JP7378015B2

JP7378015B2 - コモンモードノイズフィルタ

Info

Publication number: JP7378015B2
Application number: JP2019028981A
Authority: JP
Inventors: 吉晴大森
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2019-02-21
Filing date: 2019-02-21
Publication date: 2023-11-13
Anticipated expiration: 2039-02-21
Also published as: JP2020136521A

Description

本発明は、デジタル機器やＡＶ機器、情報通信端末等の各種電子機器に使用される小形で薄型のコモンモードノイズフィルタに関するものである。

従来、モバイル機器においてメインＩＣとディスプレイやカメラを接続するデジタルデータ伝送規格としてｍｉｐｉ（ＭｏｂｉｌｅＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｏｃｅｓｓｏｒＩｎｔｅｒｆａｃｅ）Ｄ－ＰＨＹ規格が採用されており、２本の伝送ラインを用いた差動信号で伝送する方式が用いられている。

近年、カメラの解像度が飛躍的に高まり、更に高速な伝送方式として、３本の伝送線を用いて、送信側から各伝送線に異なる電圧を送り、受信側で各２線間の差分をとることで、３通りの差動信号を出力する方式がｍｉｐｉのＣ－ＰＨＹ規格として制定され実用化されている。

従来のＣ－ＰＨＹ規格に使用されるコモンモードノイズフィルタは、図９、図１０に示すように、複数の絶縁体層１と、３つの独立した第１～第３のコイル２～４を有し、第１～第３のコイル２～４はそれぞれ、コイル導体２ａ、２ｂ、コイル導体３ａ、３ｂ、コイル導体４ａ、４ｂ同士を電気的に接続することによって形成されていた。

また、第１のコイル２を構成するコイル導体２ａ、第２のコイル３を構成するコイル導体３ａ、第３のコイル４を構成するコイル導体４ａ、第１のコイル２を構成するコイル導体２ｂ、第２のコイル３を構成するコイル導体３ｂ、第３のコイル４を構成するコイル導体４ｂの順に積層していた。

このような構成において、コモンモードノイズが入力された場合には、第１～第３のコイル２～４で発生する磁束が互いに強め合い、インダクタンスとして動作することによってノイズを抑制していた。

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

特開２０１７－１１７９０８号公報

上記した従来のコモンモードノイズフィルタにおいては、第１のコイル２、第２のコイル３、第３のコイル４は、おおよそ均等な距離になるように配置、つまり、その断面は三角形の頂点に位置している。またコモンモードノイズの除去能力を向上させるためコモンモードインピーダンスを大きくするため、第１のコイル２、第２のコイル３、第３のコイル４は、コイル導体２ａ、コイル導体３ａ、コイル導体４ａがお互いに磁気結合する部分と、コイル導体２ｂ、コイル導体３ｂ、コイル導体４ｂが磁気結合される部分の２段構造になっている。

しかし、この場合、コイル導体２ｂとコイル導体４ｂが積層方向で重なり、さらに、こ
のコイル導体２ｂとコイル導体４ａも積層方向で重なっているため、第１のコイル２と第３のコイル４との間の浮遊容量が大きくなり、これにより、高周波領域において、第１のコイル２と第３のコイル４の出力される信号から差分をとる差動信号が、他の２通り、つまり第１のコイル２と第２のコイル３および第２のコイル３と第３のコイル４から出力される差動信号に比べて劣化し、３通りの差動信号の出力特性にばらつきが生じるという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、ｍｉｐｉのＣ－ＰＨＹ規格の３線式の信号線路に用いられる３つのコイル間の浮遊容量を高周波領域まで略均等にすることによって、３線間から２つの差動信号を３通り取り出す際に、３通りの差動信号の出力特性のばらつきを低減することができるコモンモードノイズフィルタを提供することを目的とするものである。

第１の態様に係るコモンモードノイズフィルタは、複数の絶縁体層と、前記複数の絶縁体層を上下方向に積層することによって設けられた積層体と、前記複数の絶縁体層に設けられた互いに独立するスパイラル状の第１のコイル、第２のコイル、第３のコイルとを備え、前記第１のコイルは第１のコイル導体と第２のコイル導体で構成し、前記第２のコイルは第３のコイル導体と第４のコイル導体で構成し、前記第３のコイルは第５のコイル導体と第６のコイル導体で構成し、前記第１のコイル導体、前記第３のコイル導体、前記第５のコイル導体とを含む第１の積層部と、前記第２のコイル導体、前記第４のコイル導体、前記第６のコイル導体とを含み、かつ前記第１の積層部に積層方向で上方に積層された第２の積層部とを構成し、前記第２の積層部において、下から前記第２のコイル導体、前記第４のコイル導体、前記第６のコイル導体の順に積層し、前記第４のコイル導体を前記第２、第６のコイル導体と積層方向に直交する方向にずれて配置し、前記第１の積層部において、前記第１のコイル導体、前記第３のコイル導体、前記第５のコイル導体のうち最上部に前記第３のコイル導体または前記第１のコイル導体が配置されている。

第２の態様に係るコモンモードノイズフィルタは、第１の態様において、前記第１の積層部において中央部に位置するコイル導体を他の２つの前記コイル導体と積層方向に直交する方向にずれて配置されている。

第３の態様に係るコモンモードノイズフィルタは、第１の態様において、前記第１の積層部において、下から前記第５のコイル導体、前記第１のコイル導体、前記第３のコイル導体の順に積層されている。

第４の態様に係るコモンモードノイズフィルタは、第３の態様において、前記第１のコイル導体が前記第３、第５のコイル導体と積層方向に直交する方向にずれて配置されている。

第５の態様に係るコモンモードノイズフィルタは、第１の態様において、前記第１の積層部において、下から前記第５のコイル導体、前記第３のコイル導体、前記第１のコイル導体の順に積層されている。

本発明のコモンモードノイズフィルタは、第１のコイルを構成する第２のコイル導体と第３のコイルを構成する第５のコイル導体とが積層方向で離れて配置されているため、第１のコイルと第３のコイルの間の浮遊容量が大きくなるのを防ぐことができるため、高周波領域において３通りの差動信号の出力特性のばらつきを低減することができる。

本開示の実施の形態１におけるコモンモードノイズフィルタの分解斜視図同コモンモードノイズフィルタの断面図比較例としての従来のコモンモードノイズフィルタのコモンモード減衰周波数特性を示す図同コモンモードノイズフィルタの差動信号損失周波数特性を示す図本発明の実施の形態１におけるコモンモードノイズフィルタのコモンモード減衰周波数特性を示す図同コモンモードノイズフィルタの差動信号損失周波数特性を示す図本開示の実施の形態２におけるコモンモードノイズフィルタの断面図同コモンモードノイズフィルタの差動信号損失周波数特性を示す図従来のコモンモードノイズフィルタの分解斜視図同コモンモードノイズフィルタの断面図

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

本開示の実施の形態１におけるコモンモードノイズフィルタは、図１、図２に示すように、積層方向に積層された第１～第７の絶縁体層１１ａ～１１ｇと、第１～第７の絶縁体層１１ａ～１１ｇに形成された第１のコイル１２、第２のコイル１３、第３のコイル１４とを備えている。

また、第１のコイル１２は第１のコイル導体１２ａと第２のコイル導体１２ｂとで構成され、第２のコイル１３は第３のコイル導体１３ａと第４のコイル導体１３ｂで構成され、第３のコイル１４は第５のコイル導体１４ａと第６のコイル導体１４ｂで構成されている。

さらに、第１のコイル導体１２ａ、第３のコイル導体１３ａ、第５のコイル導体１４ａを含む第１の積層部１５と、第２のコイル導体１２ｂ、第４のコイル導体１３ｂ、第６のコイル導体１４ｂを含み、かつ第１の積層部１５に積層方向で上方に積層された第２の積層部１６とを設けている。

そして、第１の積層部１５において、下から第１のコイル導体１２ａ、第５のコイル導体１４ａ、第３のコイル導体１３ａの順に積層し、第２の積層部１６において、下から第２のコイル導体１２ｂ、第４のコイル導体１３ｂ、第６のコイル導体１４ｂの順に積層し、かつ第４のコイル導体１３ｂを第２、第６のコイル導体１２ｂ、１４ｂと積層方向に直交する方向にずれて配置している。

上記構成において、第１～第７の絶縁体層１１ａ～１１ｇは、下から順に積層され、同じ厚みのシート状に形成されたＣｕ－Ｚｎフェライト、ガラスセラミック等の非磁性材料から構成されている。

なお、第１の絶縁体層１１ａの下面、第７の絶縁体層１１ｇの上面に磁性体部を配置してもよい。前記磁性体部は、シート状に構成されたＮｉ－Ｃｕ－Ｚｎフェライト等の磁性材料からなる複数の磁性体層で構成される。

また、第１～第７絶縁体層１１ａ～１１ｇの枚数は、図１に記載の枚数に限定されない。さらに、磁性体部を、磁性体層と他の非磁性体層とを交互に積層したものとしてもよい
。

そして、第１～第７の絶縁体層１１ａ～１１ｇを上下方向に積層することによって積層体１７が設けられる。

前記第１のコイル１２は、下方の第１のコイル導体１２ａと上方の第２のコイル導体１２ｂとを、第２～第４の絶縁体層１１ｂ～１１ｄに形成された第１のビア電極１８ａを介して電気的に接続して構成される。

前記第２のコイル１３は、下方の第３のコイル導体１３ａと上方の第４のコイル導体１３ｂとを、第４、第５の絶縁体層１１ｄ、１１ｅに形成された第２のビア電極１８ｂを介して電気的に接続して構成される。

前記第３のコイル１４は、下方の第５のコイル導体１４ａと上方の第６のコイル導体１４ｂとを、第３～第６の絶縁体層１１ｃ～１１ｆに形成された第３のビア電極１８ｃを介して電気的に接続して構成される。

これらの各コイル導体は、それぞれ各絶縁体層の上面に銀等の導電材料を渦巻状にめっきまたは印刷することにより設けられたものである。

また、これらの各コイル導体の形状は、長辺と短辺を連続させて渦巻き状に１ターン以上に形成したもので、その内形と外形の輪郭が概ね矩形状をしており、配線等に用いる部分を除いた主要部である渦巻き状部分の導体幅、導体間ピッチ、導体厚み寸法などの導体パターンが同じになるように形成されている。

なお、各コイル導体の形状において、矩形状に限定されるものではなく、内形と外形の輪郭が円形、長円形、楕円形などの形状のものでもよい。

そして、第１のコイル導体１２ａは第１の絶縁体層１１ａの上面に形成され、第５のコイル導体１４ａは第２の絶縁体層１１ｂの上面に形成され、第３のコイル導体１３ａは第３の絶縁体層１１ｃの上面に形成される。第１～第３の絶縁体層１１ａ～１１ｃと第１のコイル導体１２ａ、第５のコイル導体１４ａ、第３のコイル導体１３ａとで第１の積層部１５が構成される。

第１の積層部１５において、下から第１のコイル導体１２ａ、第５のコイル導体１４ａ、第３のコイル導体１３ａの順に積層されている。

また、第２のコイル導体１２ｂは第４の絶縁体層１１ｄの上面に形成され、第４のコイル導体１３ｂは第５の絶縁体層１１ｅの上面に形成され、第６のコイル導体１４ｂは第６の絶縁体層１１ｆの上面に形成される。第４～第６の絶縁体層１１ｄ～１１ｆと第２のコイル導体１２ｂ、第４のコイル導体１３ｂ、第６のコイル導体１４ｂで第２の積層部１６が構成される。

第２の積層部１６において、下から第２のコイル導体１２ｂ、第４のコイル導体１３ｂ、第６のコイル導体１４ｂの順に積層されている。

したがって、第１の積層部１５では、下から第１のコイル１２、第３のコイル１４、第２のコイル１３の順に積層され、第２の積層部１６では、下から第１のコイル１２、第２のコイル１３、第３のコイル１４の順に積層され、第１の積層部１５と第２の積層部１６は、第２のコイル１３と第３のコイル１４の配置箇所が入れ替わっている。

そして、第１の積層部１５の最上部は第３のコイル導体１３ａで、第２の積層部１６の最下部は第２のコイル導体１２ｂであり、第２のコイル導体１２ｂは第３のコイル導体１３ａと積層方向で隣接する。

上記構成によって、３つの独立した第１のコイル１２、第２のコイル１３、第３のコイル１４が設けられ、第１のコイル１２と第２のコイル１３、第２のコイル１３と第３のコイル１４、第３のコイル１４と第１のコイル１２がそれぞれ互いに磁気結合する構成となっている。

さらに、第１の積層部１５において、第３のコイル導体１３ａを第１、第５のコイル導体１２ａ、１４ａと積層方向に直交する方向にずれて配置し、第２の積層部１６においても上述したように、第４のコイル導体１３ｂを第２、第６のコイル導体１２ｂ、１４ｂと積層方向に直交する方向にずれて配置している。

すなわち、第２のコイル１３を構成する第３、第４のコイル導体１３ａ、１３ｂを他のコイル導体と積層方向と直交する方向にずらして配置している。換言すれば、第２のコイル１３を構成する第３、第４のコイル導体１３ａ、１３ｂの巻き軸が他のコイル導体の巻き軸と、積層方向と直交する方向にずれている。

このように、ずれて配置すれば、各コイル導体間を概ね同じ間隔に配置することができるため、第２の積層部１６において、各コイル導体間の磁気結合のバランスを良くすることができる。

さらに、第２の積層部１６において、第２のコイル導体１２ｂ、第４のコイル導体１３ｂ、第６のコイル導体１４ｂそれぞれの巻軸を結んだ線が正三角形に相似した形状とすれば、各コイル導体間を略同じ間隔に配置することができるため、各コイル導体間の磁気結合のバランスをよくすることができ、さらに、各コイル間の磁気結合の強さを概ね同じにすることができる。

このとき、図２に示すように、積層方向の断面で見たときに、各コイル導体の内周から外周に向かう同じ巻き数部分において、内周から同じターン数の部分の第２のコイル導体１２ｂと第６のコイル導体１４ｂとを結んだ破線Ｌａと、第２のコイル導体１２ｂと第４のコイル導体１３ｂとを結んだ破線Ｌｂと、第４のコイル導体１３ｂと第６のコイル導体１４ｂとを結んだ破線Ｌｃとにより形成される三角形の形状が、正三角形に相似した形状（または巻軸を結んだ線が正三角形に相似した形状）となっている。

そして、第１のコイル導体１２ａと第２のコイル導体１２ｂとが、第３のコイル導体１３ａと第４のコイル導体１３ｂとが、第５のコイル導体１４ａと第６のコイル導体１４ｂとが、それぞれ積層方向から見たときに主要部である渦巻き状部分が重なるようにして配置している。

このようにすることにより、互いに隣に積層された各コイル導体間の距離を調整することにより、磁気結合を調整できるため、第１のコイル１２と第２のコイル１３、第２のコイル１３と第３のコイル１４、第３のコイル１４と第１のコイル１２の磁気結合のバランスをよくすることができる。

上記した構成により、積層体１７が形成される。また、この積層体１７の両端面には、第１～第６のコイル導体１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂの端部と接続する６つの外部電極（図示せず）が設けられている。

なお、第１の積層部１５において、第１のコイル導体１２ａを最上部に配置してもよい。第１の積層部１５の中央部に位置するコイル導体を第１の積層部１５の他のコイル導体と積層方向に直交する方向にずれて配置してもよい。

また、第１の積層部１５において、下から第５のコイル導体１４ａ、第３のコイル導体１３ａ、第１のコイル導体１２ａの順に積層してもよい。この構成により、第１のコイル１２を構成する第１のコイル導体１２ａと第２のコイル導体１２ｂを隣接させることができるため、この間の浮遊容量を減らすことができる。

本開示の実施の形態１におけるコモンモードノイズフィルタは、第１のコイル１２を構成する第２のコイル導体１２ｂと第３のコイル１４を構成する第５のコイル導体１４ａとが積層方向で離れて配置されているため、この間の浮遊容量が大きくなるのを防ぐことができる。

すなわち、第１の積層部１５において、最上部は第３のコイル導体１３ａまたは第１のコイル導体１２ａとなっているため、第５のコイル導体１４ａは最上部に位置せず、これにより、第２の積層部１６で一つの第３のコイル１４（第６のコイル導体１４ｂ）と積層方向に重なる第２のコイル導体１２ｂは、積層方向で重なるもう一つの第３のコイル１４（第５のコイル導体１４ａ）との距離が離れるため、第１のコイル１２と第３のコイル１４との間の浮遊容量が小さくなる、つまり、大きくなっていた浮遊容量を低減できる。

これにより、第１のコイル１２、第２のコイル１３、第３のコイル１４の３つのコイルの各々の間に発生する浮遊容量を高周波領域まで略均等にすることができるため、高周波領域において、第１のコイル１２と第３のコイル１４の出力される信号から差分をとる差動信号は、他の２通り、つまり第１のコイル１２と第２のコイル１３および第２のコイル１３と第３のコイル１４から出力される差動信号と略等しくすることができ、これにより、３線間から２つの差動信号を３通り取り出す際に、３通りの差動信号の出力特性のばらつきを低減することができる。

図９、図１０に示す従来の構成において、図３にコモンモードノイズの減衰周波数特性、図４に差動信号の損失周波数特性を示す。

図３、図４において、矢印が示すグラフが第１のコイル２と第３のコイル４の間の特性になる。

この従来の構成においては、第１のコイル２と第３のコイル４の間に発生する浮遊容量が、他のコイル間の浮遊容量より大きくなるため、図３に示すコモンモードノイズの減衰周波数特性では高周波領域において第１のコイル２と第３のコイル４の間の特性だけが自己共振点が下がり大きく共振している。一方、図４に示す差動信号の損失周波数特性においては、第１のコイル２と第３のコイル４の間の差動損失がけが大きくなっていることがわかる。

また、本実施の形態１の構成において、図５にコモンモードノイズの減衰周波数特性、図６に差動信号の損失周波数特性を示す。

図５、図６から明らかなように、コモンモードノイズの自己共振周波数でのピークが全ての場合で略等しく、高周波領域での差動信号の損失についても３通りの差動出力特性のばらつきが小さくなっている。

（実施の形態２）
図７は本開示の実施の形態２におけるコモンモードノイズフィルタの断面図である。なお、この本実施の形態２においては、上記した実施の形態１と同様の構成を有するものについては、同一符号を付しており、その説明は省略する。

本開示の実施の形態２が上記した実施の形態１と相違する点は、図７に示すように、第１の積層部１５において、第１のコイル導体１２ａと第５のコイル導体１４ａとの配置を入れ替え、下から第５のコイル導体１４ａ、第１のコイル導体１２ａ、第３のコイル導体１３ａの順に積層した点である。

この構成により、第１のコイル１２を構成する第２のコイル導体１２ｂと第３のコイル１４を構成する第５のコイル導体１４ａとを積層方向でより離れて配置することができるため、この間の浮遊容量が大きくなるのを防ぐことができ、これにより、３線間から２つの差動信号を３通り取り出す際に、３通りの差動信号の出力特性のばらつきをさらに低減することができる。

また、第１のコイル導体１２ａを第３、第５のコイル導体１３ａ、１４ａと積層方向に直交する方向にずれて配置すれば、各コイル導体間を概ね同じ間隔に配置することができるため、第２の積層部１６だけでなく第１の積層部１５においても、各コイル導体間の磁気結合のバランスをよくすることができ、この結果、３線間から２つの差動信号を３通り取り出す出力の損失特性が良くなる。

このとき、さらに、第１の積層部１５においても、第１のコイル導体１２ａ、第３のコイル導体１３ａ、第５のコイル導体１４ａそれぞれの巻軸を結んだ線が正三角形に相似した形状とすれば、各コイル導体間を略同じ間隔に配置することができるため、さらに各コイル導体間の磁気結合のバランスをよくすることができる。

図８は、本開示の実施の形態２におけるコモンモードノイズフィルタの差動信号の損失周波数特性を示している。本開示の実施の形態１の図６に示される差動信号の損失周波数特性に比べて、３通りの差動出力のばらつきも少ないことに加えて、高周波での損失特性が良化していることが分かる。

なお、上記実施の形態１、２では、第１～第６のコイル導体１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂ、１４ａ、１４ｂをそれぞれ異なる絶縁体層に形成したが、第１の積層部１５を構成する第１、第３、第５のコイル導体１２ａ、１３ａ、１４ａのうち２つのコイル導体を同一絶縁体層上に設けてもよく、第２の積層部１６を構成する第２、第４、第６のコイル導体１２ｂ、１３ｂ、１４ｂのうち２つのコイル導体を同一絶縁体層上に設けてもよい。

また、１つの第１の積層部１５と、１つの第２の積層部１６を上下に積層する構成としたが、第１、第２の積層部１５、１６をそれぞれ２つ以上設けて互いに積層し、各コイルを構成するコイル導体同士を接続する構成（図示していない）としてもよい。

本発明に係るコモンモードノイズフィルタは、お互いに磁気結合する３つのコイル間で発生する浮遊容量をおおよそ均等になるようにすることによって、高周波領域において、３線間から２つの差動信号を３通り取り出す際に、３通りの差動信号の出力特性のばらつきを低減することができるという効果を有するものであり、特にデジタル機器やＡＶ機器、情報通信端末等に使用される小形で薄型のコモンモードノイズフィルタ等において有用となるものである。

１１ａ～１１ｇ第１の絶縁体層～第７の絶縁体層
１２第１のコイル
１２ａ第１のコイル導体
１２ｂ第２のコイル導体
１３第２のコイル
１３ａ第３のコイル導体
１３ｂ第４のコイル導体
１４第３のコイル
１４ａ第５のコイル導体
１４ｂ第６のコイル導体
１５第１の積層部
１６第２の積層部
１７積層体

Claims

複数の絶縁体層と、前記複数の絶縁体層を上下方向に積層することによって設けられた積層体と、前記複数の絶縁体層に設けられた互いに独立するスパイラル状の第１のコイル、第２のコイル、第３のコイルとを備え、
前記第１のコイルは第１のコイル導体と第２のコイル導体で構成し、前記第２のコイルは第３のコイル導体と第４のコイル導体で構成し、前記第３のコイルは第５のコイル導体と第６のコイル導体で構成し、
前記第１のコイル導体、前記第３のコイル導体、前記第５のコイル導体とを含む第１の積層部と、前記第２のコイル導体、前記第４のコイル導体、前記第６のコイル導体とを含み、かつ前記第１の積層部に積層方向で上方に積層された第２の積層部とを構成し、
前記第２の積層部において、下から前記第２のコイル導体、前記第４のコイル導体、前記第６のコイル導体の順に積層し、前記第４のコイル導体を前記第２のコイル導体および第６のコイル導体と積層方向に直交する方向にずれて配置し、
前記第１の積層部において、前記第１のコイル導体、前記第３のコイル導体、前記第５のコイル導体のうち最上部に前記第３のコイル導体が配置されているとともに、下から前記第１のコイル導体、前記第５のコイル導体、前記第３のコイル導体の順に積層し、前記第３のコイル導体を前記第１のコイル導体および第５のコイル導体と積層方向に直交する方向にずれて配置するように構成したコモンモードノイズフィルタ。