JP4033852B2 - Common mode filter - Google Patents
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Description
本発明はコモンモードフィルタに関し、特に、特性インピーダンスの調整が可能で、かつ、高周波の信号を通過させることのできるコモンモードフィルタに関する。 The present invention relates to a common mode filter, and more particularly to a common mode filter capable of adjusting a characteristic impedance and allowing a high-frequency signal to pass therethrough.
コモンモードフィルタは、各種電子機器による輻射ノイズ等をフィルタリングするために使用されるコイル部品であり、コアに複数本の巻線を密着させて巻きつけた構造となっている。 The common mode filter is a coil component used for filtering radiation noise or the like caused by various electronic devices, and has a structure in which a plurality of windings are tightly wound around a core.
図5(a)は、磁性体コア102に2本の巻線104、105を密着させて巻いた従来のコモンモードフィルタ101を示す図である。磁性体コア102は、円柱状の巻芯部121と、その両端に形成された略角柱状の鍔部122、123とを有し、鍔部122は、外部端子(図示せず)と接続される電極124、電極125を、鍔部123は、別の外部端子(図示せず)と接続される電極126、127を備えている。巻線104、105は、それぞれ絶縁物により被覆されており、互いに強く密着した状態で巻芯部121に螺旋状にバイファイラ巻きされている。巻線104の両端部は電極124、126と接続されており、巻線105の両端部は電極125、127と接続されている。2本の巻線104、105は、それぞれ差動の信号線として働く。
FIG. 5A is a diagram showing a conventional
図5(b)は、磁性体コア202に3本の巻線204、205、206を密着させて巻いた従来のコモンモードフィルタ201を示す図である。磁性体コア202は、円柱状の巻芯部221と、その両端に形成された略角柱状の鍔部222、223とを有し、鍔部222は、外部端子(図示せず)と接続される電極224、225、226を、鍔部223は、別の外部端子(図示せず)と接続される電極227、228、229を備えている。
FIG. 5B is a diagram showing a conventional
巻線204、205、206は、それぞれ絶縁物により被覆されており、互いに強く密着した状態で巻芯部221に螺旋状にトリファイラ巻きされている。巻線204の両端部は電極224、227と、巻線205の両端部は電極225、228と、巻線206の両端部は電極226、229と接続されている。巻線204、205は、それぞれ差動信号線として働き、巻線206は、グランド線として働く(例えば、特許文献1参照)。
The
図5(a)に示したコモンモードフィルタ101を例にコモンモードフィルタの動作を説明する。信号は、2本の巻線104、105に互いに逆方向の信号として入力される。このように差動入力された信号によって磁性体コア102上に生じる磁束は互いに逆方向となり、打ち消し合う。そのため、磁界が生じず、インピーダンス(インダクタンス)を上昇させないので、信号は減衰することなく出力される。
The operation of the common mode filter will be described using the
一方、コモンモードノイズは、各巻線104、105の同方向に生じるため、磁性体コア102上に生じる磁束は互いに同方向の磁束となり、重畳して強め合う。そのため、磁界が発生し、インピーダンス(インダクタンス)を上昇させるので、コモンモードノイズを減衰させることができる。このようにして、コモンモードフィルタ101は、信号を減衰させることなくノイズのみを減衰させることができる。
On the other hand, since common mode noise is generated in the same direction of each of the
図5(b)に示したコモンモードフィルタ201は、差動信号線204、205以外にグランド線として機能する巻線206を有している点が図5(a)に示したコモンモードフィルタ101と異なっているが、上記した動作原理に従い、同様にコモンモードノイズを減衰させることができる。
ところで、近年では、DVIやIEEE等の信号伝送方式による高速差動伝送が登場し、このような高速差動伝送でのノイズを除去するためにもコモンモードフィルタが用いられている。しかしながら、コモンモードフィルタも差動信号を全く減衰させないというわけではないため、信号に高周波成分の多い信号を伝送する場合、コモンモードフィルタの特性によっては、ノイズだけでなくその高周波成分の信号をも減衰させてしまう場合がある。 By the way, in recent years, high-speed differential transmission using a signal transmission method such as DVI or IEEE has appeared, and a common mode filter is also used to remove noise in such high-speed differential transmission. However, since the common mode filter does not attenuate the differential signal at all, when transmitting a signal having a high frequency component to the signal, depending on the characteristics of the common mode filter, not only the noise but also the signal of the high frequency component may be included. It may be attenuated.
例えば、液晶ディスプレイ(LCD)とパーソナルコンピュータ(PC)を結ぶ場合に用いられるDVI伝送方式では、LCDの解像度がSXGAの場合には信号伝送周波数が560MHzとなる。第3次、第5次高調波までも考慮すると、少なくとも2.5GHzの信号を減衰させない特性のコモンモードフィルタが必要となるが、そのような特性のコモンモードフィルタを製造するのは非常に困難である。 For example, in the DVI transmission method used when connecting a liquid crystal display (LCD) and a personal computer (PC), the signal transmission frequency is 560 MHz when the resolution of the LCD is SXGA. Considering even the third and fifth harmonics, a common mode filter having characteristics that do not attenuate at least 2.5 GHz signals is required, but it is very difficult to manufacture a common mode filter having such characteristics. It is.
また、コモンモードフィルタを信号の伝送路に挿入することにより、そのインダクタンス成分や浮遊容量により伝送路の特性インピーダンスを変化させてしまう。特性インピーダンスに変化が生じると、伝送路における特性インピーダンスの不整合点で信号が反射を起こし、信号の通常帯域が狭くなるため、信号の減衰や歪みを起こすこととなる。そのため、通常は、特性インピーダンスの整合がとられるが、従来のコモンモードフィルタでは、特性インピーダンスの調整をすることができなかった。 Further, by inserting the common mode filter into the signal transmission path, the characteristic impedance of the transmission path is changed by the inductance component and stray capacitance. When the characteristic impedance changes, the signal is reflected at the characteristic impedance mismatch point in the transmission path, and the normal band of the signal is narrowed. Therefore, the signal is attenuated or distorted. Therefore, the characteristic impedance is usually matched, but the characteristic impedance cannot be adjusted with the conventional common mode filter.
図5(a)に示したコモンモードフィルタ101の場合、コモンモードフィルタ101をプリント基板上に配置した際に、巻線104、105とプリント基板のグランド層との間には浮遊容量が存在する。この浮遊容量の容量成分により、コモンモードフィルタの特性インピーダンスが変化してしまう。この特性インピーダンスが変化する要因の1つとして巻線104、105−グランド層間の距離によって浮遊容量の値に変動が生じることが挙げられる。そのため、使用する基板の厚みによって特性インピーダンスが変化してしまう。また、コモンモードフィルタ1にはグランド線が無いため、グランド線にノイズが重畳した場合に十分なノイズ減衰効果を得られない場合もある。
In the case of the
図5(b)に示したコモンモードフィルタ201の場合、トリファイラ巻きの真中に位置する巻線206をグランド線とすると、信号線である巻線204と巻線205の間にグランド線が挟まれることにより巻線204−205間の距離が離れることととなる。信号線同士の距離が離れると磁気結合が弱くなるため、磁束の打ち消し合いが少なくなる。そのため、差動信号に対する磁界によるインダクタンスが上昇し、高周波信号を減衰させてしまうこととなる。また、インダクタンスの上昇により特性インピーダンスも上昇するため、特性インピーダンスの不整合が生じる。
In the case of the
本発明は、グランドラインに重畳するノイズを除去し、高周波信号を通過させ、かつ、特性インピーダンスを調整することのできるコモンモードフィルタを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a common mode filter that can remove noise superimposed on a ground line, pass a high-frequency signal, and adjust the characteristic impedance.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、巻芯部を有する磁性体コアと、巻芯部の両端にそれぞれ設けられた複数の電極と、巻芯部に巻回されると共に両端が電極にそれぞれ接続された少なくとも2本の巻線とを備えたコモンモードフィルタであって、巻線は、巻芯部に螺旋状に巻かれた板状導体と、板状導体上に同じく螺旋状に巻かれた2本の線状導体とを備え、板状導体は、グランド線として用いられることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the invention according to
このような構成によると、板状導体がグランド線として用いられるため、線状導体−板状導体間の浮遊容量が支配的となり、線状導体−プリンタ基板のグランド層間の浮遊容量を無視できることとなる。 According to such a configuration, since the plate conductor is used as a ground line, the stray capacitance between the linear conductor and the plate conductor becomes dominant, and the stray capacitance between the linear conductor and the ground layer of the printer board can be ignored. Become.
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、磁性体コアは巻芯部の両端に鍔部を有し、電極は、鍔部に形成されていることを特徴としている。
The invention described in
また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、板状導体は巻芯部に直に形成されていることを特徴としている。 According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the plate-like conductor is formed directly on the winding core.
また、請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、線状導体は複数であり、互いに絶縁されていることを特徴としている。
The invention described in claim 4 is characterized in that, in the invention described in
また、請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、板状導体又は線状導体の少なくとも一方は絶縁被膜されていることを特徴としている。
The invention described in
このような構成によると、板状導体と線状導体は絶縁される。 According to such a configuration, the plate conductor and the linear conductor are insulated.
また、請求項6に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、板状導体と線状導体との間に絶縁シートをおいたことを特徴としている。
The invention described in
このような構成によると、板状導体と線状導体は絶縁される。 According to such a configuration, the plate conductor and the linear conductor are insulated.
また、請求項7に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、巻線を巻芯部と協働して挟むプレートコアを備えたことを特徴としている。
The invention described in
このような構成によると、プレートコアにより閉磁路ができ、磁束の透磁率が上がる。 According to such a configuration, a closed magnetic path is formed by the plate core, and the magnetic permeability of the magnetic flux increases.
また、請求項8に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、巻線は、板状導体上に同じく螺旋状にバイファラ巻きされた2本の線状導体を備え、板状導体の幅は、線状導体の半径の合計値よりも広いことを特徴としている。According to an eighth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the winding includes two linear conductors that are similarly spirally wound on the plate-like conductor, The width is characterized by being wider than the total value of the radii of the linear conductors.
また、請求項9に記載の発明は、2本の線状導体は、板状導体上に同じく螺旋状にバイファラ巻きされていることを特徴としている。 The invention described in claim 9 is characterized in that the two linear conductors are similarly spirally wound on the plate-like conductor .
本発明の請求項1に記載のコモンモードフィルタによれば、板状導体がグランド線として用いられるため、線状導体−板状導体間の浮遊容量が支配的となり、線状導体−プリンタ基板のグランド層間の浮遊容量を無視できることとなる。従って、板状導体の幅を変更することにより、線状導体−プリンタ基板のグランド層間の浮遊容量を考慮せずに、コモンモードフィルタの特性インピーダンスを予め調整し、巻線間のクロストークを低減させることができる。 According to the common mode filter of the first aspect of the present invention, since the plate conductor is used as the ground line, the stray capacitance between the line conductor and the plate conductor becomes dominant, and the linear conductor-printer board The stray capacitance between the ground layers can be ignored. Therefore, by changing the width of the plate-shaped conductor, the characteristic impedance of the common mode filter is adjusted in advance and the crosstalk between windings is reduced without considering the stray capacitance between the linear conductor and the ground layer of the printer board. Can be made.
本発明の請求項2に記載のコモンモードフィルタによれば、巻芯部の両端に鍔部を備えているため、基板等に実装する際に容易に実装することができる。 According to the common mode filter of the second aspect of the present invention, since the flange portions are provided at both ends of the core portion, it can be easily mounted when mounted on a substrate or the like.
本発明の請求項3に記載のコモンモードフィルタによれば、板状導体が巻芯部に直に形成されているため、板状導体を巻芯部に巻くという作業が必要なくなり、また、コモンモードフィルタ自体のサイズも小型化にすることができる。 According to the common mode filter of the third aspect of the present invention, since the plate-like conductor is formed directly on the core portion, the work of winding the plate-like conductor around the core portion is not necessary. The size of the mode filter itself can also be reduced.
本発明の請求項4に記載のコモンモードフィルタによれば、差動信号を扱うことができる。 According to the common mode filter of the present invention, differential signals can be handled.
本発明の請求項5に記載のコモンモードフィルタによれば、板状導体又は巻線のいずれか一方を被覆するという簡単な構成で板状導体と巻線とを絶縁することができる。 According to the common mode filter of the fifth aspect of the present invention, the plate conductor and the winding can be insulated with a simple configuration in which either the plate conductor or the winding is covered.
本発明の請求項6に記載のコモンモードフィルタによれば、板状導体と巻線の間に絶縁シートを置くという簡単な構成で板状導体と巻線とを絶縁することができる。 According to the common mode filter of the sixth aspect of the present invention, the plate-like conductor and the winding can be insulated with a simple configuration in which an insulating sheet is placed between the plate-like conductor and the winding.
本発明の請求項7に記載のコモンモードフィルタによれば、プレートコアを備えたことにより、コモンモードフィルタの透磁率が上がるため、コモンモードインピーダンスが上がり、コモンモードノイズを更に低下させることができる。
According to the common mode filter of
本発明の請求項8に記載のコモンモードフィルタによれば、板状導体の幅を線状導体の半径の合計値よりも広くすることで、2本の線状導体を板状導体上に確実に配置することができるので、線状導体と板状導体との間に生じる浮遊容量を確実に支配的にすることができる。According to the common mode filter of
本発明の請求項9に記載のコモンモードフィルタによれば、2本の線状導体が板状導体上に同じく螺旋状にバイファラ巻きされているため、巻線間のクロストークをより低減させることができる。
According to the common mode filter of the ninth aspect of the present invention, since the two linear conductors are similarly spirally wound on the plate-like conductor, the crosstalk between the windings can be further reduced. Can do.
本発明の第1の実施の形態によるコモンモードフィルタについて図1から図3を参照しながら説明する。 A common mode filter according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は、本発明の第1の実施形態によるコモンモードフィルタ1の構成を示す図である。コモンモードフィルタ1は、磁性体コア2と、板状導体3と、巻線4、5とを備えている。なお、図1は便宜上、巻線4、5が板状導体3から遊離した状態で描かれているが、実際は巻線4、5は板状導体3に密接し、磁性体コア2に堅固に巻回されている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
図2(a)は、磁性体コア2の斜視図、図2(b)は、磁性体コア2の底面図である。磁性体コア2は、円柱状の巻芯部21と、その両端に形成された略角柱状の鍔部22、23とを有し、鍔部22は、外部端子(図示せず)と接続される電極24、25を、鍔部23は、別の外部端子(図示せず)と接続される電極26、27を備えている。板状導体3は、銅や銀からなる帯状の薄膜導体であり、巻芯部21に螺旋状に直に形成されている。板状導体3の両端部は、鍔部22、23に延在し、電極としての役割も果たす。板状導体3の形成にはトリミング技法を用い、磁性体コア2全体にメッキをし、板状導体3として必要な部分以外のメッキを除去する。
FIG. 2A is a perspective view of the
巻線4、5は、それぞれ絶縁物により被覆されており、互いに強く密着した状態で板状導体3上にバイファイラ巻きされている。巻線4の両端部は電極24、26と接続されており、巻線5の両端は電極25、27と接続されている。巻線4、5は、それぞれ差動信号線として働き、板状導体3は、グランド線として働く。
The
後述するように、板状導体3−巻線4、5間には浮遊容量が存在しており、本実施の形態では、この浮遊容量を大きくする。この板状導体3−巻線4、5間の浮遊容量を大きくするために、板状導体3の幅を大きくとり、巻線4、5を板状導体3上に配置するようにする。具体的には、板状導体3の幅は、少なくとも巻線4及び巻線5の半径の合計値よりも広くする。一方、板状導体3の幅が広すぎると、隣り合うターンの板状導体3と交わってしまう。この場合、巻芯部21の全体が薄膜導体となってしまうが、巻線4、5に流れる電流により、薄膜導体となった巻芯部21にも相互誘導により電流が流れ、巻線4、5に流れる電流を妨げる磁界を生じさせてしまう。従って、板状導体3の幅は、隣り合うターンの板状導体3と交わることのない幅でなければならない。
As will be described later, stray capacitance exists between the plate-
次に、図1に示したコモンモードフィルタ1の動作について説明する。信号は、2本の巻線4、5に互いに逆方向の信号として入力される。このように差動入力された信号によって磁性体コア2上に生じる磁束は互いに逆方向となり、打ち消し合う。そのため、磁界が生じず、インピーダンス(インダクタンス)を上昇させないので、信号は減衰することなく出力される。
Next, the operation of the
一方、コモンモードノイズは、各巻線3、4、5の同方向に生じるため、磁性体コア2上に生じる磁束は互いに同方向の磁束となり、重畳して強め合う。そのため、磁界が発生し、インピーダンス(インダクタンス)を上昇させるので、コモンモードノイズを減衰させることができる。このようにして、コモンモードフィルタ1は、信号を減衰させることなくノイズのみを減衰させることができる。
On the other hand, since common mode noise is generated in the same direction of the
図3は、コモンモードフィルタ1をプリント基板6上に配置した様子を示す縦断面図である。プリント基板6は、積層構造となっており、中間の層にグランド層61を有している。グランド層61は、コモンモードフィルタ1上の鍔部22、23上の電極としての板状導体3と電気的に接続されている(図示せず)。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a state in which the
コモンモードフィルタ1には、巻線4、5のペア(以下、ペアライン7と称す。)−板状導体3間、ペアライン7−グランド層61間、隣り合うペアライン7間に、それぞれ浮遊容量C1、C2、C3が存在する。この浮遊容量C1、C2、C3の合計値により、伝送路の特性インピーダンスは変化する。
The
ここで、容量Cは、
C=ε・S/d(εは定数)
で表される。これは、容量Cは、容量成分を発生させる物質の断面積Sに比例し、距離dに反比例することを意味する。
Here, the capacity C is
C = ε · S / d (ε is a constant)
It is represented by This means that the capacitance C is proportional to the cross-sectional area S of the substance that generates the capacitance component and inversely proportional to the distance d.
本実施の形態によるコモンモードフィルタ1では、グランド線である板状導体3の面積Sが広く、ペアライン7−板状導体3間の距離dが短いため、浮遊容量C1は大きくなる。一方、ペアライン7−板状導体3間の距離と比べると、ペアライン7−グランド層61間の距離は、はるかに長いため、浮遊容量C2は、浮遊容量C1よりもはるかに小さくなる。そのため、浮遊容量C1が支配的となり、浮遊容量C2は無視できることとなる。
In the
また、隣り合うペアライン7間にも浮遊容量C3が存在するが、この場合にも同様の理由で浮遊容量C3は、浮遊容量C1と比べてはるかに小さくなるので、浮遊容量C1が支配的となる。 In addition, the stray capacitance C3 exists between the adjacent pair lines 7. In this case, the stray capacitance C3 is much smaller than the stray capacitance C1 for the same reason. Therefore, the stray capacitance C1 is dominant. Become.
このようにして、コモンモードフィルタ1に発生する浮遊容量は、コモンモードフィルタ1が搭載されるプリント基板6によらず、ペアライン7−板状導体3間の浮遊容量C1と実質的に同一であるとみなすことができるので、特性インピーダンスもプリント基板6によらず一定となる。一方、板状導体3の面積を変える、即ち板状導体3の幅を変更することにより、コモンモードフィルタ1に発生する浮遊容量を変化させることができる。従って、板状導体3の幅を変更するだけで、プリント基板6に配置した際の特性インピーダンスを予め調整することができる。
In this way, the stray capacitance generated in the
また、浮遊容量C3は、各ペアライン7間にクロストークを引き起こす原因となる。しかしながら、この場合にも、浮遊容量C3は浮遊容量C1と比べてはるかに小さいので、浮遊容量C1が支配的となる。つまり、ペアライン7−板状導体3の結合の方が各ペアライン7間の結合より強くなるため、隣り合うペアライン間には電力が漏れにくくなる。このようにして、各ペアライン7間のクロストークを軽減させることができる。
Further, the stray capacitance C3 causes crosstalk between the pair lines 7. However, also in this case, since the stray capacitance C3 is much smaller than the stray capacitance C1, the stray capacitance C1 is dominant. That is, since the combination of the
さらに、巻線4、5間の距離が短くなることによって巻線4、5間の磁気結合が強くなるため、磁束がより効率よく打ち消し合うこととなる。従って、磁界によるインダクタンスの上昇がなく、高周波の信号を通過させることができる。
Furthermore, since the magnetic coupling between the
本発明の第2の実施の形態によるコモンモードフィルタについて図4を参照しながら説明する。図4は、第1の実施の形態によるコモンモードフィルタ1にプレートコア8を取り付ける様子を示す図である。プレートコア8は、フェライトや誘電体等の板状のコアで、コモンモードフィルタの上面に取り付けられる。コモンモードフィルタ1にプレートコア8を取り付けることにより、磁性体コア2とプレートコア8とで閉磁路を形成することができる。この閉磁路により磁束の透磁率が上がるので、コモンモードノイズに対するインピーダンスのみを上昇させ、コモンモードノイズをさらに低減することができる。
A common mode filter according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a diagram showing a state in which the
本発明によるコモンモードフィルタ1は、上述した実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形や改良が可能である。例えば、巻線4、5を被覆する代わりに板状導体3を被膜しても良いし、巻線4、5と板状導体3の双方を被覆しても良い。また、巻線4、5と板状導体3との間に絶縁シートを置いても良い。また、板状導体3は、平角線であっても良いし、メッキ法、スパッタ法、蒸着法等で形成される金属膜であっても良い。更に、板状導体3は巻芯部21に直に形成されていなくても良い。また、巻線は1本でも良く、また、2本以上でも良い。板状導体3はグランドに接続されなくてもよい。
The
1 コモンモードフィルタ
2 磁性体コア
3 板状導体
4、5 巻線
7 ペアライン
8 プレートコア
21 巻芯部
22、23 鍔部
24、25 電極
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記巻芯部の両端にそれぞれ設けられた複数の電極と、
前記巻芯部に巻回されると共に両端が前記電極にそれぞれ接続された少なくとも2本の巻線と、
を備えたコモンモードフィルタであって、
前記巻線は、前記巻芯部に螺旋状に巻かれた板状導体と、前記板状導体上に同じく前記螺旋状に巻かれた2本の線状導体を備え、前記板状導体は、グランド線として用いられることを特徴とするコモンモードフィルタ。 A magnetic core having a winding core, and
A plurality of electrodes respectively provided at both ends of the core part;
At least two windings wound around the core and both ends connected to the electrodes;
A common mode filter comprising:
The winding includes a plate-like conductor wound spirally around the winding core portion, and two linear conductors similarly wound on the plate-like conductor, the plate-like conductor comprising: A common mode filter characterized by being used as a ground line .
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