter according to claim 1, wherein the seventh to tenth capacitors are set to have the same capacitance.
前記第1のインダクタ及び第2のインダクタと、前記第1〜第10のキャパシタとを、絶縁層を厚さ方向に挟む配置に導体パターンを形成した積層構造としたコモンモードフィルタであって、
前記第1のインダクタと第2のインダクタは、巻線構造の導体パターンとして設け、
前記第1〜第10のキャパシタは、それぞれ前記絶縁層を挟んで対向配置する平行平板形の導体パターンとして設け、
前記第1〜第10のキャパシタは、前記第1のインダクタと前記第2のインダクタが配置される平面領域と重複しない配置に設けることを特徴とする請求項1または2記載のコモンモードフィルタ。
A common mode filter having a laminated structure in which a conductor pattern is formed in an arrangement in which an insulating layer is sandwiched in a thickness direction between the first inductor, the second inductor, and the first to tenth capacitors;
The first inductor and the second inductor are provided as a conductor pattern of a winding structure,
Each of the first to tenth capacitors is provided as a parallel plate-shaped conductor pattern disposed oppositely across the insulating layer,
The common mode filter according to claim 1, wherein the first to tenth capacitors are provided in an arrangement that does not overlap with a planar region in which the first inductor and the second inductor are arranged.
前記第1のインダクタ及び第2のインダクタのキャパシタンスは、前記巻線構造の巻数、線幅、線間、導体パターンの厚さに基づいて規定され、
前記第1〜第10のキャパシタのキャパシタンスは、前記対向配置される導体パターンの面積と前記絶縁層の誘電率、絶縁層の厚さに基づいて規定されることを特徴とする請求項3記載のコモンモードフィルタ。
The capacitances of the first inductor and the second inductor are defined based on the number of turns of the winding structure, the line width, the line spacing, the thickness of the conductor pattern,
The capacitance of each of the first to tenth capacitors is defined based on an area of the conductive pattern disposed opposite to the first capacitor, a dielectric constant of the insulating layer, and a thickness of the insulating layer. Common mode filter.
前記第1のインダクタ及び第2のインダクタが、前記第1〜第10のキャパシタを形成した層とは別の磁性層に組み込んで形成されていることを特徴とする請求項3または4記載のコモンモードフィルタ。

5. The common according to claim 3, wherein the first inductor and the second inductor are formed in a magnetic layer different from a layer in which the first to tenth capacitors are formed. Mode filter.

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