JP4418613B2 - Energy regulator - Google Patents

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Description

【0001】
(技術分野)
本出願は、現在、米国特許第5,909,350号として発行されている、1,997年4月8日出願の出願第08/841,940号の一部継続である、1,998年1月19日出願の出願第09/008,769号の一部継続である、現在、米国特許第6,018,448号として発行されている、1,998年4月7日出願の出願第09/056,379号の継続である、1,999年12月13日出願の同時係属出願第09/460,218号の一部継続である。また、本出願は、1,999年5月28日出願の米国仮出願第60/136,451号、1,999年6月15日出願の米国仮出願第60/139,182号、1,999年8月3日出願の米国仮出願第60/146,987号、1,999年11月12日出願の米国仮出願第60/165,035号、2,000年2月3日出願の米国仮出願第60/180,101号、2,000年2月28日出願の米国仮出願第60/185,320号、2,000年4月28日出願の米国仮出願第60/200,327号、および2,000年5月12日出願の米国仮出願第60/203,863号の利益を主張するものである。
【0002】
(発明の背景)
本発明は、電圧が印加された対差動電極(paired differential electrodes)が逆位相または充電方式で互いに動作する場合に、該差動電極と同時に相互作用することができる構造の、中央に設置された、共有導電電極を有する多機能エネルギー調節器(multi−functional energy conditioner)に関する。
【0003】
現在生産されている大半の電子機器は、高速機能を実行するために、小型化された能動エレメントおよび回路を含んでおり、また、重要エレメント間の電力およびデータ伝搬用として高速電気相互接続を利用している。これらのエレメントは、これらのシステムをサービスし、あるいは利用している電気回路に発生する電磁干渉または過渡電圧によって生じる漂遊電気エネルギーに、極めて容易に影響される。過渡電圧は、これらの小形電子エレメントまたは接点に重大な損傷を与え、あるいは破壊し、それにより電子機器が無効になり、しばしば広範囲に及ぶ修理および/または極めてコストの掛かる交換を余儀なくされている。
【0004】
EMI、RFI、容量寄生および誘導寄生の形態における電気干渉は、ラジオ放送アンテナまたは他の電磁波発生器などのソースから生じ、あるいはそれらのソースから電気回路およびエレメント中に誘導される。EMIは、EMIを好ましく遮蔽する電気回路からも発生する。差動モード電流およびコモン・モード電流は、通常、ケーブル内または回路基板のトラック上に発生する。多くの場合、これらの導体から電界が放射され、アンテナとして作用する。望ましくない雑音に敏感な他の回路への干渉を防止するためには、これらの伝導/放射放出を制御しなければならない。機器が動作すると、その機器からも他の干渉源が生じ、それによってエネルギーが電気回路に結合され、重大な干渉の原因となる。国際的な放出要求事項および/または感受性要求事項に合致するためには、この干渉を除去しなければならない。
【0005】
過渡電圧は、電線上への落雷によって誘導され、極めて短時間の間に著しく大きい電位が発生する。同様に、電磁パルス(EMP)は、ほとんどの電子デバイスに対して有害な、広範な周波数範囲に渡る、立上り時間が短いパルスの高電圧スパイクを発生させる。他の高過渡電圧源および接地電位を変化させることによって生じる接地ループ干渉により、電気システムが破壊することがある。既存の保護装置では、単一集積パッケージを適切に保護することはできない。従来技術から明らかなように、様々なフィルタ回路構成およびサージ抑制回路構成が設計されてきた。従来技術の様々な発明の詳細説明については、参照により本明細書の一部となる米国特許第5,142,430号に開示されている。
【0006】
上記’430号特許自体は、電力線フィルタ回路エレメントおよびサージ保護回路エレメントを対象としたものであり、また、それらのエレメントを使用して、電子機器のための保護装置を形成した回路を対象としたものである。これらの回路エレメントは、バリスタ特性または容量特性など、必要な電気特性を有するウェハ材またはディスク材からなっている。ディスクは、その表面に電極パターンおよび絶縁帯を備えており、ディスク中に形成された開口部と協働して、エレメントとシステムの電気導体を単純かつ有効に電気的に接続している。電極パターンは、互いに協働して、電極パターン間に挿入された材料と共に共通電極を形成している。’430号特許は、主として対線(paired lines)のフィルタリングを対象としたものである。過去10年間以上に渡り、電気システムの製品寿命サイクルは短いものであった。ちょうど2年前に製造されたシステムは、同一のアプリケーションの第3世代または第4世代の変化に対して、もはや陳腐化したものと見做すことができる。したがって、これらのシステムに組み込まれているエレメントおよび回路を、速やかに進化させなければならない。
【0007】
コンピュータまたは他の電子システムの性能は、通常、その最も低速の能動エレメントの速度に制約されてきた。最近まで、最も低速の能動エレメントは、システム全体の特定機能および計算を制御するマイクロプロセッサであり、記憶エレメントであったが、マイクロプロセッサ、記憶エレメント、およびそれらのデータの新世代の到来と共に、より強力な処理能力、より速い処理速度を、より安価な単位原価でユーザに提供することが強く求められている。その結果、電気デバイスに引き渡されるエネルギーを調節する技術挑戦は、財政的にも技術的にも困難になっている。1,980年以来、2,000年末までに、主流マイクロプロセッサの典型的な動作周波数は、5MHz(100万サイクル/秒)から約1,200MHz強まで、約240倍に増加している。現在、処理速度は、超高速RAMアーキテクチャの開発および展開に一致している。これらのブレークスルーにより、システム全体の速度を1GHz台を超える速度に加速している。この同じ期間の間、受動エレメント技術は発展を維持することができず、組成および性能にわずかな変化が見られた程度である。受動エレメント設計変更による進歩は、エレメント・サイズの縮小、個別部品電極層形成のわずかな改変、新しい誘電体の発見、およびエレメント生産サイクル時間を短縮する製造技法の改変に集中している。
【0008】
過去において、受動エレメント技術者は、電気回路内のエレメント数を増加させることによって設計問題を解決してきた。これらの解決法には一般的に、フィルタリングおよび減結合のためのコンデンサと共に使用する誘導子および抵抗を追加する必要があった。
【0009】
しかし、見落としてはならないことは、単一受動エレメントおよび多くの受動エレメント網の線路調節能力に大きな限界があることである。この限界が、コンピュータ産業の技術的進歩および成長の障害になっており、GHzを超える速度システムに残された最後の挑戦の1つとして残存している。高速システム性能に対するこの制約は、エネルギーおよびデータ信号をプロセッサ、記憶技術、および特定電子システムの外部に設けられるシステムへ引き渡し、調節する受動エレメントをサポートすることによって生じる限界に集中している。
【0010】
マイクロプロセッサおよび組合せ記憶装置の速度が速くなったことにより、主要OEMによる高速プロセッサおよび新しい組合せ記憶装置の新製品展開と共に発生している最近のシステム故障によって明らかなように、別の問題が生じている。現在の受動エレメント技術は、多くのこれらの故障および遅延の根本的な原因になっている。その理由は、一般的に単一受動エレメントの動作周波数に、5MHzと250MHzの間の物理的線路調節限界があることによるものである。ほとんどの部品をより高周波数にするためには、例えば個別L−C−R、L−CおよびR−C網など、受動エレメントを組み合わせ、システムの負荷に引き渡すエネルギーを整形すなわち制御しなければならない。200MhZを超える周波数では、従来技術による個別L−C−R、L−CおよびR−C網は、本来の設計目的である集中容量、集中抵抗または集中インダクタンスを提供するのではなく、伝送路の特性、さらにはマイクロ波のような特徴を呈し始める。マイクロプロセッサ、クロック、電力引渡し母線および記憶システムのより高い動作周波数と、受動エレメントをサポートしている動作周波数との間の、この性能の不一致が、システム故障の原因になっている。
【0011】
また、このようなより高い周波数では、エネルギー通路は、通常、電気的相補エレメント、すなわち電気的および磁気的に調和かつ平衡して共に動作するエレメントとしてグループ化され、あるいは対になっている。この平衡に対する障害は、同一の生産ロットで製造された2個の個別コンデンサが、15%〜25%の範囲のいずれかで、その容量が容易に変化することである。個別ユニット間の個々の容量変化を10%未満にすることは可能であるが、試験および製造されたロットの手動仕分けのためのコスト、および高度に特殊化された誘電体のための追加コスト、および差動信号方式に必要な個別変動差の小さいこれらのデバイスを生産するために必要な製造技法のための追加コストを回収するためには、相当なプレミアムを支出しなければならない。したがって、従来技術における前述の欠陥に照らして、本出願人の発明を本明細書において提示する。
【0012】
(発明の概要)
以上により、単一の従来技術によるエレメントあるいは多重受動網と比較して、広範な周波数範囲に渡って動作する多機能電子エレメントを提供する必要性があることが分かった。このエレメントは、1GhZ以上を理想的に有効に実行し、同時に、能動エレメントにエネルギー減結合を提供し、かつ、能動回路の各部の皮相電位を一定に維持することができる。また、この新しいエレメントは、電子回路内を流れる差動モード電流およびコモン・モード電流によって生じる望ましくない電磁放出を最小化し、あるいは抑制することができる。多層実施形態および誘電体独立受動アーキテクチャ(dielectric independent passive architecture)中の多機能電子エレメントは、回路に接続され、電圧が印加されると、それには限定されないが、前述の必要性などの同時線路調節機能を提供することができる。これらの必要性には、ソース−負荷減結合および/または負荷−ソース減結合の他に、差動モード・フィルタリングおよびコモン・モード・フィルタリング、寄生封じ込め、および外部導電性領域すなわち通路を利用する場合、1個の集積パッケージのサージ保護が含まれている。本発明を利用して、電磁界干渉(EMI)および過電圧から電子回路および能動電子エレメントを保護し、回路に起因する、あるいは本発明自体からの衰弱電磁放出を防止することができる。さらに、本発明により、電圧が印加された回路内で動作する際の、本発明と共に設置される内部封じ込め差動導電エレメントからホスト回路への再結合による有害な寄生が最小化され、あるいは防止される。より詳細には、本発明は、適切な配置技法および回路への接続を用いることにより、他のソースから受け取る電磁放出、およびホスト回路内への再寄生として寄与することになる差動モード電流およびコモン・モード電流の潜在的な原因になり得る、本発明および本発明の電子回路内で内部的に作り出される電磁放出の2つの望ましくない電磁放出を抑制するために、電圧が印加された物理アーキテクチャをシステムが利用することができることを教示している。
【0013】
また、多機能エネルギー調節器の物理的に集積された、遮蔽封じ込め導電電極アーキテクチャにより、製造に際して、独立電極材料組成および/または独立誘電材料組成を使用することができることは、本発明を、作り出すことができ、また、そのうちの極一部を本明細書において説明する、本発明の多数の可能実施形態のための特定の型形状、サイズに制限するものではない。
【0014】
今日の電子産業の高度に競争的な性質により、このような多機能エネルギー調節器/サージ保護装置は、安価で小型かつ低コストであり、また、複数の電子製品に組み込むために高度に集積化されていなければならない。個別受動エレメントを何ら追加することなく動作させることができる場合、従来技術によるエレメントでは提供することができない、所望フィルタリングおよび/または線路調節を実現することが望ましい。
【0015】
したがって本発明の主な目的は、対エネルギー通路間に生じる差動モード電流およびコモン・モード電流による電磁放出を防止し、あるいは抑制する、製造が容易で、適合可能な多機能電子エレメントを提供することである。
【0016】
本発明の他の目的は、過渡電圧、過電圧、寄生および電磁干渉(parasitic and electromagnetic interference)に対する保護を提供するための、大量生産が可能で、1つのエレメント・パッケージ内に1つまたは複数の保護回路を含むことができる保護回路配列を提供することである。
【0017】
本発明の他の目的は、外部導電通路または外部導電表面に接続された場合に、広範な周波数範囲に渡って有効に動作し、同時に、能動回路エレメントにエネルギー減結合を提供し、かつ、回路の各部の皮相電圧を一定に維持することができる、個別多機能電子エレメントを提供することである。
【0018】
本発明の他の目的は、EMIおよび過電圧を減衰させるための対差動導体から、ハイブリッド電子エレメントを最終接地に結合させることなく追加エネルギー通路を提供するブロック回路、すなわち外部導電表面と結合した固有接地または接地領域を利用した回路を提供することである。
【0019】
本発明の他の目的は、内部コンデンサ・プレート間の容量変化の程度を最小化するために一般的に使用されている特殊誘電体を使用する必要性を除去した単一デバイスを提供することである。
【0020】
本発明のこれらの目的およびその他の目的、および利点は、結合され、かつ、多数の所定電気特性のうちの任意の一特性または組合せ特性を示す材料によって分離された、対応する差動導電電極プレートを部分的に覆っている複数の共通導電プレートを使用することによって達成される。
【0021】
本発明の他の目的および利点は、複数の対導体を、結合された複数の共通導電プレートで部分的に覆われた領域または空間に結合し、かつ、外部導体すなわち通路を差動電極プレートに選択的に結合することによって達成される。
【0022】
本発明の他の目的は、有効な差動モードおよびコモン・モード電磁干渉フィルタリングおよび/またはサージ保護状態を作り出す、内部プレート間および/または導電電極間の線路間および線路接地間容量結合または誘導結合を提供することである。また、本発明を利用した回路配列は、プレートとして構成される少なくとも1つの線路調節回路エレメントからなっている。電極パターンは、上記プレートの一方の表面に設けられており、該電極表面は、回路の電気導体に電気結合されている。電極パターン、使用されている誘電材料、および共通導電プレートが、電気導体のための属性の共有を電極間に生成し、電気導体と個別電気導体からの線路接地間の間の線路間に結合された電気エレメントを有する平衡(電気的に等しく、かつ、対称の)回路配列を作り出している。電極プレート間の材料を選択し、かつ、1つまたは複数の生成類似ファラデー遮蔽ケージ内に電極プレートを有効に収納する接地遮蔽を使用することにより、多機能エネルギー調節器の特定電気効果が決定される。ある特定の誘電材料を選択した場合、その結果得られる多機能エネルギー調節器は、主として容量性配列になる。誘電材料は、電極プレートおよび共通導電プレートと共に結合して、2個の線路接地コンデンサの容量の約1/2の値の線路間コンデンサを生成し、接続され、かつ、電圧が印加された本発明を構成している。金属酸化物バリスタ(MOV)材を使用した場合は、多機能エネルギー調節器は、MOV型材料によってもたらされる過電流保護特性およびサージ保護特性を有する容量性多機能エネルギー調節器になる。この場合も、共通導電プレートおよび電極プレートが線路間容量プレートおよび線路接地容量プレートを形成し、差動モード・フィルタリングおよびコモンモード・フィルタリングを提供し、高過渡電圧状態を許容している。高過渡電圧状態の間、高過渡電圧を抑制するために使用される本質的に非線形抵抗であるMOV型バリスタ材は、電気導体間に現れる電圧を制限する効果を発揮する。
【0023】
他の実施形態では、フェライト材を使用して、多機能エネルギー調節器配列に追加固有インダクタンスを付加している。上述と同様に、共通接地導電プレートおよび電極プレートが、フェライト材を有する線路間容量プレートおよび線路接地容量プレートを形成し、インダクタンスを多機能エネルギー調節器配列に付加している。また、フェライト材を使用することによって過渡電圧保護が提供され、それにより、特定の電圧しきい値で多機能エネルギー調節器配列が導電性になり、過剰過渡電圧を共通導電プレートに分路し、電気導体の両端間の電圧を有効に制限している。
【0024】
本発明の範囲内における多機能エネルギー調節器の汎用性および広範囲に広がるアプリケーションを証明するために、本発明の上記目的および利点を実施し、構築する多数の他の配列および構成を開示する。
【0025】
(好ましい実施形態の詳細な説明)
日常生活における継続的かつ増加の一途を辿る電子工学の利用、および発生する電磁干渉(EMI)および放射物の量により、新しい電磁整合性(EMC)要求事項が創出された。これらの新しい仕様は、それには限定されないが、特にIC(集積回路)パッケージ、PCB、DSP、マイクロコントローラ、スイッチ・モード電源、ネットワーク、コネクタ、航空電子工学、無線電話、消費者電子工学、工具、武器点火器、および制御機器など、様々な電子機器に適用されている。本発明は、1つの集積エレメントまたはアセンブリにおける線路調節、広帯域I/O線路フィルタリング、EMI減結合雑音除去およびサージ保護を同時に提供し、かつ、EMIを有効に抑制する電子エレメントのための物理アーキテクチャを対象としている。
【0026】
電磁干渉エネルギーを伝搬させるためには、電界および磁界の2つのフィールドが必要である。電界によって、2点間以上の電圧差を介してエネルギーが回路中に結合される。電界を空間で変化させると磁界が生じる。磁束の任意の時間的変化によって電界が生じる。したがって、互いに無関係に電界のみ、あるいは磁界のみが時間的に変化することは有り得ない。本発明のような受動エレメント・アーキテクチャを構築することにより、電気システムに見られる電界および磁界の両タイプのエネルギー・フィールドを調節し、あるいは最小化することができる。一方のタイプのフィールドのみを調節するためには、必ずしも本発明を構築する必要はないが、差動タイプの材料を追加するか、あるいは用いて、このような特定の調節を互いのエネルギー・フィールドに対して実行することができる実施形態を構築することができる。
【0027】
電荷が蓄積すると静電界が生成され、この蓄積は、一方が導電性で他方が非導電性の2つの境界の間で最も良く観察される。ガウスの法則に参照される境界条件挙動により、導電性エンクロージャ、またはファラデー・ケージと呼ばれるセミ・エンクロージャ、または類似ファラデー・ケージ構造が、類似遮蔽構造の内部に含まれている、あるいは部分的に配置されている導電エレメントとの関係で静電遮蔽として作用する。遮蔽構造の境界付近では、電荷および寄生のほとんどの部分が、遮蔽境界の内部に維持される。一方、類似ケージ遮蔽境界の外部に存在する電荷および寄生は、そのほとんどの部分が、内部に保持されている導体に関連して内部的に生じる、有害な影響を及ぼすフィールドから除外される。結合された電界および磁界は、伝搬するフィールド・エネルギーに対して、その伝搬を妨げる導電通路に沿って伝搬するエネルギー・フィールドが、前記通路に沿ったインピーダンスすなわち抵抗に遭遇しない限り、導電通路に沿って光速で伝搬する能力を本質的に有している。このインピーダンスすなわち抵抗が、導電通路を構成している材料との関係における電磁遮蔽の有効性を予測する「表皮効果」の概念に寄与している。
【0028】
既に指摘したように、伝搬電磁干渉は、電界および磁界のそれぞれ両方の産物である。最近まで、当技術分野では、直流エネルギーすなわち直流電流を有する高周波雑音を伝送する回路すなわちエネルギー導体からEMIをフィルタリングすることに重点が置かれてきたが、本発明は、電気システムまたは試験機器に見られる、導電通路に沿った直流、交流および交流/直流ハイブリッド形エネルギー伝搬を使用するエネルギーを調節することができる。これには、同一電気システム・プラットフォーム内に多くの種類の回路伝搬特性を含むシステムに見られる多くの様々なタイプのエネルギー伝搬フォーマットを含むシステムのエネルギーを調節するために、本発明の使用が含まれている。放射放出問題の主な原因は、差動モード・エネルギーおよびコモン・モード・エネルギーの2つのタイプの伝導電流によるものである。これらの電流によって生じるフィールドは、多くのタイプのEMI放出の原因となる。差動モード(DM)電流は、電線、回路基板トレース、およびその他の導体中の円形経路を流れる電流である。これらの電流に関連するフィールドは、導体によって画定されるループから生じる。
【0029】
動作周波数がより高い回路の場合、ユーザはそのほとんどに対して、システムの負荷に引き渡すエネルギーを制御するために使用するL−C−R、L−CおよびR−C個別エレメント網を生成するために、誘導子、コンデンサあるいは抵抗などの単一または複数の受動エレメントの組合せを展開しなければならない。しかし、従来技術による個別L−C−R、L−CおよびR−Cエレメント網は、周波数が200MhZを超えると、伝送線路の特性を呈し始め、あるいはさらに高い周波数では、マイクロ波に類似した特徴を示すことさえある。そのため、寄生が抑制すなわち減少されず、あるいは、すべての個別エレメント間を前記エレメント網に外部結合している接続構造を低下させ、減速させ、あるいはさもなければ、広範囲の動作周波数に渡って、回路に沿ったエネルギー伝搬を著しく低下させることになる。これは、前記エレメント網が接続される、より大形の回路にとっては極めて有害である。より高い周波数では、本来の設計目的である集中容量、集中抵抗または集中インダクタンスを提供するのではなく、従来技術のエレメント網の内部に配置される内部電極による容量寄生が、エネルギー低下、衰弱、あるいは標準以下の回路性能に対する多くの理由またはソースの1つになっている。前記標準以下の性能により、それには限定されないが、データの欠落、線路遅延等の損失が生じ、また、重大な回路の非有効性の原因になっている。
【0030】
コモン・モード・エネルギーおよび差動モード・エネルギーは、それらのエネルギーが異なる回路経路を伝搬する点で異なっている。コモン・モード雑音は、導電通路とその周辺との間の容量が等しいことによって生じる静電誘導によるものであり、展開される雑音電圧は両電線上で同一であり、および/または、コモン・モード雑音は、対導電通路または多重導電通路にリンクしている導電通路からの電磁誘導磁界によるものであり、展開されるあらゆる雑音電圧と同様、両対導電通路上で実質的に同一である。また、前記雑音エネルギーは、導体の外部表皮上を移動する。差動雑音は、通常、電圧が印加された回路干渉内の電圧不平衡によって生じ、一方の信号伝送経路の電位を、他方の信号伝送経路の電位に対して変化させる原因になっている。。望ましくない雑音の低減、最小化または抑制を促進するために、電圧が印加された本発明は、本発明の内部に展開する低インピーダンス経路を利用し、前記望ましくないエネルギーの一部を導電接地および/または外部(本発明の)導電領域すなわち通路に導いている。この通路部分を本発明の内部に配置し、共通導電プレートまたはそれらが構成している構造の一部を含ませることもできる。共通導電プレートまたは構造および生成された外部導電領域の延長により、これらの導電遮蔽通路エレメントに沿って伝搬するエネルギーが、外部に配置されたより大きい導電領域、通路、または本発明の一部を構成している、内部に設置された共通導電プレート領域すなわち類似遮蔽構造の主として外部に位置付けされるシステム接地に移動することができる。可能な外部接続、および/または、本発明の多層実施形態の外部通路への複数の本発明の共通導電通路の接続は、当技術分野で知られている多数の業界公認の可能手段によって実施することができる。このような共通導電プレートの導電接続、あるいはこれらの結合共通プレート・エレメントの組合せからなる類似導電遮蔽構造、および、ほとんどの場合、差動導電通路へ分離され、かつ、多機能エネルギー調節器に導電接続された外部導電通路への接続により、同様にソース、多機能エネルギー調節器、導電通路および負荷を備えた、電圧が印加された回路中に生成される雑音電流ループ領域の全体的な領域が短縮される。本発明が接続され、電圧が印加されると、中央共通導電プレートすなわち通路のそれぞれ反対側に、互いに180度の位相外れで伝搬する、少なくとも2つの平行エネルギー・ループがエネルギー・ループが平行である回路内に生成され、したがって対向するエネルギーが相殺され、雑音が最小化または抑制される。また、電圧が印加されたより大きい回路内に多機能エネルギー調節器を含む、電圧が印加された構成も、エネルギー・ソースから負荷へ伝搬するエネルギーの一部が使用することができる多機能エネルギー調節器の内部に複数の電位導電通路をもたらす。共通遮蔽導電プレート、および/または、プレート・エレメントからなる類似遮蔽構造の一部は、ソースまたは負荷から伝搬するエネルギーによって、エネルギー・ソースへの戻り経路として使用される場合、共通導電構造または共通導電プレートが、伝搬エネルギーの一部によって、そのエネルギー・ソースへの1つまたは複数のエネルギー戻り通路として使用されると、対差動導電経路の一部と戻り経路の間に短い分離領域、すなわちループ領域を有することになる。それぞれの外部導体すなわち通路に接続されると、ループ領域の一部が、間に挿入された誘電材料と共に多機能エネルギー調節器の内部に置かれ、差動導電プレートすなわち通路と共通導電プレートすなわち通路との間に隔たりをもたらす。回路を伝搬するエネルギーの一部は、多機能エネルギー調節器の内部に沿って移動し、また、ソースから負荷へ移動する前記エネルギーの一部は、多機能エネルギー調節器に取り付けられた回路内を、負荷からソースへ戻り移動するエネルギーの一部と逆方向に移動することになる。この逆方向に伝搬するエネルギーは、間に挿入された誘電媒体と共に依然として類似ファラデー・ケージ遮蔽構造中に含まれている中央共通導電遮蔽通路によって、すべて多機能エネルギー調節器の内部で分離される。前記エネルギーは、類似ファラデー・ケージ構造の静電特性に関して同時に調節され、それにより、上で記述したように、短距離分離内における磁界原理が相互に相殺される。グループ化された共通導電電極すなわち経路は、前記対差動エネルギー導電プレートすなわち通路のほとんどの領域を互いに物理的に遮蔽し、電圧が印加されると、前記差動導電通路の近辺を逆に機能させ、また、共通遮蔽通路によって常に分離されている近辺を、相補的に、あるいは調和の取れた方法で依然として相互作用させ、それにより、多機能エネルギー調節器の内部における有効なエネルギー調節を提供している。本発明による調節器内の前記回路エネルギーの一部は、ある時点において、2つの別個の共通導電プレート領域の一部の間を、それぞれの共通導電プレート領域から誘電媒体によって分離された差動導体に沿って、あるいは差動導体上を、電圧が印加された回路と共に動作中の多機能エネルギー調節器の内部を伝搬する前記エネルギーの一部として伝搬する。
【0031】
ここで図1を参照すると、多機能エネルギー調節器10の物理アーキテクチャの分解斜視図が示されている。多機能エネルギー調節器10は、複数の共通導電プレート14、少なくとも2つの電極プレート16Aおよび16Bからなり、各電極プレート16は、2つの共通導電プレート14の間に挟まれている。少なくとも一対の電気導体12aおよび12bが、複数の共通導電プレート14および電極プレート16Aおよび16Bの絶縁開口部18または結合開口部20を通して配置されている。また、電気導体12aおよび12bは、電極プレート16Aおよび16Bの結合開口部20に選択的に接続されている。共通導電プレート14はすべて、好ましい実施形態における金属などの導電金属からなっており、あるいは他の実施形態では、チップ・コンデンサおよび類似を製造するために使用されるプロセスと同様、誘電体積層物上に付着させた導電材料(図示せず)を持たせることもできる。少なくとも一対の絶縁開口部18は、各共通接地導電プレート14を通して配置され、共通導電プレート14と電気導体12の間の電気絶縁を維持しつつ、電気導体12を貫通させている。複数の共通導電プレート14は、任意選択で、所定の整合位置に配列された締め付け開口部22を備え、複数の共通導電プレート14の各々を、ねじおよびボルトなどの標準の締め付け手段を用いて互いに確実に結合することができ、あるいは代替実施形態(図示せず)では、チップ・コンデンサおよび類似を製造するために使用されるプロセスと同様、標準の類似モノリシック方式で製造し、結合することもできる。また、締め付け開口部22を使用して、多機能エネルギー調節器10を、共に使用されている電子デバイス多機能エネルギー調節器10のエンクロージャまたはシャシなどの他の非導電表面または導電表面に固着させることができる。
【0032】
電極プレート16Aおよび16Bは、導電材料からなっている点で、共通導電プレート14と類似しており、あるいは他の実施形態では、チップ・コンデンサおよび類似を製造するために使用されるプロセスと同様、誘電体積層物上に付着させた導電金属(図示せず)、および開口部を通して配置された電気導体12aおよび12bを持たせることもできる。共通導電プレート14とは異なり、電極プレート16Aおよび16Bは、2つの電気導体12のうちの一方に選択的に電気接続されている。電極プレート16は、図1に示すように、共通導電プレート14より小さく描かれているが、その必要はなく、この構成では、電極プレート16による締め付け開口部22の物理的結合手段との干渉を避けるために実施されたものであり、理想的には共通導電プレート14内に挿入されなければならない。
【0033】
電気導体12は、図1に示すように、電気導体12の両端部に示されている矢印の方向に流れる電流経路を提供している。電気導体12aは、電気信号伝達経路を表し、電気導体12bは、信号の戻り経路を表している。一対の電気導体12aおよび12bしか示されていないが、出願人の意図は、複数対の電気導体に対するフィルタリングを提供し、高密度多重導体多機能エネルギー調節器を創出する多機能エネルギー調節器10を構成することである。
【0034】
多機能エネルギー調節器10を構成している最後の構成要素は、1つまたは多数の電気特性を有する材料28である。材料28は、導体12a、12bおよび結合開口部20によって生成される接続部を除き、プレートおよび導体を互いに絶縁させるやり方で、中央共通接地導電プレート14、両電極プレート16Aおよび16B、および2つの外部共通導電プレート14の間を貫通している電気導体12aおよび12bの一部を覆っている。多機能エネルギー調節器10の電気特性は、上記材料28を選択することによって決定される。誘電材料が選択されると、多機能エネルギー調節器10は、主として容量特性を有することになる。また、材料28に、容量特性およびサージ保護特性をもたらす金属酸化物バリスタ材を使用することもできる。フェライト材および焼結多結晶材などの他の材料を使用することもできる。フェライト材を使用することにより、相互結合相殺効果によるコモン・モード雑音相殺が改善されるばかりでなく、サージ保護特性と共に固有インダクタンスが提供される。また、焼結多結晶材を使用することにより、導電特性、誘電特性および磁気特性が提供される。焼結多結晶については、参照により本明細書の一部となる米国特許第5,500,629号に詳細に記載されている。使用することができる追加材料は、参照により本明細書の一部となる米国特許第5,512,196号に開示されている、高誘電率強誘電体と高透磁率強磁性体との合成物である。このような強誘電性−強磁性合成材料は、誘導性および容量性の両特性を単独に示し、したがってLCタイプの電気フィルタとして作用するコンパクトな単一エレメントとして形成することができる。このようなエレメントのコンパクト性、形成性およびフィルタリング能力は、電磁干渉を抑制するために有効である。一実施形態では、強誘電体はチタン酸バリウムであり、強磁性体は、銅亜鉛フェライトをベースとするなどのフェライト材である。強誘電性−強磁性合成物の容量特性および誘導特性は、1GhZの高周波数でレベル・オフの兆候を示さない減衰能力を示している。強誘電性−強磁性合成物の幾何学は、このような合成物を使用している電気フィルタの最終的な容量性質および誘導性質に重大な影響を及ぼす。強誘電性−強磁性合成物は、その製造プロセスの間に調整することができ、特定のアプリケーションおよび環境に適した減衰をもたらすために、多機能エネルギー調節器の個々の特性を整調することができる。
【0035】
もう一度図1を参照して、次に、共通導電プレート14、電極プレート16Aおよび16B、電気導体12aおよび12b、および材料28の物理的な関係を、より詳細に説明する。中央共通接地導電プレート14から説明を開始する。中央プレート14は、共通接地導電プレート14と両電気導体12aおよび12bとの間の電気絶縁を維持している、それぞれの絶縁開口部18を通して配置された一対の電気導体12を有している。中央共通接地導電プレート14の上下いずれの側にも電極プレート16Aおよび16Bがあり、電極プレート16Aおよび16Bは、それぞれ電極プレートを通って配置された一対の電気導体12aおよび12bを有している。中央共通接地導電プレート14とは異なり、一方の電気導体12aまたは12bのみが、絶縁開口部18によって各電極プレート16Aまたは16Bから絶縁されている。一対の電気導体の一方、12aまたは12bが、それぞれ結合開口部20を通して関連する電極プレート16Aまたは16Bに電気結合されている。結合開口部20は、堅固で確実な電気接続をもたらす、はんだ溶接、抵抗性フィットまたは任意の他の方法などの標準接続を介して一対の電気導体12の一方とインタフェースしている。多機能エネルギー調節器10の場合、適切に機能するためには、上部電極プレート16Aは、下部電極プレート16Bが電気結合される電気導体12bではなく、対向する電気導体12aに電気結合しなければならない。多機能エネルギー調節器10は、複数の外部共通導電プレート14を任意選択で備えている。これらの外部共通導電プレート14は、複数の共通導電プレート14が外縁導電帯域または導電成端材に電気接続されると、あるいはテンション・シート手段(tension seating means)または一般的に使用されている類似はんだ材によって、差動導電プレート16Aおよび16b、および/または、例えば12aおよび12bなどの任意の複数の電気導体の物理的分離である、より広い外部導電表面14aおよび14b(図示せず)に直接接続されると、極めて広い導電接地平面および/または像平面をもたらす。外部導電領域に接続することにより、放射される電磁放出の減衰が促進され、過電圧およびサージが放散する、より広い表面領域がもたらされる。外部導電領域に接続することにより、差動導電プレート16Aおよび16b、および/または、例えば12aおよび12b任意の複数の差動電気導体によって放射され、あるいは吸収される、あらゆる誘導性漂遊あるいは寄生漂遊の静電抑制が促進される。共通プレートが上述のように互いに結合され、放射電磁放出を抑制し、過電圧およびサージが放散する、より広い導電表面領域をもたらし、同時に、寄生および他の過渡現象の類似ファラデー・ケージ静電抑制を起動させるために、共通導電プレートのグループが、共により広い外部導電領域すなわち表面と相互作用する場合、類似ファラデー・ケージ構造の原理が使用される。このことは、複数の共通導電プレート14が接地に電気接続され、本発明が配置され、電圧が印加される回路に対する固有接地の提供を委ねられている場合、特に事実である。既に記述したように、共通導電プレート14と両電極プレート16Aおよび16Bの間に挿入され、維持されるのは材料28であり、該材料28には、異なる電気特性を有する1つまたは複数の複数材料を使用することができる。
【0036】
図1Aは、電気導体あるいは回路基板接続部を多機能エネルギー調節器10に結合する追加手段を含む、多機能エネルギー調節器10の代替実施形態を示したものである。本来、複数の共通導電プレート14は、個別に配置された外縁導電帯域14aおよび/または14b(図示せず)を共有することによって、各導電電極の出口部分でまとめて電気接続され、外縁導電帯域14aおよび/または14bは、本発明がより大きい回路の一部に配置され、電圧が印加されると、電位を持つことができる同一外部導電表面(図示せず)に結合および/または接続されている。この電位は、外部導電表面領域または帯域14aおよび/または14b(図示せず)を通した領域、実施形態の内部共通導電電極14、およびエネルギーを伝搬させる接続を利用するために必要なあらゆる導電エレメントと相互作用する。さらに、各差動電極プレート16Aおよび16Bは、それぞれ独自の外縁導電帯域すなわち表面40aおよび40bを有している。電極プレート16Aおよび16Bと、それらの導電帯域40aおよび40bのそれぞれとの間に電気接続をもたらし、同時に、多機能エネルギー調節器10の他の部分間の電気絶縁を維持するために、各電極プレート16は、電極プレート16Aの延長部分が、電極プレート16Bが導かれる方向と逆の方向に導かれるように、延長され、位置決めされている。また、電極プレート16の延長部分は、一定の距離を越えて延長し、その延長部分に複数の共通導電プレート14が追加距離だけ延長し、追加材料28によって外縁導電帯域40aおよび40bから絶縁されている。帯域の各々と該帯域に関連するプレートの各々との間の電気接続は、それぞれ各帯域と該帯域に関連する共通導電プレートまたは導電電極プレートとの間の物理的接触を介して実現されている。
【0037】
図2は、多機能エネルギー調節器10の物理実施形態がより大きな回路と組み合わされ、電圧が印加された場合の、回路の電圧が印加された部分の準概略回路を示したものである。線路間容量30は、電極プレート16Aおよび16Bからなり、電極プレート16Aは、一対の電気導体の一方12aに結合され、他方の電極プレート16Bは、他方の電気導体12bに結合され、それにより容量の形成に必要な2つの平行プレートをもたらしている。中央共通接地導電プレート14は、本発明のすべての実施形態またはコノテーションの中でも不可欠の構成要素であり、該中央共通接地導電プレート14を挟む2つの外部共通導電プレート14と結合されると、より広い外部導電領域34(図示せず)および線路間容量30へ接続する帯域14および14B(図示せず)を表す固有接地34および34bとして共に作用し、また、各線路接地容量32に対する2つの平行プレートの一方としての働きをしている。
【0038】
各線路接地容量32に必要な第2の平行プレートは、対応する電極プレート16Bによって供給される。図1および図2を注意深く参照すると、容量プレートの関係が明らかになるであろう。電気特性を有する材料28を用いて、中央共通接地導電プレート14を各電極プレート16Aまたは16Bから絶縁することにより、電気導体12aおよび12bと、各電気導体12aおよび12bから、より広い外部導電領域34に結合している線路接地減結合コンデンサ32との間を延びるコモン・モード・バイパス・コンデンサ30を有する容量網になる。
【0039】
より広い外部導電領域34の詳細については後述するが、さしあたり、より広い外部導電領域34を接地または回路接地と等価であると仮定することは、より直感的であろう。前記中央プレート14と結合させて、導電結合され、かつ、はんだ付け、または締め付け開口部22を通して挿入される、電気デバイスのエンクロージャまたは接地シャシに結合される取付けねじなど、当技術分野における一般的な手段によって回路または接地に結合することができる1つまたは複数の共通導電プレート14を形成するために、より広い外部導電領域34を中央および追加共通導電プレート14に結合させることができる。多機能エネルギー調節器10は、接地または回路接地に結合された固有接地34を用いることにより、同様に良好に機能するが、多機能エネルギー調節器10の物理アーキテクチャの利点の1つは、必要とするエネルギー調節によっては、物理的な接地接続を必要としない特定のアプリケーションが存在することである。
【0040】
もう一度図1を参照すると、多機能エネルギー調節器10の追加特徴が、時計回り磁束フィールド24および反時計回り磁束フィールド26によって示されている。アンペアの法則を適用し、右手の法則を用いることにより、個々の磁束フィールドの方向を決定し、マップすることができる。そうすることにより、個々の場所で親指が平行になり、導体の両端部の矢印で示すように、電気導体12aおよび12bを流れる電流の方向が示される。電流が流れる方向と同じ方向を親指が示すと、人手曲線上の残りの指が、磁束フィールドの回転方向を示している。電気導体12aおよび12bは、互いに隣合って位置付けされ、また、多くのI/O構成およびデータ線路構成に見られるように、複数の電流ループを表すことができるため、多機能エネルギー調節器10に流入出する電流は、互いに逆方向であり、したがって密接に位置付けされた逆方向磁束フィールド18、20、24および26が生成され、互いに相殺し、デバイスに起因するインダクタンスが最小化される。インダクタンスが小さいことは、スイッチング速度が速くなり、また、近代機器の立上りの急峻なパルスは、低インダクタンス・サージ・デバイスおよびネットワークによってのみ処理することができる、許容することのできない電圧スパイクを発生するため、近代のI/Oおよび高速データ線路にとって有利である。また、従来技術に見られる個別部品の組合せと比較した、多機能エネルギー調節器10の使用による労働集約態様が、容易かつ費用有効性の高い製造方法を提供することは明らかであろう。同様に実施形態の内部に展開する線路接地容量の各々に対して測定した容量の約1/2の値の線路間容量を回路にもたらすために必要な接続は、電気導体12の両端部への接続のみであるため、ユーザに柔軟性が提供され、また、本発明を利用したより大きい電気システムを製造するための時間および空間が潜在的に節約される。
【0041】
図3Aは、図1Aに示す多機能エネルギー調節器10に対するコモン・モード挿入損失測値の比較を示し、ほぼ同一の物理サイズ直径の従来技術によるスルーホール・コンデンサ(through−hole capacitor)50(図示せず)の応答に対する線路間容量0.20uFを測定したものである。グラフは、0.47uFの線路間容量値を構成する従来技術によるコンデンサ50が、0.20uFの線路間容量値を有する多機能エネルギー調節器10の性能と比較して、異なる性能を実行することを示している。多機能エネルギー調節器10および50の両方を外部導電領域に接続すると、多機能エネルギー調節器10は、最大1,200MHz(1,200MHzは、試験機器の限界であった)の周波数で示すように、コンデンサ50と比較すると、著しく異なる挿入損失読値を示す。図3Bは、図3Aで使用した多機能エネルギー調節器10と同一の調節器10の差動モード側値と、図3Aで測定した従来技術によるスルーホール・コンデンサ50(図示せず)と同一のコンデンサ50の応答に関する差動モード側値との比較を示したものである。多機能エネルギー調節器10および従来技術によるコンデンサ50の両方を外部導電領域に接続すると、多機能エネルギー調節器10は、最大1,200MHz(1,200MHzは、試験機器の限界であった)の周波数で示すように、著しく異なる挿入損失読値を示す。
【0042】
グラフ3Bは、0.47uFの線路接地容量値を構成する従来技術によるコンデンサ50の読値が、調節器10の一方のコンデンサ・サイドに対して、3Aの試験を実施する前に測定した多機能エネルギー調節器10の線路間容量値0.20uFの値の約2倍である0.40uFの線路接地容量値を有する多機能エネルギー調節器10とは異なることを示している。
【0043】
本発明の代替実施形態は、図4に示す差動モードおよびコモン・モード多重導体フィルタ110である。フィルタ110は、図4には示されていないが、図1および1Aに示す電気導体12aおよび12bと類似の、複数対の電気導体に作用する差動モード結合コンデンサ配列およびコモン・モード減結合コンデンサ配列を形成するための複数の共通導電プレート112および複数の導電電極118a〜118hからなっている点で、図1および図1Aの多機能エネルギー調節器10と類似している。図1に示す単一対導体多機能エネルギー調節器に関して既に記述したように、共通導電プレート112、導電電極118、および複数の電気導体は、誘電材料、フェライト材、MOV型材料および焼結多結晶材などの所定電気特性を有する、予め選択された材料122によって互いに絶縁されている。複数の共通導電プレート112の各々は、複数の絶縁開口部114を有し、該開口部中を電気導体が貫通し、かつ、それぞれの共通導電プレート112に対する電気絶縁が維持されている。複数の電気導体対を収容するためには、多機能エネルギー調節器110は、図1および1Aで記述した電極プレートの改訂バージョンを使用しなければならない。
【0044】
多重独立導電電極を電気導体の各々の対に提供するために、必要な電気特性を含む材料122の1つからなる支持材116が使用されている。支持プレート116Aは、電極毎に1つの結合開口部120を有するプレート116Aの一方の側に印刷された複数の導電電極118b、118c、118eおよび118hからなっている。また、支持プレート116Bも、プレート116Bの一方の側に印刷された複数の導電電極118a、118d、118fおよび118gからなっている。支持プレート116Aおよび116Bは、複数の共通導電プレート112によって分離され、かつ、囲まれている。複数の共通導電プレート112は共に、一般的に材料122からなる導電材を締め出し、当技術分野で知られている標準手段による製造プロセスの間における、それぞれのプレートの融合あるいは積層を可能にし、および/または、融け合わせを可能にしている。また、上述の導電電極材および絶縁構造は、同様に製造プロセスの間に、当技術分野で知られている標準手段によって追加または付着される。また、導電成端材112Dも、製造中にプレート112の各側面に加えられ、それにより、回路内に置かれ、電圧が印加されると、本発明110の複数の共通導電プレート電極112A、112Bおよび112Cの少なくとも周辺部の導電接続部が共に導電結合され、外部導電領域すなわち表面(図示せず)への同一導電通路を共有することができる単一導電構造が形成される。入力電気導体対の各々は、多機能エネルギー調節器110内に、対応する電極対を有している。図には示されていないが、電気導体は、共通導電プレート112およびそれぞれの導電電極を貫通している。接続は、結合開口部120および絶縁開口部114を選択して実施するか、あるいは実施しないかのいずれかである。共通導電プレート112は、導電電極118a〜118hと協働して、図1および1Aの電極プレート16Aおよび16Bの機能と実質的に同じ機能を実行している。
【0045】
図5は、従来技術による多重コンデンサ・エレメントと、本発明による差動モードおよびコモン・モード多重導体多機能エネルギー調節器110の略図を示したものである。図5Aは、従来技術によるコンデンサ・アレイ130の略図である。本来、複数のコンデンサ132は、互いに形成かつ結合され、電気導体を各コンデンサ132に接続するために設けられた開放端子134を有するアレイ130に共通接地136を提供している。これらの従来技術によるコンデンサ・アレイは、各コンデンサ132の開放端子134が個別電気導体に電気接続される場合、個別電気導体のコモン・モード減結合しか許容していない。
【0046】
図5Bは、4対の差動モードおよびコモン・モード・フィルタ・ピン配列を有する差動およびコモン・モード多重導体多機能エネルギー調節器110の略図を示したものである。各電極対を通って延びている水平線は、共通導電プレート電極112A、112Bおよび112Cを表し、各対を囲んでいる線は、導電絶縁材112aである。導電絶縁材112aは、共通導電プレート電極112A、112B、112C、および側部導電成端材112Dに電気結合され、導電格子をもたらしている。該導電格子はさらに、導電材のない状態で残された領域によって、電極プレート118a〜118hから分離されている。導電材は、導電電極プレート118a〜118hの各々を互いに分離し、かつ、上記導電格子から分離している。対応する導電電極118a〜118hは、中央共通接地導電プレート112のそれぞれ上下にある支持材プレート116Aおよび116B上に位置付けされ、線路接地コモン・モード減結合コンデンサを形成している。各導電プレート電極118a〜118h、共通導電プレート電極112A、112Bおよび112C、および支持材プレート116Aおよび116Bは、誘電材料122によって互いに分離されている。多機能エネルギー調節器110が、電極プレート118aおよび118cに見られるような結合開口部120を介して、対電気導体に接続されると、多機能エネルギー調節器110は、コモン・モード・フィルタおよび差動モード・フィルタを形成する。
【0047】
もう一度図4を参照すると、多重導体多機能エネルギー調節器110は、中央共通導電プレート電極112Bだけでなく、外部共通導電プレート112Aおよび112Cを有している。図1および1Aに関連して記述したように、これらの外部共通導電プレートおよび共通導電電極112Aおよび112Cは、互いに1つに結合され、かつ、それぞれの本発明の中央共通導電プレート14または中央共通導電電極112Bの各々、および外部導電領域(図示せず)に結合されると、多機能エネルギー調節器110に極めて広い導電通路すなわち領域をもたらし、対導体の導電性放射電磁放出を同時に抑制および/または最小化および/または減衰し、前記導電プレートと図1および図1Aの電極または他の本発明の実施形態との間を遮蔽し、過電圧、サージおよびその他の過渡的雑音を放散および/または吸収するための、より広い表面領域がもたらし、かつ、電圧が印加されると、類似ファラデー・ケージ遮蔽として有効に作用する。近代電子デバイスのすべてに見られる1つの傾向は、機器およびその機器を構成している電子エレメントの継続的な小型化である。多機能エネルギー調節器配列における主要エレメントであるコンデンサも例外ではなく、そのサイズは継続的に縮小され、今や、コンデンサをシリコン中に形成し、また、顕微鏡を使用してしか見ることができない集積回路に埋め込むことができるまでに到っている。極めて広く使用されるようになった小型化コンデンサの1つは、標準スルーホール・コンデンサあるいはリード・コンデンサ(leaded capacitor)より著しく小さいチップ・コンデンサである。チップ・コンデンサは、回路基板上に見られる電気導体およびトレースに物理的、電気的に接続するために、表面実装技術を使用している。本発明による多機能エネルギー調節器のアーキテクチャの多様性は、図6に示す表面実装技術にまで拡張している。表面実装多機能エネルギー調節器400を図6Aに示し、その内部構造を図6Bに示す。図6Bを参照すると、共通導電プレート412が、第1の差動プレート410と第2の差動プレート414の間に挟まれている。共通導電プレート412、第1の差動プレート410、および第2の差動プレート414はそれぞれ、選択される材料によって決まる所要電気特性を有する材料430からなっている。本発明のすべての実施形態については、出願人は、それには限定されないが、誘電材料、MOV型材料、フェライト材、マイラなどのフィルム、および焼結多結晶のようなより新しい新種の物質など、様々な材料の使用を意図している。
【0048】
第1の差動プレート410は、その4つの側面のうちの3つの側面に沿って第1の差動プレート410の外周部を囲んでいる絶縁帯域418を残して、材料430の頂部表面に結合された導電電極416を含んでいる。絶縁帯域418は、導電電極416によって覆われない、材料430の縁に沿った部分に過ぎない。第2の差動プレート414は、第1の差動プレート410の物理的方向に対する第2の差動プレート414の物理的方向を除き、本質的に第1の差動プレート410と同一である。第2の差動プレート414は、その4つの側面のうちの3つの側面に沿って第2の差動プレート414の外周部を囲んでいる絶縁帯域428が残るように、材料430の頂部表面に結合された導電電極426を有する材料430からなっている。第1および第2の差動プレート410および414の、互いの物理方向に関して注意すべき重要なことは、各プレートの絶縁帯域418および428に囲まれていない方の側が、互いに180度離れて配列されていることである。また、第1および第2の差動プレート410および414の、共通導電プレート412に対する物理方向に関して注意すべき重要なことは、図には示されていないが、各差動電極412および410の導電領域が、間に置かれた中央共通導電電極412によって、それぞれの差動電極410および414の境界すなわち周囲が、共通導電プレートの重ね合わせ領域、すなわちアンダーラップ領域が、前記共通導電プレート412を挟む同一サイズの差動導電プレートに関連して、共通導電プレートを過大サイズで出現させる程度に、共通導電電極412の境界すなわち周囲に対して差し込まれるように、互いに物理的に遮蔽されていることである。これについては、図19でさらに詳細に説明する。共通導電電極412および同一サイズの差動プレートに対するオーバラップの範囲に関しては、電源が印加される際に、逃れようとする寄生の試み、すなわち差動電極に占有されている領域に入ろうとする寄生の試みに対する罠掛けが、このような低下の発生を防止するために十分な程度にまで、本質的に差し込むことができる。差動プレートを挟んでいる、より大きい共通プレート・セットに対するポイントへの差動導電プレート410および414の差し込みにより、電圧印加状態中における静電遮蔽の有効性が向上する。この方向性により、電気導体が個別プレート410または414のいずれかに電気結合されるが、逆方向に位置付けされた対差動導体間を差動位相相補エネルギー調節するためには、必ずしも個別プレート410および414の両方に結合する必要はない。
【0049】
共通プレート412の構造は、共通プレート412が、頂部表面に結合された共通導電電極424を有する材料430を含んでいる点で、第1および第2の差動プレート410および414の構造と類似している。図6Bから分かるように、共通プレート412は、反対の端部に位置付けされた2つの絶縁帯域420および422を有している。共通プレート412は、絶縁帯域420および422が、第1および第2の差動プレート410および414の、絶縁帯域を持たない端部に位置合せされるように、第1および第2の差動プレート410および414の間に位置合せされている。共通プレート412、第1の差動プレート410、および第2の差動プレート414の3つのプレートはすべて、接地プレートの下にいかなる種類の導電表面も有していないため、プレートが互いに積み重ねられると、導電電極426は、共通プレート412の背面によって、共通導電電極424から絶縁される。同様の方法で、共通導電電極424は、材料430からなる第1の差動プレート410の背面によって、導電電極416から絶縁される。
【0050】
ここで図6Aを参照して、表面実装多機能エネルギー調節器400の構造について、さらに説明する。共通プレート412、第1の差動プレート410および第2の差動プレート414が、記述したように図6Bおよび図19に示す配列に従って1つに挟まれると、2つの追加共通導電プレートが位置付けされ、差動プレート414および410を挟み、該差動プレート414および410が、共通導電プレート412を挟んでいる。プレート412Bおよび412Aは、構成材料およびサイズが本質的に同一であり、それぞれの帯域および電極縁の方向は、実施形態内において、前記中央導電プレート412の方向と概ね平行である。電気導体を差動電極416および426に結合する手段を含んでいなければならない。電気導体は、帯域402、404および406の間に位置付けされた絶縁帯域408によって共通導電帯域402から絶縁された第1の差動導電帯域404および第2の差動導電帯域406を介して、表面実装多機能エネルギー調節器400に結合される。共通導電帯域402および絶縁帯域408は、4つの側面のすべてを絶縁するために、400多機能エネルギー調節器のボディの周囲を360度に渡って延びることができるが、共通導電プレート412、412Aおよび412Bによる前記差動導電電極414および410の、ほぼ完全な類似遮蔽包囲のため、共通導電帯域402は、帯域402を導電成端構造(図示せず)に置き換えることにより、そのサイズを縮小し、あるいは排除することもできる。導電成端構造は図示されていないが、その外観および機能は、図14に見られる成端帯域84に類似しており、あるいは、当技術分野で普通に使用されている種類の構造に類似している。第1および第2の差動導電帯域404および406は、多機能エネルギー調節器400のそれぞれの部分の周囲を360度に渡って延びているだけではなく、それぞれカバー端部432および434へ延びている。
【0051】
図6Aおよび6Bを交互に参照すると、帯域とプレートの間の結合が分かる。端部434を含む第1の差動導電帯域404は、第1の差動プレート410の端部へ延びた絶縁帯域418を持たない導電電極416との電気結合を維持している。第2の差動導電帯域406は、それぞれ絶縁帯域422および428のため、共通プレート412および第1の差動プレート410から電気絶縁されている。今記述した方法と同様の方法で、端部432を含む第2の差動導電帯域406は、第2の差動プレート414の導電電極426に電気結合されている。共通プレート412、412A、412Bおよび第1の差動プレート410の絶縁帯域420、420A、420B、418、418Aおよび418Bのため、第2の差動導電帯域406は、第1の差動プレート410および共通プレート412、412Aおよび412Bから電気絶縁されている。
【0052】
共通導電帯域402の共通プレート412への電気結合は、共通導電帯域402の側面436またはその代用を、共通プレート412、412Aおよび412Bの側面に沿った絶縁帯域を持たない共通導電電極424、424aおよび424bに物理的に結合することによって達成される。第1および第2の差動導電帯域404および406からの共通導電電極424、424Aおよび424Bの電気絶縁を維持するために、共通プレート412、412Aおよび412Bの絶縁帯域420、420A、420B、422、422Aおよび422Bは、第1および第2の差動導電帯域404および406の端部432および434と、共通導電電極424、424Aおよび424Bとのあらゆる物理的結合を防止している。
【0053】
本発明による差動モードおよびコモン・モード多機能エネルギー調節器の他の実施形態と同様、第1および第2の差動プレート410および414の導電電極416および426は、電気導体が第1および第2の差動導電帯域404および406に結合されると、線路間差動モード・コンデンサとして作用する。線路接地減結合コンデンサは、各導電電極416および426と、共通導電電極424、424Aおよび424Bとの間にそれぞれ形成され、類似ファラデー・ケージ遮蔽構造が形成される。
【0054】
図7は、類似マイラすなわちフィルム媒体上に形成された多機能エネルギー調節器の他の実施形態を開示したものである。この実施形態は、金属化されたフィルム媒体、または当技術分野で知られている手段によって導電化物が塗布されたフィルム媒体からなり、共通導電プレート480、該共通導電プレート480に続く第1の電極差動プレート460、続いてもう1つの共通導電プレート480および第2の電極差動プレート500、最後にもう1つの共通導電プレート480からなっている。各プレートは本質的にフィルム472からなり、フィルム472自体は、それには限定されないが、マイラなどの多数の材料からなっている。フィルム472は完全に金属化され、あるいは、片側に他の親電気材料を用いて導電化され、金属化されたプレートあるいは導電化されたプレートを生成している。レーザを用いて、金属化された材料または導電材が塗布された材料の一部が、所定のパターンで除去(非金属化)され、絶縁バリヤが生成される。第1の差動プレート460は、該第1の差動プレート460を、電極464、絶縁電極468、および共通電極470の3つの導電領域に分割する2つのレーザ・エッジ絶縁バリヤ462および466を有している。第2の差動プレート500は、第2の差動プレート500を、電極510、絶縁電極502、および共通電極508の3つの導電領域に分割する2つの絶縁バリヤ506および504を有している点で、第1の差動プレート460と同一である。第1および第2の両差動プレート460および500の場合、絶縁バリヤ462および506は本質的にU字型であり、第1および第2のプレート460および500の広い領域を覆う電極464および510を生成している。U字型絶縁バリヤ462および506は、電極464および510による、それぞれ端部476および514への完全な延長を可能にしている。部材474および512は、絶縁バリヤ462および506から延びており、部材473および513は、絶縁バリヤ466および504から延びている。部材474および512は、端部476および514に最も近いポイントにおけるu字型絶縁バリヤ462および506の端部から直角に、外側へ向かって延びており、また、部材473および513は、共通電極470および508を端部476および514から完全に絶縁するために、それぞれ絶縁バリヤ466および504から直角に、外側へ向かって延びている。さらに、第1および第2の両差動プレート460および480は、端部476および514の反対側に、絶縁バリヤ466および504によって形成された絶縁電極468および502を有している。
【0055】
共通導電プレート480は、該共通導電プレート480を、共通電極488、絶縁電極484、および絶縁電極494の3つの導電領域に分割する絶縁バリヤ482および492を含んでいる。図に示すように、絶縁バリヤ482および492は、垂直に隣接して、共通導電プレート480の左右の縁に平行に通っている。また、両絶縁バリヤ482および492は、絶縁バリヤ482および492の垂直部分から外側に向かって直角に延び、かつ、プレート460、480および500が積み重ねられた場合に、第1および第2の差動プレート460および500のU字型絶縁バリヤ462および506の水平部分の位置が整合するように位置付けされた部材496を含んでいる。
【0056】
追加特徴は、交流信号および直流信号のフィルタリングに使用するために、共通導電プレート480を最適化することができることである。絶縁バリヤ492および482は、上で記述したように、直流信号のフィルタリングに使用するために最適化されている。直流動作の場合、絶縁電極484および494は、共通導電プレート480内に、ほとんど領域を必要としない。フィルタがフィルム媒体からなり、交流信号をフィルタリングするために使用される場合、絶縁電極484および494は、より広い領域を必要とし、その領域は、修正絶縁バリヤ486および490をエッチングすることによって実現される。垂直に走っている絶縁バリヤ484および494は、互いに近接して、かつ、共通導電プレート480の中央付近にエッチングされる。この修正に適応するために、垂直部分から外側に向かって直角に延びている部材496は、直流バージョンの場合より長くなる。いずれの構成も両タイプの電流フィルタリングを提供するが、絶縁電極484および494の領域をより広くすることにより、より良好な交流フィルタリング特性が提供される。
【0057】
図8および図9は、電動機と共に使用するために構成された多機能エネルギー調節器の実施形態を対象としたものであるが、他の電子工学アプリケーションにおけるエネルギー調節の実行が、この実施形態によって制限されることは皆無である。電動機は、電磁放出および不平衡の極めて重大なソースである。このことは、動作中のテレビジョン受像機の前で電気掃除機を動作させたほとんどの人が経験し、画面を埋め尽くす「スノー」に気が付いているように、素人にさえ明らかである。このテレビジョンへの妨害は、電動機からの電磁放出によるものである。電動機は、洗濯機、乾燥機、自動皿洗い器、ミキサーおよびヘア・ドライヤなどの多数の家庭用電気製品に広く使用されている。また、ほとんどの自動車は、風防ガラス・ワイパ、電動窓、電動ミラー、格納式アンテナ、および他の機能の全体ホストを制御するための多数の電動機を備え、その数は、自動車1台当たりの25個から高級車1台当たりの150個にまで及んでいる。電動機の普及および電磁放出水準の増加により、本発明の実施形態に追加して使用される誘導子すなわちフェライト・エレメントを使用することなく、必要なフィルタリングおよび雑音抑制を提供するために、1つの受動エレメントのみで電磁放出を低減し、多くの場合、すべての電磁放出を除去することができる差動モードおよびコモン・モード・フィルタリング能力が、1つの集積パッケージに必要である。電動機フィルタ180は、様々な形状に製作することができるが、図8に示す好ましい実施形態では、多数の所定電気特性のうちの1つを有する材料182からなる長方形のブロックとして示されている。図8aは、フィルタ180の外部構造を示したもので、フィルタ180は、フィルタ180の中心を貫通して配置された絶縁開口部188を有する材料182の長方形ブロックからなっている。前記188開口部は、この特定の使用法に対して必ずしも共通である必要はないが、ユーザにとっては、あらゆる前記188開口部によるものとされる、あらゆる電気調節エンハンスメントより便利であると考えられ、したがって、排除することができ、使用のための最適配置空間が設計される。導電帯域184および194、および共通導電帯域186(訳者注記:コメント参照)。図8bは、様々な帯域間に位置付けされた材料182の部分によって互いに電気的、物理的に絶縁された導電帯域184、194および共通導電帯域186の配列を有するフィルタ180の側面図を示したものである。図8cは、図8aの仮想中心線に沿った断面を示したものである。前述のすべての実施形態の場合と同様、本発明の物理アーキテクチャは、導電電極181および185、およびそれらの間に挟まれた共通導電電極183からなっている。所定の電気特性を有する材料182が、すべての電極間に散在し、様々な導電電極181および185と共通導電電極183との間の電気接続を防止している。本発明の表面実装実施形態の場合と同様、フィルタ180は、導電帯域184および194を使用して、フィルタ180の内部電極を電気導体に電気接続している。導電電極181は、完全に延長して導電帯域184と接触し、必要な電気的インタフェースをもたらしている。図8cに示すように、導電電極181は、導電電極185に結合されている導電帯域194に対しては、完全に延長して接触していない。図には示されていないが、共通導電電極183は、導電帯域184および194に接触することなく、共通導電帯域186間を完全に延長している。この場合も、フローティング接地として使用されている電動機ケース(図示せず)の内部に共通導電帯域186を結合することによって、共通導電電極183によってもたらされる固有接地が強化されている。
【0058】
図8dは、差動モードおよびコモン・モード電動機多機能フィルタ180の略図であり、線路間差動モード結合コンデンサに必要な2つの平行プレートを提供し、同時に、共通導電電極183と協働して、固有接地(図示せず)と相互作用する共通導電電極183を有する線路接地コモン・モード減結合コンデンサを提供する導電電極181および185が示されている。また、電動機フィルタ180を外部差動電気導体および個別導電領域(図示せず)にそれぞれ結合させる、導電帯域184、194、および共通導電帯域186が示されている。図8の好ましい実施形態は、3つの共通導電電極183と2つの導電電極181および185を示しているが、出願人は、複数の共通電極および差動電極を用いて、上述の実施形態についての説明と同様に、並列容量の付加効果によって可変容量値を得ることを意図している。
【0059】
図9は、電動機200に電気的および物理的に結合された差動モードおよびコモン・モード電動機フィルタ180を示したものである。図9aに示すように、電動機フィルタ180は、外側に向かって延びている電動機シャフト202を有する電動機200の頂部に置かれている。電動機シャフト202は、接続端子196に電気結合され、互いにかつ電動機200のロータから絶縁された導電帯域184および194を有するフィルタ180のシャフト開口部188を通して配置されている。個々の接続端子196は、図には示されていないが、電動機200に電力を供給する電源線に電気接続されている。電動機フィルタ180が電動機200に接続/結合されると、電動機フェース・プレート208が、電動機200および同様の開口部を通して電動機フェース・プレート208の中央に配置される電動機シャフト202を有するフィルタ180の頂部に置かれる。フェース・プレート208は、クランプ206を用いて電動機200のボディに物理的に結合される。図には示されていないが、フィルタ180は、共通導電帯域186を電動機エンクロージャに結合することによって、その固有接地と共に使用することができる。あるいは、電動機シェル・ケーシングの内部に共通導電帯域186を直接接続することができる。
【0060】
図9cは、周波数を関数とした電動機200の電磁放出レベルの比較を示す対数グラフであり、標準フィルタを有する電動機の結果が220で示され、差動モードおよびコモン・モード電動機フィルタ180の結果が222で示されている。グラフは、0.01MHzと約10MHzの間で、その全範囲を通して、フィルタ180を使用した場合の電磁放出が、従来技術によるフィルタと比較して最小20dBだけ追加抑制され、0.1MHz〜1MHzでは、追加抑制の大きさがさらに際立っていることを示している。より高い10MHz〜20MHzの周波数範囲および20MHz以上では、電磁放出の減少幅は、低い周波数の場合におけるほど大きくないことが分かるが、ほとんどの電動機は、この周波数範囲よりはるかに低い範囲で動作するため、このことは特に重要な問題ではなく、したがって電動機フィルタ180により、電磁放出が低減された強化性能が、ほとんどのアプリケーションに提供される。
【0061】
差動モードおよびコモン・モード・フィルタは、既に参照により本明細書の一部となっている上述および共同所有特許ならびに特許出願の多くの変形形態の中で提示されている。本発明の他の実施形態は、既に考察したフィルタの変形形態を利用している。遮蔽撚線対貫通差動モードおよびコモン・モード・フィルタ300を図10Aに示す。このフィルタ300と上で示したフィルタの相違は、第1の差動電極帯域302A、302B、および第2の差動電極帯域306A、306Bの位置であり、それぞれ互いに対角線方向に配置されている。共通接地導電帯域304は、上で示したフィルタ実施形態の場合と同様、絶縁材308によって第1および第2の差動電極帯域302および306から分離されている。遮蔽撚線対貫通差動モードおよびコモン・モード・フィルタ300は、図10Bに示すように、それぞれ少なくとも第1および第2の差動電極プレート312および316、および少なくとも3つの共通接地導電プレート314を備えている。上で示したフィルタ実施形態の場合と同様、プレート312、314および316は積み重ねられ、材料308によって互いに絶縁されている。
【0062】
次に図10Cおよび10Dを参照すると、遮蔽撚線対貫通差動モードおよびコモン・モード・フィルタ300および差動雑音を除去するための使用方法の略図が示されている。電流Iは、第1および第2の差動電極帯域302Aおよび306Bを通り、互いに交差して逆方向に流れ、第1および第2の差動電極帯域302Bおよび306Aを通って流出している。電流Iの交差ポイントは、線路間コンデンサとして作用し、共通導電接地プレート314は、交差ポイントの両側に線路接地コンデンサをもたらしている。
【0063】
図10Dでは、フィルタ300は、概ね平行なプレート312、314および316として描かれており、電極プレート312および316は、ファラデー・ケージ構成において、それぞれ共通接地導電プレート314に挟まれている。電流Iは、差動電極プレートを通って逆方向に流れている。既に参照により本明細書の一部になっているフィルタ実施形態で開示されているように、共通接地導電プレート314が電気的に相互接続され、差動電極から絶縁されていることに注意されたい。
【0064】
次に図10Eおよび10Fを参照すると、遮蔽撚線対貫通差動モードおよびコモン・モード・フィルタ300およびコモン・モード雑音を除去するための使用方法の略図が示されている。電流Iは、第1および第2の差動電極帯域302Aおよび306Aを通り、互いに交差して同一方向に流れ、第1および第2の差動電極帯域302Bおよび306Bを通って流出している。電流Iの交差ポイントは、線路間コンデンサとして作用し、共通導電接地プレート314は、交差ポイントの両側に線路接地コンデンサをもたらしている。
【0065】
図10Fでは、ここでもフィルタ300は、概ね平行なプレート312、314および316として描かれており、電極プレート312および316は、ファラデー・ケージ構成において、それぞれ共通接地導電プレート314に挟まれている。電流Iは、差動電極プレートを通って同一方向に流れている。既に参照により本明細書の一部になっているフィルタ実施形態で開示されているように、共通接地導電プレート314が電気的に相互接続され、差動電極から絶縁されていることに注意されたい。
【0066】
本発明によるフィルタは、多くの実施形態に使用されている。本発明を制限することを意図しない、様々な種類の層構成の意図する一例として、多重エレメント・フィルタの様々な追加実施形態について説明する。各図において、5つのプレートが個別に示され、次に平面図が示され、最後に側面図が示されている。図11および12を参照すると、本発明の2つの異なる実施形態70および70’が示されている。図11はバイパス構成であり、図12は貫通構成である。上で示した実施形態の場合と同様、図12の回路を完成するためには、電流は電極を通って流れなければならない。実施形態の各々は、3つの共通導電プレート74の間に挟まれた第1の差動電極プレート72および第2の差動電極プレート76を有している。通常、プレートは、各プレート72、74および76の周囲が材料75によって囲まれているが、プレートの端子部分、それぞれ72a、74aおよび76Aは、材料を貫通して延びている。これらの端子部分72a、74aおよび76Aは、それぞれ第1の差動導電帯域82、共通導電帯域84、および第2の差動導電帯域86に結合され、電圧が印加された回路(図示せず)への外部接続を提供している。導電帯域82、84および86は、絶縁された外部ケーシング88によって互いに絶縁されている。共通導電プレート74は、外部電気回路システムの接地領域への4つの接続場所を提供する4つの共通導電帯域84を有しており、該共通導電帯域84の各々は、隣に隣接する共通導電帯域84との角度が約90度になっている。この特徴により、追加絶縁がもたらされ、構造の線路調節能力が集中化され、また、電荷集中が改善される。
【0067】
フィルタ70と70’の主な相違は、フィルタ70では、電極端子部分72aおよび76Aが長手方向の同一側にあり、フィルタ70’では、電極端子部分が長手方向の反対側にあることである。また、フィルタ70’を電流が貫流するのに対し、電流はフィルタ70を貫流しない。端子位置が異なることにより、様々な電気回路システム構成へのフィルタの適用性が多様になっている。
【0068】
次に図13を参照すると、形状が長方形であり、2つの共通導電帯域84しかない点を除き、図12に示すフィルタ70’と同一のフィルタ80が示されている。
【0069】
次に図14を参照すると、電極端子部分72aおよび76Aが、撚線対貫通設計では互いに対角線方向にある点を除き、図13に示すフィルタ80と同一のフィルタ80’が示されている。
【0070】
次に図15ないし図18を参照すると、代替フィルタ実施形態は、多重フィルタが1つのパッケージ内に集積されている。単一電子エレメント中に任意の数の個別フィルタを統合することができ、本発明が2つの個別フィルタに制限されないことは理解されよう。図15ないし図18の各々は、第1の電極91および第2の電極92を有する第1の二重電極プレート90、および共通導電プレート94の間に挟まれた第1の電極97および第2の電極98を有する第2の二重電極プレート96を示している。図15および16の電極90および94の各々は、2つの電極端子部分93および99を有し、絶縁帯域をほぼ囲っている材料101を貫通して延びている。図17および18の電極90および94の各々は、1つの電極端子部分93および99を有し、絶縁帯域をほぼ囲っている材料101を貫通して延びている。ここで図15および17を参照すると、共通導電プレート94は、共通導電帯域102に接続されると、電気回路システムの外部接地領域への4つの接続場所を提供する4つの共通導電端子95を有しており、各共通導電帯域102は、隣に隣接する共通導電帯域102との角度が約90度になっている。
【0071】
さらに、第1および第2の二重電極プレート90および96は、第1および第2の電極91、92と、それぞれ各プレート90および96の97、98の間に、同様の共通導電プレート104を有している。この特徴により、二重電極の追加絶縁がもたらされる。
【0072】
電圧が印加されたシステムでは、その接続外部導電領域に拡張および/または変形融解物を形成する単一遮蔽類似ケージ構造すなわちグループ化共通導電エレメントを含む本発明により、E−フィールド放出およびH−フィールド放出、RFループ放射、漂遊容量、漂遊インダクタンス、および容量寄生が著しく除去、低減および/または抑制され、同時に、逆充電すなわち逆位相および隣接する電界が相互に相殺される。電気エネルギー伝送調節のプロセスは、常に動的プロセスと見做されている。このプロセスは、デュアル・ポート時間領域反射測定試験機器および/または他の工業標準試験機器および取付け具などの装置によって、ある程度測定することができる。また、本発明は、信号伝送、エネルギー伝達、および/または、電力線路減結合、バイパス化およびフィルタリング操作などのアプリケーションにたいして、外部入力および出力エネルギー伝達導体すなわち経路に適合させるための僅かな改変を加えることにより、単一導体、デュアル導体または多重導体電気システムに接続することができる。本明細書で示すいくつかの実施形態の回路および記述は、本出願人が意図する配置のいくつかを表したものであり、本発明によるエレメントの唯一可能な構成として解釈してはならない。
【0073】
本発明の他の態様は、「減結合ループ」すなわち「RFループ」を包含している。減結合ループは、調節されるエネルギーを受動エレメントから受け取っている能動エレメントと(訳者注記:コメント参照)の間の距離および位置との関係において、減結合コンデンサなどの受動ユニットの物理的配置による電流経路ループ内に含まれる周囲部分および物理領域に関している。つまり、電流ループは、電力平面から受動エレメントまでの電流経路、およびそのソースへの戻り経路によって囲われる(通常、PCB型基板上またはICパッケージ上等の)距離および面積である。
【0074】
電源が印加されたループ領域を構成する電力および接地戻り電流通路は、電流通路のループ領域の物理サイズで決まる特定の周波数で、望ましくないエネルギーをシステムから放射するアンテナとして作用する、エネルギー伝達線路である。この電圧が印加されたRFループ領域は、重大な破壊をもたらす不平衡の副産物として、有害なコモン・モード・エネルギーを許容し、また、エネルギー・ソースと続いて起こる戻りとの間の能動エレメントに引き渡す、ひずみ有効エネルギーを許容するため、電気システム内に電圧不平衡状態が生成される。RFループ領域の物理サイズは、電気回路システムから放射しているRFエネルギーの大きさに直接関係している。
【0075】
各差動導電エネルギー伝達経路の成端経路への導電成端経路間の微小距離により、RFループの問題が否定され、従来技術によるエレメントまたはシステムの場合のように、回路の電圧平衡が有害な影響を受けることはない。
【0076】
次に図19を参照すると、類似ファラデー・ケージ構造すなわち本発明の構成概念が詳細に示されている。上で記述した基本5層実施形態から、多機能線路調節デバイスの一部を、さらに詳細に考察する。本発明によれば、図19は、本明細書の図6Aおよび図6Bに関して、全体としてより詳細に記述した2つの差動電極のうちの1つを挟んでいる2つの空間領域からなる類似ファラデー・ケージ構造800の一部を含んでいる。導電電極プレート809は、中央共通導電プレート804と共通導電プレート808(オフセットして示す)の間に挟まれている。共通導電プレート804、808および810(図示せず)はすべて、中央共通導電プレート804、差動導電電極通路809および809A(図示せず)に対する各プレート関連位置に対して、各外部プレート810と808の間に介在する、概ね平行な所定誘電材料によって互いに分離されており、この特徴により、導電プレート809などの差動導電電極が、本発明内において、この場合、それぞれプレート809の上下を挟んでいるプレート808および804によってほぼ完全に覆われる、すなわち遮蔽される。また、プレート804、808および810は、エレメントを支持し、かつ、外部ケーシングを提供する誘電材料801によって囲まれている。2つの共通遮蔽成端構造802を、同一の共通導電プレート808、804および810(図示せず)に個別に接続させる手段は不可欠であり、この実施形態にとっては望ましい。本発明全体を回路中に設置する場合、当技術分野で知られている標準手段によって、各成端構造間を中断することなく、すなわち導電ギャップが存在することなく、成端構造802を同一の外部導電領域、すなわち同一の外部導電経路(図示せず)に接続しなければならない。当技術分野で知られている標準手段により、それぞれ3つのプレート804、808および810のすべてに接続されている共通遮蔽成端802の接続を容易にし、共に単一構造800を形成し、1つの共通導電類似ケージ構造800”として作用させることができる。図には示されていないが、800’は、差動電極809A(訳者注記:コメント参照)が出入りセクション812A(図示せず)を有している点を除き、単一類似ファラデー・ケージ構造800をミラーしたものである。出入りセクション812Aは、完全には遮蔽されていないが、導電成端構造807A(図示せず)と結合させるために、導電成端構造807および差動電極809の方向に対して、ほぼ180度逆方向に向いている。これら2つの類似ファラデー・ケージ構造800および800’は、並列に位置付けされるが、最も重要なことは、個別に取り上げた場合に、構造800および800’が、各類似ファラデー・ケージ構造800および800’を構成している同一の中央共通導電プレート804、層または通路を共有していることである。800および800’は共に、二重コンテナとして作用する、単一かつより大きい導電類似ファラデー・ケージ遮蔽構造800”(図示せず)を生成する。各コンテナ800および800’は、前記より大きい構造800”内で、それぞれ互いに対向する方向に、ほぼ平行に同一数、同一サイズの差動電極を保持することができる。相互作用する800および800’個別類似遮蔽構造を有する、より大きい導電類似ファラデー・ケージ遮蔽構造800”は、電圧が印加され、かつ、同一の外部共通導電経路に接続されると、電気的に一体になる。電圧印加時における、集中化した共通遮蔽を有する差動導電サンドイッチ中への共通導電電極の所定配列は、本発明の基本要素である1つの共通導電類似ケージ構造800”を構成する要素、すなわち類似ファラデー・ケージ構造800”である。該構造は本質的に、多機能線路調節デバイスの構成に必要な少なくとも2つのファラデー・ケージ構造800および800’を、本発明による層状実施形態のすべての中に形成している。差動電極間の介在物に関しては、中央共通導電プレート804は、中央共通導電プレート804を挟む2つの外部追加共通電極プレート808および810を、非電圧印加類似ファラデー・ケージ構造800”として考慮しなければならない。さらに、中央共通プレート804は、差動電極809および809Aの両方に、同時に使用されるが、充電切換えに関しては逆の結果になる。ほとんどのチップに対して、新しいデバイスである非貫通実施形態は、3つの共通導電電極の間に挟まれ、かつ、より広い外部導電領域に接続されると、逆位相モードすなわち充電モードで、前記類似構造800”内の導体サンドイッチに沿って伝搬するエネルギーに対する、電圧が印加された線路の調節機能およびフィルタリング機能の同時実行を補助する、単一かつより大きい類似ファラデー・ケージ構造800”を形成するために一体として接続され、かつ、導電性である外部成端構造に接続された、少なくとも2つの電極を有することができることに注目しなければならない。類似ファラデー・ケージ構造を形成する、接続された内部共通導電電極プレート、および続いて起こる電圧印加により、所定層状PCBまたは同様の電子回路内に設置された位置に関しては、外部導電領域すなわち通路が、本質的に、拡張された、近接して位置付けされた、本質的に平行配列の導電エレメントになる。結合された共通導電遮蔽プレートおよび包囲多重遮蔽プレートと、外部拡張エレメントに接続される中央に配置された共通導電プレート804との接続は、間に挟まれ、かつ、前記拡張が他の機能と共に静電遮蔽機能を実行する包囲類似遮蔽エレメントになるように、誘電媒体を含む距離によって前記拡張から分離される相補位相差動電極に関しては、前記エレメントが微小な距離分離すなわち「ループ領域」を有することになる、このような多重並列方式で間に入れることができる。つまり、前記電圧が印加された組合せは、差動導体アセンブリの前記部分上を、あるいは前記部分に沿って伝搬するエネルギーに対する同時調節を強化し、かつ、有効にしている。また、組合せ共通導電平面すなわち領域の内部および外部並列配列グループ化により、エネルギーが導電通路に沿って能動アセンブリ負荷へ伝搬する際に、エネルギーの前記一部によって使用される前記差動導体の一部から逃れ、あるいは進入する望ましくない寄生、電磁放出が相殺され、および/または抑制される。
【0077】
以下のセクションでは、共通導電プレート804について参照し、また、共通導電プレート808および810に対して適用する。共通導電プレート804は、本発明の縁から距離814だけオフセットされている。共通接地共通導電プレート804の1つまたは複数の部分811は、材料801を通って延びており、共通接地成端帯域すなわち構造802に接続されている。図には示されていないが、共通接地成端帯域802は、共通導電プレート804、808および810を相互に電気接続し、かつ、フィルタの使用されている他のすべての共通導電プレートに電気接続している。
【0078】
導電電極プレート809は、オフセット距離および領域806が、電極プレート809の縁803と中央共通導電プレート804の縁との間に存在するように、共通導電プレート804と同じ大きさではない。オフセット距離および領域806により、共通導電プレート804が電極プレート809を超えて延長し、電極プレート809の縁803を越えて延びる、あらゆる力線に対する遮蔽をもたらし、それによりフィルタ内の他の電極プレートまたはフィルタ外部のエレメントに対する近距離場結合を低減し、あるいは抑制している。水平オフセットは、電極プレート809と共通導電プレート804の間の垂直距離の約0〜20倍強であり、オフセット距離806は、個々のアプリケーションに対して最適化することができるが、各プレート間のオーバラップ806のすべての距離は、製造許容公差とほぼ同一であることが理想である。構造800”の静電遮蔽機能に問題がない限り、プレート間の距離/面積806の僅かなサイズの差は重要ではない。電極809をエネルギー通路(図示せず)に接続するために、共通導電プレート804および808の縁805を超えて延びる1つないし2つの部分812を、電極809に持たせることができる。これらの部分812は、既に考察したように、はんだまたは類似によって、エネルギー通路(図示せず)への電極809の電気接続を可能にしている電極成端帯域807に接続されている。エレメント813が、本発明内で生じる三次元エネルギー調節機能の中心軸点の動的表現であり、電圧が印加された回路中における実施形態の最終サイズ、形状および位置に関しては、相対的であることに留意されたい。
【0079】
以上から分かるように、多機能エネルギー調節器アーキテクチャの多くの様々なアプリケーションが可能であり、すべての実施形態に共通する特徴のいくつかを見直し、解説しておく。第1は、所定の電気特性を有する材料が、すべての実施形態において、それらに限定されないが、誘電材料、金属酸化物バリスタ材、フェライト材、およびマイラ・フィルムまたは焼結多結晶などの他のより新種の物質を始めとする多数の材料のうちの1つであることである。いずれの材料を使用する場合においても、共通導電プレートおよび電極導電プレートを組み合わせることにより、一対の電気導体から、1つの線路間差動結合コンデンサおよび2つの線路接地減結合コンデンサを形成するための複数のコンデンサが生成される。電気特性を有する材料は、容量値を変化させることができ、および/または、過電圧およびサージ保護、あるいは増加インダクタンス、増加抵抗、またはそれらの組合せなどの追加特徴を付加することができる。
【0080】
第2は、上で示した、あるいは示されなかった実施形態のすべてにおいて、多数の容量エレメントを並列に生成して加え合わせ、それにより大きい値の容量値を作り出すために、多数の共通導電プレートおよび電極プレートの両プレートを重ね合わせることができることである。
【0081】
第3は、すべての実施形態に、増加固有接地、最適化類似ファラデー・ケージ機能、およびサージ放散領域をもたらすために、1つの中央導電プレートと複数の導電電極の組合せを囲む追加共通導電プレートが使用されていることである。
【0082】
第4は、追加配置された2つの共通導電プレートすなわち遮蔽と対になった、少なくとも1つの中央共通導電遮蔽が一般的に望ましいが、中央共通導電遮蔽の反対側に配置しなければならないことである(上で記述したように、誘電材料および差動導電エレメントなどの他のエレメントを、これらの遮蔽の間に設けることができる)。追加共通導電プレートを、上に示したあらゆる実施形態と共に使用することができ、出願人が完全に意図することである。
【0083】
実際に、図には示されていないが、多機能エネルギー調節器は、通信用マイクロプロセッサ集積回路すなわちチップなどのアプリケーション用として、容易にシリコン中に製造し、集積回路に直接組み込むことができる。既に集積回路は、本発明のアーキテクチャを、現在利用することができる技術を用いて容易に組み込むことができるシリコン基板中にコンデンサをエッチングさせて製造されている。
【0084】
また、多機能エネルギー調節器を埋め込み、通信すなわちデータ線路を、それらの回路基板の端子接続部から直接フィルタリングすることができ、それにより、より単純な製造要求を有しつつ、回路基板の面積要求が軽減され、さらに回路の全体サイズが縮小される。最後に、多数の実施形態の見直しから、必要な電気特性に応じて、あるいは、少なくとも1つの単一導電性同次類似ファラデー・ケージ構造を形成する共通導電電極プレート配列およびそれらの接続構造、および他の導電電極プレートから誘導される物理アーキテクチャにより、フィルタを使用しなければならないアプリケーションに応じて、形状、厚さまたはサイズを変化させることができることは明らかであろう。
【0085】
本発明の主要な、好ましい実施形態および好ましい動作について、本明細書において詳細に説明したが、開示した特定の説明形態に限定されるものとして解釈してはならない。したがって、本明細書における好ましい実施形態に、特許請求の範囲の各クレームによって定義されている本発明の精神または範囲を逸脱することなく、様々な改変を加えることができることは、当分野の技術者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による多機能エネルギー調節器の分解斜視図である。
【図1A】 図1に示す多機能エネルギー調節器の代替実施形態の分解斜視図である。
【図2】 より大型の電気システムに配置され、かつ、電圧が印加された物理アーキテクチャを示す回路図である。
【図3A】 図1の多機能エネルギー調節器と従来技術によるコンデンサからなるフィルタとを比較した、信号周波数を関数とした挿入損失を示すコモン・モード雑音挿入損失比較グラフである。
【図3B】 図1の多機能エネルギー調節器と従来技術によるコンデンサからなるフィルタとを比較した、信号周波数を関数とした挿入損失を示す差動モード雑音挿入損失比較グラフである。
【図4】 コネクタ・アプリケーションに使用するための多重導体多機能エネルギー調節器の分解斜視図である。
【図5A】 従来技術に見られる多重コンデンサ・エレメントの略図である。
【図5B】 図4の多機能エネルギー調節器の物理実施形態の略図である。
【図6A】 多機能エネルギー調節器の表面実装チップ実施形態の斜視図である。
【図6B】 図6Aの多機能エネルギー調節器の表面実装チップ実施形態の分解斜視図である。
【図7】 多機能エネルギー調節器の他の実施形態を備える個別薄膜プレートの分解斜視図である。
【図8A】 電動機と共に使用するために構成された多機能エネルギー調節器の他の代替実施形態である電動機多機能エネルギー調節器実施形態の平面図である。
【図8B】 図8Aの実施形態の側立面図である。
【図8C】 図8Aの実施形態の断面の側立面図である。
【図8D】 図8Aに示す多機能エネルギー調節器の物理実施形態を示す略図である。
【図9A】 電動機に電気的、物理的に結合された接続実施形態の1つを利用した電動機多機能エネルギー調節器であって、電動機に結合された多機能エネルギー調節器の平面図である。
【図9B】 図9Aの多機能エネルギー調節器の側立面図である。
【図9C】 標準フィルタを備えた電動機と、図8の差動モード・フィルタおよびコモン・モード・フィルタを備えた電動機に対して、周波数を関数とした放出レベルをdBuV/m単位で比較した対数グラフである。
【図10A】 遮蔽撚線対貫通多機能エネルギー調節器の平面図である。
【図10B】 図10Aの遮蔽撚線対貫通多機能エネルギー調節器を備えた、概ね平行なエレメントの平面図である。
【図10C】 差動雑音相殺を示す、遮蔽撚線対貫通多機能エネルギー調節器の略図である。
【図10D】 差動雑音相殺を示す、遮蔽撚線対貫通多機能エネルギー調節器の他の略図である。
【図10E】 コモン・モード雑音相殺を示す、遮蔽撚線対貫通多機能エネルギー調節器の略図である。
【図10F】 コモン・モード雑音相殺を示す、遮蔽撚線対貫通多機能エネルギー調節器の他の略図である。
【図11A】 本発明による、バイパス構成中に配置される多機能エネルギー調節器の代替実施形態を構成する、共通導電電極遮蔽プレートおよび差動電極プレートの平面図である。
【図11B】 多機能エネルギー調節器の複合平面図である。
【図11C】 多機能エネルギー調節器の複合側立面図である。
【図12A】 本発明による、貫通構成中に配置される多機能エネルギー調節器の代替実施形態を構成する、共通導電電極遮蔽プレートおよび差動電極プレートの平面図である。
【図12B】 多機能エネルギー調節器の複合平面図である。
【図12C】 多機能エネルギー調節器の複合側立面図である。
【図13A】 本発明による、貫通構成中に配置される多機能エネルギー調節器の代替実施形態を構成する、共通導電電極遮蔽プレートおよび差動電極プレートの平面図である。
【図13B】 多機能エネルギー調節器の複合平面図である。
【図13C】 多機能エネルギー調節器の複合側立面図である。
【図14A】 本発明による、クロスオーバ貫通構成中に配置される多機能エネルギー調節器の代替実施形態を構成する、共通導電電極遮蔽プレートおよび差動電極プレートの平面図である。
【図14B】 多機能エネルギー調節器の複合平面図である。
【図14C】 多機能エネルギー調節器の複合側立面図である。
【図15A】 本発明による、追加共通遮蔽絶縁物を有するクロスオーバ貫通構成中に配置される多機能エネルギー調節器の代替実施形態を構成する、共通導電電極遮蔽プレートおよび差動電極プレートの平面図である。
【図15B】 多機能エネルギー調節器の複合平面図である。
【図15C】 多機能エネルギー調節器の複合側立面図である。
【図16A】 本発明による、クロスオーバ貫通構成中に配置される多機能エネルギー調節器の代替実施形態を構成する、共通導電電極遮蔽プレートおよび差動電極プレートの平面図である。
【図16B】 多機能エネルギー調節器の複合平面図である。
【図16C】 多機能エネルギー調節器の複合側立面図である。
【図17A】 本発明による、追加共通遮蔽絶縁物を有するバイパス構成中に配置される多機能エネルギー調節器の代替実施形態を構成する、共通導電電極遮蔽プレートおよび差動電極プレートの平面図である。
【図17B】 多機能エネルギー調節器の複合平面図である。
【図17C】 多機能エネルギー調節器の複合側立面図である。
【図18A】 本発明による、追加共通遮蔽絶縁物を有するバイパス構成中に配置される多機能エネルギー調節器の代替実施形態を構成する、共通導電電極遮蔽プレートおよび差動電極プレートの平面図である。
【図18B】 多機能エネルギー調節器の複合平面図である。
【図18C】 多機能エネルギー調節器の複合側立面図である。
【図19】 差動電極プレートを含むファラデー・ケージ・アーキテクチャの一部を示すためのオフセットを示す、共通導電プレートを有する本発明による類似ファラデー遮蔽ケージの一部の平面図である。
[0001]
(Technical field)
This application is a continuation of 1,998, which is a continuation of application 08 / 841,940, filed April 8, 1,997, currently issued as US Pat. No. 5,909,350. Application No. 09 / 008,769, filed Jan. 19, filed April 7, 1,998, now issued as US Pat. No. 6,018,448 This is a continuation of the co-pending application 09 / 460,218 filed December 13, 1,999, which is a continuation of 09 / 056,379. In addition, this application is filed with US Provisional Application No. 60 / 136,451 filed on May 28, 1999, US Provisional Application No. 60 / 139,182 filed on June 15, 1,999, 1, US Provisional Application No. 60 / 146,987 filed Aug. 3, 999, US Provisional Application No. 60 / 165,035, filed Nov. 12, 1999, filed Feb. 3, 2000 U.S. Provisional Application No. 60 / 180,101, U.S. Provisional Application No. 60 / 185,320 filed on Feb. 28, 2000, U.S. Provisional Application No. 60/200, filed on Apr. 28, 2000. No. 327, and US Provisional Application No. 60 / 203,863, filed May 12, 2000.
[0002]
(Background of the Invention)
The present invention is installed at the center of a structure in which a pair of differential electrodes to which a voltage is applied can simultaneously interact with the differential electrodes when they operate with each other in an anti-phase or charging method. In addition, the present invention relates to a multi-functional energy conditioner having a shared conductive electrode.
[0003]
Most electronic devices currently in production contain miniaturized active elements and circuits to perform high-speed functions, and utilize high-speed electrical interconnections for power and data propagation between critical elements is doing. These elements are very easily affected by stray electrical energy caused by electromagnetic interference or transient voltages that occur in the electrical circuits that service or utilize these systems. Transient voltages can severely damage or destroy these small electronic elements or contacts, thereby rendering the electronics ineffective, often requiring extensive repair and / or extremely costly replacement.
[0004]
Electrical interference in the form of EMI, RFI, capacitive parasitics and inductive parasitics originates from sources such as radio broadcast antennas or other electromagnetic wave generators or is induced from these sources into electrical circuits and elements. EMI also occurs from electrical circuits that preferably shield EMI. Differential and common mode currents are typically generated in cables or on circuit board tracks. In many cases, an electric field is radiated from these conductors and acts as an antenna. These conducted / radiated emissions must be controlled to prevent interference with other circuits that are sensitive to unwanted noise. As the equipment operates, other sources of interference also arise from the equipment, thereby coupling energy into the electrical circuit and causing significant interference. In order to meet international release requirements and / or susceptibility requirements, this interference must be removed.
[0005]
The transient voltage is induced by a lightning strike on the electric wire, and a remarkably large potential is generated in a very short time. Similarly, electromagnetic pulses (EMP) generate high voltage spikes with short rise time pulses over a wide frequency range that are detrimental to most electronic devices. Other high transient voltage sources and ground loop interference caused by changing the ground potential can destroy the electrical system. Existing protection devices cannot adequately protect a single integrated package. As is apparent from the prior art, various filter circuit configurations and surge suppression circuit configurations have been designed. A detailed description of various prior art inventions is disclosed in US Pat. No. 5,142,430, which is hereby incorporated by reference.
[0006]
The '430 patent itself is directed to a power line filter circuit element and a surge protection circuit element, and to a circuit that uses these elements to form a protection device for an electronic device. Is. These circuit elements are made of a wafer material or a disk material having necessary electrical characteristics such as varistor characteristics or capacitance characteristics. The disk has an electrode pattern and an insulation band on its surface, and cooperates with openings formed in the disk to simply and effectively electrically connect the electrical conductors of the element and the system. The electrode patterns cooperate with each other to form a common electrode with the material inserted between the electrode patterns. The '430 patent is primarily directed to paired line filtering. Over the past decade, the product life cycle of electrical systems has been short. Systems manufactured just two years ago can now be considered obsolete with respect to third or fourth generation changes in the same application. Therefore, the elements and circuits incorporated in these systems must be rapidly evolved.
[0007]
The performance of a computer or other electronic system has usually been limited by the speed of its slowest active element. Until recently, the slowest active elements were microprocessors and storage elements that controlled specific functions and computations throughout the system, but with the advent of a new generation of microprocessors, storage elements, and their data, There is a strong demand to provide users with powerful processing capability and faster processing speed at a lower unit cost. As a result, the technical challenge of adjusting the energy delivered to electrical devices has become financially and technically difficult. Since 1,980, by the end of 2000, the typical operating frequency of mainstream microprocessors has increased approximately 240 times, from 5 MHz (1 million cycles / second) to just over 1200 MHz. Currently, processing speed is consistent with the development and deployment of ultrafast RAM architectures. These breakthroughs have accelerated the overall system speed to over 1 GHz. During this same period, passive element technology has not been able to sustain development, with only minor changes in composition and performance. Advances due to passive element design changes have focused on element size reduction, slight modification of individual component electrode layer formation, discovery of new dielectrics, and modification of manufacturing techniques to reduce element production cycle time.
[0008]
In the past, passive element engineers have solved design problems by increasing the number of elements in an electrical circuit. These solutions generally required the addition of inductors and resistors for use with capacitors for filtering and decoupling.
[0009]
However, what should not be overlooked is that the line-adjustment capability of single passive elements and many passive element networks is very limited. This limitation has hindered the technological advancement and growth of the computer industry and remains one of the last challenges left for speed systems above GHz. This constraint on high-speed system performance is centered on the limits created by supporting passive elements that deliver and regulate energy and data signals to the processor, storage technology, and systems located outside of the particular electronic system.
[0010]
The increased speed of microprocessors and combination storage devices has created other problems, as evidenced by recent system failures that have occurred with new product deployments of high-speed processors and new combination storage devices by major OEMs. Yes. Current passive element technology is the root cause of many of these failures and delays. The reason is that the operating frequency of a single passive element generally has a physical line adjustment limit between 5 MHz and 250 MHz. In order to get most components to higher frequencies, passive elements such as individual LCR, LC and RC networks must be combined to shape or control the energy delivered to the system load. . At frequencies above 200 MhZ, individual L-C-R, L-C, and R-C networks according to the prior art do not provide the original design objective of concentrated capacitance, concentrated resistance or concentrated inductance, but rather of the transmission path. It begins to exhibit characteristics and even microwave-like features. This performance mismatch between the higher operating frequency of the microprocessor, clock, power delivery bus and storage system and the operating frequency supporting the passive elements is causing system failure.
[0011]
Also, at such higher frequencies, the energy paths are usually grouped or paired as electrically complementary elements, i.e. elements that work together in harmony and balance electrically and magnetically. An obstacle to this equilibrium is that the capacity of two individual capacitors manufactured in the same production lot can easily vary between 15% and 25%. While it is possible for individual capacity changes between individual units to be less than 10%, the cost for manual sorting of tested and manufactured lots, and the additional cost for highly specialized dielectrics, And to recover the additional costs for the manufacturing techniques required to produce these devices with the small individual variation required for differential signaling, a significant premium must be spent. Accordingly, Applicant's invention is presented herein in light of the aforementioned deficiencies in the prior art.
[0012]
(Summary of Invention)
From the foregoing, it has been found that there is a need to provide a multifunctional electronic element that operates over a wide frequency range compared to a single prior art element or multiple passive networks. This element ideally performs effectively above 1 GhZ, and at the same time provides energy decoupling to the active element and can keep the apparent potential of each part of the active circuit constant. The new element can also minimize or suppress unwanted electromagnetic emissions caused by differential and common mode currents flowing in the electronic circuit. Multi-layered embodiments and multifunctional electronic elements in a dielectric independent passive architecture are connected to a circuit and, when applied with voltage, are not limited to simultaneous line conditioning such as, but not limited to, the aforementioned needs Function can be provided. These needs include the use of differential and common mode filtering, parasitic containment, and external conductive regions or paths in addition to source-load decoupling and / or load-source decoupling. One integrated package surge protection is included. The present invention can be used to protect electronic circuits and active electronic elements from electromagnetic interference (EMI) and overvoltage, and to prevent destructive electromagnetic emissions resulting from the circuit or from the present invention itself. Furthermore, the present invention minimizes or prevents harmful parasitics due to recombination from the internal containment differential conductive element installed with the present invention to the host circuit when operating in a circuit to which voltage is applied. The More particularly, the present invention employs suitable placement techniques and connections to the circuit to provide differential mode currents that will contribute as electromagnetic emissions received from other sources and reparasitic into the host circuit. A physical architecture to which voltage is applied to suppress the two undesirable electromagnetic emissions of the present invention and the electromagnetic emissions created internally within the electronic circuit of the present invention that can be a potential source of common mode current Teaches that the system can be utilized.
[0013]
Also, the physical integrated, shielded containment conductive electrode architecture of the multifunction energy regulator allows the use of independent electrode material composition and / or independent dielectric material composition in manufacturing, creating the present invention. It is not intended to be limited to the particular mold shapes and sizes for the many possible embodiments of the present invention, some of which are described herein.
[0014]
Due to the highly competitive nature of today's electronics industry, such multi-function energy regulator / surge protectors are cheap, small and low cost, and highly integrated for incorporation into multiple electronic products Must have been. If it is possible to operate without adding any individual passive elements, it is desirable to achieve the desired filtering and / or line conditioning that cannot be provided by prior art elements.
[0015]
Accordingly, a main object of the present invention is to provide an easily manufactured and adaptable multifunctional electronic element that prevents or suppresses electromagnetic emission due to differential mode current and common mode current generated between energy paths. That is.
[0016]
Another object of the invention is to enable mass production to provide protection against transients, overvoltages, parasitics and parasitic and electromagnetic interference, and one or more protections in one element package It is to provide a protection circuit arrangement that can include a circuit.
[0017]
Another object of the present invention is to operate effectively over a wide frequency range when connected to an external conductive path or surface, while simultaneously providing energy decoupling to the active circuit element and circuit It is an object to provide an individual multifunctional electronic element capable of maintaining the apparent voltage of each part constant.
[0018]
Another object of the present invention is to provide a block circuit that provides an additional energy path from a paired differential conductor for attenuating EMI and overvoltage without coupling the hybrid electronic element to the final ground, i.e., inherently coupled to an external conductive surface. It is to provide a circuit using a ground or a ground area.
[0019]
Another object of the present invention is to provide a single device that eliminates the need to use special dielectrics commonly used to minimize the degree of capacitance change between internal capacitor plates. is there.
[0020]
These and other objects and advantages of the present invention are the corresponding differential conductive electrode plates that are combined and separated by a material that exhibits any one or combination of a number of predetermined electrical characteristics. Is achieved by using a plurality of common conductive plates partially covering the surface.
[0021]
Another object and advantage of the present invention is that a plurality of counter conductors are coupled to a region or space partially covered by a plurality of coupled common conductive plates, and the outer conductor or passage is a differential electrode plate. This is achieved by selectively combining.
[0022]
Another object of the present invention is to provide capacitive or inductive coupling between lines and between line-to-line and line-to-line between internal plates and / or conductive electrodes to create effective differential and common mode electromagnetic interference filtering and / or surge protection conditions. Is to provide. The circuit arrangement using the present invention comprises at least one line adjustment circuit element configured as a plate. The electrode pattern is provided on one surface of the plate, and the electrode surface is electrically coupled to the electrical conductor of the circuit. The electrode pattern, the dielectric material used, and the common conductive plate create a shared attribute for the electrical conductors between the electrodes and are coupled between the lines between the electrical conductors and the line ground from the individual electrical conductors. Creating a balanced (electrically equal and symmetric) circuit arrangement with electrical elements. By selecting the material between the electrode plates and using a ground shield that effectively houses the electrode plates within one or more generated similar Faraday shield cages, the specific electrical effects of the multifunction energy regulator are determined. The If a particular dielectric material is selected, the resulting multifunction energy regulator is primarily a capacitive array. The dielectric material is combined with the electrode plate and the common conductive plate to produce a line-to-line capacitor having a value of about 1/2 of the capacitance of the two line grounding capacitors, and the present invention in which a voltage is applied Is configured. When a metal oxide varistor (MOV) material is used, the multifunction energy regulator becomes a capacitive multifunction energy regulator having the overcurrent and surge protection properties provided by the MOV type material. Again, the common conductive plate and electrode plate form an interline capacitance plate and a line ground capacitance plate, providing differential mode filtering and common mode filtering, allowing high transient voltage conditions. During high transient voltage conditions, MOV varistor materials, which are essentially non-linear resistors used to suppress high transient voltages, have the effect of limiting the voltage appearing between electrical conductors.
[0023]
In other embodiments, ferrite material is used to add additional intrinsic inductance to the multifunction energy regulator array. Similar to the above, the common ground conductive plate and the electrode plate form an interline capacitance plate and a line ground capacitance plate with ferrite material and add inductance to the multi-function energy regulator array. Also, the use of ferrite material provides transient voltage protection, which makes the multifunction energy regulator array conductive at specific voltage thresholds, shunts excess transient voltage to a common conductive plate, It effectively limits the voltage across the electrical conductor.
[0024]
In order to demonstrate the versatility and widespread application of multifunction energy regulators within the scope of the present invention, numerous other arrangements and configurations implementing and building upon the above objects and advantages of the present invention are disclosed.
[0025]
Detailed Description of Preferred Embodiments
New and consistent electromagnetic compatibility (EMC) requirements have been created by the continued and increasing use of electronics in everyday life, and the amount of electromagnetic interference (EMI) and radiation generated. These new specifications include, but are not limited to, IC (integrated circuit) packages, PCBs, DSPs, microcontrollers, switch mode power supplies, networks, connectors, avionics, radiotelephones, consumer electronics, tools, It is applied to various electronic devices such as weapon igniters and control devices. The present invention provides a physical architecture for an electronic element that simultaneously provides line conditioning, broadband I / O line filtering, EMI decoupling noise removal and surge protection in one integrated element or assembly, and effectively suppresses EMI. It is targeted.
[0026]
In order to propagate electromagnetic interference energy, two fields are required: an electric field and a magnetic field. The electric field couples energy into the circuit through a voltage difference between two or more points. When the electric field is changed in space, a magnetic field is generated. An electric field is generated by any temporal change of the magnetic flux. Accordingly, it is impossible that only the electric field or only the magnetic field changes with time regardless of each other. By building a passive element architecture such as the present invention, both the electric and magnetic field types of energy fields found in electrical systems can be adjusted or minimized. In order to adjust only one type of field, it is not necessary to build the present invention, but differential type materials can be added or used to make such a specific adjustment to each other's energy field. Embodiments that can be performed on can be constructed.
[0027]
As charge accumulates, an electrostatic field is generated, and this accumulation is best observed between two boundaries, one conductive and the other non-conductive. Due to the boundary condition behavior referred to by Gauss's law, a conductive enclosure, or a semi-enclosure called a Faraday cage, or a similar Faraday cage structure, is contained or partially placed inside a similar shielding structure It acts as an electrostatic shield in relation to the conductive element. Near the boundary of the shielding structure, most of the charge and parasitics are maintained inside the shielding boundary. On the other hand, the charges and parasitics that exist outside of the similar cage shielding boundary are excluded from the detrimentally affecting fields, most of which occur internally in connection with the conductors held inside. The combined electric and magnetic fields are transmitted along the conductive path for the propagating field energy unless the energy field propagating along the conductive path that impedes its propagation encounters impedance or resistance along the path. Have the ability to propagate at the speed of light. This impedance or resistance contributes to the concept of the “skin effect” that predicts the effectiveness of electromagnetic shielding in relation to the material making up the conductive path.
[0028]
As already pointed out, propagating electromagnetic interference is the product of both electric and magnetic fields. Until recently, the art has focused on filtering EMI from circuits or energy conductors that transmit high frequency noise with DC energy or DC current, but the present invention is found in electrical systems or test equipment. The energy can be adjusted using DC, AC and AC / DC hybrid energy propagation along the conductive path. This includes the use of the present invention to regulate the energy of a system that includes many different types of energy propagation formats found in systems that include many types of circuit propagation characteristics within the same electrical system platform. It is. The main cause of the radiation emission problem is due to two types of conduction currents: differential mode energy and common mode energy. The fields created by these currents are responsible for many types of EMI emissions. Differential mode (DM) current is current that flows through circular paths in wires, circuit board traces, and other conductors. The fields associated with these currents arise from the loop defined by the conductor.
[0029]
For circuits with higher operating frequencies, the user, for most of them, generates L-C-R, L-C and R-C individual element networks that are used to control the energy delivered to the system load. In addition, a combination of single or multiple passive elements such as inductors, capacitors or resistors must be deployed. However, individual L-C-R, L-C and R-C element networks according to the prior art begin to exhibit transmission line characteristics when the frequency exceeds 200 MhZ, or at higher frequencies, features similar to microwaves. May even show. Therefore, the parasitics are not suppressed or reduced, or the connection structure that externally couples all the individual elements to the element network is reduced, slowed down, or else the circuit over a wide range of operating frequencies. Energy propagation along the line will be significantly reduced. This is extremely detrimental for larger circuits to which the element network is connected. At higher frequencies, rather than providing the original design purpose of concentrated capacitance, concentrated resistance or concentrated inductance, capacitive parasitics due to internal electrodes placed inside the prior art element network can lead to energy reduction, weakening, or One of many reasons or sources for substandard circuit performance. The performance below the standard causes, but is not limited to, loss of data, loss of line delay, etc., and causes significant circuit ineffectiveness.
[0030]
Common mode energy and differential mode energy differ in that their energy propagates through different circuit paths. Common mode noise is due to electrostatic induction caused by equal capacitance between the conductive path and its surroundings, and the deployed noise voltage is the same on both wires and / or common mode The noise is due to electromagnetically induced magnetic fields from conductive paths linked to the paired conductive paths or multiple conductive paths and is substantially the same on both paired conductive paths as well as any noise voltage developed. The noise energy travels on the outer skin of the conductor. Differential noise is usually caused by voltage imbalance in circuit interference to which a voltage is applied, and causes the potential of one signal transmission path to change with respect to the potential of the other signal transmission path. * . In order to facilitate the reduction, minimization or suppression of unwanted noise, the present invention with voltage applied utilizes a low impedance path that develops within the present invention to conduct a portion of said unwanted energy to conductive ground and And / or leads to an external (inventive) conductive region or passage. This passage portion may be disposed within the present invention to include a common conductive plate or part of the structure that they constitute. Due to the extension of the common conductive plate or structure and the generated external conductive area, the energy propagating along these conductive shield path elements constitutes a larger conductive area, path, or part of the invention located outside. It is possible to move to the system ground which is located mainly outside of the common conductive plate area installed inside, i.e. a similar shielding structure. Possible external connections and / or the connection of multiple inventive common conductive paths to the external paths of the multi-layer embodiments of the present invention are implemented by a number of industry-recognized possible means known in the art. be able to. Conductive connections of such common conductive plates, or similar conductive shielding structures consisting of a combination of these combined common plate elements, and in most cases, separated into differential conductive paths and conductive to the multifunction energy regulator The connection to the connected external conductive path results in an overall area of the noise current loop area generated in the circuit to which the voltage is applied, which also comprises a source, a multifunction energy regulator, a conductive path and a load. Shortened. When the present invention is connected and a voltage is applied, at least two parallel energy loops propagating 180 degrees out of phase with each other on opposite sides of the central common conductive plate or path are parallel to the energy loop. Generated in the circuit, so the opposing energy is canceled and noise is minimized or suppressed. A multi-function energy regulator that also uses a multi-function energy regulator in a larger circuit to which a voltage is applied can also be used by a portion of the energy propagating from the energy source to the load. A plurality of potential conducting paths are provided in the interior of the. A part of a similar shielding structure consisting of a common shielding conductive plate and / or plate element, when used as a return path to an energy source by energy propagating from the source or load, is common conducting structure or common conducting When the plate is used by one part of the propagating energy as one or more energy return paths to its energy source, a short separation region or loop between the part of the paired differential conduction path and the return path Will have a region. When connected to each outer conductor or passage, a portion of the loop region is placed inside the multifunctional energy regulator with a dielectric material inserted therebetween, and a differential conductive plate or passage and a common conductive plate or passage. A gap between them. Some of the energy propagating through the circuit travels along the interior of the multifunction energy regulator, and some of the energy that travels from the source to the load travels within the circuit attached to the multifunction energy regulator. It will move in the opposite direction to some of the energy that travels back from the load to the source. This reverse propagating energy is all separated inside the multifunctional energy regulator by a central common conductive shielding path that is still contained in a similar Faraday cage shielding structure with a dielectric medium inserted therebetween. The energy is adjusted simultaneously with respect to the electrostatic properties of the similar Faraday cage structure, thereby canceling each other's magnetic field principles within short-range separation, as described above. A grouped common conductive electrode or path physically shields most areas of the counter-differential energy conductive plate or path from each other and functions reversely around the differential conductive path when a voltage is applied. And the neighborhoods that are always separated by a common shield path still interact in a complementary or harmonious manner, thereby providing effective energy regulation within the multifunction energy regulator. ing. The part of the circuit energy in the regulator according to the invention is at some point in time a differential conductor separated by a dielectric medium from a part of two separate common conductive plate regions from each of the common conductive plate regions. Or on the differential conductor as part of the energy propagating through the interior of the multifunction energy regulator in operation with the circuit to which the voltage is applied.
[0031]
Referring now to FIG. 1, an exploded perspective view of the physical architecture of the multifunction energy regulator 10 is shown. The multi-function energy regulator 10 includes a plurality of common conductive plates 14 and at least two electrode plates 16A and 16B. Each electrode plate 16 is sandwiched between the two common conductive plates 14. At least a pair of electrical conductors 12a and 12b are disposed through the insulating openings 18 or coupling openings 20 of the plurality of common conductive plates 14 and electrode plates 16A and 16B. The electrical conductors 12a and 12b are selectively connected to the coupling openings 20 of the electrode plates 16A and 16B. The common conductive plate 14 is all made of a conductive metal, such as the metal in the preferred embodiment, or in other embodiments on the dielectric laminate, as well as the processes used to manufacture chip capacitors and the like. It is also possible to have a conductive material (not shown) attached to the substrate. At least a pair of insulating openings 18 are disposed through each common ground conductive plate 14 and penetrate the electrical conductor 12 while maintaining electrical insulation between the common conductive plate 14 and the electrical conductor 12. The plurality of common conductive plates 14 optionally include clamping openings 22 arranged in predetermined alignment positions, and each of the plurality of common conductive plates 14 is connected to each other using standard clamping means such as screws and bolts. Can be securely bonded, or in an alternative embodiment (not shown), can be manufactured and bonded in a standard similar monolithic fashion, as well as the processes used to manufacture chip capacitors and similar . Also, the clamping opening 22 is used to secure the multifunction energy regulator 10 to other non-conductive or conductive surfaces such as an enclosure or chassis of the electronic device multifunction energy regulator 10 used together. Can do.
[0032]
The electrode plates 16A and 16B are similar to the common conductive plate 14 in that they are made of a conductive material, or in other embodiments, similar to the processes used to manufacture chip capacitors and the like. Conductive metals (not shown) deposited on the dielectric stack and electrical conductors 12a and 12b disposed through the openings can also be provided. Unlike the common conductive plate 14, the electrode plates 16 </ b> A and 16 </ b> B are selectively electrically connected to one of the two electrical conductors 12. As shown in FIG. 1, the electrode plate 16 is drawn smaller than the common conductive plate 14, but this is not necessary. In this configuration, the electrode plate 16 does not interfere with the physical coupling means of the fastening opening 22. This is done to avoid this and should ideally be inserted into the common conductive plate 14.
[0033]
As shown in FIG. 1, the electrical conductor 12 provides a current path that flows in the directions of the arrows shown at both ends of the electrical conductor 12. The electric conductor 12a represents an electric signal transmission path, and the electric conductor 12b represents a signal return path. Although only a pair of electrical conductors 12a and 12b are shown, Applicants' intent is to provide a multifunctional energy regulator 10 that provides filtering for multiple pairs of electrical conductors and creates a high density multiconductor multifunctional energy regulator. Is to configure.
[0034]
The last component making up the multifunction energy regulator 10 is a material 28 having one or more electrical properties. The material 28, except for the connections created by the conductors 12a, 12b and the coupling opening 20, in a manner that insulates the plates and conductors from each other in a central common ground conductive plate 14, both electrode plates 16A and 16B, and two external A portion of the electrical conductors 12a and 12b penetrating between the common conductive plates 14 is covered. The electrical properties of the multifunction energy regulator 10 are determined by selecting the material 28. When a dielectric material is selected, the multifunction energy regulator 10 will have primarily capacitive characteristics. The material 28 can also be a metal oxide varistor material that provides capacitive and surge protection characteristics. Other materials such as ferrite materials and sintered polycrystalline materials can also be used. The use of ferrite material not only improves common mode noise cancellation due to mutual coupling cancellation effects, but also provides inherent inductance along with surge protection characteristics. Also, the use of sintered polycrystalline material provides conductive, dielectric and magnetic properties. Sintered polycrystals are described in detail in US Pat. No. 5,500,629, which is hereby incorporated by reference. Additional materials that can be used are the synthesis of high-permittivity ferroelectrics and high-permeability ferromagnets disclosed in US Pat. No. 5,512,196, which is hereby incorporated by reference. It is a thing. Such a ferroelectric-ferromagnetic composite material exhibits both inductive and capacitive characteristics alone and can thus be formed as a compact single element that acts as an LC-type electrical filter. Such compactness, formability and filtering ability of the elements are effective for suppressing electromagnetic interference. In one embodiment, the ferroelectric is barium titanate and the ferromagnetic is a ferrite material, such as based on copper zinc ferrite. The capacitive and inductive properties of the ferroelectric-ferromagnetic composite show an attenuation capability that does not show any level-off indications at high frequencies of 1 GhZ. The geometry of ferroelectric-ferromagnetic composites has a significant impact on the final capacitive and inductive properties of electrical filters using such composites. Ferroelectric-ferromagnetic composites can be tuned during their manufacturing process and can tune the individual characteristics of the multifunction energy regulator to provide attenuation suitable for a particular application and environment. it can.
[0035]
Referring once again to FIG. 1, the physical relationship of the common conductive plate 14, electrode plates 16A and 16B, electrical conductors 12a and 12b, and material 28 will now be described in more detail. The description starts from the central common ground conductive plate 14. The central plate 14 has a pair of electrical conductors 12 disposed through respective insulating openings 18 that maintain electrical insulation between the common ground conductive plate 14 and both electrical conductors 12a and 12b. There are electrode plates 16A and 16B on either the upper or lower side of the central common ground conductive plate 14, and the electrode plates 16A and 16B each have a pair of electrical conductors 12a and 12b disposed through the electrode plate. Unlike the central common ground conductive plate 14, only one electrical conductor 12 a or 12 b is insulated from each electrode plate 16 A or 16 B by the insulating opening 18. One of the pair of electrical conductors, 12a or 12b, is electrically coupled to the associated electrode plate 16A or 16B through the coupling opening 20, respectively. The coupling opening 20 interfaces with one of the pair of electrical conductors 12 via a standard connection, such as solder welding, resistive fit or any other method that provides a robust and secure electrical connection. In the case of the multifunctional energy regulator 10, in order to function properly, the upper electrode plate 16A must be electrically coupled to the opposing electrical conductor 12a, not the electrical conductor 12b to which the lower electrode plate 16B is electrically coupled. . The multifunctional energy regulator 10 optionally includes a plurality of external common conductive plates 14. These external common conductive plates 14 are similar to those commonly used when a plurality of common conductive plates 14 are electrically connected to the outer edge conductive band or conductive termination, or to tension seating means. Solder material directly onto the differential conductive plates 16A and 16b and / or the wider external conductive surfaces 14a and 14b (not shown), which is the physical separation of any plurality of electrical conductors, such as 12a and 12b, for example. When connected, it provides a very wide conductive ground plane and / or image plane. Connecting to an external conductive region facilitates attenuation of radiated electromagnetic emissions, resulting in a larger surface area where overvoltage and surge are dissipated. By connecting to the external conductive region, any inductive or parasitic strays radiated or absorbed by the differential conductive plates 16A and 16b and / or any of the plurality of differential electrical conductors, for example 12a and 12b. Static suppression is promoted. Common plates are coupled together as described above to suppress radiated electromagnetic emissions, resulting in a wider conductive surface area that dissipates overvoltages and surges, while at the same time reducing similar Faraday cage static suppression of parasitics and other transients In order to activate, the principle of a similar Faraday cage structure is used when a group of common conductive plates both interact with a wider external conductive area or surface. This is especially true when a plurality of common conductive plates 14 are electrically connected to ground and the present invention is deployed and it is entrusted to provide a unique ground for the circuit to which the voltage is applied. As already described, it is the material 28 that is inserted and maintained between the common conductive plate 14 and both electrode plates 16A and 16B, which includes one or more plurality of materials having different electrical properties. Material can be used.
[0036]
FIG. 1A shows an alternative embodiment of a multifunction energy regulator 10 that includes additional means for coupling electrical conductors or circuit board connections to the multifunction energy regulator 10. In essence, the plurality of common conductive plates 14 are electrically connected together at the exit portion of each conductive electrode by sharing the separately disposed outer edge conductive bands 14a and / or 14b (not shown), and the outer edge conductive bands 14 14a and / or 14b are located in part of a larger circuit where the present invention is coupled and / or connected to the same external conductive surface (not shown) that can have a potential when a voltage is applied. Yes. This potential is applied to any electrically conductive element required to utilize the externally conductive surface region or region through zones 14a and / or 14b (not shown), the internal common conductive electrode 14 of the embodiment, and the energy propagation connection. Interact with. Further, each differential electrode plate 16A and 16B has its own outer edge conductive band or surface 40a and 40b, respectively. Each electrode plate is provided to provide electrical connection between the electrode plates 16A and 16B and each of their conductive zones 40a and 40b and at the same time maintain electrical insulation between the other parts of the multifunction energy regulator 10. 16 is extended and positioned so that the extended portion of the electrode plate 16A is guided in a direction opposite to the direction in which the electrode plate 16B is guided. In addition, the extended portion of the electrode plate 16 extends beyond a certain distance, and the plurality of common conductive plates 14 are extended by an additional distance to the extended portion, and are insulated from the outer peripheral conductive bands 40a and 40b by the additional material 28. Yes. The electrical connection between each of the zones and each of the plates associated with the zones is achieved through physical contact between each zone and a common conductive plate or conductive electrode plate associated with the zone, respectively. .
[0037]
FIG. 2 shows a semi-schematic circuit of the portion of the circuit where the voltage is applied when the physical embodiment of the multifunction energy regulator 10 is combined with a larger circuit and a voltage is applied. The inter-line capacitance 30 is composed of electrode plates 16A and 16B, and the electrode plate 16A is coupled to one of a pair of electrical conductors 12a, and the other electrode plate 16B is coupled to the other electrical conductor 12b, thereby The result is two parallel plates required for formation. The central common ground conductive plate 14 is an indispensable component in all embodiments or connotations of the present invention and is wider when combined with two external common conductive plates 14 sandwiching the central common ground conductive plate 14. Acts together as an inherent ground 34 and 34b representing bands 14 and 14B (not shown) connected to the external conductive region 34 (not shown) and the line-to-line capacitance 30, and two parallel plates for each line ground capacitance 32 Acting as one of the
[0038]
The second parallel plate necessary for each line grounding capacitor 32 is supplied by the corresponding electrode plate 16B. With careful reference to FIGS. 1 and 2, the capacity plate relationship will become apparent. By insulating the central common ground conductive plate 14 from each electrode plate 16A or 16B using a material 28 having electrical properties, the electrical conductors 12a and 12b and the wider external conductive region 34 from each electrical conductor 12a and 12b. A capacitive network having a common mode bypass capacitor 30 extending between the line ground decoupling capacitor 32 coupled to the.
[0039]
Details of the wider external conductive region 34 will be described later, but for the time being it will be more intuitive to assume that the wider external conductive region 34 is equivalent to ground or circuit ground. Commonly known in the art, such as mounting screws coupled to an electrical device enclosure or ground chassis that are coupled to the central plate 14 and are conductively coupled and inserted through soldering or clamping openings 22. A wider outer conductive region 34 can be coupled to the central and additional common conductive plates 14 to form one or more common conductive plates 14 that can be coupled to a circuit or ground by means. The multi-function energy conditioner 10 functions equally well by using an inherent ground 34 coupled to ground or circuit ground, but one of the benefits of the physical architecture of the multi-function energy conditioner 10 is that it requires Depending on the energy regulation that is in place, there are certain applications that do not require a physical ground connection.
[0040]
Referring once again to FIG. 1, additional features of the multifunction energy regulator 10 are illustrated by a clockwise flux field 24 and a counterclockwise flux field 26. By applying Ampere's law and using the right-hand rule, the direction of individual magnetic field can be determined and mapped. By doing so, the thumbs are parallel at each location, indicating the direction of current flowing through the electrical conductors 12a and 12b, as indicated by the arrows at the ends of the conductor. When the thumb indicates the same direction as the current flows, the remaining fingers on the hand curve indicate the direction of rotation of the magnetic field. Since the electrical conductors 12a and 12b are positioned next to each other and can represent multiple current loops, as seen in many I / O and data line configurations, the multi-function energy regulator 10 Incoming and outgoing currents are in opposite directions, thus closely positioned reverse flux fields 18, 20, 24, and 26 are generated and cancel each other, minimizing inductance due to the device. Small inductance increases switching speed, and steep pulses at the rise of modern equipment generate unacceptable voltage spikes that can only be handled by low inductance surge devices and networks. Therefore, it is advantageous for modern I / O and high-speed data lines. It will also be apparent that the labor intensive aspect of using the multifunction energy regulator 10 compared to the combination of individual parts found in the prior art provides an easy and cost effective manufacturing method. Similarly, the connections required to provide the circuit with a line-to-line capacitance of approximately half the measured capacitance for each of the line ground capacitances deployed within the embodiment are connected to both ends of the electrical conductor 12. Being only a connection provides flexibility to the user and potentially saves time and space for manufacturing larger electrical systems utilizing the present invention.
[0041]
FIG. 3A shows a comparison of common mode insertion loss measurements for the multifunction energy regulator 10 shown in FIG. 1A, and shows a prior art through-hole capacitor 50 of approximately the same physical size diameter (FIG. 3A). The capacitance between lines is 0.20 uF with respect to the response (not shown). The graph shows that the capacitor 50 according to the prior art that constitutes a line capacitance value of 0.47 uF performs different performance compared to the performance of the multifunction energy regulator 10 having a line capacitance value of 0.20 uF. Is shown. When both multifunction energy regulators 10 and 50 are connected to the external conductive region, multifunction energy regulator 10 is shown at a frequency of up to 1,200 MHz (1,200 MHz was the limit of the test equipment). Compared with the capacitor 50, it shows significantly different insertion loss readings. 3B is the same as the differential mode side value of the same regulator 10 as the multifunction energy regulator 10 used in FIG. 3A and the prior art through-hole capacitor 50 (not shown) measured in FIG. 3A. The comparison with the differential mode side value regarding the response of the capacitor | condenser 50 is shown. When both the multifunction energy regulator 10 and the prior art capacitor 50 are connected to an external conductive region, the multifunction energy regulator 10 has a frequency of up to 1,200 MHz (1,200 MHz was the limit of the test equipment). Shows significantly different insertion loss readings.
[0042]
Graph 3B shows the multifunctional energy measured by the prior art capacitor 50 reading of 0.47 uF line ground capacitance value before performing the 3A test on one capacitor side of the regulator 10. This shows that the multi-function energy regulator 10 has a line ground capacitance value of 0.40 uF, which is about twice the value of the line-to-line capacitance value 0.20 uF of the regulator 10.
[0043]
An alternative embodiment of the present invention is the differential mode and common mode multiconductor filter 110 shown in FIG. Filter 110 is not shown in FIG. 4, but is similar to the electrical conductors 12a and 12b shown in FIGS. 1 and 1A, and includes a differential mode coupling capacitor array and a common mode decoupling capacitor acting on multiple pairs of electrical conductors. Similar to the multifunctional energy regulator 10 of FIGS. 1 and 1A in that it comprises a plurality of common conductive plates 112 and a plurality of conductive electrodes 118a-118h for forming an array. As already described with respect to the single pair conductor multifunction energy conditioner shown in FIG. 1, the common conductive plate 112, the conductive electrode 118, and the plurality of electrical conductors are made of dielectric material, ferrite material, MOV type material and sintered polycrystalline material. Are insulated from each other by a preselected material 122 having predetermined electrical characteristics such as Each of the plurality of common conductive plates 112 has a plurality of insulating openings 114, an electric conductor passes through the openings, and electrical insulation with respect to each common conductive plate 112 is maintained. To accommodate multiple electrical conductor pairs, the multifunction energy regulator 110 must use a revised version of the electrode plate described in FIGS. 1 and 1A.
[0044]
In order to provide multiple independent conductive electrodes for each pair of electrical conductors, a support 116 made of one of the materials 122 containing the necessary electrical properties is used. The support plate 116A comprises a plurality of conductive electrodes 118b, 118c, 118e and 118h printed on one side of the plate 116A having one coupling opening 120 for each electrode. The support plate 116B is also composed of a plurality of conductive electrodes 118a, 118d, 118f, and 118g printed on one side of the plate 116B. Support plates 116A and 116B are separated and surrounded by a plurality of common conductive plates 112. A plurality of common conductive plates 112 together lock out a conductive material, typically made of material 122, to allow the fusion or lamination of the respective plates during the manufacturing process by standard means known in the art, and It is possible to merge. Also, the conductive electrode materials and insulating structures described above are added or deposited by standard means known in the art as well during the manufacturing process. A conductive termination 112D is also added to each side of the plate 112 during manufacture, thereby placing it in the circuit and applying a voltage to the plurality of common conductive plate electrodes 112A, 112B of the present invention 110. And at least the peripheral conductive connections of 112C are conductively coupled together to form a single conductive structure that can share the same conductive path to an external conductive region or surface (not shown). Each of the input electrical conductor pairs has a corresponding electrode pair within the multifunction energy regulator 110. Although not shown in the figure, the electrical conductor passes through the common conductive plate 112 and the respective conductive electrodes. The connection is either performed by selecting the coupling opening 120 and the insulating opening 114 or not. The common conductive plate 112 cooperates with the conductive electrodes 118a-118h to perform substantially the same function as the electrode plates 16A and 16B of FIGS. 1 and 1A.
[0045]
FIG. 5 shows a schematic diagram of a prior art multi-capacitor element and a differential and common mode multi-conductor multifunction energy regulator 110 according to the present invention. FIG. 5A is a schematic diagram of a capacitor array 130 according to the prior art. In essence, the plurality of capacitors 132 are formed and coupled together to provide a common ground 136 for the array 130 having open terminals 134 provided to connect electrical conductors to each capacitor 132. These prior art capacitor arrays only allow common mode decoupling of the individual electrical conductors when the open terminal 134 of each capacitor 132 is electrically connected to the individual electrical conductors.
[0046]
FIG. 5B shows a schematic diagram of a differential and common mode multi-conductor multifunction energy regulator 110 having four pairs of differential mode and common mode filter pin arrangements. A horizontal line extending through each electrode pair represents common conductive plate electrodes 112A, 112B and 112C, and a line surrounding each pair is a conductive insulating material 112a. The conductive insulating material 112a is electrically coupled to the common conductive plate electrodes 112A, 112B, 112C and the side conductive termination material 112D to provide a conductive grid. The conductive grid is further separated from the electrode plates 118a-118h by regions left without conductive material. The conductive material separates each of the conductive electrode plates 118a to 118h from each other and from the conductive grid. Corresponding conductive electrodes 118a-118h are positioned on support plates 116A and 116B above and below the central common ground conductive plate 112, respectively, to form a line ground common mode decoupling capacitor. Each conductive plate electrode 118a-118h, common conductive plate electrodes 112A, 112B and 112C, and support material plates 116A and 116B are separated from each other by a dielectric material 122. When the multifunction energy regulator 110 is connected to the electrical conductor through a coupling opening 120 such as found in the electrode plates 118a and 118c, the multifunction energy regulator 110 is connected to the common mode filter and the difference. A dynamic mode filter is formed.
[0047]
Referring again to FIG. 4, the multi-conductor multifunctional energy conditioner 110 has not only a central common conductive plate electrode 112B but also external common conductive plates 112A and 112C. As described in connection with FIGS. 1 and 1A, these external common conductive plates and common conductive electrodes 112A and 112C are coupled together and are each central common conductive plate 14 or central common of the present invention. When coupled to each of the conductive electrodes 112B and an external conductive region (not shown), the multifunctional energy regulator 110 provides a very wide conductive path or region to simultaneously suppress and / or suppress conductive radiated electromagnetic emissions of the counter-conductor. Or minimize and / or attenuate to shield between the conductive plate and the electrodes of FIGS. 1 and 1A or other embodiments of the invention to dissipate and / or absorb overvoltage, surge and other transient noise. Provides a larger surface area to be used, and is effective as a similar Faraday cage shield when a voltage is applied To use. One trend found in all modern electronic devices is the continued miniaturization of equipment and the electronic elements that make up the equipment. Capacitors, which are key elements in multi-function energy regulator arrays, are no exception, their size is continually reduced, and now integrated circuits that are formed in silicon and can only be viewed using a microscope It has reached the point where it can be embedded in. One miniaturized capacitor that has become very widely used is a chip capacitor that is significantly smaller than a standard through-hole capacitor or a leaded capacitor. Chip capacitors use surface mount technology to physically and electrically connect to electrical conductors and traces found on circuit boards. The versatility of the multifunction energy regulator architecture according to the present invention extends to the surface mount technology shown in FIG. A surface mounted multifunction energy regulator 400 is shown in FIG. 6A and its internal structure is shown in FIG. 6B. Referring to FIG. 6B, a common conductive plate 412 is sandwiched between the first differential plate 410 and the second differential plate 414. Each of the common conductive plate 412, the first differential plate 410, and the second differential plate 414 is made of a material 430 having required electrical characteristics determined by the selected material. For all embodiments of the present invention, applicants include, but are not limited to, dielectric materials, MOV-type materials, ferrite materials, films such as Mylar, and newer types of materials such as sintered polycrystalline materials, etc. Intended for the use of various materials.
[0048]
The first differential plate 410 is coupled to the top surface of the material 430 leaving an isolation band 418 surrounding the outer periphery of the first differential plate 410 along three of its four sides. The conductive electrode 416 is included. Insulation zone 418 is only the portion along the edge of material 430 that is not covered by conductive electrode 416. The second differential plate 414 is essentially the same as the first differential plate 410 except for the physical direction of the second differential plate 414 relative to the physical direction of the first differential plate 410. The second differential plate 414 remains on the top surface of the material 430 such that an insulation band 428 remains surrounding the outer periphery of the second differential plate 414 along three of its four sides. It consists of a material 430 having a conductive electrode 426 coupled thereto. The important thing to note regarding the physical orientation of the first and second differential plates 410 and 414 is that the sides of each plate that are not surrounded by the isolation bands 418 and 428 are arranged 180 degrees apart from each other. It has been done. It is also important to note that the physical orientation of the first and second differential plates 410 and 414 relative to the common conductive plate 412 is not shown in the figure, but the conductivity of each differential electrode 412 and 410 is not shown. A central common conductive electrode 412 having a region between them sandwiches the common conductive plate 412 at the boundary or periphery of each of the differential electrodes 410 and 414 and the overlapping region of the common conductive plate, that is, the underlap region. In relation to the same size differential conductive plate, they are physically shielded from each other so as to be inserted into the boundary or periphery of the common conductive electrode 412 to the extent that the common conductive plate appears in an excessive size. is there. This will be described in more detail with reference to FIG. With respect to the range of overlap for the common conductive electrode 412 and the differential plate of the same size, when power is applied, a parasitic attempt to escape, i.e., a parasitic attempt to enter an area occupied by the differential electrode. Can be inserted essentially to a degree sufficient to prevent the occurrence of such degradation. The insertion of the differential conductive plates 410 and 414 to the point for the larger common plate set sandwiching the differential plate improves the effectiveness of electrostatic shielding during voltage application. This directivity causes the electrical conductor to be electrically coupled to either individual plate 410 or 414, but in order to adjust the differential phase complementary energy between oppositely positioned paired differential conductors, the individual plate 410 is not necessarily required. And 414 need not be coupled to both.
[0049]
The structure of the common plate 412 is similar to the structure of the first and second differential plates 410 and 414 in that the common plate 412 includes a material 430 having a common conductive electrode 424 coupled to the top surface. ing. As can be seen from FIG. 6B, the common plate 412 has two isolation zones 420 and 422 positioned at opposite ends. The common plate 412 includes first and second differential plates such that the isolation bands 420 and 422 are aligned with the ends of the first and second differential plates 410 and 414 that do not have an isolation band. Aligned between 410 and 414. The three plates, common plate 412, first differential plate 410, and second differential plate 414, all do not have any kind of conductive surface under the ground plate, so when the plates are stacked on top of each other The conductive electrode 426 is insulated from the common conductive electrode 424 by the back surface of the common plate 412. In a similar manner, the common conductive electrode 424 is insulated from the conductive electrode 416 by the back surface of the first differential plate 410 made of material 430.
[0050]
With reference now to FIG. 6A, the structure of the surface mount multifunction energy regulator 400 will be further described. When the common plate 412, the first differential plate 410 and the second differential plate 414 are sandwiched together according to the arrangement shown in FIGS. 6B and 19 as described, two additional common conductive plates are positioned. The differential plates 414 and 410 are sandwiched, and the differential plates 414 and 410 sandwich the common conductive plate 412. Plates 412B and 412A are essentially the same in construction material and size, and the direction of each zone and electrode edge is generally parallel to the direction of the central conductive plate 412 in the embodiment. Means must be included for coupling electrical conductors to differential electrodes 416 and 426. The electrical conductors pass through a first differential conduction band 404 and a second differential conduction band 406 that are isolated from the common conduction band 402 by an insulation band 408 positioned between the bands 402, 404 and 406. Coupled to the mounted multifunction energy regulator 400. The common conductive zone 402 and the insulating zone 408 can extend around 360 degrees around the body of the 400 multifunction energy regulator to insulate all four sides, but the common conductive plates 412, 412A and Due to the nearly complete similar shielding enclosure of the differential conductive electrodes 414 and 410 by 412B, the common conductive band 402 is reduced in size by replacing the band 402 with a conductive termination structure (not shown), Alternatively, it can be eliminated. The conductive termination structure is not shown, but its appearance and function is similar to the termination zone 84 seen in FIG. 14, or similar to the type of structure commonly used in the art. ing. The first and second differential conduction bands 404 and 406 not only extend around each part of the multifunction energy regulator 400 over 360 degrees, but also extend to the cover ends 432 and 434, respectively. Yes.
[0051]
Referring alternately to FIGS. 6A and 6B, the coupling between the zone and the plate can be seen. The first differential conduction band 404 including the end 434 maintains electrical coupling with a conductive electrode 416 that does not have an insulation band 418 extending to the end of the first differential plate 410. The second differential conduction band 406 is electrically isolated from the common plate 412 and the first differential plate 410 because of the isolation bands 422 and 428, respectively. In a manner similar to that just described, the second differential conduction band 406 including the end 432 is electrically coupled to the conductive electrode 426 of the second differential plate 414. Due to the isolation bands 420, 420A, 420B, 418, 418A and 418B of the common plates 412, 412A, 412B and the first differential plate 410, the second differential conduction band 406 is the first differential plate 410 and It is electrically insulated from the common plates 412, 412A and 412B.
[0052]
The electrical coupling of the common conductive band 402 to the common plate 412 can be accomplished by replacing the side 436 of the common conductive band 402 or a substitute for the common conductive electrodes 424, 424a and the insulating bands along the sides of the common plates 412, 412A and 412B and This is accomplished by physically coupling to 424b. In order to maintain electrical isolation of the common conductive electrodes 424, 424A and 424B from the first and second differential conductive bands 404 and 406, the insulating bands 420, 420A, 420B, 422 of the common plates 412, 412A and 412B, 422A and 422B prevent any physical coupling between the ends 432 and 434 of the first and second differential conductive bands 404 and 406 and the common conductive electrodes 424, 424A and 424B.
[0053]
As with other embodiments of the differential mode and common mode multifunction energy conditioner according to the present invention, the conductive electrodes 416 and 426 of the first and second differential plates 410 and 414 are electrically conductive first and first. When coupled to the two differential conduction bands 404 and 406, it acts as a line-to-line differential mode capacitor. Line ground decoupling capacitors are formed between each conductive electrode 416 and 426 and common conductive electrode 424, 424A and 424B, respectively, to form a similar Faraday cage shielding structure.
[0054]
FIG. 7 discloses another embodiment of a multi-function energy regulator formed on similar mylar or film media. This embodiment comprises a metallized film medium, or a film medium coated with a conductive material by means known in the art, and includes a common conductive plate 480, a first electrode following the common conductive plate 480. It consists of a differential plate 460, followed by another common conductive plate 480 and a second electrode differential plate 500, and finally another common conductive plate 480. Each plate consists essentially of a film 472, and the film 472 itself consists of a number of materials such as, but not limited to, mylar. Film 472 is either completely metallized or conductive on the other side using another electrophilic material to produce a metalized plate or conductive plate. A part of the metallized material or the material coated with the conductive material is removed (nonmetallized) in a predetermined pattern using a laser, and an insulating barrier is generated. The first differential plate 460 has two laser edge isolation barriers 462 and 466 that divide the first differential plate 460 into three conductive regions: an electrode 464, an insulating electrode 468, and a common electrode 470. is doing. The second differential plate 500 has two insulating barriers 506 and 504 that divide the second differential plate 500 into three conductive regions, an electrode 510, an insulating electrode 502, and a common electrode 508. Thus, it is the same as the first differential plate 460. In the case of both the first and second differential plates 460 and 500, the insulation barriers 462 and 506 are essentially U-shaped and the electrodes 464 and 510 covering a large area of the first and second plates 460 and 500. Is generated. U-shaped insulation barriers 462 and 506 allow full extension by electrodes 464 and 510 to ends 476 and 514, respectively. Members 474 and 512 extend from insulation barriers 462 and 506, and members 473 and 513 extend from insulation barriers 466 and 504. Members 474 and 512 extend outwardly at right angles from the ends of u-shaped insulation barriers 462 and 506 at points closest to ends 476 and 514, and members 473 and 513 are common electrode 470. And 508 extend outwardly at right angles from insulation barriers 466 and 504, respectively, to completely insulate ends 476 and 514 from each other. In addition, both first and second differential plates 460 and 480 have insulating electrodes 468 and 502 formed by insulating barriers 466 and 504 on opposite sides of ends 476 and 514.
[0055]
The common conductive plate 480 includes insulating barriers 482 and 492 that divide the common conductive plate 480 into three conductive regions, a common electrode 488, an insulating electrode 484, and an insulating electrode 494. As shown, the insulation barriers 482 and 492 are vertically adjacent and run parallel to the left and right edges of the common conductive plate 480. Also, both insulation barriers 482 and 492 extend perpendicularly outward from the vertical portions of the insulation barriers 482 and 492, and the first and second differentials when the plates 460, 480 and 500 are stacked. It includes a member 496 positioned so that the horizontal portions of U-shaped insulation barriers 462 and 506 of plates 460 and 500 are aligned.
[0056]
An additional feature is that the common conductive plate 480 can be optimized for use in filtering AC and DC signals. Insulation barriers 492 and 482 are optimized for use in DC signal filtering, as described above. In the case of DC operation, the insulated electrodes 484 and 494 require little area within the common conductive plate 480. If the filter consists of film media and is used to filter alternating signals, the insulated electrodes 484 and 494 require a larger area, which is realized by etching the modified insulating barriers 486 and 490. The Insulating barriers 484 and 494 running vertically are etched close to each other and near the center of the common conductive plate 480. To accommodate this modification, the member 496 extending perpendicularly outward from the vertical portion is longer than in the direct current version. Either configuration provides both types of current filtering, but a wider area of the insulated electrodes 484 and 494 provides better AC filtering characteristics.
[0057]
8 and 9 are directed to an embodiment of a multi-function energy regulator configured for use with an electric motor, but the implementation of energy regulation in other electronics applications is limited by this embodiment. There is nothing to be done. Electric motors are a crucial source of electromagnetic emissions and imbalances. This is even apparent to the layman, as most people who have operated the vacuum cleaner in front of a working television receiver are aware of the “snow” that fills the screen. This disturbance to the television is due to electromagnetic emissions from the motor. Electric motors are widely used in many household appliances such as washing machines, dryers, automatic dishwashers, mixers and hair dryers. Most automobiles also have a number of electric motors to control the overall host of windshield wipers, motorized windows, motorized mirrors, retractable antennas, and other functions, the number being 25 per car. From 150 to 150 cars per luxury car. Due to the widespread use of motors and increased levels of electromagnetic emissions, one passive to provide the necessary filtering and noise suppression without the use of inductors or ferrite elements used in addition to embodiments of the present invention. Differential mode and common mode filtering capabilities that can reduce electromagnetic emissions with elements alone and often eliminate all electromagnetic emissions are required in one integrated package. Although the motor filter 180 can be made in a variety of shapes, in the preferred embodiment shown in FIG. 8, it is shown as a rectangular block of material 182 having one of a number of predetermined electrical characteristics. FIG. 8 a shows the external structure of the filter 180, which consists of a rectangular block of material 182 having an insulating opening 188 disposed through the center of the filter 180. The 188 opening need not be common for this particular usage, but is considered more convenient for the user than any electrical adjustment enhancement attributed to any of the 188 openings, Thus, an optimal placement space for use can be designed that can be eliminated. Conductive bands 184 and 194, and common conductive band 186. FIG. 8b shows a side view of a filter 180 having an arrangement of conductive bands 184, 194 and a common conductive band 186 that are electrically and physically isolated from each other by portions of material 182 positioned between the various bands. It is. FIG. 8c shows a cross section along the virtual center line of FIG. 8a. As with all previous embodiments, the physical architecture of the present invention consists of conductive electrodes 181 and 185 and a common conductive electrode 183 sandwiched therebetween. A material 182 having predetermined electrical properties is interspersed between all electrodes to prevent electrical connection between the various conductive electrodes 181 and 185 and the common conductive electrode 183. As with the surface mount embodiment of the present invention, filter 180 uses conductive bands 184 and 194 to electrically connect the internal electrode of filter 180 to an electrical conductor. Conductive electrode 181 extends completely into contact with conductive zone 184 to provide the necessary electrical interface. As shown in FIG. 8 c, the conductive electrode 181 does not extend completely into contact with the conductive zone 194 that is coupled to the conductive electrode 185. Although not shown in the figure, the common conductive electrode 183 extends completely between the common conductive zones 186 without contacting the conductive zones 184 and 194. Again, the inherent ground provided by the common conductive electrode 183 is enhanced by coupling the common conductive band 186 inside a motor case (not shown) used as a floating ground.
[0058]
FIG. 8d is a schematic diagram of the differential mode and common mode motor multifunction filter 180, providing the two parallel plates required for the line-to-line differential mode coupling capacitor, and simultaneously cooperating with the common conductive electrode 183. Conductive electrodes 181 and 185 are shown providing a line ground common mode decoupling capacitor having a common conductive electrode 183 that interacts with a natural ground (not shown). Also shown are conductive bands 184, 194 and a common conductive band 186 that couple the motor filter 180 to an external differential electrical conductor and individual conductive regions (not shown), respectively. Although the preferred embodiment of FIG. 8 shows three common conductive electrodes 183 and two conductive electrodes 181 and 185, Applicant uses a plurality of common electrodes and differential electrodes for the above embodiment. Similar to the description, it is intended to obtain a variable capacitance value by the additional effect of the parallel capacitance.
[0059]
FIG. 9 illustrates a differential mode and common mode motor filter 180 that is electrically and physically coupled to the motor 200. As shown in FIG. 9a, the motor filter 180 is placed on top of an electric motor 200 having an electric motor shaft 202 extending outward. The motor shaft 202 is electrically coupled to the connection terminal 196 and is disposed through the shaft opening 188 of the filter 180 having conductive bands 184 and 194 that are insulated from each other and the rotor of the motor 200. Although not shown in the drawing, the individual connection terminals 196 are electrically connected to power supply lines that supply power to the electric motor 200. When the motor filter 180 is connected / coupled to the motor 200, the motor face plate 208 is on top of the filter 180 with the motor shaft 202 disposed in the center of the motor face plate 208 through the motor 200 and similar openings. Placed. Face plate 208 is physically coupled to the body of motor 200 using clamp 206. Although not shown in the figure, the filter 180 can be used with its own ground by coupling the common conduction band 186 to the motor enclosure. Alternatively, the common conductive zone 186 can be directly connected to the interior of the motor shell casing.
[0060]
FIG. 9c is a logarithmic graph showing a comparison of the electromagnetic emission level of the motor 200 as a function of frequency, with the result for the motor with the standard filter shown at 220 and the result for the differential mode and common mode motor filter 180. This is indicated at 222. The graph shows that, between 0.01 MHz and about 10 MHz, throughout its entire range, electromagnetic emissions when using the filter 180 are additionally suppressed by a minimum of 20 dB compared to prior art filters, from 0.1 MHz to 1 MHz. This shows that the magnitude of additional suppression is even more conspicuous. It can be seen that at higher frequency ranges from 10 MHz to 20 MHz and above 20 MHz, the reduction in electromagnetic emissions is not as great as at lower frequencies, but most motors operate in a much lower range than this frequency range. This is not a particularly important issue, and therefore the motor filter 180 provides enhanced performance with reduced electromagnetic emissions for most applications.
[0061]
Differential mode and common mode filters are presented in many variations of the above-mentioned and co-owned patents and patent applications already incorporated herein by reference. Other embodiments of the invention make use of the filter variants already discussed. A shielded twisted pair through-through differential mode and common mode filter 300 is shown in FIG. 10A. The difference between the filter 300 and the filter shown above is the positions of the first differential electrode bands 302A and 302B and the second differential electrode bands 306A and 306B, which are arranged diagonally to each other. The common ground conduction band 304 is separated from the first and second differential electrode bands 302 and 306 by an insulating material 308, as in the filter embodiment shown above. Shielded twisted pair through differential mode and common mode filter 300 includes at least first and second differential electrode plates 312 and 316 and at least three common ground conductive plates 314, respectively, as shown in FIG. 10B. I have. As with the filter embodiment shown above, plates 312, 314 and 316 are stacked and insulated from each other by material 308.
[0062]
Referring now to FIGS. 10C and 10D, there is shown a schematic diagram of a shielded twisted pair feedthrough differential mode and common mode filter 300 and method of use for removing differential noise. The current I passes through the first and second differential electrode bands 302A and 306B, flows in opposite directions across each other, and flows out through the first and second differential electrode bands 302B and 306A. The intersection point of the current I acts as a line-to-line capacitor, and the common conductive ground plate 314 provides a line ground capacitor on both sides of the intersection point.
[0063]
In FIG. 10D, filter 300 is depicted as generally parallel plates 312, 314, and 316, with electrode plates 312 and 316 sandwiched between common ground conductive plates 314, respectively, in a Faraday cage configuration. The current I flows in the reverse direction through the differential electrode plate. Note that the common ground conductive plate 314 is electrically interconnected and insulated from the differential electrodes, as disclosed in the filter embodiments already incorporated herein by reference. .
[0064]
Referring now to FIGS. 10E and 10F, a schematic diagram of a shielded twisted pair through differential mode and common mode filter 300 and method of use for removing common mode noise is shown. The current I passes through the first and second differential electrode bands 302A and 306A, flows in the same direction across each other, and flows out through the first and second differential electrode bands 302B and 306B. The intersection point of the current I acts as a line-to-line capacitor, and the common conductive ground plate 314 provides a line ground capacitor on both sides of the intersection point.
[0065]
In FIG. 10F, the filter 300 is again depicted as generally parallel plates 312, 314, and 316, with the electrode plates 312 and 316 being sandwiched by a common ground conductive plate 314, respectively, in a Faraday cage configuration. The current I flows in the same direction through the differential electrode plate. Note that the common ground conductive plate 314 is electrically interconnected and insulated from the differential electrodes, as disclosed in the filter embodiments already incorporated herein by reference. .
[0066]
Filters according to the present invention are used in many embodiments. Various additional embodiments of multi-element filters are described as intended examples of various types of layer configurations that are not intended to limit the present invention. In each figure, five plates are shown individually, followed by a plan view and finally a side view. Referring to FIGS. 11 and 12, two different embodiments 70 and 70 ′ of the present invention are shown. FIG. 11 shows a bypass configuration, and FIG. 12 shows a through configuration. As in the embodiment shown above, to complete the circuit of FIG. 12, current must flow through the electrodes. Each of the embodiments includes a first differential electrode plate 72 and a second differential electrode plate 76 sandwiched between three common conductive plates 74. Typically, the plate is surrounded by material 75 around each plate 72, 74 and 76, but the terminal portions of the plate, 72a, 74a and 76A, respectively, extend through the material. These terminal portions 72a, 74a, and 76A are coupled to a first differential conduction band 82, a common conduction band 84, and a second differential conduction band 86, respectively, and a circuit to which a voltage is applied (not shown). Provide external connection to. Conductive zones 82, 84 and 86 are insulated from each other by an insulated outer casing 88. The common conductive plate 74 has four common conductive bands 84 that provide four connections to the ground area of the external electrical circuit system, each of which is adjacent to the adjacent common conductive band 84. The angle with 84 is about 90 degrees. This feature provides additional insulation, centralizes the line conditioning capability of the structure, and improves charge concentration.
[0067]
The main difference between the filters 70 and 70 'is that in the filter 70, the electrode terminal portions 72a and 76A are on the same side in the longitudinal direction, and in the filter 70', the electrode terminal portions are on the opposite side in the longitudinal direction. Further, current flows through the filter 70 ′, whereas current does not flow through the filter 70. Due to the different terminal positions, the applicability of the filter to various electric circuit system configurations is diversified.
[0068]
Referring now to FIG. 13, there is shown a filter 80 identical to the filter 70 ′ shown in FIG. 12 except that the shape is rectangular and there are only two common conduction bands 84.
[0069]
Referring now to FIG. 14, there is shown a filter 80 ′ that is identical to the filter 80 shown in FIG. 13 except that the electrode terminal portions 72a and 76A are diagonal to each other in the twisted pair penetration design.
[0070]
Referring now to FIGS. 15-18, an alternative filter embodiment has multiple filters integrated in one package. It will be appreciated that any number of individual filters can be integrated in a single electronic element and the invention is not limited to two individual filters. Each of FIGS. 15 to 18 includes a first double electrode plate 90 having a first electrode 91 and a second electrode 92, and a first electrode 97 and a second electrode sandwiched between a common conductive plate 94. A second double electrode plate 96 with a plurality of electrodes 98 is shown. Each of the electrodes 90 and 94 of FIGS. 15 and 16 has two electrode terminal portions 93 and 99 and extends through the material 101 that substantially surrounds the isolation zone. Each of the electrodes 90 and 94 of FIGS. 17 and 18 has one electrode terminal portion 93 and 99 and extends through the material 101 that substantially surrounds the isolation zone. Referring now to FIGS. 15 and 17, the common conductive plate 94, when connected to the common conductive band 102, has four common conductive terminals 95 that provide four connection locations to the external ground region of the electrical circuit system. Each of the common conductive zones 102 has an angle of about 90 degrees with the adjacent adjacent common conductive zone 102.
[0071]
Further, the first and second double electrode plates 90 and 96 have the same common conductive plate 104 between the first and second electrodes 91 and 92 and 97 and 98 of each plate 90 and 96, respectively. Have. This feature provides additional insulation of the double electrode.
[0072]
In a system to which voltage is applied, the present invention includes a single shielded similar cage structure or grouped common conductive element that forms an expanded and / or deformed melt in its connected external conductive region. Emissions, RF loop radiation, stray capacitance, stray inductance, and capacitive parasitics are significantly removed, reduced and / or suppressed, while reverse charging or reverse phase and adjacent electric fields cancel each other. The process of regulating electrical energy transmission is always regarded as a dynamic process. This process can be measured in part by equipment such as dual port time domain reflectometry test equipment and / or other industry standard test equipment and fixtures. The present invention also makes minor modifications to adapt to external input and output energy transfer conductors or paths for applications such as signal transmission, energy transfer, and / or power line decoupling, bypassing and filtering operations. Can be connected to a single conductor, dual conductor or multi-conductor electrical system. The circuitry and description of some embodiments presented herein are representative of some of the arrangements contemplated by the applicant and should not be construed as the only possible configuration of elements according to the present invention.
[0073]
Other aspects of the invention include “decoupling loops” or “RF loops”. A decoupling loop is a current due to the physical placement of a passive unit, such as a decoupling capacitor, in relation to the distance and position between the active element receiving the regulated energy from the passive element. It relates to the surrounding part and the physical area included in the route loop. That is, the current loop is the distance and area (usually on a PCB-type substrate or IC package) that is surrounded by the current path from the power plane to the passive element and the return path to its source.
[0074]
The power and ground return current paths that make up the loop area to which power is applied are energy transmission lines that act as antennas that radiate unwanted energy from the system at a specific frequency determined by the physical size of the loop area of the current path. is there. The RF loop region to which this voltage is applied allows harmful common mode energy as an unbalanced by-product that can lead to significant destruction, and to the active element between the energy source and the subsequent return. A voltage imbalance condition is created in the electrical system to allow for strain effective energy to deliver. The physical size of the RF loop region is directly related to the amount of RF energy radiating from the electrical circuit system.
[0075]
The small distance between the conductive termination paths to the termination path of each differential conductive energy transfer path negates the RF loop problem and detrimental to the voltage balance of the circuit, as is the case with prior art elements or systems. It will not be affected.
[0076]
Referring now to FIG. 19, the similar Faraday cage structure, i.e., the inventive concept, is shown in detail. From the basic five-layer embodiment described above, some of the multifunction line conditioning devices are considered in more detail. In accordance with the present invention, FIG. 19 shows a similar Faraday comprising two spatial regions sandwiching one of two differential electrodes as described in more detail in general with respect to FIGS. 6A and 6B herein. Includes part of the cage structure 800. The conductive electrode plate 809 is sandwiched between a central common conductive plate 804 and a common conductive plate 808 (shown offset). Common conductive plates 804, 808 and 810 (not shown) are all associated with each outer plate 810 and 808 for each plate related position relative to the central common conductive plate 804, differential conductive electrode passages 809 and 809A (not shown). Are separated from each other by a substantially parallel predetermined dielectric material interposed between them, and this feature allows differential conductive electrodes such as the conductive plate 809 to sandwich the upper and lower sides of the plate 809 respectively in the present invention. The plates 808 and 804 are almost completely covered or shielded. Plates 804, 808 and 810 are also surrounded by a dielectric material 801 that supports the element and provides an outer casing. Means for individually connecting the two common shield termination structures 802 to the same common conductive plates 808, 804 and 810 (not shown) are essential and desirable for this embodiment. When the entire invention is installed in a circuit, the termination structure 802 can be made identical by standard means known in the art without interruption between termination structures, i.e., without the presence of conductive gaps. It must be connected to an external conductive area, i.e. the same external conductive path (not shown). Standard means known in the art facilitate connection of common shield terminations 802 connected to all three plates 804, 808 and 810, respectively, together forming a single structure 800, It can act as a common conductive analog cage structure 800 ". Although not shown in the figure, 800 'has a differential electrode 809A (in the translator note: see comment) with an access section 812A (not shown). Except for a single similar Faraday cage structure 800. The entry / exit section 812A is not completely shielded, but for coupling to a conductive termination structure 807A (not shown). Facing approximately 180 degrees relative to the direction of the conductive termination structure 807 and the differential electrode 809. These two similar Faraday cages Structures 800 and 800 ′ are positioned in parallel, but most importantly, the structures 800 and 800 ′, when taken individually, constitute each similar Faraday cage structure 800 and 800 ′. Common central conductive plate 804, layers or passages, both 800 and 800 'are single and larger conductive analog Faraday cage shielding structures 800 "(not shown) acting as dual containers. A). Each container 800 and 800 ′ can hold the same number and size of differential electrodes in a substantially parallel manner in the larger structure 800 ″ in opposite directions. A larger conductive analog Faraday cage shield structure 800 "having an individual similar shield structure is electrically integrated when a voltage is applied and connected to the same external common conductive path. The predetermined arrangement of common conductive electrodes in a differential conductive sandwich with a centralized common shield upon application of a voltage is the element that constitutes one common conductive similar cage structure 800 "that is the basic element of the present invention, ie similar Faraday cage structure 800 ". The structure essentially forms at least two Faraday cage structures 800 and 800 ′ necessary for the construction of the multifunction line conditioning device in all of the layered embodiments according to the present invention. With respect to the inclusion between the differential electrodes, the central common conductive plate 804 should consider the two external additional common electrode plates 808 and 810 sandwiching the central common conductive plate 804 as a non-voltage applied similar Faraday cage structure 800 ". In addition, the central common plate 804 is used simultaneously for both differential electrodes 809 and 809A, but with the opposite result with respect to charge switching. Embodiments propagate along a conductor sandwich in the similar structure 800 "in antiphase or charge mode when sandwiched between three common conductive electrodes and connected to a wider external conductive region Assists the simultaneous execution of voltage-adjusted line conditioning and filtering functions for energy Note that it can have at least two electrodes connected together to form a single and larger similar Faraday cage structure 800 "and connected to an external termination structure that is conductive. For locations located within a given layered PCB or similar electronic circuit by connecting internal common conductive electrode plates and subsequent voltage application to form a similar Faraday cage structure, the external conductive region That is, the passage is essentially an expanded, closely positioned, essentially parallel array of conductive elements connected to the combined common conductive shield plate and the surrounding multiple shield plate and to the external extension element. The connection with the common conductive plate 804 disposed in the center is sandwiched between them, and the expansion is performed by other functions. For a complementary phase differential electrode that is separated from the extension by a distance that includes a dielectric medium so that it becomes an enclosing-like shielding element that performs an electrostatic shielding function with the element, the element has a small distance separation or “loop region”. It is possible to intervene in such a multiple parallel system. That is, the combination to which the voltage is applied enhances and enables simultaneous adjustments to the energy propagating on or along the portion of the differential conductor assembly. Also, a combination of common conductive planes, i.e., internal and external parallel array groupings of regions, that portion of the differential conductor used by the portion of energy as it propagates along the conductive path to the active assembly load. Undesirable parasitics that escape or enter, electromagnetic emissions are offset and / or suppressed.
[0077]
In the following section, reference is made to the common conductive plate 804 and applies to the common conductive plates 808 and 810. The common conductive plate 804 is offset by a distance 814 from the edge of the present invention. One or more portions 811 of the common ground common conductive plate 804 extend through the material 801 and are connected to a common ground termination zone or structure 802. Although not shown in the figure, a common ground termination band 802 electrically connects the common conductive plates 804, 808 and 810 to each other and to all other common conductive plates where the filter is used. is doing.
[0078]
The conductive electrode plate 809 is not the same size as the common conductive plate 804 such that an offset distance and region 806 exists between the edge 803 of the electrode plate 809 and the edge of the central common conductive plate 804. The offset distance and region 806 provides a shield against any field lines where the common conductive plate 804 extends beyond the electrode plate 809 and extends beyond the edge 803 of the electrode plate 809, thereby allowing other electrode plates or Near field coupling to elements outside the filter is reduced or suppressed. The horizontal offset is about 0-20 times the vertical distance between the electrode plate 809 and the common conductive plate 804, and the offset distance 806 can be optimized for individual applications, but between each plate Ideally, all distances of overlap 806 are approximately the same as manufacturing tolerances. As long as there is no problem with the electrostatic shielding function of the structure 800 ″, the slight size difference between the distances / areas 806 between the plates is not important. To connect the electrode 809 to the energy path (not shown), a common conductive One or two portions 812 extending beyond the edges 805 of the plates 804 and 808 can be provided on the electrode 809. These portions 812 can be energized by soldering or similar, as previously discussed (see FIG. (Not shown) is connected to an electrode termination zone 807 that allows electrical connection of electrode 809 to element 809. Element 813 is a dynamic representation of the central axis point of the three-dimensional energy regulation function that occurs within the present invention. Note that the final size, shape and position of the embodiments in the circuit to which the voltage is applied are relative.
[0079]
As can be seen, many different applications of the multifunction energy regulator architecture are possible, and some of the features common to all embodiments will be reviewed and described. First, materials having predetermined electrical properties are not limited to them in all embodiments, but include dielectric materials, metal oxide varistor materials, ferrite materials, and other materials such as mylar films or sintered polycrystals. It is one of many materials, including newer substances. In any case, a plurality of members for forming one line differential coupling capacitor and two line ground decoupling capacitors from a pair of electric conductors by combining the common conductive plate and the electrode conductive plate. Capacitor is generated. Materials with electrical properties can vary capacitance values and / or add additional features such as overvoltage and surge protection, or increased inductance, increased resistance, or combinations thereof.
[0080]
Second, in all of the embodiments shown above or not shown, a number of common conductive plates are used to generate and add a number of capacitive elements in parallel to create a larger value of capacitance. And both plates of the electrode plate can be superposed.
[0081]
Third, all embodiments have an additional common conductive plate surrounding a combination of one central conductive plate and multiple conductive electrodes to provide increased inherent ground, optimized similar Faraday cage function, and surge dissipation area. Is being used.
[0082]
Fourth, at least one central common conductive shield paired with two additional common conductive plates or shields is generally desirable, but must be placed on the opposite side of the central common conductive shield. There are (as described above other elements such as dielectric material and differential conducting elements can be provided between these shields). Additional common conductive plates can be used with any of the embodiments shown above, which is fully intended by the applicant.
[0083]
Indeed, although not shown in the figure, the multifunction energy regulator can be easily fabricated in silicon and directly integrated into an integrated circuit for applications such as a communications microprocessor integrated circuit or chip. Already integrated circuits have been manufactured by etching capacitors in silicon substrates that can easily incorporate the architecture of the present invention using currently available technologies.
[0084]
Also, it can embed multifunction energy regulators and filter communication or data lines directly from their circuit board terminal connections, thereby having circuit board area requirements while having simpler manufacturing requirements And the overall size of the circuit is further reduced. Finally, from reviewing a number of embodiments, depending on the required electrical properties, or common conductive electrode plate arrays and their connection structures that form at least one single conductive homogeneous Faraday cage structure, and It will be apparent that the physical architecture derived from other conductive electrode plates can vary in shape, thickness or size depending on the application in which the filter must be used.
[0085]
Although the preferred, preferred embodiments and preferred operations of the present invention have been described in detail herein, they should not be construed as limited to the particular forms disclosed. Accordingly, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications can be made to the preferred embodiments herein without departing from the spirit or scope of the invention as defined by the claims. Will become clear.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded perspective view of a multifunction energy regulator according to the present invention.
FIG. 1A is an exploded perspective view of an alternative embodiment of the multifunction energy regulator shown in FIG.
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating a physical architecture placed in a larger electrical system and energized.
FIG. 3A is a common mode noise insertion loss comparison graph showing insertion loss as a function of signal frequency, comparing the multifunction energy regulator of FIG. 1 with a filter comprising a capacitor according to the prior art.
FIG. 3B is a differential mode noise insertion loss comparison graph showing insertion loss as a function of signal frequency, comparing the multifunction energy regulator of FIG. 1 with a prior art capacitor filter;
FIG. 4 is an exploded perspective view of a multi-conductor multifunction energy regulator for use in connector applications.
FIG. 5A is a schematic diagram of a multiple capacitor element found in the prior art.
5B is a schematic diagram of a physical embodiment of the multifunction energy regulator of FIG.
6A is a perspective view of a surface mount chip embodiment of a multifunction energy regulator. FIG.
6B is an exploded perspective view of the surface mount chip embodiment of the multifunction energy regulator of FIG. 6A.
FIG. 7 is an exploded perspective view of an individual thin film plate including another embodiment of a multifunction energy regulator.
FIG. 8A is a plan view of a motor multifunction energy regulator embodiment that is another alternative embodiment of a multifunction energy regulator configured for use with an electric motor.
8B is a side elevation view of the embodiment of FIG. 8A.
FIG. 8C is a side elevation view of the cross section of the embodiment of FIG. 8A.
8D is a schematic diagram illustrating a physical embodiment of the multifunction energy regulator shown in FIG. 8A.
9A is a plan view of a multi-function energy regulator that is coupled to the motor, using one of the connection embodiments electrically and physically coupled to the motor. FIG.
9B is a side elevation view of the multifunction energy regulator of FIG. 9A.
9C is a logarithm of the emission level as a function of frequency compared to a motor with a standard filter and a motor with a differential mode filter and a common mode filter of FIG. 8 in dBuV / m. It is a graph.
FIG. 10A is a plan view of a shielded twisted pair through-through multifunction energy regulator.
10B is a plan view of a generally parallel element with the shielded twisted pair penetrating multifunctional energy conditioner of FIG. 10A.
FIG. 10C is a schematic illustration of a shielded twisted pair feedthrough multifunction energy regulator showing differential noise cancellation.
FIG. 10D is another schematic diagram of a shielded twisted pair feedthrough multifunction energy conditioner showing differential noise cancellation.
FIG. 10E is a schematic diagram of a shielded twisted pair multi-function energy regulator showing common mode noise cancellation.
FIG. 10F is another schematic diagram of a shielded twisted pair through multifunction energy conditioner showing common mode noise cancellation.
FIG. 11A is a plan view of a common conductive electrode shielding plate and a differential electrode plate that constitute an alternative embodiment of a multifunction energy regulator disposed in a bypass configuration according to the present invention.
FIG. 11B is a composite plan view of a multifunction energy regulator.
FIG. 11C is a composite side elevation view of a multifunction energy regulator.
12A is a plan view of a common conductive electrode shielding plate and a differential electrode plate that constitutes an alternative embodiment of a multifunction energy regulator disposed in a through configuration according to the present invention. FIG.
FIG. 12B is a composite plan view of a multifunction energy regulator.
12C is a composite side elevation view of a multifunction energy regulator. FIG.
13A is a plan view of a common conductive electrode shielding plate and a differential electrode plate that constitute an alternative embodiment of a multifunctional energy regulator disposed in a through configuration according to the present invention. FIG.
FIG. 13B is a composite plan view of a multifunction energy regulator.
FIG. 13C is a composite side elevation view of a multifunction energy regulator.
FIG. 14A is a plan view of a common conductive electrode shielding plate and a differential electrode plate that constitute an alternative embodiment of a multifunction energy regulator disposed in a crossover penetration configuration according to the present invention.
FIG. 14B is a composite plan view of a multifunction energy regulator.
FIG. 14C is a composite side elevation view of a multifunction energy regulator.
FIG. 15A is a plan view of a common conductive electrode shielding plate and a differential electrode plate constituting an alternative embodiment of a multi-function energy regulator disposed in a crossover penetration configuration with an additional common shielding insulator according to the present invention. It is.
FIG. 15B is a composite plan view of a multifunction energy regulator.
FIG. 15C is a composite side elevation view of a multifunction energy regulator.
FIG. 16A is a plan view of a common conductive electrode shielding plate and a differential electrode plate that constitute an alternative embodiment of a multi-function energy conditioner placed in a crossover penetration configuration according to the present invention.
FIG. 16B is a composite plan view of a multifunction energy regulator.
FIG. 16C is a composite side elevation view of a multifunction energy regulator.
FIG. 17A is a plan view of a common conductive electrode shielding plate and a differential electrode plate constituting an alternative embodiment of a multifunction energy regulator disposed in a bypass configuration having an additional common shielding insulator according to the present invention. .
FIG. 17B is a composite plan view of a multifunction energy regulator.
FIG. 17C is a composite side elevation view of a multifunction energy regulator.
FIG. 18A is a plan view of a common conductive electrode shielding plate and a differential electrode plate that constitute an alternative embodiment of a multifunction energy regulator disposed in a bypass configuration having an additional common shielding insulator according to the present invention. .
FIG. 18B is a composite plan view of a multifunction energy regulator.
18C is a composite side elevation view of a multifunction energy regulator. FIG.
FIG. 19 is a plan view of a portion of a similar Faraday shield cage according to the present invention having a common conductive plate, showing an offset to indicate the portion of the Faraday cage architecture that includes a differential electrode plate.

Claims (8)

表面をもつエネルギー調節器であって:
第一の差動電極導電構造(809、812)と;
第二の差動電極導電構造(809A、812A)と;
共通導電構造(804、808、810)と;
前記表面の一部をなす第一の差動電極成端構造(807)と;
前記表面の一部をなす第二の差動電極成端構造(807A)と;
前記表面の一部をなす少なくとも一つの共通導電成端構造(802)を有しており;
前記第一の差動電極導電構造、前記第二の差動電極導電構造および前記共通導電構造が、当該エネルギー調節器において少なくとも一つの誘電材料によって電気的に互いから絶縁されており;
前記第一の差動電極導電構造は、第一の面内で第一および第二の方向に延在し、該第一の面内で連続的な第一の差動電極を有しており;
前記第一の差動電極は第一の差動電極本体部(809)および第一の差動電極延長部(812)とを有しており;
前記第二の差動電極導電構造は、第二の面内で前記第一および第二の方向に延び、該第二の面内で連続的な第二の差動電極を有しており;
前記第二の差動電極は、第二の差動電極本体部(809A)および第二の差動電極延長部(812A)とを有しており;
前記共通導電構造は第一の共通導電電極、第二の共通導電電極および第三の共通導電電極を有しており;
前記第一の共通導電電極は第三の面内に延在し、前記第二の共通導電電極は第四の面内に延在し、前記第三の共通導電電極は第五の面内に延在し;
前記第一の面、前記第二の面、前記第三の面、前記第四の面および前記第五の面はみな互いに並行であり;
前記第一の共通導電電極は第一の共通導電電極本体部、第一の共通導電電極第一延長部および第一の共通導電電極第二延長部を有しており、該第一の共通導電電極は、前記第三の面内で連続的であり;
前記第二の共通導電電極は第二の共通導電電極本体部、第二の共通導電電極第一延長部および第二の共通導電電極第二延長部を有しており、該第二の共通導電電極は、前記第四の面内で連続的であり;
前記第三の共通導電電極は第三の共通導電電極本体部、第三の共通導電電極第一延長部および第三の共通導電電極第二延長部を有しており、該第三の共通導電電極は、前記第五の面内で連続的であり;
当該エネルギー調節器内の導電層のスタックは、前記第三の共通導電電極、前記第二の差動電極、前記第二の共通導電電極、前記第一の差動電極、および前記第一の共通導電電極を、この順番で有し、
前記第一の共通導電電極本体部は前記第一の差動電極本体部の下にあってこれと対向し;
前記第二の共通導電電極本体部は前記第一の差動電極本体部の上にあってこれと対向し;
前記第二の共通導電電極本体部は前記第二の差動電極本体部の下にあってこれと対向し;
前記第三の共通導電電極本体部は前記第二の差動電極本体部の上にあってこれと対向し;
前記第一の差動電極本体部は前記第一の面内で第一の差動電極本体部の周まで延在し;
前記第一の共通導電電極本体部は前記第三の面内で第一の共通導電本体部の周まで延在し;
前記第二の共通導電電極本体部は前記第四の面内で第二の共通導電本体部の周まで延在し;
前記第一の差動電極本体部は、前記第一の共通導電電極本体部と前記第二の共通導電電極本体部の間の空間に、
前記第一の面に対して垂直な方向から見たとき、前記第一の差動電極本体部の周が、前記第一の共通導電電極本体部の周の内側、および前記第二の共通導電電極本体部の周の内側に配置されるように
配置され、
前記第二の差動電極本体部は前記第二の面内で第二の差動電極本体部の周まで延在し;
前記第三の共通導電電極本体部は前記第五の面内で第三の共通導電本体部の周まで延在し;
前記第二の差動電極本体部は、前記第二の共通導電電極本体部と前記第三の共通導電電極本体部の間の空間に、
前記第二の面に対して垂直な方向から見たとき、前記第二の差動電極本体部の周が、前記第二の共通導電電極本体部の周の内側、および前記第三の共通導電電極本体部の周の内側に配置されるように
配置され、
前記第一の差動電極延長部は前記第一の差動電極本体部から前記第一の差動電極成端構造まで延在し;
前記第二の差動電極延長部は前記第二の差動電極本体部から前記第二の差動電極成端構造まで延在し;
前記第一の差動電極成端構造および前記第二の差動電極成端構造は互いに当該エネルギー調節器の反対側にあり;
前記第一の共通導電電極第一延長部は前記第一の共通導電電極本体部から前記少なくとも一つの共通導電成端構造の第一の領域まで延在し;
前記第二の共通導電電極第一延長部は前記第二の共通導電電極本体部から前記少なくとも一つの共通導電成端構造の前記第一の領域まで延在し;
前記第三の共通導電電極第一延長部は前記第三の共通導電電極本体部から前記少なくとも一つの共通導電成端構造の前記第一の領域まで延在し;
前記第一の共通導電電極第二延長部は前記第一の共通導電電極本体部から前記少なくとも一つの共通導電成端構造の第二の領域まで延在し;
前記第二の共通導電電極第二延長部は前記第二の共通導電電極本体部から前記少なくとも一つの共通導電成端構造の前記第二の領域まで延在し;
前記第三の共通導電電極第二延長部は前記第三の共通導電電極本体部から前記少なくとも一つの共通導電成端構造の前記第二の領域まで延在し;
前記第一の差動電極本体部の周は概略長方形で、第一の差動電極本体部の周の第一側辺、第一の差動電極本体部の周の第二側辺、第一の差動電極本体部の周の第三側辺および第一の差動電極本体部の周の第四側辺を画定し;
前記第一の差動電極延長部は前記第一の差動電極本体部の周の第一側辺の一部分のみから延びており;
前記第二の差動電極本体部の周は概略長方形で、第二の差動電極本体部の周の第一側辺、第二の差動電極本体部の周の第二側辺、第二の差動電極本体部の周の第三側辺および第二の差動電極本体部の周の第四側辺を画定し;
前記第二の差動電極延長部は前記第二の差動電極本体部の周の第三側辺の一部分のみから延びている、
エネルギー調節器。
An energy regulator with a surface:
A first differential electrode conductive structure (809, 812);
A second differential electrode conductive structure (809A, 812A);
Common conductive structures (804, 808, 810);
A first differential electrode termination structure (807) forming part of the surface;
A second differential electrode termination structure (807A) forming part of the surface;
Having at least one common conductive termination structure (802) forming part of the surface;
The first differential electrode conductive structure, the second differential electrode conductive structure and the common conductive structure are electrically isolated from each other by at least one dielectric material in the energy regulator;
The first differential electrode conductive structure has first and second differential electrodes extending in the first and second directions in the first plane and continuous in the first plane. ;
The first differential electrode has a first differential electrode body (809) and a first differential electrode extension (812);
The second differential electrode conductive structure has a second differential electrode extending in the first and second directions in a second plane and continuous in the second plane;
The second differential electrode has a second differential electrode body (809A) and a second differential electrode extension (812A);
The common conductive structure includes a first common conductive electrode, a second common conductive electrode, and a third common conductive electrode;
The first common conductive electrode extends in a third plane, the second common conductive electrode extends in a fourth plane, and the third common conductive electrode extends in a fifth plane. Extended;
The first surface, the second surface, the third surface, the fourth surface and the fifth surface are all parallel to each other;
The first common conductive electrode has a first common conductive electrode main body, a first common conductive electrode first extension, and a first common conductive electrode second extension, and the first common conductive electrode The electrode is continuous in said third plane;
The second common conductive electrode has a second common conductive electrode body, a second common conductive electrode first extension, and a second common conductive electrode second extension, and the second common conductive electrode The electrode is continuous in the fourth plane;
The third common conductive electrode has a third common conductive electrode main body portion, a third common conductive electrode first extension portion, and a third common conductive electrode second extension portion. The electrode is continuous in said fifth plane;
The stack of conductive layers in the energy regulator includes the third common conductive electrode, the second differential electrode, the second common conductive electrode, the first differential electrode, and the first common electrode. Having conductive electrodes in this order,
The first common conductive electrode body is below and opposite the first differential electrode body;
The second common conductive electrode body is on and opposite the first differential electrode body;
The second common conductive electrode body is under and opposite the second differential electrode body;
The third common conductive electrode body is on and opposite the second differential electrode body;
The first differential electrode body extends in the first plane to the periphery of the first differential electrode body;
The first common conductive electrode body extends within the third plane to the periphery of the first common conductive body;
The second common conductive electrode body extends in the fourth plane to the periphery of the second common conductive body;
The first differential electrode main body is formed in a space between the first common conductive electrode main body and the second common conductive electrode main body.
When viewed from a direction perpendicular to the first surface , the circumference of the first differential electrode main body is the inner side of the circumference of the first common conductive electrode main body and the second common conductive Arranged to be placed inside the circumference of the electrode body,
The second differential electrode body extends in the second plane to the periphery of the second differential electrode body;
The third common conductive electrode body extends in the fifth plane to the periphery of the third common conductive body;
The second differential electrode main body is formed in a space between the second common conductive electrode main body and the third common conductive electrode main body.
When viewed from a direction perpendicular to the second surface , the circumference of the second differential electrode main body is the inner side of the circumference of the second common conductive electrode main body, and the third common conductive Arranged to be placed inside the circumference of the electrode body,
The first differential electrode extension extends from the first differential electrode body to the first differential electrode termination structure;
The second differential electrode extension extends from the second differential electrode body to the second differential electrode termination structure;
The first differential electrode termination structure and the second differential electrode termination structure are on opposite sides of the energy regulator;
The first common conductive electrode first extension extends from the first common conductive electrode body to a first region of the at least one common conductive termination structure;
The second common conductive electrode first extension extends from the second common conductive electrode body to the first region of the at least one common conductive termination structure;
The third common conductive electrode first extension extends from the third common conductive electrode body to the first region of the at least one common conductive termination structure;
The first common conductive electrode second extension extends from the first common conductive electrode body to a second region of the at least one common conductive termination structure;
The second common conductive electrode second extension extends from the second common conductive electrode body to the second region of the at least one common conductive termination structure;
The third common conductive electrode second extension extends from the third common conductive electrode body to the second region of the at least one common conductive termination structure;
The circumference of the first differential electrode body is generally rectangular, the first side of the circumference of the first differential electrode body, the second side of the circumference of the first differential electrode body, the first Defining a third side of the circumference of the differential electrode body and a fourth side of the circumference of the first differential electrode body;
The first differential electrode extension extends from only a portion of the first side of the circumference of the first differential electrode body;
The circumference of the second differential electrode body is generally rectangular, the first side of the circumference of the second differential electrode body, the second side of the circumference of the second differential electrode body, and the second Defining a third side of the circumference of the differential electrode body and a fourth side of the circumference of the second differential electrode body;
The second differential electrode extension extends from only a part of the third side of the circumference of the second differential electrode main body,
Energy regulator.
前記表面の一方の側が概略長方形である、請求項1記載の調節器。  The regulator of claim 1, wherein one side of the surface is generally rectangular. (1)前記第一の差動電極本体部の周と前記第二の共通導電本体部の周との間の、前記第一の面内での最小距離と、(2)前記第一の差動電極本体部と前記第二の共通導電本体部との間の垂直距離との比が20以下である、請求項1記載の調節器。  (1) a minimum distance in the first plane between the circumference of the first differential electrode main body and the circumference of the second common conductive main body; and (2) the first difference. The regulator according to claim 1, wherein a ratio of a vertical distance between the moving electrode main body and the second common conductive main body is 20 or less. (1)前記少なくとも一つの共通導電成端構造の前記第一の領域と(2)前記少なくとも一つの共通導電成端構造の前記第二の領域とが、互いに当該エネルギー調節器の反対側にある、請求項1記載の調節器。  (1) The first region of the at least one common conductive termination structure and (2) the second region of the at least one common conductive termination structure are on opposite sides of the energy regulator. The regulator according to claim 1. 前記少なくとも一つの共通導電成端構造が、前記少なくとも一つの共通導電成端構造の前記第一の領域から前記少なくとも一つの共通導電成端構造の前記第二の領域に前記表面に沿って延在する単一の導電構造をなす、請求項4記載の調節器。  The at least one common conductive termination structure extends along the surface from the first region of the at least one common conductive termination structure to the second region of the at least one common conductive termination structure. The regulator according to claim 4, comprising a single conductive structure. 前記少なくとも一つの共通導電成端構造が、前記少なくとも一つの共通導電成端構造の前記第一の領域から前記少なくとも一つの共通導電成端構造の前記第二の領域に前記表面に沿って延在する、前記表面のまわりの単一の導電性ループをなす、請求項5記載の調節器。  The at least one common conductive termination structure extends along the surface from the first region of the at least one common conductive termination structure to the second region of the at least one common conductive termination structure. 6. The regulator of claim 5, wherein said regulator forms a single conductive loop around said surface. 前記第一の差動電極本体部の周の第一側辺が、前記第二の差動電極本体部の周の第三側辺とは、前記表面の反対側にある、
請求項1記載の調節器。
The first side of the circumference of the first differential electrode body is on the opposite side of the surface from the third side of the circumference of the second differential electrode body.
The regulator according to claim 1.
請求項7記載の調節器であって、
前記第一の共通導電電極第一延長部が、前記第一の共通導電電極本体部から前記少なくとも一つの共通導電成端構造の第一の領域に、前記第一の差動電極延長部および前記第二の差動電極延長部を通る線に垂直な方向に沿って延在し、
前記第二の共通導電電極第一延長部が前記第二の共通導電電極本体部から前記少なくとも一つの共通導電成端構造の前記第一の領域に、前記第一の差動電極延長部および前記第二の差動電極延長部を通る線に垂直な方向に沿って延在し、
前記第三の共通導電電極第一延長部が前記第三の共通導電電極本体部から前記少なくとも一つの共通導電成端構造の前記第一の領域に、前記第一の差動電極延長部および前記第二の差動電極延長部を通る線に垂直な方向に沿って延在する、
調節器。
The regulator according to claim 7, wherein
The first common conductive electrode first extension extends from the first common conductive electrode main body to the first region of the at least one common conductive termination structure, and the first differential electrode extension and the first common conductive electrode first extension Extending along a direction perpendicular to a line passing through the second differential electrode extension,
The second common conductive electrode first extension extends from the second common conductive electrode main body to the first region of the at least one common conductive termination structure, and the first differential electrode extension and the Extending along a direction perpendicular to a line passing through the second differential electrode extension,
The third common conductive electrode first extension extends from the third common conductive electrode main body portion to the first region of the at least one common conductive termination structure, and the first differential electrode extension and the first common electrode extension Extending along a direction perpendicular to the line through the second differential electrode extension,
Regulator.
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