JP2016165081A

JP2016165081A - ノイズフィルタ

Info

Publication number: JP2016165081A
Application number: JP2015045187A
Authority: JP
Inventors: 康誌齋藤; Yasushi Saito
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2016-09-08

Abstract

【課題】差動伝送ケーブルによる浮遊容量とコモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスとによる共振周波数が変化したとしても、フレキシブルに対応でき、該共振周波数におけるノイズを効果的に低減することが可能なノイズフィルタを提供する。【解決手段】ノイズフィルタ１は、第１コイル１０１及び第２コイル１０２を有するコモンモードチョークコイル１０と、第１コイル１０１の一端とグランドとの間に接続される第１ＬＣ直列共振回路２１と、第２コイル１０２の一端とグランドとの間に接続される第２ＬＣ直列共振回路２２とを備える。第１ＬＣ直列共振回路２１及び第２ＬＣ直列共振回路２２を構成するコイル２１３，２２４及びコンデンサ２１１，２２２の定数は、コモンモードチョークコイル１０のコモンモードインダクタンスと差動伝送ケーブル５０とグランドとの間に形成される浮遊容量５１とによる共振の共振周波数に合わせて設定される。【選択図】図１

Description

本発明は、ノイズフィルタに関し、特に、コモンモードチョークコイルを用いたノイズフィルタに関する。

従来から、例えば、信号を伝送する一対の差動伝送ライン上のコモンモードノイズを除去するために、コモンモードチョークコイルが使用されている。ここで、特許文献１には、差動伝送ラインに接続されたコモンモードチョークコイルと、各差動伝送ラインとグランドとの間に接続されたＬＣ直列共振回路とを備えるコモンモードノイズフィルタが開示されている。

このコモンモードノイズフィルタによれば、ＬＣ直列共振回路によって、特定の帯域において対地間で直列共振させることができるため、該特定の共振周波数帯域でコモンモードノイズ及びディファレンシャルモードノイズの減衰量を大きくすることができる。

特開２０１４−５３７６５号公報

しかしながら、上述した特許文献１のコモンモードノイズフィルタでは、該コモンモードノイズフィルタ（コモンモードチョークコイル）が介装されることにより生じ得る共振の共振周波数と、上記ＬＣ直列共振回路の共振周波数が異なっている場合、該コモンモードノイズフィルタが介装されることにより生じ得る共振の共振周波数において、差動伝送ラインに大電流が流れることから、ノイズが増大してしまうおそれがある。

特に、例えば、複数のコントローラ間（通信用ＩＣ間）を接続するケーブル（差動伝送ケーブル）の取り回しを変えることにより、該ケーブルとグランドとの間に形成される浮遊容量が変化し、該浮遊容量とコモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスとによる共振の共振周波数が変化するような場合、特許文献１のコモンモードノイズフィルタでは、共振周波数の変化に対応してノイズを低減することができなかった。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、差動伝送ケーブルによる浮遊容量とコモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスとによる共振の共振周波数が変化したとしても、フレキシブルに対応でき、該共振周波数におけるノイズを効果的に低減することが可能なノイズフィルタを提供することを目的とする。

本発明に係るノイズフィルタは、一対の第１コイル及び第２コイルを有するコモンモードチョークコイルと、第１コイルの一端とグランドとの間に接続される第１共振回路と、第２コイルの一端とグランドとの間に接続される第２共振回路とを備え、第１共振回路及び第２共振回路の共振周波数が、コモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスと、該コモンモードチョークコイルと接続される差動伝送ケーブルとグランドとの間に形成される浮遊容量とによる共振の共振周波数に合わせて設定されることを特徴とする。

本発明に係るノイズフィルタによれば、第１共振回路及び第２共振回路の共振周波数が、コモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスと、該コモンモードチョークコイルと接続される差動伝送ケーブルとグランドとの間に形成される浮遊容量とによる共振の共振周波数に合わせて設定される。そのため、差動伝送ケーブルによる浮遊容量とコモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスとによる共振の共振周波数において、第１共振回路及び第２共振回路も共振を起こし、該第１共振回路及び第２共振回路のインピーダンスが低下する。よって、該共振周波数で差動伝送ケーブルに流れる大電流が、第１共振回路、第２共振回路を通してグランドに流される（落とされる）ことにより、差動伝送ケーブルに大電流が流れることが防止される。その結果、差動伝送ケーブルによる浮遊容量とコモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスとによる共振の共振周波数が変化したとしても、フレキシブルに対応でき、該共振周波数におけるノイズを効果的に低減することが可能となる。

本発明に係るノイズフィルタでは、第１共振回路及び第２共振回路それぞれが、コイルと、該コイルに直列に接続されるコンデンサとを有するＬＣ直列共振回路であることが好ましい。

このようにすれば、コイルと、該コイルに直列に接続されるコンデンサとを有するＬＣ直列共振回路を用いて、第１共振回路及び前記第２共振回路それぞれを構成することができる。

本発明に係るノイズフィルタでは、第１共振回路及び第２共振回路それぞれを構成するコイルとコンデンサの定数が、コモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスと、該コモンモードチョークコイルと接続される差動伝送ケーブルとグランドとの間に形成される浮遊容量とによる共振の共振周波数に合わせて設定されることが好ましい。

このようにすれば、第１共振回路及び第２共振回路それぞれを構成するコイル及びコンデンサの定数を調節することにより、該第１共振回路及び第２共振回路それぞれの共振周波数を、コモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスと、該コモンモードチョークコイルと接続される差動伝送ケーブルとグランドとの間に形成される浮遊容量とによる共振の共振周波数に合わせることができる。

本発明に係るノイズフィルタでは、コモンモードチョークコイルが、車両の通信ネットワークを構成するＣＡＮトランシーバと、差動伝送ケーブルとの間に介装され、第１共振回路及び第２共振回路それぞれの共振周波数が、コモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスと、差動伝送ケーブルと車両のグランドとの間で形成される浮遊容量とによる共振の共振周波数に合わせて設定されることが好ましい。

このようにすれば、車両に搭載される、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ／ＣａｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）トランシーバ、及び該ＣＡＮトランシーバと接続される差動伝送ケーブルを含む回路のノイズを効果的に低減することができる。特に、差動伝送ケーブルの這わせ方によって共振周波数が変化するような場合であっても、フレキシブルに対応することができる。

本発明に係るノイズフィルタでは、第１コイルの一端及び前記第２コイルの一端それぞれが、一対の差動伝送ケーブルに接続され、第１コイルの他端及び第２コイルの他端それぞれが、ＣＡＮトランシーバに接続されることが好ましい。

このようにすれば、コモンモードコークコイルと差動伝送ケーブルとの間に第１共振回路及び第２共振回路が接続されるため、より効果的にノイズを低減することができる。

本発明に係るノイズフィルタでは、第１共振回路及び第２共振回路それぞれの共振周波数が、測定された、コモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスと、該コモンモードチョークコイルと接続される差動伝送ケーブルとグランドとの間に形成される浮遊容量とによる共振の共振周波数の実測値に合わせて設定されることが好ましい。

この場合、実際に測定された、差動伝送ケーブルによる浮遊容量とコモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスとによる共振の共振周波数に基づいて、第１共振回路及び第２共振回路それぞれの共振周波数が設定される。そのため、差動伝送ケーブルによる浮遊容量とコモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスとによる共振の共振周波数が変わったとしても、柔軟かつ適切にノイズ対策を行うことが可能となる。

本発明によれば、差動伝送ケーブルによる浮遊容量とコモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスとによる共振の共振周波数が変化したとしても、フレキシブルに対応でき、該共振周波数におけるノイズを効果的に低減することが可能となる。

実施形態に係るノイズフィルタの構成を示す回路図である。実施形態に係るノイズフィルタをＣＡＮバスに適用した場合の例を示す図である。ＬＣ直列共振回路を有さないコモンモードチョークコイルを用いた場合の放射ノイズの測定結果を示すグラフである。実施形態に係るノイズフィルタを用いた場合の放射ノイズの測定結果を示すグラフである。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図中、同一又は相当部分には同一符号を用いることとする。また、各図において、同一要素には同一符号を付して重複する説明を省略する。

まず、図１及び図２を併せて用いて、実施形態に係るノイズフィルタ１の構成について説明する。図１は、ノイズフィルタ１の構成を示す回路図である。また、図２は、ノイズフィルタ１をＣＡＮバスに適用した場合の例（実施例）を示す図である。

ノイズフィルタ１は、一対の第１コイル１０１及び第２コイル１０２を有するコモンモードチョークコイル１０と、第１コイル１０１の一端とグランドとの間に接続される第１ＬＣ直列共振回路２１と、第２コイル１０２の一端とグランドとの間に接続される第２ＬＣ直列共振回路２２とを備えている。なお、コモンモードチョークコイル１０としては、例えば、公知の巻線型のコモンモードチョークコイル、又は積層型のコモンモードチョークコイルを好適に用いることができる。

第１ＬＣ直列共振回路２１及び第２ＬＣ直列共振回路２２それぞれは、コイル２１３，２２４と、該コイル２１３，２２４に直列に接続されるコンデンサ２１１，２２２とを有するＬＣ直列共振回路である。より詳細には、第１ＬＣ直列共振回路２１は、第３コイル２１３と、該第３コイル２１３と直列に接続される第１コンデンサ２１１とを有するＬＣ直列共振回路である。同様に、第２ＬＣ直列共振回路２２は、第４コイル２２４と、該第４コイル２２４と直列に接続される第２コンデンサ２２２とを有するＬＣ直列共振回路である。

第１ＬＣ直列共振回路２１及び第２ＬＣ直列共振回路２２それぞれの共振周波数は、コモンモードチョークコイル１０のコモンモードインダクタンスと、該コモンモードチョークコイル１０の一端、すなわち、第１コイル１０１の一端及び第２コイル１０２の一端それぞれと接続される一対の差動伝送ケーブル５０とグランドとの間に形成される浮遊容量５１とによるＬＣ共振の共振周波数に合わせて（一致するように）設定される。

すなわち、第１ＬＣ直列共振回路２１を構成する第３コイル２１３と第１コンデンサ２１１の定数（値）、及び第２ＬＣ直列共振回路２２を構成する第４コイル２２４と第２コンデンサ２２２の定数（値）は、コモンモードチョークコイル１０のコモンモードインダクタンスと、該コモンモードチョークコイル１０と接続される一対の差動伝送ケーブル５０とグランドとの間に形成される浮遊容量５１とによるＬＣ共振の共振周波数に合わせて（一致するように）設定される。

その際に、第１ＬＣ直列共振回路２１及び第２ＬＣ直列共振回路２２それぞれの共振周波数は、実際に測定した、コモンモードチョークコイル１０のコモンモードインダクタンスと、一対の差動伝送ケーブル５０とグランドとの間に形成される浮遊容量５１とによるＬＣ共振の共振周波数（実測値）に合わせて（一致するように）設定される。

なお、ここで、共振周波数ｆ_０の値が測定によって取得されれば、第１ＬＣ直列共振回路２１を構成する第３コイル２１３と第１コンデンサ２１１の定数（インダクタンスＬとキャパシタンスＣ）、及び第２ＬＣ直列共振回路２２を構成する第４コイル２２４と第２コンデンサ２２２の定数（インダクタンスＬとキャパシタンスＣ）は、次式（１）に基づいて設定することができる。
ｆ_０＝１／２π√ＬＣ・・・（１）

ところで、本実施形態に係るノイズフィルタ１は、例えば、車両の通信ネットワークを構成する車載用のＣＡＮ（ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）バスに好適に適用することができる。ここで、ノイズフィルタ１を、車載用のＣＡＮバスに適用した場合の例（実施例）を図２に示す。この場合、コモンモードチョークコイル１０を構成する第１コイル１０１の他端、及び第２コイル１０２の他端それぞれは、ＣＡＮトランシーバ３０に接続される。すなわち、ノイズフィルタ１は、ＣＡＮトランシーバ３０と一対の差動伝送ケーブル５０との間に介装される。

そして、この場合、第１ＬＣ直列共振回路２１及び第２ＬＣ直列共振回路２２それぞれの共振周波数は、コモンモードチョークコイル１０のコモンモードインダクタンスと、一対の差動伝送ケーブル５０と車両のグランド（車体）との間で形成される浮遊容量５１とによるＬＣ共振の共振周波数に合わせて（一致するように）設定される。

このような構成を有することにより、本実施形態（又は実施例）によれば、コモンモードチョークコイル１０のコモンモードインダクタンスと、一対の差動伝送ケーブル５０とグランドとの間に形成される浮遊容量５１とによるＬＣ共振の共振周波数において、第１ＬＣ直列共振回路２１及び第２ＬＣ直列共振回路２２も共振を起こし、該第１ＬＣ直列共振回路２１及び第２ＬＣ直列共振回路２２のインピーダンスが低下する。よって、当該共振周波数で差動伝送ケーブル５０に流れる大電流が、第１ＬＣ直列共振回路２１、第２ＬＣ直列共振回路２２を通してグランドに流される（落とされる）ことにより、差動伝送ケーブル５０に大電流が流れることが防止される。

そこで、本実施形態に係るノイズフィルタ１のノイズ低減効果を確認するため、ＣＡＮ評価用ボードを用いた放射ノイズの測定を行った。続いて、図３、図４を用いて、本実施形態に係るノイズフィルタ１のノイズ低減効果について、測定結果を示して説明する。

放射ノイズの測定には、上述した図２に示した測定系を用いた。すなわち、上述したように、差動伝送ラインのインターフェースとして車載用途のＦＴ−ＣＡＮ（ＦａｕｌｔＴｏｌｅｒａｎｔＣＡＮ）を用いた。そして、ＦＴ−ＣＡＮに対応したＣＡＮトランシーバ３０に信号発生器から５０ｋＨｚのパルス信号を入力し、その際に出力されるＣＡＮ信号を一対の差動伝送ケーブル５０に伝送させた状態での放射ノイズを測定した。なお、この場合、一対の差動伝送ケーブル５０がアンテナとなってノイズを放射する。

ノイズ測定は電波暗室を用い、車載機器のエミッション規格であるＣＩＳＰＲ２５に準拠した測定環境（条件）にて放射ノイズを測定した。すなわち、差動伝送ケーブル５０は、測定系の接地された銅板から５ｃｍ浮かせ、先端は開放終端とした。また、コモンモードチョークコイル１０には、株式会社村田製作所製の「ＤＬＷ４３ＳＨ５１０ＸＫ２」を用いた。

放射ノイズの測定結果を図３及び図４に示す。ここで、図３及び図４の横軸は周波数（ＭＨｚ）であり、縦軸はノイズレベル（ｄＢμＶ／ｍ）である。また、図３には、ショートの場合、すなわち、コモンモードチョークコイル１０も本実施形態のノイズフィルタ１も接続されていない場合（比較例１）、及びＬＣ直列共振回路２１，２２を有さないコモンモードチョークコイル１０のみを適用した場合（比較例２）の放射ノイズの測定結果を示す。一方、図４には、上記ショートの場合、及び本実施形態に係るノイズフィルタ１を適用した場合の放射ノイズの測定結果を示す。

図３では、上記ショートの場合（比較例１）の測定結果を灰色の太線で示すとともに、ＬＣ直列共振回路２１，２２を有さないコモンモードチョークコイル１０のみを適用した場合（比較例２）の測定結果を黒の細線で示した。一方、図４では、上記ショートの場合（比較例１）の測定結果を灰色の太線で示すとともに、本実施形態に係るノイズフィルタ１を適用した場合の測定結果を黒の細線で示した。

図３に示されるように、ＬＣ直列共振回路２１，２２を有さないコモンモードチョークコイル１０のみを適用した場合（比較例２）は、ショートの場合（すなわちコモンモードチョークコイル１０もノイズフィルタ１も接続されていない場合）（比較例１）と比較して、共振周波数である３ＭＨｚ近辺でのノイズレベルが高くなった。

これに対して、図４に示されるように、本実施形態に係るノイズフィルタ１を適用した場合には、上述したＬＣ直列共振回路２１，２２を有さないコモンモードチョークコイル１０のみを適用した場合（比較例２）と比較して、共振周波数である３ＭＨｚ付近でのノイズレベルが約２８ｄＢ程度低減できることが確認された。

以上、詳細に説明したように、本実施形態によれば、第１ＬＣ直列共振回路２１及び第２ＬＣ直列共振回路２２の共振周波数が、コモンモードチョークコイル１０のコモンモードインダクタンスと、該コモンモードチョークコイル１０と接続される一対の差動伝送ケーブル５０とグランドとの間に形成される浮遊容量５１とによるＬＣ共振の共振周波数に合わせて設定される。そのため、差動伝送ケーブル５０による浮遊容量とコモンモードチョークコイル１０のコモンモードインダクタンスとによる共振の共振周波数において、第１ＬＣ直列共振回路２１及び第２ＬＣ直列共振回路２２も共振を起こし、該第１ＬＣ直列共振回路２１及び第２ＬＣ直列共振回路２２のインピーダンスが低下する。よって、当該共振周波数で差動伝送ケーブル５０に流れる大電流が、第１ＬＣ直列共振回路２１、第２ＬＣ直列共振回路２２を通してグランドに流される（落とされる）ことにより、差動伝送ケーブル５０に大電流が流れることが防止される。その結果、差動伝送ケーブル５０による浮遊容量と、コモンモードチョークコイル１０のコモンモードインダクタンスとによる共振の共振周波数が変化したとしても、フレキシブルに対応でき、該共振周波数におけるノイズを効果的に低減することが可能となる。

また、本実施形態によれば、第１ＬＣ直列共振回路２１及び第２ＬＣ直列共振回路２２それぞれを構成するコイル２１３，２２４及びコンデンサ２１１，２２２の定数（インダクタンスＬとキャパシタンスＣ）を調節することにより、該第１ＬＣ直列共振回路２１及び第２ＬＣ直列共振回路２２それぞれの共振周波数を、コモンモードチョークコイル１０のコモンモードインダクタンスと、一対の差動伝送ケーブル５０とグランドとの間に形成される浮遊容量５１とによるＬＣ共振の共振周波数に合わせる（一致させる）ことができる。

なお、その際に、本実施形態によれば、実際に測定された、差動伝送ケーブル５０による浮遊容量と、コモンモードチョークコイル１０のコモンモードインダクタンスとによる共振の共振周波数の実測値に基づいて、第１ＬＣ直列共振回路２１及び第２ＬＣ直列共振回路２２それぞれの共振周波数が設定される。そのため、例えば、差動伝送ケーブル５０の取り回しによって浮遊容量５１が変化し、差動伝送ケーブル５０による浮遊容量５１と、コモンモードチョークコイル１０のコモンモードインダクタンスとによる共振の共振周波数が変わったとしても、柔軟かつ適切にノイズ対策を行うことが可能となる。

また、本実施形態（実施例）によれば、車両に搭載されるＣＡＮトランシーバ３０、及び該ＣＡＮトランシーバ３０と接続される一対の差動伝送ケーブル５０を含む回路のノイズを効果的に低減することができる。特に、差動伝送ケーブル５０の這わせ方によって車両のグランド（車体）との間で形成される浮遊容量５１が変化し、共振周波数が変化するような場合であっても、フレキシブルに対応することができる。なお、本実施形態によれば、ＦＴ−ＣＡＮのように、信号系の特性インピーダンスが高く、コモンモードチョークコイル単体による効果が得られにくい系で特に効果的にノイズを低減することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、車載用のＣＡＮバスに適用した場合を例に挙げたが、本発明の適用範囲は、車載用のＣＡＮバスに限られることなく、例えば、産業機械に用いられるＣＡＮバス等の通信ラインなどにも好適に適用することができる。

上記実施形態では、共振回路としてＬＣ直列共振回路を用いたが、他の形式の共振回路を用いてもよい。また、第１ＬＣ直列共振回路２１、第２ＬＣ直列共振回路２２それぞれは、コモンモードチョークコイル１０（第１コイル１０１、第２コイル１０２）の他方の端部側に接続してもよい。

１ノイズフィルタ
１０コモンモードチョークコイル
１０１第１コイル
１０２第２コイル
２１第１ＬＣ直列共振回路
２２第２ＬＣ直列共振回路
２１３第３コイル
２２４第４コイル
２１１第１コンデンサ
２２２第２コンデンサ
３０ＣＡＮトランシーバ
５０差動伝送ケーブル
５１浮遊容量

Claims

一対の第１コイル及び第２コイルを有するコモンモードチョークコイルと、
前記第１コイルの一端とグランドとの間に接続される第１共振回路と、
前記第２コイルの一端とグランドとの間に接続される第２共振回路と、を備え、
前記第１共振回路及び第２共振回路の共振周波数は、前記コモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスと、該コモンモードチョークコイルと接続される差動伝送ケーブルとグランドとの間に形成される浮遊容量とによる共振の共振周波数に合わせて設定されることを特徴とするノイズフィルタ。
前記第１共振回路及び第２共振回路それぞれは、コイルと、該コイルに直列に接続されるコンデンサとを有するＬＣ直列共振回路であることを特徴とする請求項１に記載のノイズフィルタ。
前記第１共振回路及び第２共振回路それぞれを構成する前記コイルとコンデンサの定数は、前記コモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスと、該コモンモードチョークコイルと接続される差動伝送ケーブルとグランドとの間に形成される浮遊容量とによる共振の共振周波数に合わせて設定されることを特徴とする請求項２に記載のノイズフィルタ。
前記コモンモードチョークコイルは、車両の通信ネットワークを構成するＣＡＮトランシーバと、前記差動伝送ケーブルとの間に介装され、
前記第１共振回路及び第２共振回路それぞれの共振周波数は、前記コモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスと、前記差動伝送ケーブルと車両のグランドとの間で形成される浮遊容量とによる共振の共振周波数に合わせて設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のノイズフィルタ。
前記第１コイルの一端、及び前記第２コイルの一端それぞれは、一対の前記差動伝送ケーブルに接続され、
前記第１コイルの他端、及び前記第２コイルの他端それぞれは、前記ＣＡＮトランシーバに接続されることを特徴とする請求項４に記載のノイズフィルタ。
前記第１共振回路及び第２共振回路それぞれの共振周波数は、測定された、前記コモンモードチョークコイルのコモンモードインダクタンスと、該コモンモードチョークコイルと接続される前記差動伝送ケーブルとグランドとの間に形成される浮遊容量とによる共振の共振周波数の実測値に合わせて設定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のノイズフィルタ。