JP2013070252A - 差動伝送モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 高周波において、差動伝送路間のインピーダンスが低下せず、差動信号に影響を与えることがないインダクタを備えた差動伝送モジュールを提供する。
【解決手段】 差動伝送モジュール１００は、基板１、差動伝送路２ａ、２ｂ、インダクタ４を備え、インダクタ４は、コア５、コイル導体９、天板１０を備え、コイル導体９は、コア５の巻芯部６に一定の方向に巻回され、一方の端部が第１電極８ａに、途中部分が第３電極８ｃに、他方の端部が第２電極８ｂに接続され、第１電極８ａが差動伝送路２ａに接続され、第２電極８ｂが差動伝送路２ｂに接続され、第３電極８ｃが差動伝送路２ａ、２ｂに対してコモンモード信号の検出または注入をおこなうための端子となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、１対の差動伝送路と、その差動伝送路に対してコモンモード信号の検出または注入をおこなうためのインダクタとを備えた差動伝送モジュールに関し、さらに詳しくは、コモンモード信号を検出あるいは注入する際の損失が小さく、かつ、高周波において、差動伝送路間のインピーダンスが低下せず、差動信号に影響を与えることがないインダクタを備えた差動伝送モジュールに関する。

従来から、差動伝送路間にインダクタを実装し、そのインダクタの中間点に設けられた端子から信号に含まれる不平衡成分（コモンモード信号）を抽出し、その不平衡成分を不平衡検出器で検出して、信号発生源にフィードバックをかけることにより、不平衡成分の少ない信号を発生させるようにした差動伝送モジュール（平衡伝送装置）が知られている。

たとえば、特許文献１（特開２００５−３１１４０８号公報）に、そのような差動伝送モジュールが開示されている。

なお、インダクタの中間点に設けられた端子は、不平衡成分を検出して信号発生源にフィードバックをかけるだけではなく、差動伝送路にコモンモード信号を重畳（注入）するためや、電源電力を重畳（注入）するためにも使用することもできる。

このような差動伝送モジュールにおいて、差動伝送路間に実装されるインダクタとしては、たとえば、図８に示すような公知のインダクタ３００を２個用意し、両者を直列に接続し、その両端をそれぞれ差動伝送路に接続するとともに、２個のインダクタの接続点を中間点の端子として使用する方法が知られている。

インダクタ３００は、たとえば、磁性体からなるコア１０１および天板１０２と、コイル導体１０３とを備え、コア１０１の巻芯部１０４にコイル導体１０３が巻回され、その両端が、コア１０１の１対の鍔部１０５ａ、１０５ｂに形成された電極１０７ａ、１０７ｂに接続された構造からなる。天板１０２は、一方の端辺が、鍔部１０５ａの電極１０７ａが形成されていない端面に、他方の端辺が、鍔部１０５ｂの電極１０７ｂが形成されていない端面に、接着剤１０８により、それぞれ接合されている。

ところで、このような差動伝送モジュールにおいては、次の２つの事項を満たすことが求められる。すなわち、まず、コモンモード信号を検出あるいは注入する際の損失が小さいことが求められる。また、差動伝送路に対して影響を与えないことが求められる。

そして、コモンモード信号を検出あるいは注入する際の損失を小さくするためには、インダクタの中間点に設けられた端子と差動伝送路との間のコモンモードインピーダンスが可能な限り低いことが必要になる。一方、差動伝送路に影響を与えないためには、差動伝送路間においてインダクタが有するインピーダンスが、可能な限り高いことが必要になる。

しかしながら、上述した、２個の独立したインダクタ３００を直列に接続し、その両端をそれぞれ差動伝送路に接続するとともに、２個のインダクタ３００の接続点を中間点の端子として使用する方法には、端子と各差動伝送路との間のコモンモードインピーダンスが高く、コモンモード信号に対する損失が大きいという問題や、直流電流を流すと重畳特性の悪化によって差動伝送線間のインピーダンスが低下し、差動伝送路に影響を与えるという問題があった。

そこで、別の方法として、差動線路間に、インダクタとして、特許文献２（特開２００３−１６８６１１号公報）に開示されるような、コモンモードチョークコイルを接続する方法がある。

図９に、特許文献２に開示された、コモンモードチョークコイル４００を示す。

コモンモードチョークコイル４００は、磁性体からなるコア２０１および天板２０２と、１対のコイル導体２０３ａ、２０３ｂとを備える。

コア２０１は、巻芯部２０４の両端に、１対の鍔部２０５ａ、２０５ｂが形成され、さらに、鍔部２０５ａに１対の脚部２０６ａ、２０６ｂが形成され、鍔部２０５ｂに１対の脚部２０６ｃ、２０６ｄが形成されている。ただし、図９においては、脚部２０６ｄは他の部材に隠れており、図示されていない。

そして、脚部２０６ａに電極２０７ａが、脚部２０６ｂに電極２０７ｂが、脚部２０６ｃに電極２０７ｃが、脚部２０６ｄに電極２０７ｄが、それぞれ形成されている。ただし、図９においては、電極２０７ｄは他の部材に隠れており、図示されていない。

そして、コア２０１の巻芯部２０４に、１対のコイル導体２０３ａとコイル導体２０３ｂとが巻回され、コイル導体２０３ａの一方の端部が電極２０７ａに、他方の端部が電極２０７ｄに、コイル導体２０３ｂの一方の端部が電極２０７ｂに、他方の端部が電極２０７ｃに、それぞれ接続されている。なお、コイル導体２０３ａとコイル導体２０３ｂとは、平行に並べられ、沿った状態で、巻芯部２０４に巻回されている。

そして、天板２０２は、一方の端辺が、鍔部２０５ａの電極２０７ａ、２０７ｂが形成されていない端面に、他方の端辺が、鍔部２０５ｂの電極２０７ｃ、２０７ｄが形成されていない端面に、接着剤２０８により、それぞれ接合されている。

特許文献２に開示されたコモンモードチョークコイル４００を、特許文献１に開示された差動伝送モジュールに使用する場合には、電極２０７ａを一方の差動伝送路に接続し、電極２０７ｃを他方の差動伝送路に接続し、残りの電極２０７ｂと電極２０７ｄとを中間点の端子として使用する。

特開２００５−３１１４０８号公報 特開２００３−１６８６１１号公報

特許文献２に開示されたようなコモンモードチョークコイルを、特許文献１に開示されたような差動伝送モジュールに使用した場合、インダクタの中間点に設けられた端子と差動伝送路との間のコモンモードインピーダンスは十分に低くなっており、コモンモード信号に対する損失は小さくなっている。

しかしながら、この方法においても、結合したコイル導体２０３ａと２０３ｂとの線路間に発生する静電容量の影響で、特に高周波において、差動伝送路間のインピーダンスが低下してしまうという問題があった。すなわち、この方法によっても、差動伝送路に影響を与えずに、差動伝送路間にインダクタを接続するという要求は満たされなかった。

本発明は、上述した従来の問題を解決するするためになされたものであり、その手段として、本発明の差動伝送モジュールは、基板と、基板上に形成された１対の差動伝送路と、１対の差動伝送路間に実装された、１対の差動伝送路に対してコモンモード信号の検出または注入をおこなうためのインダクタとを備え、インダクタは、磁性体からなるコアおよび天板と、コアに巻回されたコイル導体とを備え、コアは、棒状の巻芯部と、巻芯部の両端に形成された第１鍔部および第２鍔部と、巻芯部の途中に形成された第３鍔部とを備え、第１鍔部には第１電極が、第２鍔部には第２電極が、第３鍔部には第３電極がそれぞれ形成され、コイル導体は、巻芯部に一定の方向に巻回され、一方の端部が第１電極に接続され、途中部分が第３電極に接続され、他方の端部が第２電極に接続され、第１電極から第３電極までの巻数と、第３電極から第２電極までの巻数とが等しく、天板は板状からなり、対向する一方の端辺が第１鍔部に接合され、他方の端辺が第２鍔部に接合され、第１電極が１対の差動伝送路の一方に接続され、第２電極が１対の差動伝送路の他方に接続され、第３電極が１対の差動伝送路に対してコモンモード信号の検出または注入をおこなうための端子となるようにした。

なお、第３電極は、第３鍔部の端面全周にわたって形成されるようにしても良い。この場合には、第３鍔部の両側間での磁束の漏れが少なくなり、中間点に設けられた端子と差動伝送路との間のコモンモードインピーダンスは、さらに低くなっており、コモンモード信号に対する損失はより小さくなる。

なお、インダクタは、１対の差動伝送路に対して、コモンモード信号の検出または注入をおこなうのではなく、電源電流の注入をおこなうものであっても良い。

本発明の差動伝送モジュールは、上述した構成としたため、差動伝送路間にインダクタが実装されているにもかかわらず、高周波において、差動伝送路間のインピーダンスの低下が抑えられており、差動信号に与える影響が小さい。また、中間の端子と差動伝送路との間のコモンモードインピーダンスは十分に低くなっており、コモンモード信号に対する損失が小さくなっている。

第１実施形態にかかる差動伝送モジュール１００を示す斜視図である。 差動伝送モジュール１００に使用したインダクタ４を示す正面図である。 差動伝送モジュール１００に使用したインダクタ４を示す底面図である。 第２実施形態にかかる差動伝送モジュール２００を示す斜視図である。 図５（Ａ）は、実験例においてインピーダンスの測定をおこなったポート１とポート２との位置を示した回路図である。図５（Ｂ）は、実験例においてインピーダンスの測定をおこなったポート３とポート４との位置を示した回路図である。 実施例、比較例１、比較例２ににつき、図５（Ａ）に示したポート１とポート２との間のインピーダンスを示したグラフである。 実施例、比較例１、比較例２ににつき、図５（Ｂ）に示したポート３とポート４との間のインピーダンスを示したグラフである。 従来のインダクタ３００を示す斜視図である。 従来のコモンモードチョークコイル４００を示す斜視図である。

以下、図面とともに、本発明を実施するための形態について説明する。
［第１実施形態］
図１に、本発明の第１実施形態にかかる差動伝送モジュール１００を示す。また、図２および図３に、差動伝送モジュール１００に使用したインダクタ４を示す。ただし、図１は差動伝送モジュール１００の斜視図、図２はインダクタ４の正面図、図３はインダクタ４の底面図である。

本実施形態にかかる差動伝送モジュール１００は、基板１を備える。基板１は、たとえば、プリント回路基板からなる。なお、図１においては、基板１の左右部分の図示を省略して示している。

基板１の表面には、１対の差動伝送路２ａ、２ｂが形成されている。また、差動伝送路２ａの途中にはランド電極３ａが、差動伝送路２ｂの途中にはランド電極３ｂがそれぞれ形成され、さらに、ランド電極３ａと３ｂとの間には、独立したランド電極３ｃが形成されている。なお、ランド電極３ｃは、コモンモード信号検出部または注入部（図示せず）に接続されている。差動伝送路２ａ、２ｂおよびランド電極３ａ、３ｂ、３ｃは、それぞれ、たとえば、銅箔からなる。

そして、ランド電極３ａ、３ｂ、３ｃを使って、差動伝送路２ａ、２ｂ間に、インダクタ４が実装されている。

インダクタ４は、フェライトなどの磁性体からなるコア５を備える。

コア５は、角柱状（棒状）の巻芯部６と、巻芯部６の両端に形成された第１鍔部７ａ、第２鍔部７ｂと、巻芯部６の途中に形成された第３鍔部７ｃとを備える。第１鍔部７ａ、第２鍔部７ｂは、たとえば、矩形の板状からなり、その中央部分が巻芯部６の端部と繋がっている。第３鍔部７ｃは、たとえば、第１鍔部７ａ、第２鍔部７ｂよりも一回り小さな矩形の板状からなり、巻芯部６の途中において、巻芯部６と繋がっている。

そして、第１鍔部７ａに第１電極８ａ、第２鍔部７ｂに第２電極８ｂ、第３鍔部７ｃに第３電極８ｃがそれぞれ形成されている。第１電極８ａ、第２電極８ｂ、第３電極８ｃは、第１鍔部７ａ、第２鍔部７ｂ、第３鍔部７ｃのそれぞれの１つの端面を中心にして、その端面に繋がる周囲の４つの面に跨って形成されている。なお、図１〜図３においては、わかりやすくするために、第１電極８ａ、第２電極８ｂ、第３電極８ｃを着色して示している。

そして、コア５の巻芯部６に、コイル導体９が、一定の方向に巻回されている。コイル導体９には、たとえば、絶縁被覆が施された銅線などが用いられる。そして、コイル導体９は、接続部分の絶縁被覆を剥離した上で、一方の端部が第１電極８ａに、途中が第３電極８ｃに、他方の端部が第２電極８ｂに、それぞれ接続されている。なお、コイル導体９の、第１電極８ａから第３電極８ｃまでの巻数と、第３電極８ｃから第２電極８ｂまでの巻数は等しくなっている。

また、インダクタ４は、フェライトなどの磁性体からなる天板１０を備える。そして、天板１０の一方の端辺が、第１鍔部７ａの第１電極８ａが形成されていない端面に、他方の端辺が、第２鍔部７ｂの第２電極８ｂが形成されていない端面に、接着剤（図示せず）などにより、それぞれ接合されている。

このような構造からなるインダクタ４は、第１電極８ａがランド電極３ａに、第２電極８ｂがランド電極３ｂに、第３電極８ｃがランド電極３ｃに、それぞれ、はんだ（図示せず）などにより接合されて、基板１に実装されている。

かかる構造からなる本実施形態の差動伝送モジュール１００は、たとえば、次の方法によって製造される。

まず、基板１上に、差動伝送路２ａ、２ｂおよびランド電極３ａ、３ｂ、３ｃを形成する。具体的には、たとえば、基板１を用意し、その表面の全面に銅箔を貼着し、銅箔をエッチングして、所望の形状からなる差動伝送路２ａ、２ｂおよびランド電極３ａ、３ｂ、３ｃを形成する。

また、これと並行して、コア５および天板１０を作成する。具体的には、コア５、天板１０は、たとえば、フェライトなどの磁性粉を所定の形状からなる金型に充填し、加圧して成型することにより作成する。このとき、加圧に加えて、加熱するようにしても良い。また、成型後に焼成するようにしても良い。

次に、コア５の第１鍔部７ａ、第２鍔部７ｂ、第３鍔部７ｃに、それぞれ、第１電極８ａ、第２電極８ｂ、第３電極８ｃを形成する。具体的には、第１電極８ａ、第２電極８ｂ、第３電極８ｃは、たとえば、第１鍔部７ａ、第２鍔部７ｂ、第３鍔部７ｃの、それぞれ１つの端面、およびそれらの端面に繋がる周囲の４つの面に跨って銀ペーストを塗布し、焼付けることにより形成する。

次に、コア５の巻芯部６に、たとえば、巻線機を用いて、コイル導体９を巻回する。

次に、コイル導体９の一方の端部を第１電極８ａに接続し、途中を第３電極８ｃに接続し、他方の端部を第２電極８ｂに接続する。具体的には、たとえば、コイル導体９の接続部分を絶縁被覆剥離剤に浸漬し、絶縁被覆を剥離したうえで、熱圧着して、それぞれの接続をおこなう。なお、図３においては、コイル導体９の、第１電極８ａ、第２電極８ｂ、第３電極８ｃに対して熱圧着した部分を、他の部分よりも太く示している。

このように、本実施形態においては、差動伝送モジュールに使用するインダクタを１本のコイル導体を使用して作成しているので、生産性に優れている。

次に、コア５に天板１０を接合して、インダクタ４を完成させる。

そして、完成したインダクタ４を基板１に実装することにより、第１実施形態にかかる差動伝送モジュール１００を完成させる。具体的には、インダクタ４の第１電極８ａをランド電極３ａに、第２電極８ｂをランド電極３ｂに、第３電極８ｃをランド電極３ｃに、それぞれ、リフローはんだなどの方法により接合する。

以上、本発明の第１実施形態にかかる差動伝送モジュール１００の構造、およびその製造方法の一例について説明した。しかしながら、本発明が上述した内容に限定されることはなく、発明の趣旨に沿って、種々の変更をなすことができる。

たとえば、上述した実施形態では、基板１の表面に、差動伝送路２ａ、２ｂおよびランド電極３ａ、３ｂ、３ｃのみを形成しているが、さらに他の回路を形成し、別の機能を付加させても良い。また、コア５の形状や、コイル導体９の巻数なども任意であり、上述した内容には限定されない。
［第２実施形態］
図４に、本発明の第２実施形態にかかる差動伝送モジュール２００を示す。

上述した第１実施形態にかかる差動伝送モジュール１００では、インダクタ４のコア５の第３鍔部７ｃの、１つの端面、およびその端面に繋がる周囲の４つの面の一部にのみ、第３電極８ｃを形成したが、第２実施形態にかかる差動伝送モジュール２００においては、第３鍔部７ｃの４つの端面全周にわたって、第３電極１８ｃを形成するようにした。なお、差動伝送モジュール２００の他の部分は、差動伝送モジュール１００と同様の構造とした。

第２実施形態にかかる差動伝送モジュール２００では、第３鍔部の両側間での磁束の漏れが、第１実施形態にかかる差動伝送モジュール１００よりも少なくなっており、中間点に設けられた端子と差動伝送路との間のコモンモードインピーダンスは、さらに低くなっており、コモンモード信号に対する損失はより小さくなっている。

実験例

本発明の有効性を確認するために、次の実験をおこなった。

まず、本発明にかかる実施例として、上述した第１実施形態にかかる差動伝送モジュール１００を用意した。また、比較例１として、図８に示した従来のインダクタ３００を２個用いて、差動伝送モジュール１００と同様の差動伝送モジュールを構成した。また、比較例２として、図９に示した従来のコモンモードチョークコイル４００を用いて、差動伝送モジュール１００と同様の差動伝送モジュールを構成した。

そして、実施例、比較例１、比較例２について、図５（Ａ）に示すように、ポート１とポート２との間、すなわち差動伝送路２ａと差動伝送路２ｂとの間の周波数−インピーダンス特性を測定した。差動伝送路２ａと差動伝送路２ｂとの間のインピーダンスは、高いほど差動伝送路に与える影響が少ないため好ましい。測定結果を、図６に示す。

また、実施例、比較例１、比較例２について、図５（Ｂ）に示すように、ポート３とポート４との間、すなわち、差動伝送路２ａと差動伝送路２ｂとを短絡させた部分と、インダクタの中間点に設けられた端子との間の、周波数−インピーダンス特性を測定した。この値は、コモンモード信号の出力部分のインピーダンスに相当するため、値が低いほどコモンモード信号に与える影響が少なく好ましい。測定結果を、図７に示す。

図６から分かるように。ポート１とポート２との間のインピーダンスは、８０ＭＨｚ以下では、実施例、比較例１、比較例２は同等レベルであるが、８０ＭＨｚ以上では、比較例１の値が最も低くなり、さらに２００ＭＨｚ以上では、比較例２の値が下がり、実施例の値が最も高くなる。この結果より、２００ＭＨｚ以上の差動信号に対して最も影響を与えないのは、本発明の実施例にかかる差動伝送モジュール１００であることが分かる。

また、図７から分かるように、ポート３とポート４との間のインピーダンスは、３００〜４００ＭＨｚの範囲を除いては、比較例１が最も高く、１００ＭＨｚ以下では、実施例と比較例２とが近い値となっている。

以上から、２００ＭＨｚ以上の差動信号に対して、最も影響を与えないのは本発明の実施例にかかる差動伝送モジュール１００であることが分かる。また、コモンモード信号に与える影響が最も大きいのは比較例１であり、１００ＭＨｚ以下の信号に対しては、実施例と比較例２との与える影響は同程度であるといえる。

したがって、差動信号の周波数が２００ＭＨｚ以上であり、かつコモンモード信号の周波数が１００ＭＨｚ以下である回路系に対しては、本発明の実施例にかかる差動伝送モジュール１００の与える影響が最も小さいと言える。

また、本実験例では測定をおこなっていないが、コモンモード信号の代わりに電源電流を重畳（注入）する場合においても、本発明の実施例にかかる差動伝送モジュール１００では、比較例２と同様に、電源電流で発生する磁束が打ち消される。したがって、電源電流が比較的大きい場合においても、コア５、天板１０の磁性体材料が磁気飽和を起こしにくく、差動信号に与える影響が少ないという利点がある。

１：基板
２ａ、２ｂ：差動伝送路
３ａ、３ｂ、３ｃ：ランド電極
４：インダクタ
５：コア
６：巻芯部
７ａ：第１鍔部
７ｂ：第２鍔部
７ｃ：第３鍔部
８ａ：第１電極
８ｂ、１８ｂ：第２電極
８ｃ：第３電極
９：コイル導体
１０：天板

Claims (3)

1. 基板と、
   前記基板上に形成された１対の差動伝送路と、
   前記１対の差動伝送路間に実装された、前記１対の差動伝送路に対してコモンモード信号の検出または注入をおこなうためのインダクタとを備えた差動伝送モジュールであって、
   前記インダクタは、磁性体からなるコアおよび天板と、前記コアに巻回されたコイル導体とを備え、
   前記コアは、棒状の巻芯部と、前記巻芯部の両端に形成された第１鍔部および第２鍔部と、前記巻芯部の途中に形成された第３鍔部とを備え、
   前記第１鍔部には第１電極が、前記第２鍔部には第２電極が、前記第３鍔部には第３電極がそれぞれ形成され、
   前記コイル導体は、前記巻芯部に一定の方向に巻回され、一方の端部が前記第１電極に接続され、途中部分が前記第３電極に接続され、他方の端部が前記第２電極に接続され、前記第１電極から前記第３電極までの巻数と、前記第３電極から前記第２電極までの巻数とが等しく、
   前記天板は板状からなり、対向する一方の端辺が前記第１鍔部に接合され、他方の端辺が前記第２鍔部に接合され、
   前記第１電極が前記１対の差動伝送路の一方に接続され、前記第２電極が前記１対の差動伝送路の他方に接続され、第３電極が前記１対の差動伝送路に対してコモンモード信号の検出または注入をおこなうための端子とされている差動伝送モジュール。
2. 前記第３電極が、前記第３鍔部の端面全周にわたって形成されている、請求項１に記載された差動伝送モジュール。
3. 前記インダクタが、前記コモンモード信号の検出または注入に代えて、電源電流の注入をおこなう、請求項１または２に記載された差動伝送モジュール。

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