JP5477195B2 - コモンモードチョークコイル実装方法及びコモンモードチョークコイル実装構造 - Google Patents
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Description
ところで、コモンモードチョークコイル等のコモンモードチョークコイルを差動伝送路に実装した際の位置とノイズ抑制効果との間には一定の関係がある。
そこで、コモンモードチョークコイルを、抑制対象であるノイズの周波数から算出した波長の4分の1の長さとなる位置間隔に配置することにより、十分なノイズ抑制効果を得るようにしたコモンモードチョークコイル実装技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
まず、送信側と受信側とを実際にケーブルで接続すると、送信側から伝送されたコモンモード電流等はコネクタやケーブルで反射されるので、その電流による定在波が発生する。この定在波は、基板上に形成された差動伝送路の曲がりや屈折、コネクタおよびケーブルの特性インピーダンス不整合等に関係する。このため、この定在波の波長の4分の1が。抑制対象とするノイズの周波数から算出した波長の4分の1の長さになることはほとんどない。したがって、上記従来の技術のように、コモンモードチョークコイルをノイズの周波数から算出した波長の4分の1の長さの間隔で配置しても、コモンモード電流による輻射ノイズを十分に抑制することができない。
そこで、差動伝送路の曲がりや屈折、コネクタおよびケーブルの特性インピーダンス不整合等を考慮し、コモンモードチョークコイルを、定在波が弱まると判断できる位置に配置することが考えられる。
しかしながら、コモンモードチョークコイルの小型化により、コモンモードチョークコイルを実装するためのランド間も狭ピッチ化されている。このため、送信側にて発生したコモンモード電流の大部分はコモンモードチョークコイルによって抑制されるが、ランド間の電磁気的結合によりコモンモード電流の一部が漏れ出してしまう。この漏れ出したコモンモード電流は差動伝送路を伝搬していくが、コネクタの特性インピーダンス不整合等により反射されるため、このコモンモード電流による定在波が、コモンモードチョークコイルとコネクタ間に発生する。この定在波はコモンモードであるため、輻射ノイズのノイズ源となる。したがって、このような漏れコモンモード電流を考慮せずに、コモンモードチョークコイルを配置しても、十分なノイズ抑制効果を期待することができない。
また、特許文献1に開示の技術のように、1対のコモンモードチョークコイル間をノイズの周波数から算出した波長の4分の1の長さに固定したものにあっては、前段のコモンモードチョークコイルが、送信側にて発生したコモンモード電流のほぼ全てを反射、吸収するので、後段のコモンモードチョークコイルは、ノイズ抑制コイルとして機能しないこととなる。さらに、コモンモードチョークコイルの差動伝送路への実装は、送信信号に対して挿入損失を与える。このため、複数のコモンモードチョークコイルを差動伝送路に配置すると、送信信号の波形が、コモンモードチョークコイルの個数分に応じて劣化し、送信信号の波形品質を維持することができなくなる。
かかる構成により、第1の過程におけるシミュレーションを実行することで、第2のランド及び第4のランド側にそれぞれ誘起されるコモンモード電流とコネクタで反射されたコモンモード電流とが打ち消し合い又は弱め合う位置が決定される。
しかる後、第2の過程を実行することで、第1の過程で決定した位置に、第1〜第4のランドが形成され、コモンモードチョークコイルの第1〜第4の外部電極が、これら第1〜第4のランド上にそれぞれ接続される。
かかる構成により、コモンモード電流をICからコネクタ側に送ると、このコモンモード電流は、差動伝送路上のコモンモードチョークコイルによって吸収,反射される。したがって、IC側からコモンモードチョークコイルに至るコモンモード電流による輻射ノイズは、防止される。
しかし、IC側からのコモンモード電流がコモンモードチョークコイルの第1及び第3のランドに至ると、第1のランドと第2のランド間、及び第2の線路の第3のランドと第4のランド間で、電磁気的結合が生じ、新たなコモンモード電流が、第2のランド及び第4のランド側にそれぞれ誘起される。
このため、誘起されたコモンモード電流がコネクタ側に向かい、コネクタで反射したコモンモード電流と重なり、定在波が発生する。
このコモンモード電流の定在波は、輻射ノイズの発生源であり、その大きさに応じたノイズを輻射する。
しかし、この発明では、第2及び第4のランドからのコモンモード電流とコネクタで反射されたコモンモード電流とが、互いに打ち消し合い又は弱め合う位置に、コモンモードチョークコイルが接続されているので、コモンモード電流の定在波がこのコモンモードチョークコイルによって抑圧される。
図1は、この発明の一実施例に係るコモンモードチョークコイル実装方法を示す過程図であり、図2は、コモンモードチョークコイル実装方法を説明するための斜視図であり、図3は、コモンモードチョークコイルと差動伝送路との電気的接続構造を示す平面図である。なお、この実施例に係るコモンモードチョークコイル実装方法は、この発明のコモンモードチョークコイル実装構造を具体的に実現する方法でもある。
具体的には、送信IC110とコネクタ120とが基板100上に設けられており、これら送信IC110とコネクタ120とが差動伝送路2によって接続されている。コモンモードチョークコイル位置決定過程S1では、コモンモードチョークコイル1を配置する位置P、即ち、差動伝送路2上、コネクタ120から距離Lだけ離れた位置Pを決定する。
具体的には、図3に示すように、差動伝送路2は、第1の線路としての線路20−1と第2の線路として線路20−2とで構成されている。そして、図3の丸囲み部Aを拡大した丸囲み部Bに示すように、第1ないし第4のランドとしてのランド21〜24が、これら線路20−1,20−2上に形成されている。
コモンモードチョークコイル接続過程S2では、第1のコイルとしてのコイル10−1の両端に接続された第1の外部電極としての外部電極11と第2の外部電極としての外部電極12とを、線路20−1のランド21,22にそれぞれ接続する。そして、第2のコイルとしてのコイル10−2の両端に接続された第3の外部電極としての外部電極13と第4の外部電極としての外部電極14とを、線路20−2のランド23,24にそれぞれ接続する。
第1の過程は、コモンモードチョークコイル1の配置位置Pをシミュレーションによって決定する過程である。
ここで、この過程について詳細に説明する。
図4は、ランドから漏れるコモンモード電流を説明するための概略平面図である。
図4の(a)に示すように、送信IC110側からのコモンモード電流I,Iとコネクタ120で反射されたコモンモード電流−I,−Iとが重なると、定在波が形成される。そこで、コモンモードチョークコイル1を、この定在波の4分の1波長だけコネクタ120から離れた位置、即ちコネクタ120から距離Mに位置Qに配置することで、送信IC110側からのコモンモード電流I,Iを、コモンモードチョークコイル1で反射,吸収することができる。
しかし、高周波信号の使用に伴い、差動伝送路2のランド21,23とランド22,24とのピッチが狭くなっており、ランド21とランド22間、及びランド23とランド24間で、電磁気的結合が生じる。このため、図4の(b)に示すように、新たなコモンモード電流I,Iがランド22及びランド24側にそれぞれ誘起され、送信IC110側からのコモンモード電流I,Iが、コモンモードチョークコイル1からコネクタ120側に向かって漏れた状態になる。
これにより、図4の(c)に示すように、誘起されたコモンモード電流I,Iが差動伝送路2上をコネクタ120側に向かい、コネクタ120で反射する。そして、コネクタ120で反射したコモンモード電流−I,−Iと誘起されたコモンモード電流I,Iとが差動伝送路2上でと重なり合い、定在波が発生する。
コモンモードチョークコイル1をこの定在波の4分の1波長の位置に配することで、定在波の大きさを抑圧することができる。このとき、コモンモード電流I,Iの4分の1波長の長さが定在波の4分の1波長の長さと一致するものと想定して、コモンモードチョークコイル1を決定することも考えられる。しかし、実際には、差動伝送路2の曲がりや屈折、及びコネクタ120と伝送ケーブル300の特性インピーダンスとの不整合等により、コモンモード電流I,Iの4分の1波長が定在波の4分の1波長と一致することはほとんどない。
そこで、コモンモードチョークコイル1を、誘起されたコモンモード電流I,Iとコネクタ120で反射されたコモンモード電流−I,−Iとが打ち消し合い又は弱め合う位置に配することで、定在波は抑圧されるので、第1の過程では、その位置をシミュレーションで計算して決定することとした。
このシミュレーションでは、図5の(a)に示すように、送信側の基板100のサイズW1×W2を50mm×200mmに設定し、差動伝送路2の線路20−1,20−2をマイクロストリップ線路とした。また、受信側の基板200のサイズも基板100と同値に設定し、差動伝送路3の線路30−1,30−2もマイクロストリップ線路とした。そして、送信側の基板100のコネクタ120と受信側の基板200のコネクタ220とを長さ500mmの伝送ケーブル300で接続した構成とした。なお、このシミュレーション例では、差動伝送路2,3は、所望の特性インピーダンス整合がなされており、不整合がないように終端されている。また、基板100及び基板200からの放射電界はシールドにより抑制されている。
曲線E1と曲線E2とを比較すれば明らかなように、コモンモードチョークコイル1を設けることで、伝送ケーブル300からの放射電界強度を減少させることができる。
しかし、図7の(a)に示すように、コモンモードチョークコイル1を位置P′に配置する設定では、コモンモードチョークコイル1とコネクタ120との間の差動伝送路2に強い磁界が発生してしまう。これは、ランド22,24側にコモンモード電流が形成する定在波によるものである。
この曲線E3と曲線E2とを比較すれば明らかなように、コモンモードチョークコイル1を位置Pに設けることで、伝送ケーブル300からの放射電界強度は、著しく減少する。しかも、図7の(b)に示すように、コモンモードチョークコイル1とコネクタ120との間の差動伝送路2の磁界も、著しく減少している。これは、コモンモードチョークコイル1を、ランド22,24からコモンモード電流とコネクタ120で反射したコモンモード電流とが打ち消し合い又は弱め合う位置に配されたことを示す。
第2の過程は、第1の過程で決定した位置Pに、ランド21〜24を形成し、コモンモードチョークコイル1をランド21〜24上に実装する過程である。
具体的には、図3に示すように、ランド21〜24を、基板100上の送信IC110とコネクタ120との間に接続された差動伝送路2上に実際に形成する。そして、コモンモードチョークコイル1のコイル10−1の両端に接続された外部電極11,12を、線路20−1のランド21,22にそれぞれ接続すると共に、コイル10−2の両端に接続された外部電極13,14を、線路20−2のランド23,24にそれぞれ接続する。
したがって、図2に示すように、このコモンモードチョークコイル実装構造を有する送信側の基板100を伝送ケーブル300を通じて受信側の基板200に接続することで、高速な差動信号を基板200のIC210に伝送することができる。
そして、コモンモード電流が、送信IC110で生じると、コモンモードチョークコイル1によって、反射又は吸収される。
さらに、このコモンモード電流が、差動伝送路2のランド22,24から漏れている場合には、このコモンモード電流による定在波が、コモンモードチョークコイル1によって抑圧され、輻射ノイズの発生が抑制される。
Claims (2)
- 基板上のICとコネクタとを接続する差動伝送路上に、コモンモードチョークコイルを配し、当該コモンモードチョークコイルの第1のコイルの両端に接続された第1の外部電極及び第2の外部電極を、上記差動伝送路を構成する第1の線路上に設けられた第1及び第2のランドにそれぞれ接続すると共に、コモンモードチョークコイルの第2のコイルの両端に接続された第3の外部電極及び第4の外部電極を、第2の線路上に設けられた第3及び第4のランドにそれぞれ接続することにより、コモンモードチョークコイルを差動伝送路に実装するコモンモードチョークコイル実装方法であって、
コモンモード電流が上記差動伝送路上を上記ICから上記コモンモードチョークコイル側に向かって送られた際に、上記第1の線路の第1のランドと第2のランド間の電磁気的結合により、また、上記第2の線路の第3のランドと第4のランド間の電磁気的結合によって、当該第2のランド及び第4のランド側にそれぞれ誘起されたコモンモード電流と上記コネクタで反射された当該コモンモード電流とが、打ち消し合い又は弱め合う位置を、シミュレーションで決定する第1の過程と、
上記第1の過程で決定した位置に、上記第1〜第4のランドを形成し、上記コモンモードチョークコイルの第1〜第4の外部電極を、これら第1〜第4のランド上にそれぞれ接続する第2の過程と
を備える、ことを特徴とするコモンモードチョークコイル実装方法。 - 基板上のICとコネクタとを接続する差動伝送路上に配されたコモンモードチョークコイルの第1のコイルの両端に接続された第1の外部電極及び第2の外部電極が、上記差動伝送路を構成する第1の線路上に設けられた第1及び第2のランドにそれぞれ接続されると共に、コモンモードチョークコイルの第2のコイルの両端に接続された第3の外部電極及び第4の外部電極が、第2の線路上に設けられた第3及び第4のランドにそれぞれ接続されたコモンモードチョークコイル実装構造であって、
コモンモード電流が上記差動伝送路上を上記ICから上記コモンモードチョークコイル側に向かって送られる際に、上記第1の線路の第1のランドと第2のランド間の電磁気的結合により、また、上記第2の線路の第3のランドと第4のランド間の電磁気的結合によって、当該第2のランド及び第4のランド側にそれぞれ誘起されるコモンモード電流と上記コネクタで反射された当該コモンモード電流とが、互いに打ち消し合い又は弱め合う位置に、上記第1〜第4のランドが形成され、且つ上記コモンモードチョークコイルの第1〜第4の外部電極が、これら第1〜第4のランド上にそれぞれ接続されている、
ことを特徴とするコモンモードチョークコイル実装構造。
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