JP2018191039A - コモンモードフィルタの実装構造 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高速データ通信において、クロック信号ラインに発生した低周波帯域のコモンモードノイズを除去することができるコモンモードフィルタの実装構造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フィルタの実装構造は、第１、第２のコモンモードフィルタ２、４と、前記第１、第２のコモンモードフィルタ２、４それぞれに内蔵された複数のコイル７、８とを有し、前記第１のコモンモードフィルタ２と接続されたクロック信号ライン１と、前記第２のコモンモードフィルタ４と接続され、前記クロック信号ライン１と独立したデータ信号ライン３とを備え、前記第１のコモンモードフィルタ２と前記第２のコモンモードフィルタ４は、異なる構造をし、または異なる材料を用いたものである。【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小形で薄型のコモンモードフィルタの実装構造に関する。

従来のこの種のコモンモードフィルタの実装構造は、クロック信号ラインとデータ信号ラインそれぞれにコモンモードフィルタが接続されていた。

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２００５−３０２８１０号公報

ＨＤＭＩ（登録商標）などの差動方式の高速データ通信において、データ転送速度がどんどん速くなっている。このようなデータインターフェイスに使われるコモンモードフィルタにおいては、高速化する差動信号を劣化させないように低損失にする必要がある。

しかしながら、このような差動モードに対して低損失のコモンモードフィルタは、コイルの損失を減らすためにコイルの巻数を減らしたり、コイル周辺の誘電率を下げたりしてコイルに寄生する浮遊容量を減らしているが、コモンモードノイズに対してインダクタとして動作してノイズを除去する場合のインダクタの自己共振周波数が高周波側にシフトするため、コモンモードノイズが侵入してきた場合に、低周波領域でのコイルのインピーダンスが低くなる傾向にあるため、低周波領域のノイズが取れにくい。

一方、例えば、ＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）の場合、約６Ｇｂｐｓの超高速伝送レートでデータを転送するが、このデータ信号ラインに並走するクロック信号ラインにおけるクロック周波数は１４８ＭＨｚと低いため、この高調波が１ＧＨｚ以下の低周波帯域でノイズとして発生する場合が多くある。

この結果、高速データ通信において、上記のような低損失のコモンモードフィルタを、クロック信号ラインとデータ信号ラインに単に接続した場合では、クロック信号ラインに発生した低周波帯域のコモンモードノイズを除去できないという課題が生じる。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、高速化する差動データ通信インターフェイスにおいて、差動データラインの信号品質を維持しつつ、クロック信号ラインに発生した低周波帯域のコモンモードノイズを除去することができるコモンモードフィルタの実装構造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フィルタの実装構造は、第１、第２のコモンモードフィルタと、前記第１、第２のコモンモードフィルタそれぞれに内蔵された複数のコイルとを有し、前記第１のコモンモードフィルタと接続されたクロック信号ラインと、前記第２の
コモンモードフィルタと接続され、前記クロック信号ラインと独立したデータ信号ラインとを備え、前記第１のコモンモードフィルタと前記第２のコモンモードフィルタは、異なる構造をし、または異なる材料を用いた。

第２の態様に係るコモンモードフィルタの実装構造では、第１の態様において、前記第１のコモンモードフィルタのコモンモードノイズ減衰量の周波数特性における共振周波数を、前記第２のコモンモードフィルタの共振周波数より低くした。

第３の態様に係るコモンモードフィルタの実装構造では、第１の態様において、前記第１のコモンモードフィルタの差動モードにおけるカットオフ周波数を、前記第２のコモンモードフィルタのカットオフ周波数より低くした。

第４の態様に係るコモンモードフィルタの実装構造では、第１の態様において、前記第１のコモンモードフィルタに形成された前記コイルの周辺の誘電率を、前記第２のコモンモードフィルタに形成された前記コイルの周辺より大きくした。

第５の態様に係るコモンモードフィルタの実装構造では、第１の態様において、前記第１のコモンモードフィルタに形成された前記コイルの長さを、前記第２のコモンモードフィルタに形成された前記コイルの長さより長くした。

第６の態様に係るコモンモードフィルタの実装構造では、第３の態様において、前記クロック信号ラインと前記データ信号ラインからなるデータインターフェイスをＨＤＭＩ（登録商標）とし、前記クロック信号の差動モードに対するカットオフ周波数を１ＧＨｚ以上とした。

第７の態様に係るコモンモードフィルタの実装構造では、第１の態様において、前記第１のコモンモードフィルタの代わりにローパスフィルタを用いた。

第８の態様に係るコモンモードフィルタの実装構造では、第１の態様において、前記第１のコモンモードフィルタの差動モードに対する群遅延特性を、前記第２のコモンモードフィルタの群遅延特性と略等しくした。

高速データ通信において、クロック信号ラインに発生した低周波帯域のコモンモードノイズを除去することができる。

本発明の一実施の形態におけるコモンモードフィルタの実装構造を示す図 同コモンモードフィルタの断面図 同コモンモードフィルタの斜視図 同コモンモードフィルタの実装構造におけるクロック信号ラインとデータ信号ラインでのコモンモードノイズの減衰量の周波数特性を示す図 同コモンモードフィルタの実装構造におけるクロック信号ラインとデータ信号ラインでの差動信号の挿入損失の周波数特性を示す図

図１は本発明の一実施の形態におけるコモンモードフィルタの実装構造を示す図、図２は同コモンモードフィルタの断面図、図３は同コモンモードフィルタの斜視図である。

本発明の一実施の形態におけるコモンモードフィルタの実装構造は、図１に示すように
、クロック信号ライン１には、第１のコモンモードフィルタ２が接続され、クロック信号ライン１と独立した３つのデータ信号ライン３には、第２のコモンモードフィルタ４が接続されている。

また、３つのデータ信号ライン３それぞれに第２のコモンモードフィルタ４が形成される。なお、データ信号ライン３は必ずしも３つに限定されるものではない。

クロック信号ライン１とデータ信号ライン３の伝送線は、それぞれ一対の伝送線を有し、また、高速通信に使用されるインターフェイスのＨＤＭＩ（登録商標）における送信側ＩＣ５と受信側ＩＣ６との間に接続されている。

第１、第２のコモンモードフィルタ２、４は、図２、図３に示すように、互いに磁気結合し独立した第１のコイル７、第２のコイル８と、第１、第２のコイル７、８を内蔵した積層体９と、第１、第２のコイル７、８の両端部にそれぞれ接続された第１〜第４の外部電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄとを備えている。

この第１〜第４の外部電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄがクロック信号ライン１またはデータ信号ライン３それぞれの２本の伝送線と接続される。

また、第１、第２のコイル７、８の周囲は、非磁性体１１で覆われており、第１のコモンモードフィルタ２における非磁性体１１の誘電率を、第２のコモンモードフィルタ４における非磁性体１１の誘電率より大きくしている。誘電率は非磁性体１１の材料を変えることによって変化させる。

したがって、コモンモードノイズが侵入してきたときに、第１のコモンモードフィルタ２のコモンモードノイズ減衰量の共振周波数が、第２のコモンモードフィルタ４の共振周波数より低くなり、また、第１のコモンモードフィルタ２のカットオフ周波数が、第２のコモンモードフィルタ４の差動モードに対するカットオフ周波数より低くなる。

なお、第１のコモンモードフィルタ２における第１、第２のコイル７、８の長さを、第２のコモンモードフィルタ４における第１、第２のコイル７、８の長さより長くして、第１のコモンモードフィルタ２のコモンモードノイズ減衰量の周波数特性における共振周波数を、第２のコモンモードフィルタ４の共振周波数より低くなるようにしてもよい。

第１、第２のコイル７、８の長さは、例えば、巻き数を変えることによって変化させる。

なお、データ信号ライン３に接続される複数の第２のコモンモードフィルタ４は、すべて同じ誘電率で第１、第２のコイル７、８の長さも同じである。

このとき、クロック信号のカットオフ周波数を１ＧＨｚ以上とする。ＨＤＭＩ（登録商標）ではクロック信号ライン１でも、データ信号ライン３と同じ差動モードのＴＤＲ（Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｒｙ：時間領域反射）テストをする必要がある。これにより、差動モードの特性インピーダンスがＨＤＭＩ（登録商標）の規格内にあることを満足する必要があり、差動モードのカットオフ周波数を１ＧＨｚ以上確保することで、ＴＤＲ試験において差動モードの特性インピーダンス整合を確保するようできる。

ここで、カットオフ周波数は、差動モードでの挿入損失が３ｄＢ減衰される周波数である。

なお、クロック信号ライン１に接続される第１のコモンモードフィルタ２に換えて、ローパスフィルタを用いてもよい。ローパスフィルタのカットオフ周波数以上のクロック信号ライン１に発生するコモンモードおよび差動モード、ノーマルモードのすべてのノイズを除去できる。

さらに、第１のコモンモードフィルタ２の差動モードに対する群遅延特性を、第２のコモンモードフィルタ４の群遅延特性と略等しくしてもよい。第１のコモンモードフィルタ２と第２のコモンモードフィルタ４での差動信号の出力後の波形のタイミングずれが起きない。

差動モードの群遅延特性とは、コモンモードフィルタに入力した差動信号の入力から出力までの通過時間に関連する特性である。

差動モードの高速伝送方式には、様々なインターフェイスがあるが、ＨＤＭＩ（登録商標）のように機器間接続のために受信機器側でクロック再生回路が必須の場合には、クロック信号ライン１とデータ信号ライン３のコモンモードノイズフィルタの差動モードの群遅延を同じにする必要はない。

しかし、ＭＩＰＩのように機器内接続のために受信側でクロック再生回路を実装していない場合には、差動モードの群遅延特性を同じにするようにしておく必要がある。

差動モードの群遅延特性は、内蔵されたコイルの長さやコイルの周囲の誘電率に依存すため、第１のコモンモードフィルタ２、第２のコモンモードフィルタ４における第１、第２のコイル７、８の長さやコイル周囲の誘電率等を調整する必要がある。

上記したように本発明の一実施の形態におけるコモンモードノイズフィルタの実装構造においては、第１のコモンモードフィルタ２と接続されたクロック信号ライン１と、第２のコモンモードフィルタ４と接続され、クロック信号ライン１と独立したデータ信号ライン３とを備え、第１のコモンモードフィルタ２と第２のコモンモードフィルタ４は、その非磁性体１１の誘電率が異なるようにし、またはそのコイル７、８の長さが異なるようにしている。

この結果、第１のコモンモードフィルタ２のコモンモードノイズ減衰量の周波数特性における共振周波数を、第２のコモンモードフィルタ４の共振周波数より低くすることができるため、クロック信号ライン１に発生した低周波帯域のコモンモードノイズを除去することができるという効果が得られる。

また、第１のコモンモードフィルタ２の差動モードのカットオフ周波数を、第２のコモンモードフィルタ４のカットオフ周波数より低くすることができるため、クロック信号ライン１での高周波領域での差動モードおよびノーマルモードノイズも除去できる。

ここで、図４は、本発明の一実施の形態のコモンモードフィルタの実装構造におけるクロック信号ラインとデータ信号ラインでのコモンモードノイズの減衰量の周波数特性を示す図である。

図４から明らかなように、データ信号ライン３よりクロック信号ライン１におけるコモンモードフィルタの方が、より低い周波帯域のコモンモードノイズを除去できる。

図５は、本発明の一実施の形態のコモンモードフィルタの実装構造におけるクロック信
号ラインとデータ信号ラインでの差動モードの挿入損失の周波数特性を示す図である。

図５から明らかなように、データ信号ライン３よりクロック信号ライン１におけるコモンモードフィルタの方が、差動モードのカットオフ周波数が低くなっている。

なお、上記実施の形態では、第１、第２のコモンモードフィルタ２、４をそれぞれ、一組の第１、第２のコイル７、８を備えたものとしたが、二組以上の第１、第２のコイル７、８を有するアレイタイプとしてもよい。

また、第１、第２のコモンモードフィルタ２、４のコイルの内側にコイルを貫通するような磁性コアを備えたものでもよい。この場合、コイルの長さが短くても磁性コアにより、コモンモードノイズに対してインダクタ動作するときの内蔵する第１、第２のコイル７、８のインピーダンスを増加させることができる。

また、クロック信号ライン１に接続される第１のコモンモードフィルタ２に、グランド電極を形成してもよい。グランド電極と第１、第２のコイル７、８との間の浮遊容量成分によってコモンモードノイズが侵入してきたときに、グランドへコモンモードノイズをバイパスする作用が高周波領域で発生し、これにより、広い周波数帯域でコモンモードノイズを低減できる。

さらに、クロック信号ライン１からのコモンモードノイズ発生が、データ信号ライン３からのコモンモードノイズに比べて大きく支配的な場合には、クロック信号ライン１にのみ第１のコモンモードフィルタ２を接続し、データ信号ライン３に第２のコモンモードフィルタ４を接続させないようにしてもよい。

本発明に係るコモンモードフィルタの実装構造は、高速データ通信において、クロック信号ラインに発生した低周波帯域のコモンモードノイズを除去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フィルタ等において有用となるものである。

１ クロック信号ライン
２ 第１のコモンモードフィルタ
３ データ信号ライン
４ 第２のコモンモードフィルタ
７、８ 第１、第２のコイル

Claims (8)

1. 第１、第２のコモンモードフィルタと、前記第１、第２のコモンモードフィルタそれぞれに内蔵された複数のコイルとを有し、前記第１のコモンモードフィルタと接続されたクロック信号ラインと、前記第２のコモンモードフィルタと接続され、前記クロック信号ラインと独立したデータ信号ラインとを備え、前記第１のコモンモードフィルタと前記第２のコモンモードフィルタは、異なる構造をし、または異なる材料を用いたコモンモードフィルタの実装構造。
2. 前記第１のコモンモードフィルタのコモンモードノイズ減衰量の周波数特性における共振周波数を、前記第２のコモンモードフィルタの共振周波数より低くした請求項１に記載のコモンモードフィルタの実装構造。
3. 前記第１のコモンモードフィルタの差動モードに対するカットオフ周波数を、前記第２のコモンモードフィルタのカットオフ周波数より低くした請求項１に記載のコモンモードフィルタの実装構造。
4. 前記第１のコモンモードフィルタに形成された前記コイルの周辺の誘電率を、前記第２のコモンモードフィルタに形成された前記コイルの周辺より大きくした請求項１に記載のコモンモードノイズフィルタの実装構造。
5. 前記第１のコモンモードフィルタに形成された前記コイルの長さを、前記第２のコモンモードフィルタに形成された前記コイルの長さより長くした請求項１に記載のコモンモードノイズフィルタの実装構造。
6. 前記クロック信号ラインと前記データ信号ラインからなるデータインターフェイスをＨＤＭＩ（登録商標）とし、前記クロック信号の差動モードに対するカットオフ周波数を１ＧＨｚ以上とした請求項３に記載のコモンモードフィルタの実装構造。
7. 前記第１のコモンモードフィルタの代わりにローパスフィルタを用いた請求項１に記載のコモンモードフィルタの実装構造。
8. 前記第１のコモンモードフィルタの差動モードに対する群遅延特性を、前記第２のコモンモードフィルタの群遅延特性と略等しくした請求項１に記載のコモンモードフィルタの実装構造。