JP5187601B2 - 差動コモンモード共鳴フィルタ - Google Patents
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Description
【0001】
本発明は、通信及び演算装置における、デジタル、アナログ、又は、デジタルアナログ混合システムのための多層基板技術に基づく差動モード/コモンモードフィルタリング部品に関する。
【背景技術】
【0002】
2本の分離された導体上で伝送される2つの相補信号を用いるシグナリング(それは、しばしば差動シグナリングと呼ばれる)は、シングルエンドでのシグナリングと比較して明らかに現れる利点のために、近年の高周波及び高速デジタル及びアナログ機器において広く使用される。例えば、差動シグナリングは、データ転送チャンネルにおけるノイズや放射の問題を顕著に低減することができる。また、差動及びコモンモード(奇数及び偶数モードとする定義も伝送線理論では用いられる)が直交するものであるので、これらのモードの両方が、データ転送においてチャンネルの容量を増大させるために使用可能である。
【0003】
このため、差動及びコモンモードの周波数応答を制御すること、即ち、差動及びコモンモードを分離すること、又は、それらの送受信を独立にするためにこれらのモードの一つを抑制することが重要である。
【0004】
この観点からは、差動−コモンモードフィルタは、アナログ及びデジタル機器において決定的に重要な部品である。また、フィルタを、機器に使用される多機能システムに容易に集積化可能な低コスト部品とすることも重要である。
【0005】
米国特許第5,321,373号は、差動モード・コモンモードの組み合わせフィルタを開示している。このフィルタは、フェライトコアを通過する複数のU型ワイヤを備えている。
【0006】
米国特許第6,642,672号は、コモンモード、差動モードの両機能を備えた集積型フィルタを開示している。このフィルタは、磁性コアと、2つの巻線と、これらの巻線を搭載するフレームとを備えている。
【0007】
米国特許出願公開第2005/0063127A1号は、差動及びコモンモードフィルタリングを実現するペアード多層誘電独立受動素子構造を開示している。
【0008】
しかしながら、提案されたコモン及び差動モードフィルタは、周波数領域における差動及びコモンモードの選択的な分離を提供するものではないし、所定の周波数帯におけるコモンモード、差動モード、又はこれらの両方の損失を増大させるための仕組みを持っているわけではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0009】
【特許文献1】
米国特許第5,321,373号
【特許文献2】
米国特許第6,642,672号
【特許文献3】
米国特許出願公開第2005/0063127A1号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0010】
従って、本発明の目的は、周波数領域における差動及びコモンモードの選択的な分離を実現する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明の一の実施形態では、フィルタが、2つの互いに対向する接地プレートと該接地プレートを接続する導電性のサイドウォールで形成された共振器を組み込んだ多層基板と、共振器を通過するように設けられた2つの信号ビアと、一対の信号を受け取るために該信号ビアに接続された2つの端子とを備えている。共振器は、接地プレートに垂直な第1対称面を有している。該信号ビアは、該第1対称面からある距離をおいて、該第1対称面に対して対称に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【0012】
本発明の、上記及びその他の目的、利点及び特徴は、下記の添付図面と併せて特定の実施形態の記載からより明らかになろう。
【図1A】図1Aは、本発明の一実施形態による差動−コモンモード共鳴フィルタの水平断面図である。
【図1B】図1Bは、図1Aに図示されている1B−1B’面における当該フィルタの垂直断面図である。
【図1C】図1Cは、図1Aに図示されている1C−1C’面における当該フィルタの垂直断面図である。
【図1D】図1Dは、当該フィルタの上面図である。
【図2A】図2Aは、本発明の他の実施形態による差動−コモンモード共鳴フィルタの水平断面図である。
【図2B】図2Bは、図2Aに図示されている2B−2B’面における当該フィルタの垂直断面図である。
【図2C】図2Cは、図2Aに図示されている2C−2C’面における当該フィルタの垂直断面図である。
【図2D】図2Dは、当該フィルタの上面図である。
【図2E】図2Eは、当該フィルタの共振器の構造を示している。
【図3】図3は、サイドウォールが長方形に配置されている差動−コモンモード共鳴フィルタの挿入ロスを図示するグラフである。
【図4A】図4Aは、本発明の更に他の実施形態による差動−コモンモード共鳴フィルタの水平断面図である。
【図4B】図4Bは、図4Aに図示されている4B−4B’面における当該フィルタの垂直断面図である。
【図4C】図4Cは、図4Aに図示されている4C−4C’面における当該フィルタの垂直断面図である。
【図4D】図4Dは、当該フィルタの上面図である。
【図5】図5は、サイドウォールが正方形に配置されている差動−コモンモード共鳴フィルタの挿入ロスを図示するグラフである。
【図6A】図6Aは、本発明の更に他の実施形態による差動−コモンモード共鳴フィルタの水平断面図である。
【図6B】図6Bは、図6Aに図示されている6B−6B’面における当該フィルタの垂直断面図である。
【図6C】図6Cは、図6Aに図示されている6C−6C’面における当該フィルタの垂直断面図である。
【図6D】図6Dは、当該フィルタの上面図である。
【図7A】図7Aは、本発明の更に他の実施形態による差動−コモンモード共鳴フィルタの水平断面図である。
【図7B】図7Bは、図7Aに図示されている7B−7B’面における当該フィルタの垂直断面図である。
【図7C】図7Cは、図7Aに図示されている7C−7C’面における当該フィルタの垂直断面図である。
【図7D】図7Dは、当該フィルタの上面図である。
【図8A】図8Aは、本発明の更に他の実施形態による差動−コモンモード共鳴フィルタの水平断面図である。
【図8B】図8Bは、図8Aに図示されている8B−8B’面における当該フィルタの垂直断面図である。
【図8C】図8Cは、図8Aに図示されている8C−8C’面における当該フィルタの垂直断面図である。
【図8D】図8Dは、当該フィルタの上面図である。
【図9A】図9Aは、本発明の更に他の実施形態による差動−コモンモード共鳴フィルタの水平断面図である。
【図9B】図9Bは、図9Aに図示されている9B−9B’面における当該フィルタの垂直断面図である。
【図9C】図9Cは、図9Aに図示されている9C−9C’面における当該フィルタの垂直断面図である。
【図9D】図9Dは、当該フィルタの上面図である。
【図10A】図10Aは、4つの金属のチューニング素子を持つ図9A−図9Dに図示されたフィルタのコモンモードの挿入ロスを示している。
【図10B】図10Bは、4つの誘電体のチューニング素子を持つ図9A−図9Dに図示されたフィルタのコモンモードの挿入ロスを示している。
【図11A】図11Aは、本発明の更に他の実施形態による差動−コモンモード共鳴フィルタの水平断面図である。
【図11B】図11Bは、図11Aに図示されている11B−11B’面における当該フィルタの垂直断面図である。
【図11C】図11Cは、図11Aに図示されている11C−11C’面における当該フィルタの垂直断面図である。
【図11D】図11Dは、当該フィルタの上面図である。
【図12】図12は、電磁波吸収材でできたチューニング素子を備える図11A−11Dに図示されているフィルタの差動及びコモンモードの挿入ロスを示している。
【図13A】図13Aは、本発明の更に他の実施形態による差動−コモンモード共鳴フィルタの水平断面図である。
【図13B】図13Bは、図13Aに図示されている13B−13B’面における当該フィルタの垂直断面図である。
【図13C】図13Cは、図13Aに図示されている13C−13C’面における当該フィルタの垂直断面図である。
【図13D】図13Dは、当該フィルタの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態による差動−コモンモード共鳴フィルタについて添付図面を参照しながら説明する。
【0014】
図1A〜図1Dには、差動−コモンモード共鳴フィルタが図示されている。このフィルタは、多層基板111中に形成された共振器110を通過する2つの信号ビア101を備えている。この実施形態では、多層基板111は、絶縁体でできた絶縁基板112〜114を備えている。図解の目的だけに、共振器110中の絶縁基板113の部分は、他の部分と異なるハッチングで示されている(他の図でも同様である)ことに留意されたい。絶縁体は、誘電材料であっても、電磁波吸収材であっても、磁性材料であってもよい。第1の導電層1Lは、絶縁基板112の上面に設けられており、第2の導電層2Lは、絶縁基板112、113の間に設けられており、第3の導電層3Lは、絶縁基板113、114の間に設けられており、そして、第4の導電層4Lは、絶縁基板114の裏面に設けられている。
【0015】
共振器110は、接地ビア102と2枚の互いに対向する接地プレート103とで形成されている。接地ビア102は、共振器110のサイドウォールを形成しており、接地プレート103に接続されている。接地プレート103は、第2及び第3導電層2L及び3Lに設けられており、絶縁基板110によって分離されている。共振器110内の絶縁基板113の部分は、共振器110外の部分とは異なるハッチングで示されていることに留意されたい。この例では、接地ビア102は、共振器110が2つの互いに垂直な対称面B−B’及びC−C’を持つように配置されている。2つの信号ビア101は、面B−B’上に配置され、面C−C’から等じ間隔に離れており、ここではマクロストリップ構造として形成された2つの端子105に接続されている。図1Dに図示されているように、入力信号としては、差動及びコモンモードが端子105に入力される。
【0016】
接地又は電源導体の近傍に設けられた2つの信号導電体が、差動及びコモンモード(混合モードとも呼ばれる)として2つの直交するモードに対応していることは、よく知られている。これらのモードは、機器に含まれているシステムにおいて情報を運ぶ伝播信号として使用可能である。
【0017】
しかしながら、インピーダンスの不均質性により、有用な信号におけるノイズに加え、混合モード(差動又はコモンモード)上のシグナリングが適用されたデバイスからの放射を顕著に増加させ得る差動モードとコモンモード間の変換が、相当なものになり得る。
【0018】
よって、差動及びコモンモードを別々に送受信することや、これらのモードの一つをキャンセルすることは、重大な問題である。
【0019】
特に、この問題は、本実施形態の差動−コモンモード共鳴フィルタによって解決される。本実施形態では、共振器が2つの対称面を持っており、信号ビア101がそれらの対称面の一つの上にあり、もう一方の対称面に対して対称に配置されている。
【0020】
信号は、基板111の最上層の導電層1Lに設けられた端子105から基板の最下層の導電層4Lの対応する端子105を伝搬する。共振器110の適用が、提案のフィルタの、際立って特徴的な特性を与えている。
【0021】
図2A−図2Eに図示されているような差動−コモンモード共鳴フィルタの数値例を考えよう。これらの図では、長方形の共振器210を持つフィルタが、4層導電層基板211中に形成され、信号ビアパッド205が端子として使用される。4層導電層基板211は、3枚の絶縁基板212〜214を備えている。差動モード及びコモンモードが、上部及び下部信号ビアパッド205の間を伝搬する。2つの信号ビア201は、当該フィルタのこの例ではl=5mmで分離されているが、寸法は、次のとおりである:dr=0.65mm、dp=0.95mm;dc=1.65mmであり、ここで、drは、信号ビア201の外径であり、dpは、信号ビアパッド205の外径であり、dcは、信号ビア201が設けられた内部導電層203を通過するように設けられた開口の直径である。共振器210は、4層導電層基板211の第2及び第3導電層2L、3Lの間に形成されており、4層導電層基板211における近接する導電層の間の距離は、h=h1=h2=h3=0.75mmであり、上部及び下部導電層1L、4Lの厚さは、to=0.055mmであり、共振器を形成している内部導電層203の厚さは、ti=0.035mmである。基板211の接地プレート20の間の絶縁体は、ε=4.0、μ=1.0、tanδ=0.023である。ここで、εは比誘電率であり、μは比透磁率であり、tanδは、誘電正接である。
【0022】
共振器210は、接地ビア202が、その上部及び下部の導電性境界として機能する内部導電層203の両方に接続されたサイドウォールを構成することによって得られる。これらの接地ビアサイドウォールは、直径がdg=0.3mmでlg=1.0mmの距離で等間隔に離れて配置された接地ビア202で構成されている。共振器210の水平面内の寸法は、a=20mm、b=40mmである。これらの寸法は、接地ビア202の中心を通る想像上の外形の線の間の距離として定義されることに留意されたい。
【0023】
図3においては、上記のパラメータを有する図2A〜図2Eに図示されているフィルタの挿入ロス(|S21|値)のシミュレーションデータが図示されている。これらの結果は、よく確立されており、最も正確な数値演算方法の一つである時間領域差分法を使用することによって得られている。
【0024】
提示したデータから得られるように、当該構造は、当該差動−コモンモードフィルタの明確に現れる性質を示している。更に、差動モードの阻止帯域がコモンモードと比較して異なる位置にあることに着目することも重要である。例えば、約4.2GHzの周波数においてコモンモードは阻止帯域を持つ。しかしながら、この周波数においては、差動モードは実際上挿入ロスなしにフィルタを通過する。逆に、約7.9GHzの周波数では、明確に現れた阻止帯域を有しているが、同時に、コモンモードがこの周波数では非常に小さい損失でフィルタを通過して伝搬する。これは、本実施形態における提案の差動−コモンモードフィルタの顕著な特性である。
【0025】
図2A〜図2Eに図示されている構造を用いた差動−コモンモードフィルタの根底にある物理的メカニズムを考察しよう。共振器210内の各信号ビア201の位置(x1,y1),(x2,y2)における電磁界は、近似的には、下記の式で表わすことができる:
【数1】
ここで、m、n及びpは、共振モードの次数を与えるものであり、a及びbは、共振器210の辺の水平面内の寸法であり、E(1)は、(x1,y1)に位置する信号ビア201における電界であり、E(2)は、(x2,y2)に位置する信号ビア201における電界であり、E0 mnpは、共振モードの振幅であり、zは、共振器210の上部及び下部の接地プレート203に垂直な方向の単位ベクトルである。共振モードの周波数fmnpが近似的に下記のように表わすことができることに留意することは重要である:
【数2】
ここで、cは光速である。
【0026】
フィルタの出力における差動モードの電磁界は、信号ビア201における電界の差に比例し、即ち、
【数3】
である。
【0027】
同時に、フィルタの出力におけるコモンモードの電磁界は、信号ビア201における電界の和に比例し、下記のように書くことができる:
【数4】
【0028】
差動モードとコモンモードの分離を実現するためには、信号ビア201の位置は、それらの間の通過する垂直対称面に対して対称であるように選ばれる。それは、x2=b−x1であることを意味している。この場合、式(1b)は、次のように書ける:
【数5】
結果として、式(3)によれば、式(1a)、(5)を考慮に入れると、差動モードの電磁界Ed mnpは、次のように表わせる:
【数6】
同様に定義すれば、コモンモードの電磁界Ec mnpは、次のように得られる:
【数7】
従って、式(6)、(7)から得られるように、実際上、損失を起こさずに共振器を通る数次の差動モードを伝播させるこれらの差動共鳴モードがキャンセルされる。しかしながら、同時に、同じ次数のコモン共鳴モードは、損失の顕著な増大につながるように共鳴し、該次数におけるコモンモードの阻止帯域を形成する。共振の他の次数についても、差動モードについては阻止帯域が形成されるが、コモンモードは重大な損失を起こさずに共振器210を通過して伝搬する。
【0029】
例えば、差動及びコモンモードについて挿入ロスが存在する図3について考えよう。
【0030】
最低次の差動モードの電磁界は、次の式で表わすことができる:
【数8】
式(8)は、式(2)によっても定義可能な4.2GHzの共振周波数での損失なしに、差動モードが共振器210を伝搬することを意味している。
【0031】
同時に、コモンモードの電磁界は、次のように得られる:
【数9】
式(9)から得られるように、コモンモードは共鳴し、このモードでは、図3と一致する約4.2GHzの周波数のあたりで阻止帯域が形成される。
【0032】
約7.9GHzの周波数では、差動モードが阻止帯域を有しており、しかしながら同時に、コモンモードは、共振器を通過して伝搬する。これは、式(6)、(7)で説明可能である。
【0033】
これは、本実施形態のフィルタの、際立って特徴的な特性である。このように、本実施形態のフィルタは、一つのモード(差動又はコモン)について、共鳴時におけるこのモードのフィルタを通しての伝播を可能にする一のグループ共振のキャンセルを有効に実現する。同時に、他のモード(それぞれ、コモン又は差動)は、検討した周波数に阻止帯域を形成するのにつながるように、これらの周波数において共振する。
【0034】
従って、周波数領域において、差動及びコモンモードの分離を得られる。
【0035】
これは、差動モードについて帯域通過フィルタを形成し、同時にコモンモードについて帯域阻止特性を提供する基礎である。
【0036】
よって、垂直対称面とその面日して対称に設けられた一対の信号ビアとを持つ多層基板内の共振器を設けるという提案された手法を使用することにより、数々のフィルタを得ることができる。
【0037】
サイドウォールを形成する接地ビアの配置が異なった様々な共振器が開発可能である。ただし、このような配置がフィルタの周波数応答を制御するために使用可能であることに留意されたい。
【0038】
図4A〜図4Dには、共振器410のサイドウォールにおいて接地ビア402が正方形は位置された差動−コモンモード共鳴フィルタが提示されている。このフィルタは、共振器410に埋め込まれ、3枚の絶縁基板412〜414を含む4層導電層基板411の上部及び下部導電層1L及び4Lに設けられた端子405に接続された一対の信号ビア401で形成されている。
【0039】
図5には、図4A〜図4Dに図示されている構造の数値例が提示されている。4層導電層基板411、信号ビア401、及び共振器410の寸法は図3と同じであるが、共振器410だけは、a=20mmの辺を持つ正方形のものになっている。シミュレーション結果から得られるように、このタイプのフィルタも、阻止帯域が異なる位置にある(コモンモードについては阻止帯域の中心周波数が5.3GHzで、しかし差動モードについてはこの周波数は8.7GHzである)差動及びコモンモードの分離をはっきり示している。また、これらのデータから、サイドウォールにおける接地ビアの配置の形態(この形態は、円形、楕円、又は具体的応用によって決定されるより複雑なもの)が周波数応答を制御するために有効なアプローチであることを示している。
【0040】
提案されたフィルタが、ボード搭載の応用のための集積素子として使用可能であるのみならず、独立したデバイスとしても使用可能であることを強調することは重要である。
【0041】
図6A〜図6Dには、差動−コモンモードフィルタが提示されている。この実施形態では、共振器610のサイドウォールを形成するために接地ビアの代わりに側面導電プレート604が使用されている。
【0042】
より具体的には、この共振器610は、3枚の絶縁基板612〜614を含む4層導電層基板611中に形成された接地プレート603と4層導電層基板611の側面に形成された側面導電プレート604とにより構成されている。垂直面6C−6C’に対して対称に設けられた信号ビア601は、4層導電層基板611の上部及び下部導電層1L、4Lに設けられた端子605に接続されている。そのようなタイプの差動−コモン共鳴フィルタは、独立したデバイスとして応用可能である。
【0043】
上記の実施形態のフィルタは2つ対称面を有しているが、一つの対称面を有する共振器を備え、信号ビアが該対称面に対して対称に配置されている差動−コモンモード共鳴フィルタにおいても、差動及びコモンモードの分離は、達成可能である。図7A〜図7Dにおいては、差動−コモンモード共鳴フィルタの他の実施形態が提示されている。このフィルタは、信号ビア701と、共振器710と、5枚の絶縁基板712〜716を含む多層基板711の上部及び下部導電層1L、6Lに設けられた端子705とを備えている。共振器710は、接地プレート703に接続された接地ビア702によって形成されており、台形の外形のサイドウォールが得られるように配置されている。この構造では、信号ビア701は、面7C−7C’に対して対称である。
【0044】
本発明の他の実施形態では、差動−コモンモード共鳴フィルタが、共振器に埋め込まれたチューニング素子を組み込んでいてもよい。そのようなフィルタは、阻止帯域のシフトを行えるだけでなく、阻止領域の拡大も行うことができる。
【0045】
図8A〜図8Dにおいては、2つのチューニング素子を備える差動−コモンモード共鳴フィルタが図示されている。このフィルタは、共振器810に埋め込まれ、端子805に接続された2つの信号ビア801を備えている。共振器810は、接地プレート803と、これらの接地プレートに接続された接地ビアウォール802とで構成されている。フィルタは、3枚の絶縁基板812〜814を含む4層導電層基板811を元にしている。このフィルタの格別な特徴として、チューニング素子816が共振器810に埋め込まれている。これらのチューニング素子816は、共振器810を貫通するように設けられており、共振の位置とQ値に影響する。図示された実施形態では、信号ビア801に対して同じ効果を及ぼすために、チューニング素子816は信号ビア801に対して対称的に設けられている。
【0046】
チューニング素子816は、要求されたフィルタの特性を提供するような材料でできていてもよい。この材料は、金属であっても、誘電体であっても、電磁波吸収材(例えば、フェライト)であってもよい。チューニング素子816は、中実の構造体ではなく、中空のチューブの形態で形成されてもよいことに留意されたい。チューニング素子816は、共振器810を通過する開口の側壁に形成された金属体として形成されてもよい。また、チューニング素子816の数や寸法は、必要とされる特性を達成するように修正されてもよい。
【0047】
図9A〜図9Dには、4つのチューニング素子916を備えた差動−コモンモードフィルタが提示されている。このフィルタは、3枚の絶縁基板912−914を含む多層基板911を備えている。多層基板911の中には、接地プレート903に接続された接地ビア902が正方形に配置された共振器910が形成されている。接地ビア902は、共振器910のサイドウォールを形成している。共振器910の中には、信号ビア901が埋め込まれている。
【0048】
フィルタの電気的性能へのチューニング素子916の影響を実証するために、図8の数値例におけるのと同じようにフィルタの構造及び寸法と基板の材料とが選ばれている。4つの同じチューニング素子916が、図9A−図9Dの表記に従って下記の寸法を持つ信号ビア901に対して対称的に配置されている。即ち、dt=2mm、lt=5mm、及び、ct=5mmである。
【0049】
図10Aには、4つの金属のチューニング素子916を備えた図9A〜図9Dに図示されているフィルタのコモンモードの挿入ロスが提示されている。また、この図には、比較のために、同じであるがチューニング素子がないフィルタの挿入ロスが提示されている。提示されたデータから得られるように、4つの金属チューニング素子を適用することにより、共振周波数がより高い値にシフトする。この結果は、共振周波数の位置を決める、共振器910の水平面内の有効寸法の低減で説明できる。
【0050】
図10Bには、誘電体のチューニング素子916を備えたフィルタのコモンモードの挿入ロスが図示されている。フィルタの構造と寸法は、図10Aと同様であり、4つのチューニング素子916が、金属ではなく比誘電率が40の誘電体でできているだけである。チューニング素子916の誘電材料の比誘電率が、多層基板911の絶縁基板912〜914の絶縁材料の比誘電率よりも高いことに留意されたい。図10Bから理解できるように、多層基板911の絶縁材料よりも高い誘電率の誘電材料を使用すると、同じであるがチューニング素子を使わないフィルタと比較して、より低い周波数への共振周波数のシフトが起こる。フィルタのこの特性は、式(2)を考慮することにより理解できる。
【0051】
基板材料の誘電率より高い比誘電率の材料でできているチューニング素子916では、共振器910の有効誘電率が高くなり、これは、結果として、共振周波数をより低い値にシフトする。
【0052】
また、差動−コモンモード共鳴フィルタの好適な特性は、電磁波吸収材料をチューニング素子916として使用することによっても得ることができる。フィルタの共振器910にそのような材料を導入することにより、下記の式で説明できる共振線を広げることができる:
【数10】
ここで、Δfは帯域幅であり、f0は共振周波数であり、そして、tanδeffは、チューニング素子916と多層基板911の材料の誘電正接から得られる、共振器910の複合材料の有効誘電正接である。
【0053】
差動及びコモンモードの独特の特性を考慮に入れ、そして、チューニング素子916内で吸収材料を使用して、コモンモードの抑制の周波数帯を高くした差動−コモンモード共鳴フィルタを設計することができる。
【0054】
差動モードの電磁界は、信号ビアの間の距離が十分に小さければ該信号ビアの間に集中することに留意されたい。同時に、これらの信号ビアのコモンモードの電磁界は、共振器の側面接地ビアウォールまで延伸する。
【0055】
信号ビア901から離れた電磁波吸収材料のチューニング素子を適用することにより、コモンモードの抑制を実現できる。同時に差動モードも相当に低い損失で伝搬することに留意されたい。チューニング素子916を配置可能な距離は、与えられた電磁波吸収材料に対して、チューニング素子916の位置や数をステップバイステップで変えるシミュレーションにより、得ることができる。
【0056】
図11A〜図11Dには、このようなフィルタの更に他の実施形態が提示されている。図11A〜図11Dに図示されているフィルタは、端子1105に接続された2つの信号ビア1101を備えている。これらの信号ビア1101は、接地プレート1103と接地プレート1103に接続された接地ビア1102とで多層基板1111の内部に形成された共振器1110に埋め込まれている。この実施形態では、多層基板1111は、3枚の絶縁基板1112〜1114を備えている。複数のチューニング素子1116が、広い周波数帯においてコモンモードを抑制するために信号ビア1101の近傍において共振器1110内に設けられている。
【0057】
共振器1110が、それを通過して伝搬するコモンモードの損失を顕著に増加させるので、このフィルタにおいては共振器1110が重要な役割を果たしていることに留意されたい。
【0058】
このフィルタの数値的な実施態様について検討する。この実施態様では、フィルタの構造と寸法は図3と同じであるが、信号ビア1101の距離がl=2mmであり、チューニング素子1116の数は16である。これらのチューニング素子1116は、図11A〜図11Dに図示されているように、信号ビア1101に対して対称に配置されている。チューニング素子1116の寸法は、次のとおりである:dt=2mm、lt=5mm、ct=5mm。
【0059】
この数値例から理解できるように、信号ビア1101の間の距離は、上述の数値例と比較して小さい。これは、共振器1110が差動モードに及ぼす効果を小さくしながら、差動モードが共振器1110を通過して伝搬させる。この場合には、共振器1110がコモンモードに及ぼす効果が大きくなることに留意されたい。この数値例では、16のチューニング素子1116は、比誘電率ε=40、比透磁率μ=1.2、誘電正接tanδ=0.26、及び、磁気損失正接tanδm=1.5の吸収材料で満たされている。
【0060】
図12には、図11A〜図11Dに図示されている構造の差動モード及びコモンモードについてのシミュレートされた挿入ロスが提示されている。図12に図示されているように、約2.3GHzから約3.7GHzまで、そして約8GHzから15GHzまでの周波数帯域において、コモンモードの損失が、顕著に、差動モードの損失より高くなる。これは、これらの周波数帯では、当該構造がコモンモードを有効に抑制すると共に、差動モードには小さい影響しか及ぼさないことを意味している。この種のフィルタは、デジタル応用にとって特に重要である。
【0061】
差動−コモンモードフィルタの共振器に満たされる材料が、この共振器の所定の特性を規定するために使用可能であることを強調することは重要である。
【0062】
差動−コモンモード共振フィルタは、異なる数の接地プレートを有する多層基板に形成してもよいということは、良く理解できるであろう。図13A〜図13Dは、本発明の更に他の実施形態における、5つの絶縁基板1312〜1316を含む6層導電層基板1311に設けられた、差動−コモンモード共鳴フィルタを示している。
【0063】
このフィルタは、6層導電層基板1311に埋め込まれた2つの信号ビア1301を備えている。信号ビア1301は、接地ビア1302と接地プレート1303によって形成された共振器1310内に設けられている。接地ビア1302は、共振器1310のサイドウォールとして使用される。このフィルタの顕著な特徴は、接地ビア1302が円形に配置されていることである。この実施形態では、接地プレート1303に垂直で共振器1310の中心を通る任意の面が、垂直対称面となる。そのような円形の基板内蔵型共振器の特性は、信号ビア1301の対を所定の方向に向ける必要がある場合に有用である。なぜなら、この共振器では、共振器1310の中心に対して態様的に配置されている信号ビア1301の対の向きが如何なるものであっても、周波数領域において差動モードとコモンモードの分離を行うことができるからである。
【0064】
図13A〜図13Dのフィルタにおいて、差動−コモンモード共鳴フィルタのもう一つの重要な特徴が提示されている。この実施形態では、共振器1310を構成する接地プレート1303の間に設けられる材料(比誘電率をε2、比透磁率μ2を有する)は、接地プレート1303と接地プレート1306との間の空間に充填される材料(比誘電率をε1、比透磁率μ1を有する)と異なっている。比誘電率ε1は、比誘電率ε2と異なっており、及び/又は、比透磁率μ1は、比透磁率μ2と異なっている。具体的な実施においては、ε2とμ2の材料は、所望の共振器1310の共振周波数を提供し、結果として、所望のフィルタの阻止帯域の中心周波数を提供するように選択することが許容されるから、このような構造は重要である。更に、相当なロスを有するε2とμ2の材料を使用することにより、差動モード又はコモンモードのいずれかについてフィルタの阻止帯域を広げることができる。
【0065】
このように、差動−コモンモード共鳴フィルタは、異なった構成パラメータを有する材料で分離された異なった数の接地プレートを有する多層基板に形成することができることは良く理解できる。また、共振器は多層基板の任意の位置に設けられ得ることに留意されたい。
【0066】
以上には、いくつかの実施形態と共に本発明が説明されているが、それらの実施形態は単に本願発明を説明するために提供されているのであり、添付の請求項を限定的な意味で解釈するために援用されてはならないことは、当業者には明白であろう。
Claims (32)
- 2つの互いに対向する水平導電プレートと前記水平導電プレートに接続された垂直導電サイドウォールとで形成される共振器と、
前記共振器を垂直方向に貫通するように設けられ、前記水平導電プレートから絶縁された2つの信号導電体と、
前記信号導電体に接続され、差動モード信号とコモンモード信号とを受け取る2つの端子
とを備え、
前記共振器は、前記共振器の水平面内の寸法と前記水平導電プレートの間の材料とによって所定の周波数で前記信号導電体に共振効果を確立させ、
前記共振器は、前記水平導電プレートに垂直な第1対称面を有しており、
前記信号導電体は、前記第1対称面から離れて、前記第1対称面に対して対称に設けられており、周波数領域において前記差動モード信号と前記コモンモード信号とを分離する
フィルタ。 - 2以上の導電層と備えた多層基板と、
2つの信号ビアと、
前記2つの信号ビアにそれぞれに接続され、差動モード信号とコモンモード信号とを受け取る2つの端子
とを具備し、
前記2以上の導電層は、一方が他方の下方に設けられた1対の接地プレートを含み、
前記1対の接地プレートと前記接地プレートに接続された接地ビアとで共振器が形成されており、
前記信号ビアは、前記共振器を貫通するように設けられ、且つ、前記接地プレートからクリアランスホールによって分離されており、
前記共振器は、前記共振器の寸法と前記接地プレートの間の第1絶縁材料とにより特定の周波数において前記信号ビアに共振効果を確立させ、
前記共振器は、前記接地プレートに対して垂直な第1対称面を有しており、
前記2つの信号ビアは、第1対称面から離れて、前記第1対称面に対して対称に設けられており、周波数領域において前記差動モード信号と前記コモンモード信号とを分離する
フィルタ。 - 請求項2に記載のフィルタであって、
前記第1絶縁材料の比誘電率は、前記多層基板の他の部分に設けられた第2絶縁材料の比誘電率と異なっている
フィルタ。 - 請求項2又は3に記載のフィルタであって、
前記第1絶縁材料の比透磁率は、前記多層基板の他の部分に設けられた第2絶縁材料の比透磁率と異なっている
フィルタ。 - 請求項2乃至4のいずれかに記載のフィルタであって、
第1絶縁材料は、誘電材料である
フィルタ。 - 請求項2乃至4のいずれかに記載のフィルタであって、第1絶縁材料は、電磁波吸収材料である
フィルタ。 - 請求項2乃至4のいずれかに記載のフィルタであって、
第1絶縁材料は磁性材料である
フィルタ。 - 請求項2乃至7のいずれかに記載のフィルタであって、
前記共振器は、更に、前記接地プレートに垂直な第2対称面を有し、
前記信号ビアは、前記第2対称面の上にある
フィルタ。 - 請求項1に記載のフィルタであって、
前記垂直導電サイドウォールは、前記水平導電プレートに接続された側面導電プレートを含む
フィルタ。 - 請求項2乃至8のいずれかに記載のフィルタであって、
前記接地ビアは、長方形の共振器を形成するように配置された
フィルタ。 - 請求項2乃至8のいずれかに記載のフィルタであって、
前記接地ビアは、正方形の共振器を形成するように配置された
フィルタ。 - 請求項2乃至8に記載のフィルタであって、
前記接地ビアは、円形の共振器を形成するように配置された
フィルタ。 - 請求項12に記載のフィルタであって、
前記2つの信号ビアが、前記円形の共振器の中心に対して対称的に配置された
フィルタ。 - 請求項1乃至13のいずれかに記載のフィルタであって、
更に、前記共振器を貫通するように形成されたチューニング素子を備えている
フィルタ。 - 請求項14に記載のフィルタであって、
前記チューニング素子が金属でできている
フィルタ。 - 請求項14に記載のフィルタであって、
前記チューニング素子が誘電体でできている
フィルタ。 - 請求項14に記載のフィルタであって、
前記チューニング素子が磁性材料でできている
フィルタ。 - 請求項14に記載のフィルタであって、
前記チューニング素子は、電磁波吸収材料でできている
フィルタ。 - 請求項14乃至18のいずれかに記載のフィルタであって、
前記チューニング素子は、前記第1対称面に対して対称に形成されている
フィルタ。 - 請求項14乃至19のいずれかに記載のフィルタであって、
前記チューニング素子の数、位置、材料、及び寸法は、前記共振器の共振周波数の所定のシフトが起こるように選択される
フィルタ。 - 請求項14乃至19のいずれかに記載のフィルタであって、
前記チューニング素子の数、位置、材料、及び寸法は、前記コモンモード信号の減衰が起こるよう選択される
フィルタ。 - 請求項14乃至19のいずれかに記載のフィルタであって、
前記チューニング素子の数、位置、材料、及び寸法は、所定の周波数帯において前記差動モード信号のレベルを必要なレベルに保ちながら、前記所定の周波数帯において前記コモンモード信号の減衰が起こるように選択される
フィルタ。 - 差動モードとコモンモードの分離を周波数領域で行う方法であって、
2つの互いに対向する水平導電プレートと前記水平導電プレートに接続された垂直導電サイドウォールとで形成され、前記水平導電プレートに垂直な対称面を有している共振器を提供することと、
前記共振器を通過し、前記対称面に対して対称的に配置された一対の信号導電体を提供することと、
前記一対の信号導電体に接続され、差動モード信号とコモンモード信号とを受け取る一対の端子
とを備え、
前記共振器は、前記共振器の水平面内の寸法と前記水平導電プレートの間の材料とによって所定の周波数で前記信号導電体に共振効果を確立させ、
前記信号導電体は、前記対称面から離れて、前記対称面に対して対称に設けられており、周波数領域において前記差動モード信号と前記コモンモード信号とを分離する
方法。 - コモンモードを抑制する方法であって、
2つの互いに対向する水平導電プレートと前記水平導電プレートに接続された垂直導電サイドウォールとで形成され、前記水平導電プレートに垂直な対称面を有する共振器を提供することと、
前記共振器を通過するように設けられた一対の信号導電体を提供することと、
前記一対の信号導電体に接続され、差動モード信号とコモンモード信号とを受け取る一対の端子を設けることと、
チューニング素子を前記共振器を貫通するように設けること
とを備え、
前記共振器は、前記共振器の水平面内の寸法と前記水平導電プレートの間の材料とによって所定の周波数で前記信号導電体に共振効果を確立させ、
前記信号導電体は、前記対称面から離れて、前記対称面に対して対称に設けられており、周波数領域において前記差動モード信号と前記コモンモード信号とを分離し、
前記チューニング素子は、電磁波吸収材料でできている
方法。 - 共振器含有フィルタの共振周波数を制御する方法であって、
2つの互いに対向する水平導電プレートと前記水平導電プレートに接続された垂直導電サイドウォールとを含み、前記水平導電プレートに垂直な対称面を有する共振器を提供することと、
前記共振器を貫通するように設けられた一対の信号導電体を提供することと、
前記一対の信号導電体に接続され、差動モード信号とコモンモード信号とを受け取る一対の端子を設けること
とを具備し、
前記共振器は、前記共振器の水平面内の寸法と前記水平導電プレートの間の材料とによって所定の周波数で前記信号導電体に共振効果を確立させ、
前記信号導電体は、前記対称面から離れて、前記対称面に対して対称に設けられており、周波数領域において前記差動モード信号と前記コモンモード信号とを分離し、
当該方法が、更に、前記信号導電体に対して対称的に前記共振器を貫通するように設けられたチューニング素子を提供することを具備している
方法。 - 請求項25に記載の方法であって、
前記チューニング素子が金属でできている
方法。 - 請求項25に記載の方法であって、
前記チューニング素子が誘電体でできている
方法。 - 請求項25に記載の方法であって、
前記チューニング素子が磁性材料でできている
方法。 - 請求項1乃至22のいずれかに記載のフィルタであって、
前記共振効果は、所定の大きさのQ値を有している
フィルタ。 - 請求項29に記載のフィルタであって、
前記所定の大きさのQ値は、0.5以上である
フィルタ。 - 2つの互いに対向する水平導電プレートと前記水平導電プレートに接続された垂直導電サイドウォールとで形成される共振器と、
前記共振器を垂直方向に貫通するように設けられ、前記水平導電プレートから絶縁された2つの信号導電体と、
前記信号導電体に接続され、差動モード信号とコモンモード信号とを受け取る2つの端子
複数のチューニング素子と、
とを備え、
前記共振器は、前記共振器の水平面内の寸法と前記水平導電プレートの間の材料とによって所定の周波数で前記信号導電体に共振効果を確立させ、
前記共振器は、前記水平導電プレートに垂直な第1対称面を有しており、
前記信号導電体は、前記第1対称面から離れて、前記第1対称面に対して対称に設けられており、周波数領域において前記差動モード信号と前記コモンモード信号とを分離し、
前記共振器は、更に、前記水平導電プレートに垂直な第2対称面を有しており、
前記複数のチューニング素子は、前記第2対称面から離れて、前記第2対称面に対して対称に設けられた2つのチューニング素子を含み、
前記複数のチューニング素子は、前記水平導電プレートと前記材料とを貫通する孔に設けられた
フィルタ。 - 2以上の導電層と備えた多層基板と、
2つの信号ビアと、
前記2つの信号ビアにそれぞれに接続され、差動モード信号とコモンモード信号とを受け取る2つの端子と、
複数のチューニング素子と、
とを具備し、
前記2以上の導電層は、一方が他方の下方に設けられた1対の接地プレートを含み、
前記1対の接地プレートと前記接地プレートに接続された接地ビアとで共振器が形成されており、
前記信号ビアは、前記共振器を貫通するように設けられ、且つ、前記接地プレートからクリアランスホールによって分離されており、
前記共振器は、前記共振器の寸法と前記接地プレートの間の絶縁材料とにより特定の周波数において前記信号ビアに共振効果を確立させ、
前記共振器は、前記接地プレートに対して垂直な第1対称面を有しており、
前記2つの信号ビアは、第1対称面から離れて、前記第1対称面に対して対称に設けられており、周波数領域において前記差動モード信号と前記コモンモード信号とを分離し、
前記共振器は、更に、前記1対の接地プレートに垂直な第2対称面を有しており、
前記複数のチューニング素子は、前記第2対称面から離れて、前記第2対称面に対して対称に設けられた2つのチューニング素子を含み、
前記複数のチューニング素子は、前記多層基板を貫通する孔に設けられた
フィルタ。
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