JP2020048047A

JP2020048047A - コモンモードノイズフィルタ

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Publication number: JP2020048047A
Application number: JP2018174330A
Authority: JP
Inventors: 吉晴大森; Yoshiharu Omori
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-09-19
Filing date: 2018-09-19
Publication date: 2020-03-26

Abstract

【課題】超高速データ通信用のコモンモードノイズフィルタにおいても低周波領域に発生するコモンモードノイズを減衰させることができコモンモードノイズフィルタを提供する。【解決手段】コモンモードノイズフィルタは、磁気結合する第１のコイル１２と第２のコイル１３で構成されるコモンモードフィルタ部１４と、第１、第２のインダクタ部１５ａ、１５ｂと、第１、第２のコンデンサ部１６ａ、１６ｂと、これらを絶縁体層に形成し積層して構成された積層体と、積層体の表面に形成された第１〜第４の外部電極１８ａ〜１８ｄとを備える。第１のインダクタ部１５ａと第１のコンデンサ部１６ａとを直列に接続した第１回路部１９は、第１のコイル１２の両端部と接続される。第２のインダクタ部１５ｂと第２のコンデンサ部１６ｂとを直列に接続した第２回路部２０は、第２のコイル１３の両端部と接続されている。【選択図】図３

Description

本発明は、デジタル機器やＡＶ機器、情報通信端末等の各種電子機器に使用されるコモンモードノイズフィルタに関する。

従来のこの種のコモンモードノイズフィルタは、図８に示すように、複数の絶縁体層１と、絶縁体層１に形成され互いに対向する２つのコイル導体２、３と、このコイル導体２、３にそれぞれ接続された引出導体２ａ、３ａとを備えていた。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。

特開２０１２−８９５４３号公報

上記した従来のコモンモードノイズフィルタにおいては、超高速データ通信用インターフェイスに使用される場合、信号劣化がないようにする必要があり、このために、コイル導体２、３の巻き数を減らしてコイル導体２、３自体による損失を減らしたり、コイル導体２、３周辺部を低誘電率、低損失の材料で構成したりしていた。

しかし、このような超高速データ通信用のコモンモードノイズフィルタでは、コモンモードに対してコイルのインダクタンスがあまり大きくないため大きなインイーダンスを得られず、特に低周波領域に発生するノイズを減衰させ難い。

そして、８ｋ解像度の映像データ伝送ができるインターフェイスＨＤＭＩ（登録商標）ｖｅｒ２．１においては、８ｋ信号を伝送するために超高速伝送モードがあり、従来のＨＤＭＩｖｅｒ２．０までの方式ではクロック信号ラインとして用いられていた伝送ラインを超高速データ伝送用ラインとして使い、かつ伝送速度を８〜１２Ｇｂｐｓまで高速化しデータ転送帯域幅を増やす方式となっている。

このような伝送方式では、クロック信号ラインに使われるコモンモードノイズフィルタは、前述のような構成の超高速データ通信用のコモンモードノイズフィルタを搭載する必要がある。

しかし、８Ｋ信号よりも下位の解像度をもつＨＤＭＩ機器が接続された場合に、クロック信号ラインから低周波領域にコモンモードノイズが発生する可能性があり、超高速データ通信用のコモンモードノイズフィルタではコモンモードノイズに対するインピーダンスが低くなるため低周波領域のコモンモードノイズが減衰しない可能性があるという課題があった。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、超高速データ通信用のコモンモードノイズフィルタにおいても低周波領域に発生するコモンモードノイズを減衰させることができるコモンモードノイズフィルタを提供することを目的とする。

第１の態様に係るコモンモードノイズフィルタは、複数の絶縁体層と、第１のコイルおよび前記第１のコイルと磁気結合する第２のコイルで構成されるコモンモードフィルタ部と、第１、第２のインダクタ部と、第１、第２のコンデンサ部と、これらを前記絶縁体層に形成し積層して構成された積層体と、前記積層体の表面に形成された第１〜第４の外部電極とを備え、前記第１のインダクタ部と前記第１のコンデンサ部とを直列に接続した第１回路部は、前記第１のコイルと並列接続され、前記第２のインダクタ部と前記第２のコンデンサ部とを直列に接続した第２回路部は、前記第２のコイルと並列接続されている。

第２の態様に係るコモンモードノイズフィルタは、第１の態様において、前記第１回路部は、前記第１のインダクタ部、前記第１のコンデンサ部、第３のインダクタ部の順に直列接続された構成であり、前記第２回路部は、前記第２のインダクタ部、前記第２のコンデンサ部、第４のインダクタ部の順に直列接続された構成である。

第３の態様に係るコモンモードノイズフィルタは、第２の態様において、前記第１のインダクタ部と前記第３のインダクタ部のインダクタンス値が略同一であり、前記第２のインダクタ部と前記第４のインダクタ部のインダクタンス値が略同一である。

第４の態様に係るコモンモードノイズフィルタは、第１の態様において、前記第１回路部は、前記第１のインダクタ部、前記第１のコンデンサ部、第１の抵抗部が直列接続された構成であり、前記第２回路部は、前記第１のインダクタ部、前記第２のコンデンサ部、第２の抵抗部が直列接続された構成である。

第５の態様に係るコモンモードノイズフィルタは、第１〜４の態様において、前記第１、第２のインダクタ部、前記第１、第２のコンデンサ部、前記第１、第２の抵抗部のうち少なくとも１つが外付け部品である。

以上のように本発明のコモンモードノイズフィルタは、第１のコイルと並列に第１回路部を構成し、第２のコイルと並列に第２回路部を構成しているため、第１、第２のコイルで構成されるコモンモードフィルタ部を超高速データ通信用のコモンモードノイズフィルタとして使用しても、第１、第２回路部によって、低周波領域に発生するコモンモードノイズを減衰させることができる。

本発明の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタの分解斜視図同コモンモードノイズフィルタの斜視図同コモンモードノイズフィルタの等価回路図同コモンモードノイズフィルタのコモンモードノイズ減衰特性を示す図同コモンモードノイズフィルタの他の例の分解斜視図同コモンモードノイズフィルタの他の例の等価回路図同コモンモードノイズフィルタの他の例の等価回路図従来のコモンモードノイズフィルタの分解斜視図

図１は本開示の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタの分解斜視図、図２は同コモンモードノイズフィルタの斜視図である。

本開示の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタは、図１、図２に示すように、第１〜第８の絶縁体層１１ａ〜１１ｈと、第１のコイル１２および第１のコイル１２
と磁気結合する第２のコイル１３とで構成されるコモンモードフィルタ部１４と、第１、第２のインダクタ部１５ａ、１５ｂと、第１、第２のコンデンサ部１６ａ、１６ｂと、これらを第１〜第８の絶縁体層１１ａ〜１１ｈに形成し積層して構成された積層体１７と、この積層体１７の表面に形成された第１〜第４の外部電極１８ａ〜１８ｂとを備えている。

また、第１のコイル１２の両端部１２ａ、１２ｂは第１、第２の外部電極１８ａ、１８ｂと接続され、第１のインダクタ部１５ａと第１のコンデンサ部１６ａとを直列に接続した第１回路部１９は、第１、第２の外部電極１８ａ、１８ｂを介して第１のコイル１２の両端部１２ａ、１２ｂと接続されている。

第２のコイル１３の両端部１３ａ、１３ｂは第３、第４の外部電極１８ｃ、１８ｄと接続され、第２のインダクタ部１５ｂと第２のコンデンサ部１６ｂとを直列に接続した第２回路部２０は、第３、第４の外部電極１８ｃ、１８ｄを介して第２のコイル１３の両端部１３ａ、１３ｂと接続されている。

上記構成において、第１〜第８の絶縁体層１１ａ〜１１ｈは、下からこの順に積層され、また、ガラスセラミック等のガラスを含有する非磁性材料によりシート状に構成されている。

なお、第１〜第８の絶縁体層１１ａ〜１１ｈの枚数は、図１に示された枚数に限られるものではない。また、第１、第２のインダクタ部１５ａ、１５ｂが形成されている第２、第３、第７、第８の絶縁体層１１ｂ、１１ｃ、１１ｇ、１１ｈはＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎフェライト等の磁性材料によりシート状に構成してもよい。この磁性材料の特性により第１、第２のインダクタ部１５ａ、１５ｂのインダクタンス値を大きくすることができる。

前記第１のコイル１２は、渦巻き状に形成された第１のコイル導体２１ａと第１の引出導体２１ｂとで構成されている。第１のコイル導体２１ａは第４の絶縁体層１１ｄ上面に形成され、第１の引出導体２１ｂは第３の絶縁体層１１ｃ上面に形成され、そして、第１のコイル導体２１ａと第１の引出導体２１ｂは第４の絶縁体層１１ｄに形成された第１ビア電極２２ａを介して接続され、第１のコイル１２が構成される。

前記第２のコイル１３は、第１のコイル１２と独立しており、渦巻き状に形成された第２のコイル導体２３ａと第２の引出導体２３ｂとで構成されている。第２のコイル導体２３ａは第５の絶縁体層１１ｅ上面に形成され、第２の引出導体２３ｂは第６の絶縁体層１１ｆ上面に形成され、そして、第２のコイル導体２３ａと第２の引出導体２３ｂは第６の絶縁体層１１ｆに形成された第２ビア電極２２ｂを介して接続され、第２のコイル１３が構成される。

第１のコイル１２の一端部１２ａは、第１のコイル導体２１ａの外部に露出する部分、他端部１２ｂは、第１の引出導体２１ｂの外部に露出する部分であり、一端部１２ａは第１の外部電極１８ａと接続され、他端部１２ｂは第２の外部電極１８ｂと接続される。

第２のコイル１３の一端部１３ａは、第２のコイル導体２３ａの外部に露出する部分、他端部１３ｂは、第２の引出導体２３ｂの外部に露出する部分であり、一端部１３ａは第３の外部電極１８ｃと接続され、他端部１３ｂは第４の外部電極１８ｄと接続される。

第１のコイル導体２１ａと第２のコイル導体２３ａとは第５の絶縁体層１１ｅを介して対向し、これにより、第１のコイル１２と第２のコイル１３が磁気結合する。この第１のコイル１２と第２のコイル１３によってコモンモードフィルタ部１４が構成される。

なお、第１、第２のコイル導体２１ａ、２３ａの形状は、渦巻状ではなく、螺旋状等の他の形状としてもよい。

さらに、コモンモードフィルタ部１４は、図１に示す構造に限定されず、例えば、第１、第２の引出導体２１ｂ、２３ｂを渦巻き状にしたり、第１のコイル１２を構成する複数の導体と第２のコイル１３を構成する複数の導体とを交互に積層したり、第１のコイル１２を構成する複数の導体で第２のコイル１３を構成する導体を挟み込むように積層したりしたものであってもよい。

前記第１のインダクタ部１５ａは、第２の絶縁体層１１ｂ上面に形成され、渦巻き状に構成されている。その一端部は第１の外部電極１８ａに接続され、第１の外部電極１８ｂを介して第１のコイル１２の一端部１２ａと電気的に接続する。他端部は第２の絶縁体層１１ｂ上面で第１コンデンサ用電極２４ａと電気的に接続されている。

前記第２のインダクタ部１５ｂは、第７の絶縁体層１１ｇ上面に形成され、渦巻き状に構成されている。その一端部は第３の外部電極１８ｃに接続され、第３の外部電極１８ｃを介して第２のコイル１３の一端部１３ａと電気的に接続する。他端部は第７の絶縁体層１１ｇ上面で第２コンデンサ用電極２４ｂと電気的に接続されている。

また、第１、第２のインダクタ部１５ａ、１５ｂの巻き数（長さ）は、第１、第２のコイル導体２１ａ、２３ａの巻き数（長さ）は、特性に応じて変えることができる。さらに、コモンモードノイズに対して、コモンモードフィルタ部１４での周波数特性（減衰極となる周波数）、第１、第２のインダクタ部１５ａ、１５ｂでの周波数特性が異なる。

なお、第１、第２のインダクタ部１５ａ、１５ｂは、渦巻き状以外の蛇行状などの他の形状であってもよい。また、第１、第２のインダクタ部１５ａ、１５ｂは、第１、第２のコイル１２、１３と磁気結合しない。

さらに、第１の絶縁体層１１ａの上面には第３コンデンサ用電極２４ｃが形成され、前記第１コンデンサ用電極２４ａとで第１のコンデンサ部１６ａが構成される。第３コンデンサ用電極２４ｃは第２の外部電極１８ｂと接続され、第１のコイル１２の他端部１２ｂと電気的に接続する。

そして、第８の絶縁体層１１ｈの上面には第４コンデンサ用電極２４ｄが形成され、前記第２コンデンサ用電極２４ｂとで第２のコンデンサ部１６ｂが構成される。第４コンデンサ用電極２４ｄは第４の外部電極１８ｄと接続され、第２のコイル１３の他端部１３ｂと電気的に接続する。なお、図示されていないが、第４コンデンサ用電極２４ｄの上面には他の絶縁体層が形成されている。

なお、図１では、第１コンデンサ用電極２４ａは第１のインダクタ部１５ａとともに同じ第２の絶縁体層１１ｂに形成されているが、別の絶縁体層に形成してもよい。同様に、第２コンデンサ用電極２４ｂは第２のインダクタ部１５ｂとともに同じ第７の絶縁体層１１ｆに形成されているが、別の絶縁体層に形成してもよい。

上記の構成により、図３の等価回路図のように、第１のインダクタ部１５ａと第１のコンデンサ部１６ａとが直列接続した第１回路部１９が構成され、第１回路部１９と第１のコイル１２とが並列接続する。また、第２のインダクタ部１５ｂと第２のコンデンサ部１６ｂとが直列接続した第２回路部２０が構成され、第２回路部２０と第２のコイル１３とが並列接続する。

なお、第１、第２のコイル導体２１ａ、２３ａ、第１、第２の引出導体２１ｂ、２３ｂ、第１、第２のインダクタ部１５ａ、１５ｂ、第１〜第４コンデンサ用電極２４ａ〜２４ｄは、それぞれ銀からなる導電材料を所定形状になるように、所定の箇所にめっきまたは印刷することにより形成されている。

上記したように本開示の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタにおいては、第１のコイル１２と並列に第１回路部１９を構成し、第２のコイル１３と並列に第２回路部２０を構成しているため、コモンモードノイズが侵入してきた際に、第１、第２のコイル１２、１３で構成されるコモンモードフィルタ部１４を超高速データ通信用のコモンモードノイズフィルタとして使用しても、第１、第２回路部１９、２０によって、低周波領域に発生するコモンモードノイズも減衰させることができる。

そして、第１、第２のインダクタ部１５ａ、１５ｂのインダクタンス値や、第１のコンデンサ部１６ａと第２のコンデンサ部１６ｂを調整して、コモンモードノイズ減衰周波数特性における減衰極となる周波数を調整する。

さらに、第１、第２回路部１９、２０に第１、第２のコンデンサ部１６ａ、１６ｂを形成しているため、第１、第２のインダクタ部１５ａ、１５ｂがコモンモードフィルタ部１４とＤＣ的に直接並列接続となり、これにより、コモンモードノイズに対するインダクタンスが減って十分なインピーダンスを得られずにコモンモードノイズ減衰量が大幅に減るのを防止できる。

すなわち、コモンモードノイズに対して、コモンモードフィルタ部１４による高周波領域でのコモンモードノイズ減衰周波数特性における減衰極と、第１、第２回路部１９、２０の第１、第２のインダクタ部１５ａ、１５ｂによる低周波領域でのコモンモードノイズ減衰周波数特性における減衰極が得られる。

また、差動信号に対しては、コモンモードフィルタ部１４が低インピーダンスとなり低損失の差動信号の伝送経路が形成され、そして、並列に接続された第１、第２回路部１９、２０の影響が少ないため、第１の外部電極１８ａ、第３の外部電極１８ｃと第２の外部電極１８ｂ、第４の外部電極１８ｄの間を通過する差動信号の劣化が生じにくい。

図４に本開示の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタのコモンモードノイズ減衰特性の周波数依存性を示したものである。また、図８に示す従来のコモンモードノイズフィルタについても示している。

図４からわかるように、コモンモードフィルタ部１４によるコモンモードノイズ減衰極が４ＧＨｚ付近にあるが、本発明の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタは、４ＧＨｚ付近の減衰極をほぼ維持したまま、９００ＭＨｚ付近の低周波コモンモードノイズを除去する減衰極を形成している。

なお、図１で示したコモンモードノイズフィルタは、第１、第２回路部１９、２０にそれぞれ１つのインダクタ部を形成したが、図５、図６に示すように、２つのインダクタ部を形成してもよい。なお、図５は、コモンモードフィルタ部１４を省略し第１、第２回路部１９、２０のみを示す。

このとき、第１回路部１９では、第１のコンデンサ部１６ａの一方に第１のインダクタ部１５ａが接続され、他方に第３のインダクタ部１５ｃが接続されている。すなわち、第１のインダクタ部１５ａ、第１のコンデンサ部１６ａ、第３のインダクタ部１５ｃの順に
直列接続された構成となっている。

第２回路部２０では、第２のコンデンサ部１６ｂの一方に第２のインダクタ部１５ｂが接続され、他方に第４のインダクタ部１５ｄが接続されている。すなわち、第２のインダクタ部１５ｂ、第２のコンデンサ部１６ｂ、第４のインダクタ部１５ｄの順に直列接続された構成となっている。

第３のインダクタ部１５ｃは、第１、第２のコイル導体２１ａ、２３ａの巻き数より少ない巻き数であり、第１の絶縁体層１１ａの下面、第９の絶縁体層１１ｉの上面に形成され、第２の外部電極１８ｂには第１のコンデンサ部１６ａではなく第３のインダクタ部１５ｃが直接接続されている。

第４のインダクタ部１５ｄは、第１、第２のコイル導体２１ａ、２３ａの巻き数より少ない巻き数であり、第４コンデンサ用電極２４ｄ上面の第１０の絶縁体層１１ｊの上面に形成され、第４の外部電極１８ｄには第２のコンデンサ部１６ｂではなく第４のインダクタ部１５ｄが直接接続されている。

ここで、第３のインダクタ部１５ｃと第３コンデンサ用電極２４ｃとは、第１の絶縁体層１１ａに設けられた第３ビア電極２２ｃを介して直列接続している。また、第４のインダクタ部１５ｄと第４コンデンサ用電極２４ｄとは、第１０の絶縁体層１１ｊに設けられた第４ビア電極２２ｄを介して直列接続している。

このような構成により、実装方向性を小さくすることができる。すなわち、第１の外部電極１８ａ、第３の外部電極１８ｃを差動信号の入力側とする場合と、第２の外部電極１８ｂ、第４の外部電極１８ｄを差動信号の入力側とする場合の差動信号やコモンモードノイズに対する応答特性の差が小さくできる。

また、第１のインダクタ部１５ａと第３のインダクタ部１５ｃのインダクタンス値が略同一で、第２のインダクタ部１５ｂと第４のインダクタ部１５ｄのインダクタンス値が略同一であれば、実装方向性をほぼ無くすことができる。

さらに、図５、図６に示す新たな第３のインダクタ部１５ｃの代わりに図７に示すように、第１の抵抗部２５ａを設け、新たな第４のインダクタ部１５ｄの代わりに図７に示すように、第２の抵抗部２５ｂを設けてもよい。

第１、第２のインダクタ部１５ａ、１５ｂによって形成されるコモンモードノイズ減衰周波数特性における減衰極となる周波数の近辺の周波数で、反共振点が発生してコモンモードノイズの減衰量が減ってしまうが、第１の抵抗部２５ａ、第２の抵抗部２５ｂによって、このことを防止することができる。

図４においては、９００ＭＨｚ付近でコモンモードノイズ減衰極を得ているが、１ＧＨｚ近傍では反共振点があり、第１の抵抗部２５ａ、第２の抵抗部２５ｂを設けることによってコモンモードノイズの減衰量が減ってしまうのを抑制することができる。

なお、上述した本発明の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタにおいては、第１〜第４のインダクタ部１５ａ〜１５ｄ、第１、第２のコンデンサ部１６ａ、１６ｂ、第１、第２の抵抗部２５ａ、２５ｂを構成する素子をすべて積層体１７内部に設けるようにしたが、これらのうち少なくとも１つを積層体１７外部の外付け部品としてもよい。

例えば、コモンモードノイズ減衰極の周波数調整において、積層体１７の内部に形成で
きない大きなインダクタンスが必要な場合など外付け部品で構成することにより、第１、第２回路部１９、２０でのコモンモードノイズ減衰周波数特性における減衰極となる周波数を容易に調整できる。

本発明に係るコモンモードノイズフィルタは、超高速データ通信用のコモンモードノイズフィルタにおいても低周波領域に発生するコモンモードノイズを減衰させることができるという効果を有するものであり、特にデジタル機器やＡＶ機器、情報通信端末等の各種電子機器のノイズ対策として使用されるコモンモードノイズフィルタ等において有用となるものである。

１１ａ〜１１ｈ第１〜第８の絶縁体層
１２第１のコイル
１３第２のコイル
１４コモンモードフィルタ部
１５ａ第１のインダクタ部
１５ｂ第２のインダクタ部
１６ａ第１のコンデンサ部
１６ｂ第２のコンデンサ部
１８ａ〜１８ｄ第１〜第４の外部電極
１９第１回路部
２０第２回路部

Claims

複数の絶縁体層と、第１のコイルおよび前記第１のコイルと磁気結合する第２のコイルで構成されるコモンモードフィルタ部と、第１、第２のインダクタ部と、第１、第２のコンデンサ部と、これらを前記絶縁体層に形成し積層して構成された積層体と、前記積層体の表面に形成された第１〜第４の外部電極とを備え、前記第１のインダクタ部と前記第１のコンデンサ部とを直列に接続した第１回路部は、前記第１のコイルと並列接続され、前記第２のインダクタ部と前記第２のコンデンサ部とを直列に接続した第２回路部は、前記第２のコイルと並列接続されているコモンモードノイズフィルタ。
前記第１回路部は、前記第１のインダクタ部、前記第１のコンデンサ部、第３のインダクタ部の順に直列接続された構成であり、前記第２回路部は、前記第２のインダクタ部、前記第２のコンデンサ部、第４のインダクタ部の順に直列接続された構成である請求項１に記載のコモンモードノイズフィルタ。
前記第１のインダクタ部と前記第３のインダクタ部のインダクタンス値が略同一であり、前記第２のインダクタ部と前記第４のインダクタ部のインダクタンス値が略同一である請求項２に記載のコモンモードノイズフィルタ。
前記第１回路部は、前記第１のインダクタ部、前記第１のコンデンサ部、第１の抵抗部が直列接続された構成であり、前記第２回路部は、前記第１のインダクタ部、前記第２のコンデンサ部、第２の抵抗部が直列接続された構成である請求項１に記載のコモンモードノイズフィルタ。
前記第１、第２のインダクタ部、前記第１、第２のコンデンサ部、前記第１、第２の抵抗部のうち少なくとも１つが外付け部品である請求項１〜４のいずれかに記載のコモンモードノイズフィルタ。