JP6614109B2 - 無線回路搭載電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、無線回路を搭載した電子機器に関する。

ノーマルモードの信号を通過させ、コモンモードのノイズを吸収するフィルタが公知である（特許文献１、２、３）。

特許文献１に開示されたフィルタにおいては、第１のチョークコイルの入力端及び出力端がそれぞれフィルタの入力端子及び出力端子に接続される。第１のチョークコイルは、ノーマルモードの信号を通過させ、かつコモンモードのノイズを遮断する。さらに、フィルタの入力端子には、第２のチョークコイルの入力端が接続される。第２のチョークコイルは、ノーマルモードの信号を遮断しかつコモンモードのノイズを通過させる。第２のチョークコイルの２つの出力端の各々は、終端抵抗を介して接地される。終端抵抗は、コモンモードのノイズのエネルギを熱に変換して消費する。

特許文献２に開示されたフィルタにおいては、その入力端子間にコンデンサと抵抗との直列回路が接続される。フィルタは、通過させないノイズ成分のエネルギをその抵抗で吸収して熱エネルギに変え、消耗させる。

特許文献３に開示されたフィルタは、信号発生部を有する電子機器本体をシールドするシールドケース内に配置される。この電子機器本体は、シールドケースを通過して信号を外部に取り出すポート、及び信号発生部とポートとをつなぐ伝送線路に接続される放射ノイズ防止用のコモンモードチョークコイルを有する。コモンモードチョークコイルは、各ポートのシールド面の内側あるいは外側に、シールド面から信号周波数の波長の１／４未満の位置にある基板あるいはコネクタ内に配置され、コモンモードチョークコイルのコモンモードインピーダンスが３７７Ωと同等かそれ以上に設定されている。この構成により、シールドケース外への放射ノイズを低減させる。

特開平８−１１５８２０号公報 特開平９−２１４２７６号公報 特開２００９−１３５７６０号公報

特許文献１及び２に、ノイズ成分のエネルギを抵抗で熱に変換して消費させるフィルタ回路が開示されているが、このフィルタ回路の具体的な実装位置については記載がなく、効果的な使用方法については言及されていない。

特許文献３に開示された電子機器においては、コモンモードチョークコイルの挿入位置を最適化することにより放射ノイズを低減させることができるが、電子機器内で発生した電磁ノイズがその電子機器内の他の機能に悪影響を与える自家中毒と呼ばれる現象に対しては十分な効果が得られない。

本発明の目的は、放射ノイズによる外部機器への悪影響を低減させるとともに、自家中毒も生じ難い無線回路搭載電子機器を提供することである。

本発明の第１の観点によると、
差動信号の送受信を行う信号送受信素子と、
外部機器と接続するコネクタと、
前記信号送受信素子と前記コネクタとの間で差動信号を伝送する２本の伝送線路と、
前記伝送線路に結合する無線帯域のノイズを発生するノイズ発生源と、
前記ノイズ発生源で発生するノイズの周波数域において利得を持つアンテナと、
前記アンテナで受信された信号を処理する無線信号処理回路と、
前記伝送線路に実装され、前記伝送線路に混入したノイズを吸収する吸収型フィルタと
を有し、
前記吸収型フィルタは、前記伝送線路に対してシャント方向に実装されたノーマルモードチョークコイルと抵抗素子との直列回路を含み、
前記ノーマルモードチョークコイルは、前記ノーマルモードチョークコイルを構成する２つのコイルの各々に並列に実装されたキャパシタンス成分を有し、前記ノーマルモードチョークコイルを構成する２つのコイルの各々の自己インダクタンス成分及び前記キャパシタンス成分は、前記伝送線路を伝送される信号のノーマルモード成分のカットオフ周波数が前記伝送線路を伝送される差動信号の周波数域よりも高くなる値に設定されている無線回路搭載電子機器が提供される。

吸収型フィルタによってノイズが吸収されるため、ノイズ発生源から伝送線路に結合したノイズがコネクタを通して外部へ漏洩し難くなる。これにより、コネクタに接続されるケーブルからの電磁放射ノイズを低減することができる。さらに、信号送受信素子とコネクタとを接続する伝送線路にノイズの定在波が生じ難くなるため、機器内の伝送線路から放射された電磁ノイズが機器のアンテナに結合する自家中毒を抑制することができる。
ノーマルモードチョークコイルと抵抗素子との直列回路にコモンモードノイズが流れることにより、コモンモードノイズのエネルギが抵抗素子で熱に変換されて消費される。
伝送線路を伝送される差動信号に実質的に影響を与えることなく、カットオフ周波数以上の高周波域のノーマルモードノイズを吸収することができる。これにより、ノーマルモードノイズに起因する自家中毒の発生を抑制することができる。

本発明の第２の観点による無線回路搭載電子機器においては、第１の観点による無線回路搭載電子機器の構成に加えて、
前記吸収型フィルタは、さらに、前記伝送線路のシャント箇所よりも前記コネクタ側にシリーズに実装されたコモンモードチョークコイルを含む。

コモンモードチョークコイルがコモンモードノイズを反射することにより、コモンモードノイズがコネクタを通して外部に漏洩することを抑制する効果が得られる。

本発明の第３の観点による無線回路搭載電子機器は、第１または第２の観点による無線回路搭載電子機器の構成に加えて、
前記吸収型フィルタは、さらに、前記ノーマルモードチョークコイルが接続された箇所よりも前記コネクタ側において、２本の前記伝送線路を接続するコンデンサ、または２本の前記伝送線路の各々とグランドとを接続するコンデンサを含む。

２本の伝送線路を接続するコンデンサによってノーマルモードノイズが反射されるため、ノーマルモードノイズがコネクタを通って外部に漏洩することを抑制する効果が得られる。または、伝送線路とグランドとを接続するコンデンサによってコモンモードノイズが反射されるため、コモンモードノイズがコネクタを通って外部に漏洩することを抑制する効果が得られる。

本発明の第４の観点による無線回路搭載電子機器は、
差動信号の送受信を行う信号送受信素子と、
外部機器と接続するコネクタと、
前記信号送受信素子と前記コネクタとの間で差動信号を伝送する２本の伝送線路と、
前記伝送線路に結合する無線帯域のノイズを発生するノイズ発生源と、
前記ノイズ発生源で発生するノイズの周波数域において利得を持つアンテナと、
前記アンテナで受信された信号を処理する無線信号処理回路と、
前記伝送線路に実装され、前記伝送線路に混入したノイズを吸収する吸収型フィルタと
を有し、
前記吸収型フィルタは、
２本の前記伝送線路の各々にシリーズに実装されたインダクタと、
前記インダクタより前記信号送受信素子側において、２本の前記伝送線路の間に接続された第１のコンデンサと抵抗素子との直列回路と
を含む。

吸収型フィルタによってノイズが吸収されるため、ノイズ発生源から伝送線路に結合したノイズがコネクタを通して外部へ漏洩し難くなる。これにより、コネクタに接続されるケーブルからの電磁放射ノイズを低減することができる。さらに、信号送受信素子とコネクタとを接続する伝送線路にノイズの定在波が生じ難くなるため、機器内の伝送線路から放射された電磁ノイズが機器のアンテナに結合する自家中毒を抑制することができる。
インダクタがコモンモード成分に対してローパスフィルタとして機能することにより、コモンモードノイズがコネクタを通って外部に漏洩することを抑制する効果が得られる。インダクタ及び第１のコンデンサがノーマルモード成分に対してローパスフィルタとして機能することにより、ノーマルモードノイズがコネクタを通って外部に漏洩することを抑制する効果が得られる。第１のコンデンサに直列に接続された抵抗素子がノーマルモードノイズを吸収することにより、ノーマルモードノイズの反射を抑制することができる。これにより、ノーマルモードノイズによる自家中毒を抑制することができる。

本発明の第５の観点による無線回路搭載電子機器においては、第４の観点による無線回路搭載電子機器の構成に加えて、
前記吸収型フィルタが、さらに、前記インダクタより前記コネクタ側において、２本の前記伝送線路の間に接続された第２のコンデンサを含む。

第２のコンデンサを接続することにより、信号のノーマルモード成分の減衰特性を急峻にすることができる。これにより、ノーマルモードノイズがコネクタを通って外部に漏洩することを抑制する効果を高めることができる。

本発明の第６の観点による無線回路搭載電子機器は、
差動信号の送受信を行う信号送受信素子と、
外部機器と接続するコネクタと、
前記信号送受信素子と前記コネクタとの間で差動信号を伝送する２本の伝送線路と、
前記伝送線路に結合する無線帯域のノイズを発生するノイズ発生源と、
前記ノイズ発生源で発生するノイズの周波数域において利得を持つアンテナと、
前記アンテナで受信された信号を処理する無線信号処理回路と、
前記伝送線路に実装され、前記伝送線路に混入したノイズを吸収する吸収型フィルタと
を有し、
前記吸収型フィルタは、
２本の前記伝送線路の各々にシリーズに実装されたインダクタと、
前記インダクタより前記信号送受信素子側において、２本の前記伝送線路の各々とグランドと間に接続された第１のコンデンサと抵抗素子との直列回路と
を含む。

吸収型フィルタによってノイズが吸収されるため、ノイズ発生源から伝送線路に結合したノイズがコネクタを通して外部へ漏洩し難くなる。これにより、コネクタに接続されるケーブルからの電磁放射ノイズを低減することができる。さらに、信号送受信素子とコネクタとを接続する伝送線路にノイズの定在波が生じ難くなるため、機器内の伝送線路から放射された電磁ノイズが機器のアンテナに結合する自家中毒を抑制することができる。
インダクタ及び第１のコンデンサが、コモンモード成分及びノーマルモード成分に対してローパスフィルタとして機能することにより、コモンモードノイズ及びノーマルモードノイズがコネクタを通って外部に漏洩することを抑制する効果が得られる。第１のコンデンサに直列に実装された抵抗素子がコモンモードノイズ及びノーマルモードノイズを吸収することにより、コモンモードノイズ及びノーマルモードノイズの反射を抑制することができる。これにより、コモンモードノイズ及びノーマルモードノイズによる自家中毒を抑制する効果が得られる。

本発明の第７の観点による無線回路搭載電子機器においては、第６の観点による無線回路搭載電子機器の構成に加えて、
前記吸収型フィルタが、さらに、前記インダクタより前記コネクタ側において、２本の前記伝送線路の各々とグランドとの間に接続された第２のコンデンサを含む。

第２のコンデンサを接続することにより、信号のコモンモード成分及びノーマルモード成分の減衰特性を急峻にすることができる。これにより、コモンモードノイズ及びノーマルモードノイズがコネクタを通って外部に漏洩することを抑制する効果を高めることができる。

本発明の第８の観点による無線回路搭載電子機器においては、第１から第７までのいずれかの観点による無線回路搭載電子機器の構成に加えて、
前記信号送受信素子から前記吸収型フィルタまでの前記伝送線路の電気長が、前記無線信号処理回路で処理される無線信号の最も高い周波数の信号の波長の１／４以上であるという特徴を有する。

反射型フィルタを信号送受信素子の極近傍に実装した構成では、信号送受信素子から伝送線路に漏洩するノイズが他の機器に与える悪影響を効果的に防止することができる。ところが、反射型フィルタからコネクタまでの伝送線路の電気長が長くなるため、機器内のノイズ発生源から伝送線路に結合したノイズがコネクタを通して外部に漏洩しやすくなる。
反射型フィルタをコネクタの極近傍に実装した構成では、機器内のノイズ発生源から伝送線路に結合したノイズがコネクタを通して外部に漏洩することを抑制する効果は得られるが、信号送受信素子から伝送線路に漏洩するノイズ、及び機器内のノイズ発生源から伝送線路に結合したノイズが反射型フィルタで反射されて定在波が生じやすくなる。その結果、却って自家中毒が生じやすくなってしまう。この現象は、本願の出願時点で知られておらず、本願の発明者が新たに見出したものである。例えば、信号送受信素子からフィルタまでの伝送線路の電気長が、無線信号処理回路で処理される無線信号の最も高い周波数の信号の波長の１／４以上である場合、その周波数の近傍の周波数域で自家中毒が生じやすい。
第８の観点による無線回路搭載電子機器では、反射型フィルタではなく吸収型フィルタを用いているため、信号送受信素子からフィルタまでの伝送線路の電気長が、無線信号処理回路で処理される無線信号の最も高い周波数の信号の波長の１／４以上であっても、伝送線路に定在波が生じ難い。その結果、自家中毒が生じ難くなる。

本発明の第９の観点による無線回路搭載電子機器においては、第８の観点による無線回路搭載電子機器の構成に加えて、
前記信号送受信素子から前記吸収型フィルタまでの前記伝送線路の電気長が、前記無線信号処理回路で処理される無線信号の最も低い周波数の信号の波長の１／４以上であるという特徴を有する。

無線信号処理回路で処理される無線信号の全周波数域において自家中毒が生じ難くなる。

本発明の第１０の観点による無線回路搭載電子機器においては、第１乃至第９の観点による無線回路搭載電子機器の構成に加えて、
前記吸収型フィルタは、ノイズを吸収する吸収回路と、前記吸収回路よりも前記コネクタ側の箇所においてノイズを反射する反射回路とを含む。

反射回路により、コネクタを通して外部機器に漏洩するノイズをより低減することができる。

吸収型フィルタによってノイズが吸収されるため、ノイズ発生源から伝送線路に結合したノイズがコネクタを通して外部へ漏洩し難くなる。これにより、コネクタに接続されるケーブルからの電磁放射ノイズを低減することができる。さらに、信号送受信素子とコネクタとを接続する伝送線路にノイズの定在波が生じ難くなるため、機器内の伝送線路から放射された電磁ノイズが機器のアンテナに結合する自家中毒を抑制することができる。

図１は、第１の実施例による無線回路搭載電子機器の概略等価回路図である。 図２Ａは、第１の実施例による無線回路搭載電子機器の伝送線路にフィルタを挿入していない構成を有する比較例の概略図であり、図２Ｂ及び図２Ｃは、第１の実施例による無線回路搭載電子機器の伝送線路に反射型フィルタを挿入した構成を有する比較例の概略図であり、図２Ｄは、第１の実施例による無線回路搭載電子機器の概略図である。 図３Ａは、第１の実施例による無線回路搭載電子機器で用いられている吸収型フィルタのノーマルモード成分の透過特性Ｓｄｄ２１及びコモンモード成分の透過特性Ｓｃｃ２１の計算結果を示すグラフであり、図３Ｂは、ノーマルモード成分及びコモンモード成分の電力吸収率の計算結果を示すグラフである。 図４は、第２の実施例による無線回路搭載電子機器に用いられている吸収型フィルタの等価回路図である。 図５Ａは、第２の実施例による無線回路搭載電子機器で用いられている吸収型フィルタのノーマルモード成分の透過特性Ｓｄｄ２１及びコモンモード成分の透過特性Ｓｃｃ２１の計算結果を示すグラフであり、図５Ｂは、ノーマルモード成分及びコモンモード成分の電力吸収率の計算結果を示すグラフである。 図６は、第３の実施例による無線回路搭載電子機器に用いられている吸収型フィルタの等価回路図である。 図７Ａは、第３の実施例による無線回路搭載電子機器で用いられている吸収型フィルタのノーマルモード成分の透過特性Ｓｄｄ２１及びコモンモード成分の透過特性Ｓｃｃ２１の計算結果を示すグラフであり、図７Ｂは、ノーマルモード成分及びコモンモード成分の電力吸収率の計算結果を示すグラフである。 図８は、第４の実施例による無線回路搭載電子機器に用いられている吸収型フィルタの等価回路図である。 図９Ａは、第４の実施例による無線回路搭載電子機器で用いられている吸収型フィルタのノーマルモード成分の透過特性Ｓｄｄ２１及びコモンモード成分の透過特性Ｓｃｃ２１の計算結果を示すグラフであり、図９Ｂは、ノーマルモード成分及びコモンモード成分の電力吸収率の計算結果を示すグラフである。 図１０は、第５の実施例による無線回路搭載電子機器に用いられている吸収型フィルタの等価回路図である。 図１１Ａは、第５の実施例による無線回路搭載電子機器で用いられている吸収型フィルタのノーマルモード成分の透過特性Ｓｄｄ２１及びコモンモード成分の透過特性Ｓｃｃ２１の計算結果を示すグラフであり、図１１Ｂは、ノーマルモード成分及びコモンモード成分の電力吸収率の計算結果を示すグラフである。

［第１の実施例］
図１から図３Ｂまでの図面を参照して、第１の実施例による無線回路搭載電子機器について説明する。

図１は、第１の実施例による無線回路搭載電子機器の概略等価回路図である。シールドケース１０内に信号送受信素子１１、吸収型フィルタ１２、無線信号処理回路１３、及びノイズ発生源１４が収容されている。無線信号処理回路１３にアンテナ１５が接続されており、無線信号処理回路１３はアンテナ１５を介して信号の送受信を行なう。

シールドケース１０に、シールドケース１０の内外の伝送線路を接続するための複数のポートを含むコネクタ２１が設けられている。信号送受信素子１１とコネクタ２１のポートとが２本の伝送線路２０で接続されている。吸収型フィルタ１２は、２本の伝送線路２０に実装されており、伝送線路２０に混入したノイズを吸収する機能を有する。

コネクタ２１がケーブル２５を介して外部機器２７に接続される。外部機器２７は、例えば外部記憶装置、液晶ディスプレイ等である。信号送受信素子１１は機器内の伝送線路２０、及び機器外のケーブル２５を介して外部機器２７と差動信号の送受信を行う。伝送線路２０は、例えばＵＳＢ、ＨＤＭＩ（登録商標）等の高速差動インタフェース規格を満足する特性インピーダンスを有する。

ノイズ発生源１４の例として、信号送受信素子１１が外部機器２７を制御する機能及び無線信号処理回路１３が無線通信を行う機能以外の他の機能を実現するための種々の回路、例えばＤＣ−ＤＣコンバータ、クロック信号発生回路等が挙げられる。ノイズ発生源１４で発生した無線帯域のノイズが伝送線路２０に結合することにより、伝送線路２０にノイズが混入する。アンテナ１５は、ノイズ発生源１４で発生するノイズの周波数域において利得を有する。

吸収型フィルタ１２は、コモンモードチョークコイル３１、ノーマルモードチョークコイル３２、及び２つの抵抗素子３３を含む。ノーマルモードチョークコイル３２は伝送線路２０に対してシャント方向に実装されている。２つの抵抗素子３３は、それぞれノーマルモードチョークコイル３２を構成する２つのコイルに対して直列に接続されている。

コモンモードチョークコイル３１は、ノーマルモードチョークコイル３２による伝送線路２０のシャント箇所よりもコネクタ２１側において伝送線路２０にシリーズに実装されている。

伝送線路２０に混入したコモンモードノイズは、ノーマルモードチョークコイル３２及び抵抗素子３３を介してグランドに流れる。コモンモードノイズが抵抗素子３３を流れるとき、コモンモードノイズのエネルギが熱に変換される。このように、ノーマルモードチョークコイル３２及び抵抗素子３３は、コモンモードノイズを吸収する機能を有する。コモンモードチョークコイル３１はコモンモードノイズを反射する機能を有する。

次に、図２Ａから図２Ｄまでの図面を参照して、第１の実施例の優れた効果について説明する。

図２Ａは、第１の実施例による無線回路搭載電子機器の伝送線路２０にフィルタを挿入していない構成を有する比較例の概略図である。信号送受信素子１１で発生したノイズ６０が伝送線路２０に混入する。ノイズ発生源１４で発生したノイズが伝送線路２０に結合することにより、伝送線路２０にノイズ６１が混入する。ノイズ６０及び６１は、コネクタ２１を通ってケーブル２５まで漏洩する。

伝送線路２０に混入したノイズ６０及び６１がアンテナ１５と結合することにより、自家中毒が発生する。ケーブル２５に混入したノイズ６０及び６１は、電磁放射ノイズの原因となり、他の機器に悪影響を与える。

図２Ｂは、第１の実施例による無線回路搭載電子機器の伝送線路２０に反射型フィルタ１７を挿入した構成を有する比較例の概略図である。この比較例では、反射型フィルタ１７が信号送受信素子１１の極近傍に挿入されている。信号送受信素子１１で発生し、伝送線路２０に混入したノイズ６０は、反射型フィルタ１７で反射されるため、反射型フィルタ１７が挿入されている箇所よりコネクタ２１側の伝送線路２０には、ノイズ６０の殆どの成分が混入しない。

ところが、ノイズ発生源１４で発生したノイズが伝送線路２０に結合することにより、伝送線路２０にノイズ６１が混入してしまう。ノイズ６１は、コネクタ２１を通ってケーブル２５まで漏洩する。

図２Ｂに示した比較例では、伝送線路２０のうち信号送受信素子１１で発生したノイズ６０が混入する部分が短いため、ノイズ６０による自家中毒はほとんど生じない。ノイズ発生源１４で発生したノイズ６１のみが自家中毒の要因になり得るため、図２Ａに示した比較例と比べて自家中毒が生じにくい。ノイズ６１がコネクタ２１を通ってケーブル２５まで漏洩するため、図２Ｂに示した比較例では、電磁放射ノイズを低減する効果は少ない。

図２Ｃは、第１の実施例による無線回路搭載電子機器の伝送線路２０に反射型フィルタ１７を挿入した構成を有する比較例の概略図である。この比較例では、反射型フィルタ１７がコネクタ２１の極近傍に挿入されている。信号送受信素子１１で発生したノイズ６０、及びノイズ発生源１４で発生したノイズ６１が伝送線路２０に混入し、反射型フィルタ１７で反射される。この反射波は、図２Ａの比較例においてコネクタ２１で反射される反射波より大きい。伝送線路２０を伝送される進行波と反射波とで定在波が発生するため、反射型フィルタ１７を挿入したことにより、却って自家中毒が生じやすくなる。なお、放射ノイズを低減する効果は大きい。

反射型フィルタ１７を挿入することによって、却って自家中毒が生じやすくなるという現象は、本願の出願時点で知られておらず、本願の発明者が新たに見出したものである。

図２Ｄは、第１の実施例による無線回路搭載電子機器の概略図である。吸収型フィルタ１２は、吸収回路１２Ａ及び反射回路１２Ｂを含む。吸収回路１２Ａは、ノーマルモードチョークコイル３２と抵抗素子３３（図１）との直列回路に対応し、反射回路１２Ｂは、コモンモードチョークコイル３１（図１）に対応する。反射回路１２Ｂは吸収回路１２Ａよりコネクタ２１側に挿入されており、ノイズを吸収する箇所よりもコネクタ２１側の箇所においてノイズを反射する。

信号送受信素子１１で発生し伝送線路２０に混入したノイズ６０、及びノイズ発生源１４で発生し伝送線路２０に混入したノイズ６１は、吸収回路１２Ａで吸収されるため、反射波が生じにくい。このため、進行波と反射波とによる定在波が生じにくくなり、自家中毒を抑制する効果が得られる。さらに、反射回路１２Ｂが、図２Ｃに示した比較例の反射型フィルタ１７と同様に作用するため、放射ノイズの発生を抑制する効果も得られる。

次に、図１、図３Ａ及び図３Ｂを参照して、第１の実施例の効果を確認するために行なったシミュレーション結果について説明する。シミュレーションの条件として、コモンモードチョークコイル３１（図１）を構成するコイルの各々の自己インダクタンスＬ１を１００ｎＨとし、結合係数Ｋ１を０．９９とした。ノーマルモードチョークコイル３２（図１）を構成するコイルの各々の自己インダクタンスＬ２を１０μＨとし、結合係数Ｋ２を１．００とした。抵抗素子３３の各々の抵抗値Ｒ１を５０Ωとした。

図３Ａは、伝送される信号のノーマルモード成分の透過特性Ｓｄｄ２１及びコモンモード成分の透過特性Ｓｃｃ２１の計算結果を示すグラフである。横軸は周波数を単位「ＭＨｚ」で表し、縦軸は、透過特性Ｓｄｄ２１、Ｓｃｃ２１を単位「ｄＢ」で表す。図３Ａにおいて、ノーマルモード成分の透過特性Ｓｄｄ２１を破線で示し、コモンモード成分の透過特性Ｓｃｃ２１を実線で示している。

ノーマルモード成分は、吸収型フィルタ１２をほぼ減衰することなく透過していることがわかる。これに対し、コモンモード成分は、カットオフ周波数より高い周波数域において吸収型フィルタ１２で減衰されていることがわかる。

図３Ｂは、ノーマルモード成分及びコモンモード成分の電力吸収率の計算結果を示すグラフである。ここで、電力吸収率は、吸収型フィルタ１２に入力された電力のうち吸収型フィルタ１２で吸収された電力の割合を意味する。吸収型フィルタ１２の反射特性をＳ１１、透過特性をＳ２１で表すと、電力吸収率Ａｐは、以下の式で求めることができる。
Ａｐ＝１−（Ｓ１１^２＋Ｓ２１^２）
図３Ｂの横軸は周波数を単位「ＭＨｚ」で表し、縦軸は電力吸収率を表す。図３Ｂにおいて、ノーマルモード成分の電力吸収率を破線で示し、コモンモード成分の電力吸収率を実線で示している。

ノーマルモード成分は、吸収型フィルタ１２でほとんど吸収されていないことがわかる。コモンモード成分の電力吸収率は、全周波数域で０．４以上であり、特に周波数４００ＭＨｚ以上の帯域では、コモンモード成分のほとんど全てのエネルギが吸収されていることがわかる。コモンモード成分が吸収されることにより、コモンモード成分の反射波が生じないか、または弱くなる。

上記シミュレーションにより、第１の実施例による無線回路搭載電子機器に用いられている吸収型フィルタ１２は、コモンモード成分を吸収して反射を抑制していることが確認された。さらに、ノーマルモード成分は、吸収型フィルタ１２をほとんど透過することが確認された。

次に、信号送受信素子１１から吸収型フィルタ１２までの伝送線路２０（図１）の電気長について説明する。図２Ｂに示したように、信号送受信素子１１から反射型フィルタ１７までの距離が短い場合には、反射が生じても自家中毒の要因にはならない。図２Ｃに示したように、信号送受信素子１１から反射型フィルタ１７までの距離が長い場合に、反射波の影響によって定在波が発生することにより、自家中毒が発生しやすくなる。

信号送受信素子１１から反射型フィルタ１７（図２Ｃ）までの伝送線路２０の電気長が、着目する周波数域のノイズの波長の１／４以上になると、伝送線路２０からの電磁放射ノイズが多くなる。言い換えると、信号送受信素子１１から吸収型フィルタ１２（図２Ｄ）までの伝送線路２０の電気長が、着目する周波数域のノイズの波長の１／４以上のとき、吸収型フィルタ１２を実装することの顕著な効果が現れることになる。

無線信号処理回路１３で処理される無線信号の全周波数域において自家中毒を抑制する顕著な効果を得るために、信号送受信素子１１から吸収型フィルタ１２までの伝送線路２０の電気長を、無線信号処理回路１３で処理される無線信号の最も低い周波数の信号の波長の１／４以上にすることが好ましい。また、信号送受信素子１１から吸収型フィルタ１２までの伝送線路２０の電気長を、特に自家中毒が生じやすい周波数域の信号の波長の１／４以上にしてもよい。例えば、無線信号処理回路１３で処理される無線信号の最も高い周波数において自家中毒が発生しやすい場合には、信号送受信素子１１から吸収型フィルタ１２までの伝送線路２０の電気長を、無線信号処理回路１３で処理される無線信号の最も高い周波数の信号の波長の１／４以上にすればよい。

次に、伝送線路２０の分岐点からノーマルモードチョークコイル３２（図１）までの長さの好ましい範囲について説明する。ノーマルモードチョークコイル３２は信号のノーマルモード成分を反射するため、伝送線路２０の分岐点からノーマルモードチョークコイル３２までの配線は、ノーマルモード成分に対してオープンスタブとして作用する。オープンスタブは、伝送線路２０の特性インピーダンスの不整合を生じさせる。伝送線路２０の特性インピーダンスの不整合は、時間領域反射（ＴＤＲ）法を用いて測定することができる。

ＵＳＢ、ＨＤＭＩ等の差動インタフェース規格では、伝送線路の特性インピーダンスの許容範囲が規定されている。例えば、ＵＳＢ規格では、特性インピーダンスが９０Ω±１０％以内であることが要求され、ＨＤＭＩ規格では、特性インピーダンスが１００Ω±１５％以内であることが要求される。伝送線路２０の分岐点からノーマルモードチョークコイル３２までの配線の長さは、伝送線路２０の特性インピーダンスが信号送受信素子１１と外部機器２７との通信に適用される差動インタフェース規格の許容範囲から外れないように設定することが好ましい。一般的に、伝送線路２０の分岐点からノーマルモードチョークコイル３２までの配線長が３ｍｍを超えると差動インタフェース規格を満たさなくなる可能性が高くなる。差動インタフェース規格を満たすために、この配線長を３ｍｍ未満にすることが好ましい。

［第２の実施例］
次に、図４から図５Ｂまでの図面を参照して第２の実施例について説明する。以下、第１の実施例と共通の構成については説明を省略する。

図４は、第２の実施例による無線回路搭載電子機器に用いられている吸収型フィルタ１２の等価回路図である。第２の実施例では、ノーマルモードチョークコイル３２を構成する２つのコイルの各々に並列に実装されたキャパシタンス成分３４を有する。ノーマルモードチョークコイル３２を構成する２つのコイルの各々の自己インダクタンスＬ２及びキャパシタンス成分３４のキャパシタンスＣ１で決まるカットオフ周波数以上のノーマルモード成分が、伝送線路２０からグランドに流れる。カットオフ周波数は、伝送線路２０（図１）を伝送される差動信号の周波数域の上限の周波数よりも高い値に設定されている。

ノーマルモードチョークコイル３２のキャパシタンス成分３４のキャパシタンスＣ１の調整は、コイルの巻数、形状、大きさ等を変化させることにより行なうことができる。例えば、ノーマルモードチョークコイル３２としてチップインダクタを用いる場合には、内部のコイルと外部電極との距離を縮めることにより、または外部電極を大きくすることにより、キャパシタンス成分３４のキャパシタンスＣ１を大きくすることができる。

第２の実施例では、ノーマルモード成分も、ノーマルモードチョークコイル３２のキャパシタンス成分３４及び抵抗素子３３を通ってグランドに流れる。このため、カットオフ周波数以上のノーマルモードノイズを吸収することができる。このため、ノーマルモード成分を持つノイズに起因する自家中毒や電磁放射ノイズの発生を抑制することができる。カットオフ周波数は、伝送線路２０（図１）を伝送される差動信号の周波数域の上限周波数よりも高い周波数に設定されているため、伝送線路２０を伝送される差動信号は、吸収型フィルタ１２の影響を受けない。

次に、図５Ａ及び図５Ｂを参照して、第２の実施例の効果を確認するために行なったシミュレーション結果について説明する。シミュレーションの条件として、コモンモードチョークコイル３１（図４）の結合係数Ｋ１を０．９とし、キャパシタンスＣ１を３ｐＦとした。その他の回路定数は、図３Ａ及び図３Ｂに示した第１の実施例のシミュレーションの条件と同一である。

図５Ａ及び図５Ｂは、それぞれ第２の実施例で用いられる吸収型フィルタ１２の透過特性及び電力吸収率を示すグラフであり、第１の実施例の図３Ａ及び図３Ｂに対応する。第２の実施例のコモンモード成分の透過特性Ｓｃｃ２１及び電力吸収率は、それぞれ第１の実施例の図３Ａ及び図３Ｂに示したコモンモード成分の透過特性Ｓｃｃ２１及び電力吸収率にほぼ一致する。

第２の実施例では、図５Ａに示すように、ノーマルモード成分の透過特性Ｓｄｄ２１が、カットオフ周波数（約１ＧＨｚ）以上の高周波域において低下していることがわかる。さらに、図５Ｂに示すように、約１ＧＨｚ以上の高周波域において、ノーマルモード成分の電力吸収率が高くなっていることがわかる。

図５Ａ及び図５Ｂに示したように、第２の実施例による無線回路搭載電子機器は、コモンモード成分のみならず、ノーマルモード成分のノイズ対策にも有効である。

［第３の実施例］
次に、図６から図７Ｂまでの図面を参照して第３の実施例について説明する。以下、第２の実施例と共通の構成については説明を省略する。

図６は、第３の実施例による無線回路搭載電子機器に用いられている吸収型フィルタ１２の等価回路図である。第３の実施例では、コモンモードチョークコイル３１よりもコネクタ２１（図１）側の２本の伝送線路２０の各々とグランドとを、コンデンサ４０が接続する。このように接続されたコンデンサ４０は、一般的にＹコンデンサと呼ばれる。コンデンサ４０は、コモンモードチョークコイル３１を通過したノーマルモード成分のうちカットオフ周波数以上の高周波域の成分をグランドに流す。このため、第２の実施例（図４）に比べて、ノーマルモード成分の減衰特性を急峻にすることができる。

次に、図７Ａ及び図７Ｂを参照して、第３の実施例の効果を確認するために行なったシミュレーション結果について説明する。シミュレーションの条件として、コンデンサ４０のキャパシタンスＣ２を３ｐＦとした。その他の回路定数は、図５Ａ及び図５Ｂに示した第２の実施例のシミュレーションの条件と同一である。

図７Ａ及び図７Ｂは、それぞれ第３の実施例で用いられる吸収型フィルタ１２の吸収特性及び電力吸収率を示すグラフであり、それぞれ第２の実施例の図５Ａ及び図５Ｂに対応する。第３の実施例のコモンモード成分の透過特性Ｓｃｃ２１及び電力吸収率は、それぞれ第２の実施例の図５Ａ及び図５Ｂに示したコモンモード成分の透過特性Ｓｃｃ２１及び電力吸収率にほぼ一致する。

第３の実施例では、図７Ａに示したように、ノーマルモード成分の減衰特性が、第２の実施例のノーマルモード成分の減衰特性（図５Ａ）よりも急峻になっていることがわかる。さらに、周波数の変化に対するノーマルモード成分の電力吸収率の変化も、第２の実施例の電力吸収率（図５Ｂ）の変化より急峻になっていることがわかる。

図７Ａ及び図７Ｂに示したように、第３の実施例による無線回路搭載電子機器は、コモンモード成分のみならず、ノーマルモード成分のノイズ対策にも有効である。さらに、ノーマルモード成分のノイズの減衰特性を、第２の実施例の場合より急峻にすることができる。

第３の実施例では、コンデンサ４０を２本の伝送線路２０の各々とグランドとの間に挿入したが、２本の伝送線路２０をコンデンサで接続してもよい。このようなコンデンサは一般にＸコンデンサと呼ばれる。Ｘコンデンサによっても、ノーマルモード成分の減衰特性を急峻にすることができる。

［第４の実施例］
次に、図８から図９Ｂまでの図面を参照して第４の実施例について説明する。以下、第１の実施例と共通の構成については説明を省略する。第１の実施例ではコモンモードチョークコイル３１及びノーマルモードチョークコイル３２を用いて吸収型フィルタを構成したが、第４の実施例では、吸収型フィルタとしてＬＣフィルタが用いられる。

図８は、第４の実施例による無線回路搭載電子機器に用いられている吸収型フィルタ１２の等価回路図である。第４の実施例による無線回路搭載電子機器に用いられている吸収型フィルタ１２は、２つのインダクタ５０、第１のコンデンサ５１と抵抗素子５２との直列回路、及び第２のコンデンサ５３を含む。２つのインダクタ５０は、それぞれ２本の伝送線路（図１）にシリーズに実装されている。第１のコンデンサ５１と抵抗素子５２との直列回路は、インダクタ５０よりも信号送受信素子１１側において２本の伝送線路２０の間に接続されている。第２のコンデンサ５３は、インダクタ５０よりコネクタ２１側において、２本の伝送線路２０の間に接続されている。

インダクタ５０、第１のコンデンサ５１、抵抗素子５２、及び第２のコンデンサ５３の回路定数は、吸収型フィルタ１２のカットオフ周波数が伝送線路２０を伝送される差動信号の伝送に影響を与えない値になるように設定される。

図９Ａ及び図９Ｂは、それぞれ第４の実施例で用いられる吸収型フィルタ１２の透過特性及び電力吸収率を示すグラフであり、それぞれ第１の実施例の図３Ａ及び図３Ｂに対応する。シミュレーション条件として、インダクタ５０のインダクタンスＬ３を１０ｎＨとし、第１のコンデンサ５１及び第２のコンデンサ５３のキャパシタンスＣ３を１．５ｐＦとし、抵抗素子５２の抵抗値Ｒ３を１００Ωとした。

ノーマルモード成分の透過特性Ｓｄｄ２１は、カットオフ周波数以上の高周波域で低下する。透過特性Ｓｄｄ２１の傾きは急峻であり、第３の実施例の透過特性Ｓｄｄ２１（図７Ａ）と同程度である。コモンモード成分の透過特性Ｓｃｃ２１は、カットオフ周波数以上の高周波域で緩やかに低下する。ノーマルモード成分とコモンモード成分との差は、第１のコンデンサ５１及び第２のコンデンサ５３がコモンモード成分に対してはコンデンサとして機能しないことに起因する。

コモンモード成分の電力吸収率は全周波数域でほぼ０であり、電力の吸収は生じない。ノーマルモード成分の電力吸収率は、カットオフ周波数以上の高周波域で高くなり、３ＧＨｚ以上の高周波域では電力吸収率がほぼ１になる。すなわち、ほぼすべての電力が吸収される。

インダクタ５０がコモンモード成分に対してローパスフィルタとして機能することにより、コモンモードノイズがコネクタ２１を通って外部に漏洩することを抑制する効果が得られる。インダクタ５０及び第１のコンデンサ５１がノーマルモード成分に対してローパスフィルタとして機能することにより、ノーマルモードノイズがコネクタ２１を通って外部に漏洩することを抑制する効果が得られる。第１のコンデンサ５１に直列に接続された抵抗素子５２がノーマルモードノイズの電力を吸収することにより、ノーマルモードノイズの反射を少なくすることができる。これにより、ノーマルモードノイズによる自家中毒を抑制することができる。

第２のコンデンサ５３を接続することにより、ノーマルモード成分の減衰特性を急峻にすることができる。これにより、ノーマルモードノイズがコネクタを通って外部に漏洩することを抑制する効果を高めることができる。なお、第２のコンデンサ５３を省略してもよい。

［第５の実施例］
次に、図１０から図１１Ｂまでの図面を参照して第５の実施例について説明する。以下、第４の実施例と共通の構成については説明を省略する。第４の実施例では、２本の伝送線路２０の間に接続される所謂Ｘコンデンサが用いられたが、第５の実施例では、所謂Ｙコンデンサが用いられる。

図１０は、第５の実施例による無線回路搭載電子機器に用いられている吸収型フィルタ１２の等価回路図である。第５の実施例による無線回路搭載電子機器に用いられている吸収型フィルタ１２は、２つのインダクタ５０、第１のコンデンサ５５と抵抗素子５６とが直列接続された２つの直列回路、及び２つの第２のコンデンサ５７を含む。２つのインダクタ５０は、それぞれ２本の伝送線路（図１）にシリーズに実装されている。第１のコンデンサ５５と抵抗素子５６との２つの直列回路は、それぞれインダクタ５０よりも信号送受信素子１１側において２本の伝送線路２０とグランドとの間に接続されている。２つの第２のコンデンサ５７は、それぞれインダクタ５０よりコネクタ２１側において、２本の伝送線路２０とグランドとの間に接続されている。

インダクタ５０、第１のコンデンサ５５、抵抗素子５６、及び第２のコンデンサ５７の回路定数は、吸収型フィルタ１２のカットオフ周波数が伝送線路２０を伝送される差動信号の伝送に影響を与えない値になるように設定される。

図１１Ａ及び図１１Ｂは、それぞれ第５の実施例で用いられる吸収型フィルタ１２の透過特性及び電力吸収率を示すグラフであり、それぞれ第４の実施例の図９Ａ及び図９Ｂに対応する。シミュレーション条件として、インダクタ５０のインダクタンスＬ４を１０ｎＨとし、第１のコンデンサ５５及び第２のコンデンサ５７のキャパシタンスＣ４を３ｐＦとし、抵抗素子５６の抵抗値Ｒ４を５０Ωとした。

ノーマルモード成分の透過特性Ｓｄｄ２１及びコモンモード成分の透過特性Ｓｃｃ２１のいずれも、カットオフ周波数以上の高周波域で急峻に低下する。ノーマルモード成分の電力吸収率及びコモンモード成分の電力吸収率のいずれも、カットオフ周波数以上の高周波域で高くなり、３ＧＨｚ以上の高周波域では電力吸収率がほぼ１になる。すなわち、ほぼすべての電力が吸収される。

第５の実施例では、第４の実施例と比べてコモンモード成分のノイズの漏洩及び反射の抑制効果を高めることができる。

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ シールドケース
１１ 信号送受信素子
１２ 吸収型フィルタ
１２Ａ 吸収回路
１２Ｂ 反射回路
１３ 無線信号処理回路
１４ ノイズ発生源
１５ アンテナ
１７ 反射型フィルタ
２０ 伝送線路
２１ コネクタ
２５ ケーブル
２７ 外部機器
３１ コモンモードチョークコイル
３２ ノーマルモードチョークコイル
３３ 抵抗素子
３４ キャパシタンス成分
４０ コンデンサ
５０ インダクタ
５１ 第１のコンデンサ
５２ 抵抗素子
５３ 第２のコンデンサ
５５ 第１のコンデンサ
５６ 抵抗素子
５７ 第２のコンデンサ
６０、６１ ノイズ

Claims (10)

1. 差動信号の送受信を行う信号送受信素子と、
   外部機器と接続するコネクタと、
   前記信号送受信素子と前記コネクタとの間で差動信号を伝送する２本の伝送線路と、
   前記伝送線路に結合する無線帯域のノイズを発生するノイズ発生源と、
   前記ノイズ発生源で発生するノイズの周波数域において利得を持つアンテナと、
   前記アンテナで受信された信号を処理する無線信号処理回路と、
   前記伝送線路に実装され、前記伝送線路に混入したノイズを吸収する吸収型フィルタと
   を有し、
   前記吸収型フィルタは、前記伝送線路に対してシャント方向に実装されたノーマルモードチョークコイルと抵抗素子との直列回路を含み、
   前記ノーマルモードチョークコイルは、前記ノーマルモードチョークコイルを構成する２つのコイルの各々に並列に実装されたキャパシタンス成分を有し、前記ノーマルモードチョークコイルを構成する２つのコイルの各々の自己インダクタンス成分及び前記キャパシタンス成分は、前記伝送線路を伝送される信号のノーマルモード成分のカットオフ周波数が前記伝送線路を伝送される差動信号の周波数域よりも高くなる値に設定されている無線回路搭載電子機器。
2. 前記吸収型フィルタは、さらに、前記伝送線路のシャント箇所よりも前記コネクタ側にシリーズに実装されたコモンモードチョークコイルを含む請求項１に記載の無線回路搭載電子機器。
3. 前記吸収型フィルタは、さらに、前記ノーマルモードチョークコイルが接続された箇所よりも前記コネクタ側において、２本の前記伝送線路を接続するコンデンサ、または２本の前記伝送線路の各々とグランドとを接続するコンデンサを含む請求項１または２に記載の無線回路搭載電子機器。
4. 差動信号の送受信を行う信号送受信素子と、
   外部機器と接続するコネクタと、
   前記信号送受信素子と前記コネクタとの間で差動信号を伝送する２本の伝送線路と、
   前記伝送線路に結合する無線帯域のノイズを発生するノイズ発生源と、
   前記ノイズ発生源で発生するノイズの周波数域において利得を持つアンテナと、
   前記アンテナで受信された信号を処理する無線信号処理回路と、
   前記伝送線路に実装され、前記伝送線路に混入したノイズを吸収する吸収型フィルタと
   を有し、
   前記吸収型フィルタは、
   ２本の前記伝送線路の各々にシリーズに実装されたインダクタと、
   前記インダクタより前記信号送受信素子側において、２本の前記伝送線路の間に接続された第１のコンデンサと抵抗素子との直列回路と
   を含む無線回路搭載電子機器。
5. 前記吸収型フィルタは、さらに、前記インダクタより前記コネクタ側において、２本の前記伝送線路の間に接続された第２のコンデンサを含む請求項４に記載の無線回路搭載電子機器。
6. 差動信号の送受信を行う信号送受信素子と、
   外部機器と接続するコネクタと、
   前記信号送受信素子と前記コネクタとの間で差動信号を伝送する２本の伝送線路と、
   前記伝送線路に結合する無線帯域のノイズを発生するノイズ発生源と、
   前記ノイズ発生源で発生するノイズの周波数域において利得を持つアンテナと、
   前記アンテナで受信された信号を処理する無線信号処理回路と、
   前記伝送線路に実装され、前記伝送線路に混入したノイズを吸収する吸収型フィルタと
   を有し、
   前記吸収型フィルタは、
   ２本の前記伝送線路の各々にシリーズに実装されたインダクタと、
   前記インダクタより前記信号送受信素子側において、２本の前記伝送線路の各々とグランドと間に接続された第１のコンデンサと抵抗素子との直列回路と
   を含む無線回路搭載電子機器。
7. 前記吸収型フィルタは、さらに、前記インダクタより前記コネクタ側において、２本の前記伝送線路の各々とグランドとの間に接続された第２のコンデンサを含む請求項６に記載の無線回路搭載電子機器。
8. 前記信号送受信素子から前記吸収型フィルタまでの前記伝送線路の電気長が、前記無線信号処理回路で処理される無線信号の最も高い周波数の信号の波長の１／４以上である請求項１乃至７のいずれか１項に記載の無線回路搭載電子機器。
9. 前記信号送受信素子から前記吸収型フィルタまでの前記伝送線路の電気長が、前記無線信号処理回路で処理される無線信号の最も低い周波数の信号の波長の１／４以上である請求項８に記載の無線回路搭載電子機器。
10. 前記吸収型フィルタは、ノイズを吸収する吸収回路と、前記吸収回路よりも前記コネクタ側の箇所においてノイズを反射する反射回路とを含む請求項１乃至９のいずれか１項に記載の無線回路搭載電子機器。
    

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