JP2006033421A

JP2006033421A - 通信線路における平衡化回路

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Publication number: JP2006033421A
Application number: JP2004209461A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Kaida; 佳生海田; Yoshihiro Saito; 義広斉藤
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-02-02

Abstract

【課題】通信帯域におけるノーマルモード信号の減衰をできるだけ防ぎつつ、通信線路の平衡度を改善して、通信線路から発生される放射ノイズを通信帯域全般に亘って抑制することができるようにする。
【解決手段】コモンモードノイズ抑制回路に平衡度改善用トランスＴ３が一体化されていることで、コモンモードノイズ抑制回路と平衡度改善回路との長所を組み合わせた形となり、従来に比べて、通信帯域におけるノーマルモード信号をほとんど減衰させずに、通信線路の平衡度が大きく改善されると共に、放射ノイズについても通信帯域全般において抑制される。
【選択図】図１

Description

本発明は、第１および第２の導電線を含む通信線路を平衡化する、通信線路における平衡化回路に関する。

近年、オフィスのみならず一般家庭でも通信ネットワークシステムの需要がある。家庭内における通信ネットワークシステムを構築する際に選択し得る通信方式としては、無線を利用した通信方式、有線を利用した通信方式および電力線を利用した電力線通信方式がある。このうち、電力線通信方式には、通信線路として既設の電力線を利用するため配線工事費がかからない、家庭内の外観を損ねない等の利点がある。なお、本出願において、電力線通信における通信線路として利用される電力線を、電力線通信線路と呼ぶ。

電力線通信方式には、電力線通信線路に接続された機器が発生するノイズによって、通信障害が発生し得るという問題点があった。そこで、従来、電力線通信システムにおける種々のノイズ対策が提案されていた。

特許文献１には、複数の導線の平衡度を検出する平衡度検出手段と、複数の導線の接地ラインに対する平衡度を調整する平衡度調整手段と、その平衡度検出手段が検出した平衡度に基づいて前記平衡度調整回路のインピーダンスを制御するインピーダンス制御手段とを備えた送信装置および受信装置に関する技術が記載されている。また特許文献２には、２本の導電線を伝搬するコモンモード信号を抑制するコモンモード信号抑制回路に関する技術が記載されている。
特開２００４−８０４４１号公報特開２００４−８０４３６号公報

ところで、電力線通信システムでは、一般的に、電力線通信を行う通信装置は、電力線通信用モデムを介して電力線通信線路に接続される。電力線通信用モデムは、電力線通信線路との間でノーマルモードの通信信号の入出力を行う。

電力線通信用モデムは、例えば、電力線通信線路を構成する２本の導電線であるライブライン（以下、Ｌラインと記す。）とニュートラルライン（以下、Ｎラインと記す。）に、アースまたはグランドの電位（以下、グランドレベルという。）に関して対称な電圧波形の２つの信号からなる平衡信号を送出する。この信号がＬラインおよびＮラインを通過すると、ＬラインとＮラインのそれぞれから放射電界が発生される。ただし、ＬラインとＮラインは近接しているので、電力線通信線路が平衡な場合には、Ｌラインから発生される放射電界とＮラインから発生される放射電界とが相殺され、電力線通信線路から放射ノイズは発生しない。

しかしながら、電力線通信線路が不平衡な場合、すなわち、Ｌラインとアースまたはグランドとの間のインピーダンスと、Ｎラインとアースまたはグランドとの間のインピーダンスとが異なる場合には、Ｌラインから発生される放射電界とＮラインから発生される放射電界とは、絶対値が異なるため、これらは相殺されない。この場合には、２つの放射電界の絶対値の差分に対応した大きさの放射ノイズが電力線通信線路から発生される。従って、電力線通信線路の平衡度が低いほど、電力線通信線路から大きな放射ノイズが発生される。

また現在、高速用電力通信の通信帯域として検討されている２ＭＨｚ〜３０ＭＨｚの帯域が、短波ラジオや、船舶・アマチュア無線等の各種無線に使用されているが、電力線がアンテナとなり、放射ノイズを発生させることにより、それらの既存の通信に与える影響が懸念されている。

これらの問題点の対策として、
１．通信線路にコモンモードノイズを減衰させるコモンモードフィルタを挿入する。
２．通信線路の平衡度を改善するための平衡度改善回路を挿入する。
という方法が考えられている。しかしながら、１については、コモンモードノイズを除去するだけのものであり、通信線路の平衡度を改善するものではない。また、コモンモードフィルタといってもノーマルモード信号を減衰させずにコモンモードノイズのみを減衰させることは困難であり、特にノーマルモード信号にて通信を行っている電力線通信においては、その通信信号成分にも影響を与えてしまう。特許文献２に記載のコモンモードフィルタを用いた場合にも、ノーマルモード信号の減衰が生じてしまう。一方、２においては、平衡度は改善されるものの、放射ノイズを通信に使用する帯域すべてにおいて減衰させるのは困難である。また、１と同様にノーマルモード信号についても減衰させてしまうという問題がある。特許文献１に記載の技術を用いた場合にも同様の問題がある。

なお、上記の問題点は、電力線通信線路に限らず、平衡信号を伝送する通信線路全般に当てはまる。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、通信帯域におけるノーマルモード信号の減衰をできるだけ防ぎつつ、通信線路の平衡度を改善して、通信線路から発生される放射ノイズを通信帯域全般に亘って抑制することができるようにした通信線路における平衡化回路を提供することにある。

本発明による通信線路における平衡化回路は、第１および第２の導電線を含み平衡信号を伝送する通信線路を平衡化する回路であって、第１および第２の導電線を同じ位相で伝搬するコモンモードノイズを抑制するコモンモードノイズ抑制回路と、第１および第２の導電線の平衡度を改善する平衡度改善用トランスとを備えている。コモンモードノイズ抑制回路は、所定の第１の位置において第１の導電線に挿入された第１の巻線と、第１の位置に対応する位置において第２の導電線に挿入されると共に、第１の巻線と協働してコモンモードノイズを抑制する第２の巻線と、第１の巻線および第２の巻線に結合された第３の巻線と、一端が第１の位置とは異なる第２の位置において第１の導電線に接続され、他端が平衡度改善用トランスを介して第３の巻線の一端に接続された第１のキャパシタと、一端が第２の位置に対応する位置において第２の導電線に接続され、他端が平衡度改善用トランスを介して第３の巻線の一端に接続された第２のキャパシタと、第１の位置と第２の位置との間の第３の位置において第１の導電線に挿入された第４の巻線と、第３の位置に対応する位置において第２の導電線に挿入されると共に、第４の巻線に結合され、第４の巻線と協働して、第１の位置と第２の位置との間においてコモンモードノイズを低減する第５の巻線とを有している。平衡度改善用トランスは、コモンモードノイズ抑制回路における第１のキャパシタと第２のキャパシタとの間に挿入され、互いに巻数が等しく、かつ互いに結合された第６および第７の巻線を有し、第６の巻線の一端は第１のキャパシタを介して第１の導電線に接続され、第７の巻線の一端は第２のキャパシタを介して第２の導電線に接続され、第６の巻線の他端、および第７の巻線の他端は互いに第３の巻線の一端に接続されている。

本発明による通信線路における平衡化回路において、コモンモードノイズ抑制回路は、第１の巻線、第２の巻線、および第３の巻線を含むコモンモードノイズ抑制用の第１のトランスと、第４の巻線および第５の巻線を含むコモンモードノイズ抑制用の第２のトランスとを有し、第１のトランスと第２のトランスとが、互いに異なる向きに配置されていることが好ましい。例えば、第１のトランスと第２のトランスとを、トロイダル型のコイルで形成した場合において、一方のトランスが他方のトランスに対して垂直となるような配置にすることが好ましい。

本発明による通信線路における平衡化回路では、コモンモードノイズ抑制回路に平衡度改善用トランスが一体化されていることで、従来に比べて、通信帯域におけるノーマルモード信号をほとんど減衰させずに、通信線路の平衡度が大きく改善されると共に、放射ノイズについても通信帯域全般において抑制される。特に、平衡度改善用トランスにおける第６の巻線の一端が、コモンモードノイズ抑制回路における第１のキャパシタに接続され、第７の巻線の一端が、コモンモードノイズ抑制回路における第２のキャパシタに接続され、かつ、第６の巻線の他端および第７の巻線の他端が互いに、コモンモードノイズ抑制回路における第３の巻線の一端に接続されていることで、コモンモードノイズ抑制回路に平衡度改善回路におけるオートトランスの効果を持たせることができ、平衡度の改善が図られる。また、平衡度改善用トランスを挿入しない場合に比べて、第１および第２の導電線の間に相応のインピーダンスを持たせることができ、ノーマルモード信号の減衰が抑えられる。

本発明の通信線路の平衡化回路によれば、コモンモードノイズ抑制回路における第１のキャパシタと第２のキャパシタとの間に平衡度改善用トランスを挿入し、かつ、平衡度改善用トランスを構成する第６および第７の巻線の他端を互いにコモンモードノイズ抑制回路における第３の巻線の一端に接続して、コモンモードノイズ抑制回路に平衡度改善用トランスを一体化するようにしたので、通信帯域におけるノーマルモード信号の減衰をできるだけ防ぎつつ、通信線路の平衡度を改善して、通信線路から発生される放射ノイズを通信帯域全般に亘って抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態に係る平衡化回路は、平衡信号を伝送する通信線路、例えば電力線通信線路上のノイズを低減する手段として利用可能であるほか、平衡信号を伝送するその他の通信線路全般に適用することが可能である。

図１は、本実施の形態に係る平衡化回路１の一構成例を示している。まず図２（Ａ），（Ｂ）を参照してこの平衡化回路の基本概念について説明する。図２（Ａ）は、この平衡化回路１に対する比較例の回路構成を示している。図２（Ａ）の比較例の回路は、コモンモードノイズを抑制するコモンモードノイズ抑制回路１０と、通信線路の平衡度を改善する平衡度改善回路２０とを備えている。コモンモードノイズ抑制回路１０と平衡度改善回路２０は、一対の端子１Ａ，１Ｂと一対の端子２Ａ，２Ｂとの間で直列的に接続され、一対の端子１Ａ，１Ｂと一対の端子２Ａ，２Ｂを介して、例えば電力線通信線路の一対の導電線（ＬラインとＮラインと）に接続される。図２（Ａ）の比較例の回路構成では、コモンモードノイズ抑制回路１０と平衡度改善回路２０とがそれぞれ完全に独立した構成であり、それぞれが独立して動作する。

これに対し、本実施の形態に係る平衡化回路１は、図２（Ｂ）に示したように、コモンモードノイズ抑制回路１０に、平衡度改善回路２０における平衡度改善用トランスＴ３を一体化した構成となっている。このように一体化したことにより、図２（Ａ）に示した単純な組み合わせの回路に比べて信号伝達特性の向上を図ったものである。そこでまず、本実施の形態に係る平衡化回路１の構成の基本となるコモンモードノイズ抑制回路１０と平衡度改善回路２０とについて具体的に説明する。

図３は、コモンモードノイズ抑制回路１０の一構成例を示している。このコモンモードノイズ抑制回路１０は、相殺型のノイズ抑制回路であり、一対の端子１Ａ，１Ｂと、他の一対の端子２Ａ，２Ｂと、端子１Ａ，２Ａ間を接続する第１の導電線３と、端子１Ｂ，２Ｂ間を接続する第２の導電線４とを備えている。このコモンモードノイズ抑制回路１０は、さらに、所定の第１の位置Ｐ１において、第１の導電線３に挿入された第１の巻線Ｗ１と、磁芯１１と、第１の位置Ｐ１に対応する位置において第２の導電線４に挿入されると共に磁芯１１を介して第１の巻線Ｗ１に結合され、第１の巻線Ｗ１と協働してコモンモードノイズを抑制する第２の巻線Ｗ２と、磁芯１１を介して第１の巻線Ｗ１および第２の巻線Ｗ２に結合された第３の巻線Ｗ３とを備えている。巻線Ｗ１，Ｗ２および磁芯１１は、コモンモードチョークコイルを構成している。すなわち、巻線Ｗ１，Ｗ２は、巻線Ｗ１，Ｗ２にノーマルモードの電流が流れたときに各巻線Ｗ１，Ｗ２を流れる電流によって磁芯１１に誘起される磁束が互いに相殺されるような向きに、磁芯１１に巻かれている。これにより、巻線Ｗ１，Ｗ２は、コモンモードノイズを抑制し、ノーマルモードノイズを通過させる。巻線Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３および磁芯１１は、コモンモードノイズ抑制用の第１のトランスＴ１を構成している。

図３に示したコモンモードノイズ抑制回路１０は、さらに、一端が、第１の位置Ｐ１とは異なる第２の位置Ｐ２において第１の導電線３に接続され、他端が第３の巻線Ｗ３の一端に接続された第１のキャパシタＣ１と、一端が第２の位置Ｐ２に対応する位置において第２の導電線４に接続され、他端が第３の巻線Ｗ３の一端に接続された第２のキャパシタＣ２とを備えている。第３の巻線Ｗ３の他端は接地されている。キャパシタＣ１，Ｃ２は、周波数が所定値以上の信号を通過させるハイパスフィルタとして機能する。

図３に示したコモンモードノイズ抑制回路１０は、さらに、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２の間の第３の位置Ｐ３において第１の導電線３に挿入された第４の巻線Ｗ４と、磁芯１２と、第３の位置Ｐ３に対応する位置において第２の導電線４に挿入されると共に磁芯１２を介して第４の巻線Ｗ４に結合され、第４の巻線Ｗ４と協働してコモンモードノイズを抑制する第５の巻線Ｗ５とを備えている。巻線Ｗ４，Ｗ５および磁芯１２は、コモンモードチョークコイル（コモンモードノイズ抑制用の第２のトランスＴ２）を構成している。すなわち、巻線Ｗ４，Ｗ５は、巻線Ｗ４，Ｗ５にノーマルモードの電流が流れたときに各巻線Ｗ４，Ｗ５を流れる電流によって磁芯１２に誘起される磁束が互いに相殺されるような向きに、磁芯１２に巻かれている。これにより、巻線Ｗ４，Ｗ５は、コモンモードノイズを抑制し、ノーマルモードノイズを通過させる。

次に、図３に示したコモンモードノイズ抑制回路１０の作用について説明する。まず、ノイズの発生源が、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２の間の位置を除いて、第１の位置Ｐ１よりも第２の位置Ｐ２に近い位置にある場合について説明する。この場合には、キャパシタＣ１，Ｃ２によって、第２の位置Ｐ２およびこれに対応する位置における導電線３，４上のコモンモードノイズに対応する信号が検出され、さらに、この信号に基づいて、コモンモードノイズに対して逆相となる注入信号が生成される。この注入信号は第３の巻線Ｗ３に供給される。第３の巻線Ｗ３は、第１および第２の巻線Ｗ１，Ｗ２を介して、注入信号を導電線３，４に注入する。これにより、導電線３，４において第１の位置Ｐ１からコモンモードノイズの進行方向の先でコモンモードノイズが抑制される。

また、図３に示したコモンモードノイズ抑制回路１０において、ノイズの発生源が、第１の位置Ｐ１と第２の位置Ｐ２の間の位置を除いて、第２の位置Ｐ２よりも第１の位置Ｐ１に近い位置にある場合には、第１および第２の巻線Ｗ１，Ｗ２を介して第３の巻線Ｗ３によって、第１の位置Ｐ１およびこれに対応する位置における導電線３，４上のコモンモードノイズに対応する信号が検出され、この信号に基づいて注入信号が生成される。この注入信号は、キャパシタＣ１，Ｃ２を経て、第２の位置Ｐ２およびこれに対応する位置において、導電線３，４上のコモンモードノイズに対して逆相になるように注入される。これにより、導電線３，４において第２の位置Ｐ２からコモンモードノイズの進行方向の先でコモンモードノイズが抑制される。

次に、図４を参照して、図３に示したコモンモードノイズ抑制回路１０の作用についてさらに詳しく説明する。図４は、図３に示したコモンモードノイズ抑制回路１０のうち、第１の導電線３を通過する信号の抑制に関わる部分のみ示している。図４に示した回路は、端子１Ａ、２Ａと、第１の巻線Ｗ１と、第３の巻線Ｗ３と、第１のキャパシタＣ１と、第４の巻線Ｗ４とを有している。また、図４に示した回路には、コモンモードノイズ発生源１１８と負荷１１９とが接続されている。コモンモードノイズ発生源１１８は、端子１ＡとグランドＧＮＤとの間に接続され、両者の間に電位差Ｖｉｎを生じさせる。負荷１１９は、端子２ＡとグランドＧＮＤとの間に接続され、インピーダンスＺｏを有している。

図４に示した回路において、第３の巻線Ｗ３のインダクタンスをＬ１１とし、第１の巻線Ｗ１のインダクタンスをＬ１２とし、第１のキャパシタＣ１のキャパシタンスをＣ１とし、第４の巻線Ｗ４のインダクタンスをＬ２１とする。また、第１のキャパシタＣ１および第３の巻線Ｗ３を通過する電流をｉ１とし、この電流ｉ１の経路のインピーダンスの総和をＺ１とする。また、第４の巻線Ｗ４および第１の巻線Ｗ１を通過する電流をｉ２とし、この電流ｉ２の経路のインピーダンスの総和をＺ２とする。

また、第１の巻線Ｗ１と第３の巻線Ｗ３との間の相互インダクタンスをＭとし、両者の結合係数をＫとする。結合係数Ｋは、以下の式（１）で表わされる。なお、√（Ｌ１１・Ｌ１２）は、（Ｌ１１・Ｌ１２）の平方根を示す。

Ｋ＝Ｍ／√（Ｌ１１・Ｌ１２） …（１）

上記インピーダンスの総和Ｚ１、Ｚ２は、それぞれ、以下の式（２）、（３）で表わされる。なお、ｊは√（−１）を表わし、ωはコモンモードノイズの角周波数を表わしている。

Ｚ１＝ｊ（ωＬ１１−１／ωＣ１） …（２）
Ｚ２＝Ｚｏ＋ｊω（Ｌ１２＋Ｌ２１） …（３）

また、電位差Ｖｉｎは、以下の式（４），（５）で表わされる。

Ｖｉｎ＝Ｚ１・ｉ１＋ｊωＭ・ｉ２ …（４）
Ｖｉｎ＝Ｚ２・ｉ２＋ｊωＭ・ｉ１ …（５）

以下、式（２）〜（５）に基づいて、電流ｉ１を含まずに、電流ｉ２を表わす式を求める。そのために、まず、式（４）から次の式（６）を導く。

ｉ１＝（Ｖｉｎ−ｊωＭ・ｉ２）／Ｚ１ …（６）

次に、式（６）を式（５）に代入すると、次の式（７）が得られる。

ｉ２＝Ｖｉｎ（Ｚ１−ｊωＭ）／（Ｚ１・Ｚ２＋ω²・Ｍ²） …（７）

図４に示した回路によってコモンモードノイズを抑制することは、式（７）で表わされる電流ｉ２を小さくすることであるといえる。式（７）によれば、式（７）の右辺の分母が大きくなれば、電流ｉ２は小さくなる。そこで、式（７）の右辺の分母（Ｚ１・Ｚ２＋ω²・Ｍ²）について考察する。

まず、Ｚ１は、式（２）で表わされるため、第３の巻線Ｗ３のインダクタンスＬ１１が大きいほど大きくなると共に、第１のキャパシタＣ１のキャパシタンスＣ１が大きいほど大きくなる。

次に、Ｚ２は、式（３）で表わされるため、第１の巻線Ｗ１のインダクタンスＬ１２と第４の巻線Ｗ４のインダクタンスＬ２１との和が大きいほど大きくなる。従って、インダクタンスＬ１２とインダクタンスＬ２１の少なくとも一方を大きくすれば、電流ｉ２を小さくすることができる。また、式（７）から、第１の巻線Ｗ１だけでもコモンモードノイズを抑制することができるが、第４の巻線Ｗ４を加えることでコモンモードノイズをより抑制することができることが分かる。

また、式（７）の右辺の分母にはω²・Ｍ²が含まれていることから、相互インダクタンスＭを大きくすることにより、電流ｉ２を小さくすることができる。式（１）から分かるように結合係数Ｋは相互インダクタンスＭに比例するため、結合係数を大きくすれば、図４に示した回路によるコモンモード信号の抑制効果が大きくなる。相互インダクタンスＭは、式（７）の右辺の分母中に２乗の形で含まれていることから、結合係数Ｋの値によってコモンモードノイズの抑制効果は大きく変化する。

以上の説明は、図３に示したコモンモードノイズ抑制回路１０のうち、第２の導電線４を通過する信号の抑制に関わる部分についても同様に当てはまる。

また、コモンモードノイズの発生源が、第２の位置Ｐ２よりも第１の位置Ｐ１に近い位置にある場合には、第３の巻線Ｗ３と第１のキャパシタＣ１の役割が、図４を用いた説明とは逆になる。しかし、この場合にも、上記の説明は、同様に当てはまる。

次に、平衡度改善回路２０について具体的に説明する。図５は、平衡度改善回路２０の一構成例を示している。平衡度改善回路２０は、第１の導電線３と第２の導電線４との間に設けられた平衡度改善用トランスＴ３と、平衡度改善用トランスＴ３に対して直列に接続された２つのキャパシタＣ３，Ｃ４とを備えている。平衡度改善用トランスＴ３は、巻数が等しく、互いに結合された第６の巻線Ｗ６および第７の巻線Ｗ７と、これらの巻線Ｗ６，Ｗ７が巻かれる磁心１３とを有している。第６の巻線Ｗ６の一端は、第１の導電線３にキャパシタＣ３を介して接続されている。第７の巻線Ｗ７の一端は、第２の導電線４にキャパシタＣ４を介して接続されている。第６の巻線Ｗ６の他端および第７の巻線Ｗ７の他端は、アースまたはグランド（例えばフレームグランド）に対して接地されている。

キャパシタＣ３，Ｃ４はそれぞれ、ハイパスフィルタを構成している。このハイパスフィルタは、平衡度改善回路２０を電力線通信線路に接続した場合において、電力線通信線路によって輸送される電力の周波数成分が、平衡度改善用トランスＴ３を通過することを阻止するためのものである。よって、キャパシタＣ３，Ｃ４のうちの一方のみをハイパスフィルタとして設けてもよい。

巻線Ｗ６と巻線Ｗ７は、第１および第２の導電線３，４をノーマルモードの信号が通過する場合における相互誘導係数が正となるように結合されている。

次に図６を参照して、この平衡度改善回路２０の作用を説明する。なお、図６において、記号Ｚ１は、平衡度改善回路２０がない場合における第１の導電線３とアースまたはグランドとの間のインピーダンスを表わしている。また、記号Ｚ２は、平衡度改善回路２０がない場合における第２の導電線４とアースまたはグランドとの間のインピーダンスを表わしている。

この平衡度改善回路２０では、第１の導電線３とアースまたはグランドとの間のインピーダンスと、第２の導電線４とアースまたはグランドとの間のインピーダンスとを等しくする。そのために、平衡度改善回路２０は、平衡度改善用トランスＴ３によって図６におけるインピーダンスＺ１，Ｚ２を検出する。すなわち、この平衡度改善回路２０では、第６の巻線Ｗ６側から見た平衡度改善用トランスＴ３のインピーダンスが、平衡度改善用トランスＴ３がない場合における第２の導電線４とアースまたはグランドとの間のインピーダンスＺ２と等しくなる。また、第７の巻線Ｗ７側から見た平衡度改善用トランスＴ３のインピーダンスが、平衡度改善用トランスＴ３がない場合における第１の導電線３とアースまたはグランドとの間のインピーダンスＺ１と等しくなる。その結果、平衡度改善回路２０を設けた場合の第１の導電線３とアースまたはグランドとの間のインピーダンスは、平衡度改善回路２０を設けた場合の第２の導電線４とアースまたはグランドとの間のインピーダンスと等しくなる。従って、この平衡度改善回路２０によれば、第１および第２の導電線３，４の平衡度を改善して、第１および第２の導電線３，４から発生される放射ノイズを抑制することができる。

なお、この平衡度改善回路２０では、第１および第２の導電線３，４をノーマルモードの信号が通過する場合には平衡度改善用トランスＴ３の相互誘導係数は正となり、第１および第２の導電線３，４をコモンモードの信号が通過する場合には平衡度改善用トランスＴ３の相互誘導係数は負となる。すなわち、この場合には、第１および第２の導電線３，４をノーマルモードの信号が通過する際に、巻線Ｗ６，Ｗ７のインピーダンスは大きくなる。この平衡度改善回路２０では、第１および第２の導電線３，４をノーマルモードの信号が通過する際に、アースまたはグランドと第１の導電線３との間の電位差と、第２の導電線４とアースまたはグランドとの間の電位差とが、共にＶ／２となる。従って、この平衡度改善回路２０では、ノーマルモードの通信信号を伝送することに支障はない。

次に、図１の本実施の形態に係る平衡化回路１について説明する。この平衡化回路１は、図３に示したコモンモードノイズ抑制回路１０に、図５に示した平衡度改善回路２０における平衡度改善用トランスＴ３を挿入して一体化した構成となっている。より具体的には、平衡度改善用トランスＴ３が、コモンモードノイズ抑制回路１０における第１のキャパシタＣ１と第２のキャパシタＣ２との間に挿入されている。これにより、平衡度改善用トランスＴ３における第６の巻線Ｗ６の一端が、第１のキャパシタＣ１を介して第１の導電線３に接続されている。また、平衡度改善用トランスＴ３における第７の巻線Ｗ７の一端が、第２のキャパシタＣ２を介して第２の導電線４に接続されている。第６の巻線Ｗ６の他端および第７の巻線Ｗ７の他端は互いに、コモンモードノイズ抑制回路１０における第３の巻線Ｗ３の一端に接続されている。

従って、図３に示したコモンモードノイズ抑制回路１０では第１および第２のキャパシタＣ１，Ｃ２の他端が、第３の巻線Ｗ３の一端に直接的に接続されていたが、図１の平衡化回路１では、第１および第２のキャパシタＣ１，Ｃ２の他端が、平衡度改善用トランスＴ３を介して第３の巻線Ｗ３の一端に接続されている。

図７（Ａ），（Ｂ）は、図１の平衡化回路１におけるコモンモードノイズ抑制用の第１および第２のトランスＴ１，Ｔ２と平衡度改善用トランスＴ３との好ましい配置状態の一例を示している。また図８（Ａ），（Ｂ）は、図７（Ａ），（Ｂ）の配置状態に対する比較例の配置状態を示している。図７（Ａ）および図８（Ａ）は、上面方向から見た配置を示し、図７（Ｂ）および図８（Ｂ）は、側面方向から見た配置を示している。

トランスＴ１，Ｔ２，Ｔ３は、例えばトロイダル型のコイルで形成されている。この場合、特にコモンモードノイズ抑制用の第１のトランスＴ１と第２のトランスＴ２とが、互いに異なる向きに配置されていることが好ましい。具体的には、第１および第２のトランスＴ１，Ｔ２の磁束の向きを４５°以上ずらして配置することが好ましい。特に、例えば図７（Ａ），（Ｂ）に示したように、第２のトランスＴ２を第１のトランスＴ１に対して垂直となるように配置することがより好ましい。これにより、図８（Ａ），（Ｂ）に示したように互いに同一の向き（互いに平行）に配置した場合に比べてノイズ抑制効果を大幅に上げることができる。なお、図７（Ａ），（Ｂ）では、第２のトランスＴ２の向きを他のトランスＴ１，Ｔ３に対して変えているが、第１のトランスＴ１の向きをトランスＴ２，Ｔ３に対して変えるようにしてもよい。すなわち、図７（Ａ），（Ｂ）に示した配置に対して第１のトランスＴ１と第２のトランスＴ２とを互いに入れ替えたような配置状態であってもよい。

図１の平衡化回路１では、第１のトランスＴ１が、ノイズ抑制の主の働きをし、第２のトランスＴ２が補助の働きをする。このため、トランスＴ１，Ｔ２を近接して配置すると、それぞれのトランスＴ１，Ｔ２が発生する外部磁場Φ１，Φ２が干渉し合いノイズ抑制効果を低減させるおそれがある。図８（Ａ），（Ｂ）に示したように互いに平行に配置した場合であっても、互いの距離を十分に取れば外部磁場Φ１，Φ２の干渉を防止できる。しかしながら、その場合、設置面積が大きくなってしまい好ましくない。図７（Ａ），（Ｂ）の配置であれば、トランスＴ１，Ｔ２間の距離を離すことなく互いに直近に配置して設置面積を小さく抑えつつ、外部磁場Φ１，Φ２の干渉を防止できる。

また、トランスＴ１，Ｔ２の少なくともいずれか一方を磁気的に遮蔽シールド（内面は絶縁）することにより、さらに外部磁場Φ１，Φ２の干渉を防止してノイズ抑制効果を上げることができる。このシールドは、ＧＮＤに落とさず、浮かした状態がよい。

次に、図１の平衡化回路１の作用、効果について説明する。この平衡化回路１では、コモンモードノイズ抑制回路１０に平衡度改善用トランスＴ３が一体化されていることで、コモンモードノイズ抑制回路１０と平衡度改善回路２０との長所を組み合わせた形となり、従来に比べて、通信帯域におけるノーマルモード信号をほとんど減衰させずに、通信線路の平衡度が大きく改善されると共に、放射ノイズについても通信帯域全般において抑制される。

特に、平衡度改善用トランスＴ３における第６の巻線Ｗ６の一端が、コモンモードノイズ抑制回路１０における第１のキャパシタＣ１に接続され、第７の巻線Ｗ７の一端が、コモンモードノイズ抑制回路１０における第２のキャパシタＣ２に接続され、かつ、第６の巻線Ｗ６の他端および第７の巻線Ｗ７の他端が互いに、コモンモードノイズ抑制回路１０における第３の巻線Ｗ３の一端に接続されていることで、コモンモードノイズ抑制回路１０に平衡度改善回路におけるオートトランスの効果を持たせることができ、平衡度の改善が図られる。

また、図３のコモンモードノイズ抑制回路１０単体の場合には、第１および第２のキャパシタＣ１，Ｃ２の間が第３の巻線Ｗ３を介して接地されたショートモードに近い状態になっていたが、図１の平衡化回路１の場合には、第１および第２のキャパシタＣ１，Ｃ２の間に平衡度改善用トランスＴ３を挿入していることで、第１および第２の導電線３，４の間に相応のインピーダンス（例えば１０Ω〜１０ｋΩ程度）を持たせることができるため、図３のショートモードに近い状態をなくすことができる。これにより、ノーマルモード信号の減衰を抑えることができる。

図９は、図１の平衡化回路１のコモンモード信号の伝達特性の一例を示している。また図１０は、ノーマルモード信号の伝達特性の一例を示している。縦軸は減衰量（ｄＢ）、横軸は周波数（Ｈｚ）を表す。図示したように、この平衡化回路１によれば、コモンモード信号については十分な減衰量が得られている一方、ノーマルモード信号については減衰が十分抑えられている。

図１１は、図１の平衡化回路１における縦方向変換損（ＬＣＬ：Longitudinal Conversion Loss）の周波数特性の改善度を示している。実線は、平衡化回路１を設けなかった場合におけるＬＣＬ特性を示し、破線は、平衡化回路１を設けた場合のＬＣＬ特性を示す。このＬＣＬ特性は、第１および第２の導電線３，４に同一の電圧を印加したときの印加電圧と、第１の導電線３と第２の導電線４との不平衡に起因して発生する第１の導電線３と第２の導電線４との電位差との比をデシベル（ｄＢ）で表わしたものである。ＬＣＬの値は、通信線路の平衡度を表わす指標となり、値が大きいほど平衡度が高い。図示したように、この平衡化回路１では、ＬＣＬの値が大きく、ＬＣＬ特性が十分改善され、平衡度が高くなっている。

図１２は、図１の平衡化回路１における放射ノイズの周波数特性の改善度を示している。符号１２０を付した線は、図１の平衡化回路１を設けた場合における通信線路からの放射ノイズを示す。符号１２１を付した線は、平衡度改善回路２０のみを設けた場合における通信線路からの放射ノイズを示す。また符号１２２を付した線は、ノイズ抑制用の回路を何も設けなかった場合における通信線路からの放射ノイズを示す。図示したように、この平衡化回路１では、平衡度改善回路２０のみを設けた場合と比べても、放射ノイズが十分低減されている。

なお、図９〜図１２における平衡化回路１の特性はいずれも、トランスＴ１，Ｔ２，Ｔ３を、図７（Ａ），（Ｂ）に示した配置状態にした場合の特性である。

図１３および図１４は、トランスＴ１，Ｔ２，Ｔ３の配置状態の違い、およびシールドの有無による信号の伝達特性を調べたものである。すなわち、各トランスＴ１，Ｔ２，Ｔ３を磁気的に遮蔽シールド処理した場合と、遮蔽シールド処理せずに図７（Ａ），（Ｂ）に示したように第２のトランスＴ２を第１のトランスＴ１に対して垂直に配置した場合と、遮蔽シールド処理せずに図８（Ａ），（Ｂ）に示したように各トランスＴ１，Ｔ２，Ｔ３を互いに平行に配置した場合とについて、それぞれの信号の伝達特性を調べた。図１３はコモンモード信号の特性、図１４はノーマルモード信号の特性を示す。図示したように、垂直に配置するか、遮蔽シールド処理をすることで、信号の伝達特性が改善される。

図１５および図１６は、図３のコモンモードノイズ抑制回路１０単体でのコモンモード信号、およびノーマルモード信号の伝達特性の一例を示している。縦軸は減衰量（ｄＢ）、横軸は周波数（Ｈｚ）を表す。この場合、図１５に示したように、コモンモード信号については十分な減衰量が得られている。しかしながら、図１６に示したように、ノーマルモード信号についても特に高周波領域で減衰が生じてしまっている。このように、コモンモードノイズ抑制回路１０単体では、ノーマルモード信号にも減衰が生じてしまっているので、特にノーマルモード信号によって通信を行っている電力線通信においては、その通信信号成分に悪影響を与えてしまう。

図１７および図１８は、図５の平衡度改善回路２０単体でのコモンモード信号、およびノーマルモード信号の伝達特性の一例を示している。縦軸は減衰量（ｄＢ）、横軸は周波数（Ｈｚ）を表す。この場合、図１８に示したように、ノーマルモード信号の減衰は比較的抑えられているが、図１７に示したように、コモンモード信号については十分な減衰量が得られていない。

図１９および図２０は、図１の平衡化回路１と、図２（Ａ）に示したようにコモンモードノイズ抑制回路１０と平衡度改善回路２０とを単純に組み合わせた場合とにおける信号の伝達特性を比較したものである。図１９はコモンモード信号の伝達特性、図２０はノーマルモード信号の伝達特性を示す。図１９および図２０において、符号１９０，２００を付した線は図１の平衡化回路１の特性を示し、符号１９１，２０１を付した線は図２（Ａ）の単純な組み合わせ回路での特性を示す。図２０から分かるように、図２（Ａ）の単純な組み合わせ回路では、ノーマルモード信号の減衰が生じてしまっており、特にノーマルモード信号によって通信を行っている電力線通信には実用的ではない。これに対し、図１の平衡化回路１では、ノーマルモード信号については減衰が十分抑えられており、電力線通信には実用上、まったく問題ない特性が得られている。

このように、本実施の形態に係る平衡化回路１によれば、コモンモードノイズ抑制回路１０と平衡度改善回路２０とを単純に組み合わせた回路構成に比べて、電力線通信等に有利な顕著な効果が得られている。

本発明の一実施の形態に係る通信線路における平衡化回路の一構成例を示す回路図である。本発明の一実施の形態に係る通信線路における平衡化回路の概念を説明するためのフロック図である。コモンモードノイズ抑制回路の構成を示す回路図である。コモンモードノイズ抑制回路の作用を説明するための図である。平衡度改善回路の構成を示す回路図である。平衡度改善回路の作用を説明するための図である。本発明の一実施の形態に係る通信線路における平衡化回路の各トランスの第１の配置例を示す説明図である。本発明の一実施の形態に係る通信線路における平衡化回路の各トランスの第２の配置例を示す説明図である。本発明の一実施の形態に係る通信線路における平衡化回路のコモンモード信号の伝達特性を示す特性図である。本発明の一実施の形態に係る通信線路における平衡化回路のノーマルモード信号の伝達特性を示す特性図である。本発明の一実施の形態に係る通信線路における平衡化回路のＬＣＬ特性の改善度を説明するための特性図である。本発明の一実施の形態に係る通信線路における平衡化回路の放射ノイズの改善度を説明するための特性図である。本発明の一実施の形態に係る通信線路における平衡化回路のトランス配置およびシールドによる効果を説明するためのコモンモード信号の特性図である。本発明の一実施の形態に係る通信線路における平衡化回路のトランス配置およびシールドによる効果を説明するためのノーマルモード信号の特性図である。コモンモードノイズ抑制回路単体でのコモンモード信号の伝達特性を示す特性図である。コモンモードノイズ抑制回路単体でのノーマルモード信号の伝達特性を示す特性図である。平衡度改善回路単体でのコモンモード信号の伝達特性を示す特性図である。平衡度改善回路単体でのノーマルモード信号の伝達特性を示す特性図である。平衡度改善回路とコモンモードノイズ抑制回路とを単純に組み合わせた場合との差異を説明するためのコモンモード信号の特性図である。平衡度改善回路とコモンモードノイズ抑制回路とを単純に組み合わせた場合との差異を説明するためのノーマルモード信号の特性図である。

符号の説明

１…平衡化回路、３，４…導電線、１０…コモンモードノイズ抑制回路、１１，１２，１３…磁芯、２０…平衡度改善回路、Ｃ１…第１のキャパシタ、Ｃ２…第２のキャパシタ、Ｔ１…第１のトランス、Ｔ２…第２のトランス、Ｔ３…平衡度改善用トランス、Ｗ１…第１の巻線、Ｗ２…第２の巻線、Ｗ３…第３の巻線、Ｗ４…第４の巻線、Ｗ５…第５の巻線、Ｗ６…第６の巻線、Ｗ７…第７の巻線。

Claims

第１および第２の導電線を含む通信線路を平衡化する回路であって、
前記第１および第２の導電線を同じ位相で伝搬するコモンモードノイズを抑制するコモンモードノイズ抑制回路と、
前記第１および第２の導電線の平衡度を改善する平衡度改善用トランスと
を備え、
前記コモンモードノイズ抑制回路は、
所定の第１の位置において前記第１の導電線に挿入された第１の巻線と、
前記第１の位置に対応する位置において前記第２の導電線に挿入されると共に、前記第１の巻線と協働してコモンモードノイズを抑制する第２の巻線と、
前記第１の巻線および第２の巻線に結合された第３の巻線と、
一端が前記第１の位置とは異なる第２の位置において前記第１の導電線に接続され、他端が前記平衡度改善用トランスを介して前記第３の巻線の一端に接続された第１のキャパシタと、
一端が前記第２の位置に対応する位置において前記第２の導電線に接続され、他端が前記平衡度改善用トランスを介して前記第３の巻線の一端に接続された第２のキャパシタと、
前記第１の位置と前記第２の位置との間の第３の位置において前記第１の導電線に挿入された第４の巻線と、
前記第３の位置に対応する位置において前記第２の導電線に挿入されると共に、前記第４の巻線に結合され、前記第４の巻線と協働して、前記第１の位置と前記第２の位置との間において前記コモンモードノイズを低減する第５の巻線とを有し、
前記平衡度改善用トランスは、
前記コモンモードノイズ抑制回路における前記第１のキャパシタと前記第２のキャパシタとの間に挿入され、互いに巻数が等しく、かつ互いに結合された第６および第７の巻線を有し、
前記第６の巻線の一端は前記第１のキャパシタを介して前記第１の導電線に接続され、前記第７の巻線の一端は前記第２のキャパシタを介して前記第２の導電線に接続され、前記第６の巻線の他端、および前記第７の巻線の他端は互いに前記第３の巻線の一端に接続されている
ことを特徴とする通信線路における平衡化回路。
前記コモンモードノイズ抑制回路は、
前記第１の巻線、前記第２の巻線、および前記第３の巻線を含むコモンモードノイズ抑制用の第１のトランスと、
前記第４の巻線および前記第５の巻線を含むコモンモードノイズ抑制用の第２のトランスとを有し、
前記第１のトランスと前記第２のトランスとが、互いに異なる向きに配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の通信線路における平衡化回路。