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Title:
NOISE FILTER AND PRINTED BOARD AND CABLE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/044682
Kind Code:
A1
Abstract:
A noise filter ensuring sufficient noise reduction effect by relaxing restrictions on the mounting position when a filter of high frequency band is mounted. A plurality of filter circuits and transmission lines connecting between the filter circuits are provided in a filter module, and the filter circuits are arranged along the transmission line at an interval equal to a quarter of the wavelength of electromagnetic wave calculated from the frequency of noise to be removed by the noise filter.

Inventors:
HARA TSUTOMU (JP)
SUGA TAKASHI (JP)
NOMA TATSUJI (JP)
YOKOTA HITOSHI (JP)
Application Number:
PCT/JP2008/067506
Publication Date:
April 09, 2009
Filing Date:
September 26, 2008
Export Citation:
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Assignee:
HITACHI LTD (JP)
HARA TSUTOMU (JP)
SUGA TAKASHI (JP)
NOMA TATSUJI (JP)
YOKOTA HITOSHI (JP)
International Classes:
H03H7/01
Foreign References:
JPH10322155A1998-12-04
JPS5896401A1983-06-08
JP2005123751A2005-05-12
Attorney, Agent or Firm:
TSUTSUI, Yamato (6th Floor Kokusai Chusei Kaikan, 14,Gobancho, Chiyoda-ku, Tokyo 76, JP)
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Claims:
 フィルタモジュール内に、複数のフィルタ回路と、該フィルタ回路間を接続する伝送線路とを有し、該フィルタ回路によってノイズを除去するノイズフィルタであって、
 前記複数のフィルタ回路のうちの少なくとも2つのフィルタ回路が、前記伝送線路に沿った距離において、該ノイズフィルタが除去対象とするノイズの周波数から算出される電磁波の波長の1/4の長さの間隔で互いに配置されていることを特徴とするノイズフィルタ。
 請求項1記載のノイズフィルタにおいて、
 前記伝送線路に沿った距離において、該ノイズフィルタが除去対象とするノイズの周波数から算出される電磁波の波長の1/4の長さの間隔で互いに配置されている前記フィルタ回路の間に、さらに別の前記フィルタ回路が配置されていることを特徴とするノイズフィルタ。
 フィルタモジュール内に、複数のフィルタ回路と、該フィルタ回路間を接続する伝送線路とを有し、該フィルタ回路によってノイズを除去するノイズフィルタであって、
 前記複数のフィルタ回路のうちの少なくとも2つの前記フィルタ回路が、該ノイズフィルタが除去対象とするノイズの該フィルタ回路間での伝播時間において、該ノイズの周波数から算出される電磁波の周期の1/4の時間となるような間隔で互いに配置されていることを特徴とするノイズフィルタ。
 請求項3記載のノイズフィルタにおいて、
 該ノイズフィルタが除去対象とするノイズの前記フィルタ回路間での伝播時間において、該ノイズの周波数から算出される電磁波の周期の1/4の時間となるような間隔で互いに配置されている該フィルタ回路の間に、さらに別の前記フィルタ回路が配置されていることを特徴とするノイズフィルタ。
 請求項1記載のノイズフィルタにおいて、
 前記フィルタモジュールの内部に高誘電体材料が充填してあることを特徴とするノイズフィルタ。
 請求項3記載のノイズフィルタにおいて、
 前記フィルタモジュールの内部に高誘電体材料が充填してあることを特徴とするノイズフィルタ。
 請求項1記載のノイズフィルタが実装されていることを特徴とするプリント基板。
 請求項3記載のノイズフィルタが実装されていることを特徴とするプリント基板。
 請求項1記載のノイズフィルタが実装されていることを特徴とするケーブル。
 請求項3記載のノイズフィルタが実装されていることを特徴とするケーブル。
Description:
ノイズフィルタおよびプリント 板ならびにケーブル

 本発明は、高速信号を扱う電子機器、プ ント配線基板、ケーブルに実装するノイズ ィルタに関し、特に、放射ノイズ(EMI:Electro Magnetic Interference)を抑制するフィルタのフィ ルタ構造に適用して有効な技術に関するもの である。

 高速なデジタル信号を取り扱う電子機器 、クロック信号やクロック信号に同期して 化するデータ信号によって、ノイズを放射 る。この放射ノイズは、テレビ・ラジオ等 影響を与えるために、CISPR(国際無線障害特 委員会)や、VCCI(情報処理装置等電波障害自 規制協議会)、FCC(米国連邦通信委員会)など 規格団体・国の規制によって、その測定方 や放射量が定められている。

 この放射ノイズを抑制するために、デジタ 信号に重畳する高周波成分ノイズやコモン ードのノイズを除去するノイズフィルタを 号配線やケーブルに装着する場合がある。 イズフィルタにおいては、特開2005-333427号 報(特許文献1)に記載されているように、フ ルタを分布定数構造にすることで、高速線 の特性インピーダンスと整合させて、信号 形を乱すことなく放射ノイズを大きく低減 せる構造をとっている。

特開2005-333427号公報

 しかしながら、従来技術のようなノイズ ィルタを実装する場合、実装位置によって ィルタの効果に大きな差が生じる場合があ 。例えば図8に示すように、コモンモードフ ィルタをケーブルに装着した際の装着位置と ノイズ低減効果との間に関係があることが実 験により明らかになっている。

 実験は、図9に示す様な長さ1[m]のセミリ ッドケーブル(3.5φ[mm])を信号発生器に接続し 、信号(375[MHz]正弦波)を印加し、シールデッ ループアンテナでセミリジッドケーブルの 傍をスキャンし、アンテナに誘起される電 をスペクトラムアナライザを用いて測定し 。更に、セミリジッドケーブルの先端より0. 2、0.4、0.6、0.8[m]の位置にフェライトコアを した時のアンテナに誘起される電圧を同様 測定したものである。

 周波数375MHzの条件では、図10に示したよ にノイズの定在波の波長λは約0.8mとなり、 ・節は、1/4λ(0.2m)毎に現れる。この実験では 、図8に示すように、ノイズの腹となる1/4λ(0. 2m)、3/4λ(0.6m)ではフィルタの効果があり、逆 ノイズの節となる2/4λ(0.4m)、λ(0.8m)では、フ ィルタの効果を得られていないことがわかる 。このように、フィルタを装着する際には、 対象とする周波数のノイズの節付近を避けて 装着しなければ十分な効果が得られない。

 ところで、電子機器が高速化するとノイ の周波数も高くなる。そのため、フィルタ 高周波に対応する必要がある。しかし前述 たように、フィルタはノイズの節部以外に 着する必要がある。例えば、3GHzの帯域でノ イズをフィルタリングする場合、比誘電率εr を4.2とすると、波長λは約50mmとなり、腹・節 までの距離1/4λは12.5mmという短い距離になる そのため、フィルタの装着位置がわずかに れると十分なフィルタ効果が得られない可 性があった。このためにフィルタの装着位 精度を高くする必要があり、実装上の制約 多くなるといった問題もあった。

 そこで、本発明の目的は、高周波帯での ィルタを実装する際に、実装位置の制約を 和し、十分なノイズ低減効果を得ることが きるノイズフィルタを提供することにある

 本発明の前記ならびにその他の目的と新 な特徴は、本明細書の記述および添付図面 ら明らかになるであろう。

 本願において開示される発明のうち、代 的なものの概要を簡単に説明すれば、次の おりである。

 本発明の代表的な実施の形態であるノイ フィルタは、フィルタモジュール内に、複 のフィルタ回路と、該フィルタ回路間を接 する伝送線路とを有し、前記複数のフィル 回路のうちの少なくとも2つのフィルタ回路 が、前記伝送線路に沿った距離において、該 ノイズフィルタによって除去しようとするノ イズの周波数から算出される電磁波の波長の 1/4の長さの間隔で互いに配置されていること を特徴とするものである。

 本願において開示される発明のうち、代 的なものによって得られる効果を簡単に説 すれば以下のとおりである。

 本発明の代表的な実施の形態によれば、 ィルタモジュール内で、ノイズの腹と節と 距離である1/4λの間隔の位置にそれぞれフ ルタ回路を配置することで、ノイズの節以 の位置にフィルタ回路を配することができ フィルタ効果を得ることができる。

本発明の実施の形態1におけるフィルタ モジュールの構成を示した概略図である。 本発明の実施の形態1におけるフィルタ モジュールの概観を示した図である。 本発明の実施の形態1におけるフィルタ の配置条件と波長λとの関係を示した図であ 。 本発明の実施の形態1においてプリント 基板上でフィルタモジュールを配置した例を 表した図である。 本発明の実施の形態2におけるフィルタ モジュールの構成を示した概略図である。 本発明の実施の形態3におけるフィルタ モジュールの構成を示した概略図である。 本発明の実施の形態4におけるフィルタ モジュールの構成を示した概略図である。 実験により得られたコモンモードフィ タをケーブルに装着した際の装着位置とノ ズ低減効果との間の関係を示した図である 実験で使用したセミリジッドケーブル 示した図である。 実験により得られた波長λと、腹・節 位置を示した図である。

 以下、本発明の実施の形態を図面に基づ て詳細に説明する。なお、実施の形態を説 するための全図において、同一部には原則 して同一の符号を付し、その繰り返しの説 は省略する。

 本発明の一実施の形態であるノイズフィ タは、フィルタモジュール内に2つ以上のフ ィルタ回路を有し、そのうちの少なくとも2 のフィルタ回路が、除去対象とするノイズ 周波数から算出される波長の1/4の長さの間 で互いに配置されているものである。なお フィルタ回路とは、ノイズに対してフィル 効果を発揮する回路素子の集合単位を指す

 <実施の形態1>
 以下に本発明の実施の形態1のノイズフィル タとして、周波数3GHzでフィルタ効果が得ら るコモンモードフィルタに本発明を適用し 例について、図1~図4を用いて説明する。

 図1は、本実施の形態におけるフィルタモ ジュールの構成を示した概略図である。図1 おいて、フィルタモジュール100は、入力ポ ト121と、出力ポート122で合計4つの端子を持 。フィルタモジュール100のこれらの各ポー は、本実施の形態におけるフィルタ回路で るコモンモードチョークコイル111および112 、それらを結合する伝送線路130で、図示す ように2系統で接合されている。また、フィ ルタモジュール100の内部は、比誘電率εrが10 度のアルミナなどのセラミック材料である 誘電体材料140が充填されている。

 ノイズの周波数fに対して、フィルタモジ ュール100内での波長λおよび伝播速度Vpは以 の式で求めることができる。

 ここで、C0は真空中の光速度でC0=299,792,458m/s である。また、εr、μrは、それぞれフィルタ モジュール100内部の充填材料の比誘電率、比 透磁率である。このモジュールでのフィルタ 効果が得られる3GHz帯の場合、数1より、波長 は22.4mmとなり、1/4λは5.6mmとなる。また、ノ ズが距離1/4λを進むのに要する伝播時間は ノイズの1/4周期で約83ピコ秒となる。

 本実施の形態におけるフィルタモジュー 100では、2つのフィルタ回路であるコモンモ ードチョークコイル111の中心と、コモンモー ドチョークコイル112の中心との間の距離を、 1/4λと等しい長さ5.6mmとしている。また、図2 示すフィルタモジュール100の概観のように フィルタモジュール100の外形寸法は幅2.0mm 長さは1/4λよりも長い6.0mmとしている。

 従って、本実施の形態において、2つのフ ィルタ回路間(コモンモードチョークコイル11 1の中心とコモンモードチョークコイル112の 心との間)のノイズの伝播時間は1/4周期の約8 3ピコ秒となる。なお、フィルタモジュール10 0の入力ポート121と出力ポート122との間の伝 時間は、伝送線路130に沿った入力ポート121 出力ポート122との距離(本実施の形態ではフ ルタモジュール100の長さ6.0mmとなる)と、前 伝播速度Vpとから求めることができる。

 図3に、フィルタの配置条件と波長λとの 係のいくつかのパターンを示す。パターン1 では、ポート121端に定在波の節の部分、ポー ト122端に腹の部分がある場合である。この場 合には、コモンモードチョークコイル111側で のフィルタ効果はほとんど得られないが、コ モンモードチョークコイル112側では大きなフ ィルタ効果を得ることができる。

 パターン2の場合には、定在波の腹の部分 がフィルタモジュール100の内部にあり、節の 部分がフィルタモジュール100の外部にある場 合である。この場合には、コモンモードチョ ークコイル111および112ともに一定のフィルタ 効果を得ることができ、全体として大きなフ ィルタ効果を得ることができる。

 パターン3の場合には、逆に定在波の腹の 部分がフィルタモジュール100の外部にあり、 節の部分がフィルタモジュール100の内部にあ る場合である。この場合にも、パターン2と 様にコモンモードチョークコイル111および11 2ともに一定のフィルタ効果を得ることがで 、全体として大きなフィルタ効果を得るこ ができる。

 以上のように、1/4λの間隔で2つのコモン ードチョークコイル111および112をそれぞれ 置することで、例えば図4に示すように、プ リント基板410上で送信用のLSI400との位置関係 を考慮することなくフィルタモジュール100を 配置し、ノイズ低減効果を得ることができる 。これによって、プリント配線上の実装制約 を低減することができ、設計を容易にするこ とが可能となる。

 さらに、本実施の形態において、図1に示 すようにフィルタモジュール100の内部に高誘 電体材料140を用いることで、ノイズの波長を 短縮することができ、フィルタモジュール100 の小型化を図ることが可能となる。

 <実施の形態2>
 以下に本発明の実施の形態2のノイズフィル タとして、実施の形態1と同様に3GHzでフィル 効果が得られるコモンモードフィルタに本 明を適用した例について、図5を用いて説明 する。

 図5は、本実施の形態におけるフィルタモ ジュールの構成を示した概略図である。図5 おいて、フィルタモジュール500は、入力ポ ト521と、出力ポート522で合計4つの端子を持 。フィルタモジュール500のこれらの各ポー は、3つのコモンモードチョークコイル511、 512および513と、それらを結合する伝送線路531 および532で、図示するように2系統で接合さ ている。また、フィルタモジュール500の内 は、比誘電率εrが10程度のアルミナなどのセ ラミックによる高誘電体材料540が充填されて いる。

 このフィルタモジュール500の外形寸法は1 /2λの長さより長くしており、11.2mmとしてい 。コモンモードチョークコイル511の中心と コモンモードチョークコイル513の中心と、 モンモードチョークコイル512の中心との間 距離はそれぞれ、1/4λと等しい長さ5.6mmとし いる。

 以上のように、1/4λの間隔でさらに多く コモンモードチョークコイル511、512および51 3を配置することで、ノイズの定在波の節以 の位置に多くのフィルタ回路を配置するこ ができ、全体として大きなノイズ低減効果 得ることができる。

 <実施の形態3>
 以下に本発明の実施の形態3のノイズフィル タとして、実施の形態1と同様に3GHzでフィル 効果が得られるコモンモードフィルタに本 明を適用した例について、図6を用いて説明 する。

 図6は、本実施の形態におけるフィルタモ ジュールの構成を示した概略図である。各構 成要素は、実施の形態2の図5の構成と同様で るのでここでの再度の説明は省略する。

 本実施の形態では、フィルタモジュール6 00の外形寸法は1/4λの長さより長くしており 6.0mmとしている。コモンモードチョークコイ ル611の中心と、コモンモードチョークコイル 612の中心との間の距離は1/4λと等しい長さ5.6m mとしている。

 以上のように、少なくとも2つのフィルタ 回路が1/4λの長さの間隔で配置されていれば その間にさらにフィルタ回路を配置しても く、これにより、全体としてノイズ低減効 をさらに高めることができる。

 <実施の形態4>
 以下に本発明の実施の形態4のノイズフィル タとして、実施の形態1と同様に3GHzでフィル 効果が得られるコモンモードフィルタに本 明を適用した例について、図7を用いて説明 する。

 図7は、本実施の形態におけるフィルタモ ジュールの構成を示した概略図である。図7 おいて、フィルタモジュール700は、入力ポ ト721と、出力ポート722で合計4つの端子を持 。フィルタモジュール700のこれらの各ポー は、2つのコモンモードチョークコイル711お よび712と、それらを結合する伝送線路731、732 および733で、図示するように2系統で接合さ ている。

 これら伝送線路731、732および733は、図示 るように折り返すような形状で配置してあ 、コモンモードチョークコイル711の中心と コモンモードチョークコイル712の中心との の伝送線路に沿った距離が1/4λとなるよう してある。また、フィルタモジュール700の 部は、比誘電率εrが10程度のアルミナなどの セラミックによる高誘電体材料740が充填され ている。

 以上のように、フィルタ回路間の伝送線 は直線状でなくてもよく、本実施の形態の うな折り返した形状や、積層した形状など することができる。この場合、フィルタ回 間の距離は、伝送線路に沿った距離で特定 ることになる。このような構造とすること 、フィルタモジュール700をさらに小型化す ことができる。

 なお、実施の形態1~4で説明したフィルタ ジュールの構成は、それぞれを任意に組み わせて用いることができることは当然であ 。また、実施の形態1~4では、フィルタ回路 してコモンモードチョークコイルを用いた モンモードフィルタについて説明している 、フィルタ回路の種類はこれに限定される のではない。また、実施の形態1~4では、フ ルタ回路と伝送線路の組を2系統で1つのフ ルタモジュールとしているが、1系統だけの 成や3系統以上の構成、さらには、例えば伝 送線路は1系統でフィルタ回路の部分のみ分 して2系統になっているような構成など、様 な組合せによって構成することが可能であ 。

 以上、本発明者によってなされた発明を 施の形態に基づき具体的に説明したが、本 明は前記実施の形態に限定されるものでは く、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更 能であることはいうまでもない。

 本発明のノイズフィルタは、サーバ、ス レージ装置や、パソコンなどの高速信号を う電子機器のプリント基板もしくはケーブ に取り付けるノイズフィルタに利用可能で る。