JP2012160810A - コモンモードノイズフィルタ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、コモンモードノイズおよびノーマルモードノイズを広い周波数帯域で大きく減衰させ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。
【解決手段】本発明のコモンモードノイズフィルタは、第１のコイル導体１１と第２のコイル導体１２とを接続する第１のローパスフィルタ部１５と、第３のコイル導体１３と第４のコイル導体１４とを接続する第２のローパスフィルタ部１６を形成し、さらに、この第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６を、所望の周波数において、第１のコモンモードフィルタ１７と第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６との接続点の位相を、第２のコモンモードフィルタ１８と第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６との接続点の位相よりも０度より大きくかつ９０度以下の位相量で変化させることができる位相調整機能をもたせるようにしたものである。
【選択図】図１

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コモンモードノイズフィルタに関するものである。

従来のこの種のコモンモードノイズフィルタは、図１９に示すように、第１〜第５の絶縁体層１ａ〜１ｅと、第２の絶縁体層１ｂ上に形成された第１、第２のコイル導体２、３と、第３の絶縁体層１ｃ上に形成された第３、第４のコイル導体４、５と、第１のコイル導体２と第２のコイル導体３とを接続する第１の接続導体６と、第３のコイル導体４と第４のコイル導体５とを接続する第２の接続導体７とを備えていた。

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

特開２００７−１８１１６９号公報

近年、携帯電話等にデジタルインターフェイスが搭載され、携帯電話で通信に使われる８００ＭＨｚ帯や２ＧＨｚ帯近傍のコモンモードノイズ低減が望まれている。それ以外にも携帯電話の中では、様々なインターフェイス（ＨＤＭＩ、ＵＳＢ等）や無線機能（無線ＬＡＮ等）が搭載されており、コモンモードノイズだけでなくノーマルモードのノイズも広い周波数帯域で除去することが望まれている。

しかしながら、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の接続導体６、第２の接続導体７を介して単にコモンモードフィルタを２つ直列接続させた特性しか得られず、コモンモードノイズの減衰量が大きく取れないという課題を有していた。

また、図２０のように第１の接続導体６、第２の接続導体７ではなく位相線路８を介してコイル導体同士を直列接続させることも考えられるが、この場合、ノーマルモードノイズの減衰量が大きく取れず、さらに、高周波領域ではコモンモード減衰量が取れないという課題を有していた。

なぜなら、図２０において、第１、第３のコイル導体２、４と位相線路８との接続点から第２、第４のコイル導体３、５で構成されるコモンモードフィルタ側をみた場合、コモンインピーダンスが容量性に見える周波数領域では、図２０のコモンモードフィルタ全体は、コモンモードに対しては等価的にＬＣフィルタとして働くため、コモンモード減衰量が大きくなるが、周波数が増加し前記コモンモードインピーダンスがショート状態になる周波数より高い周波数領域になると誘導性に戻るため、等価的に１段のＬフィルタとしてしか働かなくなるとともに、各コイル導体の自己共振点を越え、これにより、コモンモード減衰量が悪くなるからである。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、コモンモードノイズおよびノーマルモードノイズを広い周波数帯域で大きく減衰させ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。

上記目的を達成するために本発明は、以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、積層体と、この積層体の内部に形成された第１〜第４のコイル導体と、前記積層体の端部に設けられかつ前記第１〜第４のコイル導体の一端部にそれぞれ接続された第１〜第４の外部電極と、前記第１のコイル導体と前記第２のコイル導体との間に接続された第１のローパスフィルタ部と、前記第３のコイル導体と前記第４のコイル導体との間に接続された第２のローパスフィルタ部とを備え、前記第１のコイル導体と前記第３のコイル導体とが磁気結合し、かつ前記第２のコイル導体と前記第４のコイル導体とが磁気結合するようにそれぞれ上下方向に積層するとともに、前記第１のコイル導体と第３のコイル導体とで第１のコモンモードフィルタを構成し、前記第２のコイル導体と第４のコイル導体とで第２のコモンモードフィルタを構成し、前記第１、第２のローパスフィルタ部はそれぞれ、少なくとも１つのスパイラル状のコイル部と、グランド接続された第１の金属層を有するコンデンサ部とで構成し、前記第１、第２のローパスフィルタ部で構成される１対のディファレンシャル回路の特性インピーダンスを、ディファレンシャル信号の通過周波数帯域において第１のコモンモードフィルタおよび第２のコモンモードフィルタの特性インピーダンスと略同一とし、さらに、所望の周波数において、前記第１、第３のコイル導体と前記第１、第２のローパスフィルタ部との接続点の位相を、前記第２、第４のコイル導体と前記第１、第２のローパスフィルタ部との接続点の位相よりも０度より大きくかつ９０度以下の位相量で変化させることができるように前記第１、第２のローパスフィルタ部のコイル部とコンデンサ部の定数を調整したもので、この構成によれば、第１のコモンモードフィルタと第１、第２のローパスフィルタ部の接続点において、第２のコモンモードフィルタ側をみた場合のコモンモードインピーダンスを誘導性高インピーダンス状態から容量性低インピーダンス状態とすることができるため、第１のコモンモードフィルタと第１、第２のローパスフィルタ部の接続点において第２のコモンモードフィルタ側をみた場合の、第１、第２のローパスフィルタ部を含む第２のコモンモードフィルタのコモンモードインピーダンスは対地間に接続された容量性素子（キャパシタンス）として働き、これにより、コモンモードに対して、第１のコモンモードフィルタ、第１、第２のローパスフィルタ部および第２のコモンモードフィルタの直列接続回路全体としては等価的にＬＣフィルタとして働くため、大きなコモンモードの減衰量が得られ、また、さらに高い周波数領域においても、第１、第２のローパスフィルタ部の減衰効果によりコモンモード減衰量を得ることができ、これにより広い周波数帯域でコモンモードノイズ減衰特性を得ることができる。さらに、ディファレンシャルモードに対しては、第１のコモンモードフィルタ、第１、第２のローパスフィルタ部および第２のコモンモードフィルタの特性インピーダンスがディファレンシャル信号の通過帯域では整合されて接続されているため、ディファレンシャルモードの損失を抑えることができ、そして、ディファレンシャル信号の通過帯域以上の周波数領域では第１、第２のローパスフィルタ部の減衰効果によりノーマルモード減衰量をも得ることができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、第１、第２のローパスフィルタ部のコイル部を少なくとも１つの非磁性体層に形成するように構成したもので、この構成によれば、コイル部が磁性体にすべて覆われていないため、磁性体の透磁率の大きな周波数依存性により低周波でのインダクタ成分が大きくなりすぎるのを防止でき、これにより、ディファレンシャルモードでの特性インピーダンスの整合調整が容易になるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、第１、第２のローパスフィルタ部をそれぞれ、コイル部と、このコイル部に上面視にて対向する第１の金属層とで構成したもので、この構成によれば、コイル部と第１の金属層との間に浮遊容量が連続的に形成されるため、等価的に分布定数型ローパスフィルタが構成され、これにより、他の金属層を形成してコンデンサ部を構成する必要がなくなり、これにより、積層数を削減することができるため、コスト削減と薄層化を実現できるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項４に記載の発明は、特に、第１の金属層が上面視にて第１〜第４のコイル導体も覆うようにしたもので、この構成によれば、金属層と第１〜第４のコイル導体との間に大きな浮遊容量を発生させることができるため、高周波帯域のコモンモードノイズを大きく減衰させることができるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明のコモンモードノイズフィルタは、磁気結合された第１のコイル導体と第３のコイル導体から構成される第１のコモンモードフィルタと、磁気結合された第２のコイル導体と第４のコイル導体から構成される第２のコモンモードフィルタとの間に接続される第１、第２のローパスフィルタ部を有し、さらに、この第１、第２のローパスフィルタ部を、所望の周波数において、第１のコモンモードフィルタと第１、第２のローパスフィルタ部との接続点の位相を、第２のコモンモードフィルタと第１、第２のローパスフィルタ部との接続点の位相よりも０度より大きくかつ９０度以下の位相量で変化させることができるように第１、第２のローパスフィルタ部におけるコイル部とコンデンサ部の定数を調整することで位相調整機能を持たせているため、第１のコモンモードフィルタと第１、第２のローパスフィルタ部の接続点から第２のコモンモードフィルタ側をみた場合でのコモンモードインピーダンスを誘導性高インピーダンス状態から容量性低インピーダンス状態とすることができ、これにより、コモンモードに対しては第１、第２のローパスフィルタ部を含む第２のコモンモードフィルタは対地間に接続された容量性素子（キャパシタンス）として働くため、コモンモードに対して、第１のコモンモードフィルタ、第１、第２のローパスフィルタ部および第２のコモンモードフィルタの直列接続回路全体としては等価的にＬＣフィルタとして働き、さらに高い周波数領域においても、第１、第２のローパスフィルタ部の減衰効果によりコモンモード減衰量を得ることができ、これにより広い周波数帯域でコモンモードノイズ減衰特性を得ることができる。さらに、ディファレンシャルモードに対しては、第１のコモンモードフィルタ、第１、第２のローパスフィルタ部および第２のコモンモードフィルタの特性インピーダンスがディファレンシャル信号の通過帯域で整合されて接続されているためディファレンシャルモードの損失を抑えることができ、そして、ディファレンシャル信号の通過帯域以上の周波数領域では第１、第２のローパスフィルタ部の減衰効果によりノーマルモード減衰量をも得ることができるという優れた効果を奏するものである。

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分解斜視図 同コモンモードノイズフィルタの斜視図 同コモンモードノイズフィルタの等価回路図 同コモンモードノイズフィルタの等価回路図 同コモンモードノイズフィルタのローパスフィルタ部のみ、および位相線路接続の位相線路のみの挿入損失特性を示す図 同コモンモードノイズフィルタのローパスフィルタ部のみ、および位相線路接続の位相線路のみの位相特性を示す図 同コモンモードノイズフィルタの第１、第２のローパスフィルタ部のみで構成された１対のディファレンシャル回路、および位相線路接続の位相線路のみで構成された１対のディファレンシャル回路のディファレンシャルモード挿入損失と周波数との関係を示す図 同コモンモードノイズフィルタの第１、第２のローパスフィルタ部のみで構成された１対のディファレンシャル回路、および位相線路接続の位相線路で構成された１対のディファレンシャル回路のコモンモード減衰特性と周波数の関係を示す図 図４における点Ａから第２のコモンモードフィルタ側を見たディファレンシャルモードのインピーダンスを示すスミスチャート 図４における点Ａから第２のコモンモードフィルタ側を見たコモンモードのインピーダンスを示すスミスチャート 第１のコモンモードフィルタのみのディファレンシャルモードのインピーダンスを示すスミスチャート 第１のコモンモードフィルタのみのコモンモードのインピーダンスを示すスミスチャート 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および位相線路接続で構成した場合のコモンモードノイズフィルタの周波数とディファレンシャルモード減衰量との関係を示す図 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、位相線路接続で構成した場合のコモンモードノイズフィルタ、および単純接続で構成した場合のコモンモードノイズフィルタの周波数とコモンモード減衰量の関係を示す図 同コモンモードノイズフィルタの他の例を示す分解斜視図 同コモンモードノイズフィルタの他の例の等価回路図 同コモンモードノイズフィルタ、および同コモンモードノイズフィルタの他の例の周波数とコモンモード減衰量の関係を示す図 本発明の実施の形態２におけるコモンモードノイズフィルタの分解斜視図 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において位相線路を設けた場合の等価回路図

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１、２，４に記載の発明について説明する。

図１は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分解斜視図、図２は同コモンモードノイズフィルタの斜視図、図３、図４は同コモンモードノイズフィルタの等価回路図である。

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は、図１、図２に示すように、積層体１０と、この積層体１０の内部に形成された第１〜第４のコイル導体１１〜１４と、前記第１のコイル導体１１と前記第２のコイル導体１２とを接続する第１のローパスフィルタ部１５と、前記第３のコイル導体１３と前記第４のコイル導体１４とを接続する第２のローパスフィルタ部１６とを備え、前記第１のコイル導体１１と前記第３のコイル導体１３とが磁気結合し、かつ前記第２のコイル導体１２と前記第４のコイル導体１４とが磁気結合するようにそれぞれ上下方向に積層するとともに、前記第１のコイル導体１１と第３のコイル導体１３とで第１のコモンモードフィルタ１７を構成し、前記第２のコイル導体１２と第４のコイル導体１４とで第２のコモンモードフィルタ１８を構成しており、第１のコモンモードフィルタ１７と第２のコモンモードフィルタ１８が第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６を介して直列に接続されている。

また、前記第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６はそれぞれ、スパイラル状のコイル部１９ａとコンデンサ部１９ｂとで構成され、このコンデンサ部１９ｂは、グランドに接続された第１の金属層２０と、前記第１、第２のコモンモードフィルタ１７、１８との間に形成された第２の金属層２１からなり、この第２の金属層２１の一部と第１の金属層２０が対向するように構成されている。

上記構成において、前記第１〜第４のコイル導体１１〜１４は、積層体１０の内部において、それぞれ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形成されている。そして、第１、第２のコイル導体１１、１２は、ともに第１の絶縁体層２２ａの上面に形成され、第３、第４のコイル導体１３、１４は、ともに第２の絶縁体層２２ｂの上面に形成されている。なお、第１〜第４のコイル導体１１〜１４の渦巻きの中心部に磁性材料からなる磁性体部（図示せず）を設けてもよい。

さらに、前記第１〜第４のコイル導体１１〜１４の一端部１１ａ〜１４ａ（図１では第４のコイル導体１４の一端部１４ａは絶縁体層に隠れて見えない）は、それぞれ積層体１０の端部に設けられた第１〜第４の外部電極２３〜２６と接続されている。

また、第１のコイル導体１１の他端部１１ｂ、第２のコイル導体１２の他端部１２ｂは、第１のローパスフィルタ部１５を介して接続されている。

ここで、前記第１のローパスフィルタ部１５は、第３の絶縁体層２２ｃの上面に設けられたスパイラル状のコイル部１９ａ、およびコンデンサ部１９ｂで構成されている。そして、このコンデンサ部１９ｂは、コイル部１９ａと前記第１、第２のコモンモードフィルタ１７、１８（第１のコイル導体１１、第２のコイル導体１２）との間の第４の絶縁体層２２ｄの上面に形成された２つの第２の金属層２１、およびこの２つの第２の金属層２１とそれぞれと対向するように構成された第１の金属層２０からなる。また、この第１の金属層２０は、コイル部１９ａと２つの第２の金属層２１との間の第５の絶縁体層２２ｅの上面、および２つの第２の金属層２１と第１、第２のコイル導体１１、１２との間の第６の絶縁体層２２ｆの上面にそれぞれ形成されている。なお、第６の絶縁体層２２ｆの上面に形成された第１の金属層２０と第１の絶縁体層２２ａとの間には第７の絶縁体層２２ｇが形成されている。

このとき、第１のコイル導体１１の他端部１１ｂと第２の金属層２１とが接続され、この第２の金属層２１とコイル部１９ａとが接続され、このコイル部１９ａと他方の第２の金属層２１とが接続され、この他方の第２の金属層２１と第２のコイル導体１２の他端部１２ｂとが接続されて、第１のコイル導体１１、第２の金属層２１、コイル部１９ａ、他方の第２の金属層２１、第２のコイル導体１２の順に直列に接続される。

また、第１のコイル導体１１の他端部１１ｂと第２の金属層２１との接続は、第１の絶縁体層２２ａ、第７の絶縁体層２２ｇ、第６の絶縁体層２２ｆに形成された第１のビア電極２７ａを介してなされる。さらに、第２の金属層２１とコイル部１９ａとの接続は、第４の絶縁体層２２ｄ、第５の絶縁体層２２ｅに形成された第２のビア電極２７ｂを介してなされる。そして、コイル部１９ａと他方の第２の金属層２１との接続は、第４の絶縁体層２２ｄ、第５の絶縁体層２２ｅに形成された第３のビア電極２７ｃを介してなされる。さらにまた、この他方の第２の金属層２１と第２のコイル導体１２の他端部１２ｂとの接続は、第１の絶縁体層２２ａ、第７の絶縁体層２２ｇ、第６の絶縁体層２２ｆに形成された第４のビア電極２７ｄを介してなされる。

さらに、第３のコイル導体１３の他端部１３ｂ、第４のコイル導体１４の他端部１４ｂは、第２のローパスフィルタ部１６を介して接続されている。

ここで、前記第２のローパスフィルタ部１６は、第１のローパスフィルタ部１５と同様に、第８の絶縁体層２２ｈの上面に設けられたスパイラル状のコイル部１９ａ、およびコンデンサ部１９ｂで構成されている。そして、このコンデンサ部１９ｂは、コイル部１９ａと前記第１、第２のコモンモードフィルタ１７、１８（第３のコイル導体１３、第４のコイル導体１４）との間の第９の絶縁体層２２ｉの上面に形成された２つの第２の金属層２１、およびこの２つの第２の金属層２１と対向するように構成された第１の金属層２０からなる。また、この第１の金属層２０は、コイル部１９ａと２つの第２の金属層２１との間の第１０の絶縁体層２２ｊの上面、および２つの第２の金属層２１と第３、第４のコイル導体１３、１４との間の第１１の絶縁体層２２ｋの上面にそれぞれ形成されている。なお、第１１の絶縁体層２２ｋと第３、第４のコイル導体１３、１４との間には第１２の絶縁体層２２ｌが、コイル部１９ａの上面には第１３の絶縁体層２２ｍが形成されている。

また、第３のコイル導体１３の他端部１３ｂと第２の金属層２１との接続は、第１２の絶縁体層２２ｌ、第１１の絶縁体層２２ｋ、第９の絶縁体層２２ｉに形成された第５のビア電極２７ｅを介してなされる。さらに、第２の金属層２１とコイル部１９ａとの接続は、第１０の絶縁体層２２ｊ、第８の絶縁体層２２ｈに形成された第６のビア電極２７ｆを介してなされる。そして、コイル部１９ａと他方の第２の金属層２１との接続は、第１０の絶縁体層２２ｊ、第８の絶縁体層２２ｈに形成された第７のビア電極２７ｇを介してなされる。さらにまた、この他方の第２の金属層２１と第４のコイル導体１４の他端部１４ｂとの接続は、第１２の絶縁体層２２ｌ、第１１の絶縁体層２２ｋ、第９の絶縁体層２２ｉに形成された第８のビア電極２７ｈを介してなされる。

すなわち、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６は、それぞれコイル部１９ａによってインダクタが構成され、第１の金属層２０と第２の金属層２１とによってコンデンサ部１９ｂが２つ構成される。これにより、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６は、３素子からなるパイ型のＬＣフィルタとなっている。さらに、第１のローパスフィルタ部１５と第２のローパスフィルタ部１６の構成は略同一となっている。

なお、第２の金属層２１と第１〜第８のビア電極２７ａ〜２７ｈとが電気的に接続されないようになっている。そして、第１〜第８のビア電極２７ａ〜２７ｈは、絶縁体層の所定の位置に、レーザで孔あけ加工をし、この孔に銀を充填して形成する。ここで、図１ではビア電極の一部は絶縁体層に隠れて見えなくなっている。

また、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６においては、コイル部１９ａのＬ値や第１の金属層２０と第２の金属層２１間のコンデンサ部１９ｂのＣ値を調整し、所望の周波数において、第１のコイル導体１１と第１のローパスフィルタ部１５との接続点および第３のコイル導体１３と第２のローパスフィルタ部１６との接続点（図４における点Ａ）の位相を、第２のコイル導体１２と第１のローパスフィルタ部１５との接続点および第４のコイル導体１４と第２のローパスフィルタ部１６との接続点（図４における点Ｂ）の位相よりも０度より大きくかつ９０度以下の位相量で変化させることができるように位相調整機能を持たせている。

このとき、Ｌ値はコイル部１９ａの巻き数によって調整し、Ｃ値は第１の金属層２０と第２の金属層２１間の距離、第１の金属層２０と第２の金属層２１との対向面積、あるいは第１の金属層２０と第２の金属層２１との間に位置する絶縁体層の誘電率によって調整する。

また、前記所望の周波数における位相量９０度とは、所望の周波数での誘電材料や磁性材料で構成される積層体１０内での真空中の波長を基準として波長短縮を考慮した有効的な波長で換算し、その有効波長の１／４に相当する。これは絶縁体層の種類やコモンモードノイズの減衰量を得たい周波数帯域によって変わる。

そして、第１のコイル導体１１と第３のコイル導体１３とが磁気結合し、第２のコイル導体１２と第４のコイル導体１４とが磁気結合するようになっており、この構成により、図３、図４に示すように、第１のコイル導体１１と第３のコイル導体１３からなる第１のコモンモードフィルタ１７と、第２のコイル導体１２と第４のコイル導体１４からなる第２のコモンモードフィルタ１８の２つのコモンモードフィルタが、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６を介して接続される。

さらに、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６で構成される１対のディファレンシャル回路の特性インピーダンスは、ディファレンシャル信号の通過周波数帯域において第１のコモンモードフィルタ１７および第２のコモンモードフィルタ１８の特性インピーダンスと略同一になっており、これにより、ディファレンシャルモードの損失を抑えることができる。

なお、第１〜第１３の絶縁体層２２ａ〜２２ｍは、シート状に構成され、第３の絶縁体層２２ｃ、第７の絶縁体層２２ｇ、第１１の絶縁体層２２ｋ、第１３の絶縁体層２２ｍは、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｚｎフェライト等の磁性材料で形成され、他の絶縁体層は、Ｃｕ−Ｚｎフェライト等の非磁性材料により形成されている。そして、第１〜第１３の絶縁体層２２ａ〜２２ｍの枚数は、図１に示された枚数に限定されるものではない。

この構成により、コイル部１９ａの片側の面が非磁性体層に接するようになり、これにより、コイル部１９ａが磁性体にすべて覆われていないため、磁性体の透磁率の大きな周波数依存性により低周波でのインダクタ成分が大きくなりすぎるのを防止でき、これにより、ディファレンシャルモードの特性インピーダンスの整合調整が容易になる。

そして、前記第１の金属層２０は、第５の絶縁体層２２ｅ、第６の絶縁体層２２ｆ、第１０の絶縁体層２２ｊ、第１１の絶縁体層２２ｋのそれぞれ上面の１箇所に銀、銅等の導電材料をめっきまたは印刷することにより、あるいは金属板、金属箔を貼り付けることによりシート状に形成されている。また、第２の金属層２１は、第４、第９の絶縁体層２２ｄ、２２ｉのそれぞれ上面の２箇所に銀、銅等の導電材料をめっきまたは印刷することにより、あるいは金属板、金属箔を貼り付けることによりシート状に形成されている。さらに、この第１の金属層２０はそれぞれ、その一部が絶縁体層の側面に露出している。そして、この第１の金属層２０は図４に示すように、グランドに接続される。また、第１の金属層２０と第２の金属層２１とは上面視または下面視により、少なくとも互いにその一部を覆うように配置されている。

上記した構成により、積層体１０が形成される。また、この積層体１０の両端部には、積層体１０の焼成後において、上述した第１〜第４の外部電極２３〜２６と、第１の金属層２０の一部に接続された第５、第６の外部電極２８、２９とが設けられている。さらに、前記第１〜第６の外部電極２３〜２６、２８、２９は、積層体１０の端面に銀を印刷することにより形成され、またこれらの表面にめっきによってニッケルめっき層を形成するとともに、このニッケルめっき層の表面にめっきによってすずやはんだ等の低融点金属めっき層を形成する。

ここで、本実施例においては、ディファレンシャルモードの信号の周波数通過帯域を１ＧＨｚの場合を考え、ディファレンシャルモードのカットオフ周波数（挿入損失が３ｄＢとなる周波数）をおよそ１ＧＨｚとなるように、また１ＧＨｚにおいて第１のコモンモードフィルタ１７と、第１のローパスフィルタ部１５、第２のローパスフィルタ部１６との接続点（図４の点Ａ）の位相を、第２のコモンモードフィルタ１８と、第１のローパスフィルタ部１５、第２のローパスフィルタ部１６との接続点（図４の点Ｂ）の位相より９０度の位相変化量とするように、図４における第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６のＬ値、Ｃ値を調整している。

このような調整方法のひとつとして、図４のパイ型ローパスフィルタを用いた場合を考え、図４の点Ｂからの位相変化量をθ度とした場合に、コイル部１９ａのＬ値、コンデンサ部１９ｂのＣ値は以下の式で表されることを導出した。ここで、Ｚｏはシングルエンド伝送ラインの特性インピーダンス、ｆは周波数、πは円周率を示す。
Ｌ＝Ｚｏ／（２πｆ・ｓｉｎ（２πθ／３６０））
Ｃ＝（１−ｃｏｓ（２πθ／３６０））／（Ｚｏ・２πｆ・ｓｉｎ（２πθ／３６０））
以上のように構成された本発明の実施の形態１におけるコモンモードフィルタの作用について、図５〜図１４を用いて説明する。なお、一部の図面については、比較例として、図２０に示す２つのコモンモードフィルタを位相線路を介して接続したもの（以下、「位相線路接続」とする）と、図１９に示す２つのコモンモードフィルタを単純に直列接続した位相の変化量が０度とみなせるもの（以下、「単純接続」とする）を用いる。また、この位相線路接続における位相線路も、所望の周波数において、第１、第３のコイル導体１１、１３と第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６との接続点の位相を、第２、第４のコイル導体１２、１４と第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６との接続点の位相よりも０度より大きくかつ９０度以下の位相量で変化させることができるように線路長を調整している。

以下、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６のみの場合、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６のみで形成されるディファレンシャル回路の場合、このディファレンシャル回路と第２のコモンモードフィルタ１８を接続した場合、さらに第１のコモンモードフィルタ１７を接続した場合のそれぞれの作用について順をおって説明していく。

まず、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６のみの作用、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６のみで形成されるディファレンシャル回路の作用について、図５〜図８を用いて以下説明する。

図５は、１つの第１のローパスフィルタ部１５あるいは第２のローパスフィルタ部１６のみの挿入損失特性、および位相線路接続の位相線路のみの挿入損失特性を示し、図６は、１つの第１のローパスフィルタ部１５あるいは第２のローパスフィルタ部１６のみの位相特性、および位相線路接続の位相線路のみの位相特性を示している。

図７は、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６で構成される１対のディファレンシャル回路のみのディファレンシャルモード挿入損失と周波数との関係、および位相線路接続の１対の位相線路のみで構成されるディファレンシャル回路のディファレンシャルモード挿入損失と周波数との関係を示している。図８は、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６で構成される１対のディファレンシャル回路のみのコモンモード減衰特性と周波数の関係、および位相線路接続の１対の位相線路のみで構成されるディファレンシャル回路のコモンモード減衰特性と周波数の関係を示したものである。

図５、図６から明らかなように、１ＧＨｚまでの周波数において、本実施の形態の第１のローパスフィルタ部１５あるいは第２のローパスフィルタ部１６は、位相線路接続と同じ位相変化を示しており、挿入損失も小さい。しかし、１ＧＨｚ以上になるとその挿入損失は、第１のローパスフィルタ部１５あるいは第２のローパスフィルタ部１６の場合は減衰量が大きくなっている。このような特性を示す位相線路で１対のディファレンシャル回路を形成した場合と１対のローパスフィルタでそれぞれディファレンシャル回路を形成した場合を考えると、図７、図８から明らかなように、従来の位相線路接続を用いた場合と比較して、本実施の形態のローパスフィルタを用いた場合、ディファレンシャルモードに対してもコモンモードに対しても１ＧＨｚ以上でより大きな減衰が得られる。

上記のように構成される１対の第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６と第２のコモンモード１８を接続した構成の作用について以下説明する。

図９は、図４における点Ａ（第１のコモンモードフィルタ１７（第１、第３のコイル導体１１、１３）と第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６との接続点）から第２のコモンモードフィルタ１８側を見たディファレンシャルモードのインピーダンスを示すスミスチャート、図１０は、図４における点Ａから第２のコモンモードフィルタ１８側を見たコモンモードのインピーダンスを示すスミスチャートで、いずれも周波数を１ＭＨｚから１ＧＨｚまで変化させたものである。なお、図１０においては、本発明の効果を示すために１ＧＨｚまでの周波数のコモンモードインピーダンスを実線で示し、１ＧＨｚを越えた場合の周波数を破線で示している。

図９から明らかなように、ディファレンシャルモードに対しては、図４の点Ａから第２のコモンモードフィルタ１８を見たディファレンシャルモードのインピーダンスは、ほぼ整合がとれていることが分かる。

一方、コモンモードに対しては、図１０から明らかなように、図４の点Ａから第２のコモンモードフィルタ１８側を見たコモンモードのインピーダンスは、単純接続の場合は１ＧＨｚでほぼオープン状態であるが、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６を挿入した場合および位相線路接続した場合は、周波数があがると容量性低インピーダンス方向へ移行し、９０度の場合には１ＧＨｚでショート状態となることが分かる。つまり、容量性に移行した周波数から１ＧＨｚまで、図４のＡ点からみた第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６を含む第２のコモンモードフィルタ１８は、コモンモードに対して対グランド間に接続された容量素子として作用することが分かる。

図１１は、図４において外部電極２５、２３からみた第１のコモンモードフィルタ１７のみのディファレンシャルモードのインピーダンスを示すスミスチャート、図１２は、図４において外部電極２５、２３からみた第１のコモンモードフィルタ１７のみのコモンモードのインピーダンスを示すスミスチャートで、いずれも周波数を１ＭＨｚから１ＧＨｚまで変化させたものである。

第１のコモンモードフィルタ１７のみの特性は、図１１から明らかなように、ディファレンシャルモードに対しては、ほぼ整合がとれていることが分かる。一方、コモンモードに対しては、図１２から明らかなように、コモンモードのインピーダンスは周波数が上がると誘導性のインピーダンスで高インピーダンス状態へ推移していることが分かる。

次に、ディファレンシャルモード、コモンモードに対して上述したような特性を示す第１のコモンモードフィルタ１７と、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６と第２のコモンモードフィルタ１８を直列接続した本実施の形態１のコモンモードノイズフィルタの作用を、減衰特性を参照しながら説明する。

図１３は、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および位相線路接続での周波数とディファレンシャルモード減衰量との関係を示す図である。図１４は、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、位相線路接続、および単純接続での周波数とコモンモード減衰量の関係を示す図である。

図１３から明らかなように、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においては、ディファレンシャルモードに対して第１のコモンモードフィルタ１７、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６および第２のコモンモードフィルタ１８が各々整合されて接続されているため、ディファレンシャル信号の通過帯域の１ＧＨｚ以下では損失が少ないが、１ＧＨｚ以上の高周波領域では、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６の減衰効果により、従来の位相線路接続よりも大きな減衰特性が得られることが分かる。

図１４によりコモンモードに対して、外部電極２３、２５からみた場合、１ＧＨｚまでの周波数では、前記のように第１のコモンモードフィルタ１７が誘導性素子として働き、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６と第２のコモンモードフィルタ１８を含む回路は等価的に容量性素子として働くため、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は、外部電極２３、２５からみた場合、コモンモードに対して等価的にＬＣフィルタとして働き、１ＧＨｚまでの周波数では図１４に示されるような大きなコモンモード減衰特性を得ることができる。コモンモードに対して１ＧＨｚでショート状態となったあとは、従来の位相線路接続では、図４のＡ点から第２のコモンモードフィルタ１８側をみた場合、１ＧＨｚを超えると誘導性へ移行し（図１０の破線で図示した状態）、コモンモード減衰量が周波数増加に伴い徐々に劣化するが、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は、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６の減衰効果で１ＧＨｚ以上の周波数領域でもコモンモードの減衰量を得ることができ、広い周波数帯域に渡りコモンモード減衰量を確保することができる。

なお、上記した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においては、グランド接続された第１の金属層２０が第２の金属層２１の一部を覆うように配置したものについて説明したが、図１５に示すように、第１の金属層２０が上面視にて第１〜第４のコイル導体１１〜１４の略全体も覆うようにしてもよい。

この構成によれば、図１６に示すように、グランド接続された第１の金属層２０と第１〜第４のコイル導体１１〜１４との間に大きな浮遊容量Ｃ０が発生するため、高周波帯域のコモンモードノイズを大きく減衰させることができる。

図１７は、上記のように第１の金属層２０が上面視にて第１〜第４のコイル導体１１〜１４も覆うようにしたときにおけるコモンモードノイズフィルタの周波数とコモンモード減衰量の関係を示す図である。

図１７では、比較例として、図１に示す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場合を示している。

図１７から明らかなように、第１の金属層２０が上面視にて第１〜第４のコイル導体１１〜１４を覆うようにした方が、高周波帯におけるコモンモードノイズ減衰量をより大きくすることができることが分かる。

なお、上記した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においては、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６をＣＬＣ構成のパイ型フィルタとしたが、ＬＣＬ構成のＴ型フィルタとしてもよく、また、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６を３素子で構成するものとしたが、素子数は３素子に限定されるものではない。

さらに、コイル部１９ａを、最外側に形成したが、第１〜第４のコイル導体１１〜１４と第１の金属層２０との間に形成してもよい。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項３に記載の発明について説明する。

図１８は本発明の実施の形態２におけるコモンモードノイズフィルタの分解斜視図である。なお、この本発明の実施の形態２においては、上記した本発明の実施の形態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。

本発明の実施の形態２が上記した本発明の実施の形態１と相違する点は、図１８に示すように、第１、第２のローパスフィルタ部１５、１６をそれぞれ、スパイラル状のコイル部１９ａとグランドに接続された第１の金属層２０とを対向させ、コイル部１９ａと第１の金属層２０との間で連続的に発生する浮遊容量で分布定数型のローパスフィルタを形成した点である。

この構成により、第２の金属層２１を形成してコンデンサ部を構成する必要がなくなるため、積層数を削減することができ、これにより、コスト削減と小型化、薄層化を実現できる。

なお、上記した本発明の実施の形態１、２におけるコモンモードノイズフィルタにおいては、第１、第２のコイル導体１１、１２を同一面上に形成し、第３、第４のコイル導体１３、１４を同一面上に形成したが、それぞれのコイル導体を別個の面に形成してもよい。

また、第１の金属層２０を２枚形成しているが、１枚だけであってもよい。

さらに、コイル部１９ａの片面を非磁性体層に接するように構成したが、両面を非磁性体層に接するように構成してもよい。この構成により、磁性体の透磁率の周波数依存の影響を受けないため、ディファレンシャルモードの整合をより取り易くなる。

そして、上述した実施の形態１、２において、点Ｂに対する点Ａでの位相変化量が、コモンモードの周波数が１ＧＨｚで９０度となる構成について説明したが、この構成でコモンモードの周波数を例えば１．３ＧＨｚとしたときの位相変化量は約１２０度となる。すなわち、実施の形態１、２では、所望の周波数が１ＧＨｚのときの位相変化量が９０度以下の場合を示したが、本発明は、図６に示すような位相特性を有し、この位相特性の線上にあれば、コモンモードの周波数が１ＧＨｚで位相変化量が９０度でなくても、本発明の内容と同義となる。

本発明に係るコモンモードノイズフィルタは、コモンモードノイズおよびノーマルモードノイズを広い周波数帯域で大きく減衰させ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、情報通信端末等の各種電子機器のノイズ対策として使用される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。

１０ 積層体
１１ 第１のコイル導体
１２ 第２のコイル導体
１３ 第３のコイル導体
１４ 第４のコイル導体
１５ 第１のローパスフィルタ部
１６ 第２のローパスフィルタ部
１７ 第１のコモンモードフィルタ
１８ 第２のコモンモードフィルタ
１９ａ コイル部
１９ｂ コンデンサ部
２０ 第１の金属層
２１ 第２の金属層
２３〜２６ 第１〜第４の外部電極

Claims (4)

1. 積層体と、この積層体の内部に形成された第１〜第４のコイル導体と、前記積層体の端部に設けられかつ前記第１〜第４のコイル導体の一端部にそれぞれ接続された第１〜第４の外部電極と、前記第１のコイル導体と前記第２のコイル導体との間に接続された第１のローパスフィルタ部と、前記第３のコイル導体と前記第４のコイル導体との間に接続された第２のローパスフィルタ部とを備え、前記第１のコイル導体と前記第３のコイル導体とが磁気結合し、かつ前記第２のコイル導体と前記第４のコイル導体とが磁気結合するようにそれぞれ上下方向に積層するとともに、前記第１のコイル導体と第３のコイル導体とで第１のコモンモードフィルタを構成し、前記第２のコイル導体と第４のコイル導体とで第２のコモンモードフィルタを構成し、前記第１、第２のローパスフィルタ部はそれぞれ、少なくとも１つのスパイラル状のコイル部と、グランド接続された第１の金属層を有するコンデンサ部とで構成し、前記第１、第２のローパスフィルタ部で構成される１対のディファレンシャル回路の特性インピーダンスを、ディファレンシャル信号の通過周波数帯域において第１のコモンモードフィルタおよび第２のコモンモードフィルタの特性インピーダンスと略同一とし、さらに、所望の周波数において、前記第１、第３のコイル導体と前記第１、第２のローパスフィルタ部との接続点の位相を、前記第２、第４のコイル導体と前記第１、第２のローパスフィルタ部との接続点の位相よりも０度より大きくかつ９０度以下の位相量で変化させることができるように前記第１、第２のローパスフィルタ部のコイル部とコンデンサ部の定数を調整したコモンモードノイズフィルタ。
2. 第１、第２のローパスフィルタ部のコイル部を少なくとも１つの非磁性体層に形成するように構成した請求項１記載のコモンモードノイズフィルタ。
3. 第１、第２のローパスフィルタ部をそれぞれ、コイル部と、このコイル部に上面視にて対向する第１の金属層とで構成した請求項１記載のコモンモードノイズフィルタ。
4. 第１の金属層が上面視にて第１〜第４のコイル導体も覆うようにした請求項１記載のコモンモードノイズフィルタ。

Images