(57)【要約】【課題】一つの実施形態は、送信回路から受信回路へ信号及び／又は電力を適切に伝送できる磁気カプラを提供することを目的とする。【解決手段】一つの実施形態によれば、第１のコイルと第２のコイルと第１の電気シールドとを有する磁気カプラが提供される。第２のコイルは、第１のコイルに対向する。第１の電気シールドは、第１のコイル及び第２のコイルの間に配されている。第１の電気シールドは、第１のコイル側又は第２のコイル側の回路の基準ノードに電気的に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のコイルと、
前記第１のコイルに対向する第２のコイルと、
前記第１のコイル及び前記第２のコイルの間に配され、前記第１のコイル側又は前記第２のコイル側の回路の基準ノードに電気的に接続された第１の電気シールドと、
を備えた磁気カプラ。
【請求項２】
前記回路は、前記基準ノードがカップリングコンデンサを介して電源ノードに電気的に接続されている
請求項１に記載の磁気カプラ。
【請求項３】
前記第１の電気シールドは、閉路を形成しない第１のラインパターンを有する
請求項１又は２に記載の磁気カプラ。
【請求項４】
前記第１のコイルは、第１のコイルパターンを有し、
前記第２のコイルは、前記第１のコイルパターンに対応した第２のコイルパターンを有し、
前記第１のラインパターンは、前記方向から透視した場合に前記第１のコイルパターン及び前記第２のコイルパターンに交差する
請求項３に記載の磁気カプラ。
【請求項５】
前記第１のコイルパターンは、第１の平面に沿って延び、
前記第２のコイルパターンは、前記第１の平面に対して前記方向に離間した第２の平面に沿って延び、
前記第１のラインパターンは、前記第１の平面及び前記第２の平面の間の第３の平面に沿って延びている
請求項４に記載の磁気カプラ。
【請求項６】
前記第１の電気シールドは、前記方向から透視した場合に前記第１のラインパターンに交差し閉路を形成しない第２のラインパターンをさらに有する
請求項３から５のいずれか１項に記載の磁気カプラ。
【請求項７】
前記回路は、前記第１のコイルが電気的に接続された第１の回路を含み、
前記第１の電気シールドは、前記第１の回路の基準ノードに電気的に接続されている
請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気カプラ。
【請求項８】
前記回路は、
前記第１のコイルが電気的に接続された第１の回路と、
前記第４のコイルが電気的に接続された第２の回路と、
を含み、
前記磁気カプラは、
前記第２のコイルに電気的に接続された第３のコイルと、
前記第３のコイルに対向する第４のコイルと、
をさらに備え、
前記第１の電気シールドは、前記第２の回路の基準ノードに電気的に接続されている
請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気カプラ。
【請求項９】
前記回路は、
前記第１のコイルが電気的に接続された第１の回路と、
前記第４のコイルが電気的に接続された第２の回路と、
を含み、
前記磁気カプラは、
前記第２のコイルに電気的に接続された第３のコイルと、
前記第３のコイルに対向する第４のコイルと、
前記第２の回路の基準ノードに電気的に接続された第２の電気シールドと、
をさらに備え、
前記第１の電気シールドは、前記第１の回路の基準ノードに電気的に接続されている
請求項１から６のいずれか１項に記載の磁気カプラ。
【請求項１０】
前記第１の回路は、送信回路である
請求項７に記載の磁気カプラ。
【請求項１１】
前記第１の回路は、受信回路である
請求項７に記載の磁気カプラ。
【請求項１２】
前記第１の回路は、送信回路であり、
前記第２の回路は、受信回路である
請求項８又は９に記載の磁気カプラ。
【請求項１３】
前記第１の回路は、受信回路であり、
前記第２の回路は、送信回路である
請求項８又は９に記載の磁気カプラ。
【請求項１４】
送信回路と、
受信回路と、
前記送信回路と前記受信回路との間に配された、請求項１から１３のいずれか１項に記載の磁気カプラと、
を備えた通信システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、磁気カプラ及び通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
送信回路及び受信回路の間に設けられる磁気カプラは、送信回路及び受信回路を電気的に互いに絶縁しながら磁気的に結合させる。このとき、送信回路から磁気カプラを介した受信回路へ信号及び／又は電力の伝送を適切に行うことが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１０９５６９号公報
【特許文献２】特開２０１７−１０７７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一つの実施形態は、送信回路から受信回路へ信号及び／又は電力を適切に伝送できる磁気カプラ及び通信システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一つの実施形態によれば、第１のコイルと第２のコイルと第１の電気シールドとを有する磁気カプラが提供される。第２のコイルは、第１のコイルに対向する。第１の電気シールドは、第１のコイル及び第２のコイルの間に配されている。第１の電気シールドは、第１のコイル側又は第２のコイル側の回路の基準ノードに電気的に接続されている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、実施形態にかかる磁気カプラを含む通信システムの回路構成を示す図である。
【図２】図２は、実施形態にかかる磁気カプラの実装構成を示す図である。
【図３】図３は、実施形態におけるシールドパターンの平面構成を示す図である。
【図４】図４は、実施形態の第１の変形例にかかる磁気カプラを含む通信システムの回路構成を示す図である。
【図５】図５は、実施形態の第２の変形例にかかる磁気カプラを含む通信システムの回路構成を示す図である。
【図６】図６は、実施形態の第３の変形例にかかる磁気カプラを含む通信システムの回路構成を示す図である。
【図７】図７は、実施形態の第４の変形例にかかる磁気カプラを含む通信システムの回路構成を示す図である。
【図８】図８は、実施形態の第５の変形例にかかる磁気カプラを含む通信システムの回路構成を示す図である。
【図９】図９は、実施形態の第６の変形例にかかる磁気カプラを含む通信システムの回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる磁気カプラを詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００８】
（実施形態）
実施形態にかかる磁気カプラについて説明する。磁気カプラは、１次側回路と２次側回路とで動作電圧が大きく異なる場合などに、１次側回路及び２次側回路を互いに電気的に絶縁しながら信号伝送したい場合に用いられる。例えば、１次側回路がモータ及びモータを駆動するインバータ回路を含み、２次側回路がインバータ回路を制御するコントローラを含む場合、１次側回路及び２次側回路の間に磁気カプラが配されていることで、モータの起動時に突入電流（Ｉｎｒｕｓｈ  Ｃｕｒｒｅｎｔ）がコントローラに流入することを防ぐことができる。
【０００９】
磁気カプラを含む通信システムにおいて、１次側回路に送信回路が設けられ、２次側回路に受信回路が設けられる。磁気カプラは、送信回路及び受信回路の間に配され、送信回路に対応するコイルと受信回路に対応するコイルとが電気的に互いに絶縁されるとともに磁気的に互いに結合されるように構成される。この場合、磁気カプラは、送信回路及び受信回路のアイソレーションを取りながら送信側（１次側）のコイルから受信側（２次側）のコイルへ信号及び／又は電力を適切に伝送することが望まれる。
【００１０】
しかし、ＣＭＴＩ（Ｃｏｍｍｏｎ  Ｍｏｄｅ  Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ  Ｉｍｍｕｎｉｔｙ）に影響するＳＣＣ２１ノイズが発生することがある。ＣＭＴＩとは、カプラに要求される仕様であり、カプラが動作中に５０ｋＶ／ｕｍの傾きのステップ波形を入れて誤動作が起きないことを示す。ＳＣＣ２１は、磁気カプラの１次側に同相ノイズが印加された場合に磁気カプラの２次側に伝達される同相ノイズの利得を示している。
【００１１】
例えば、送信回路に対応するコイルと受信回路に対応するコイルとが寄生容量で容量的に結合していると、１次側のＧＮＤノイズ（同相ノイズ）が磁気カプラの寄生容量を介して２次側のコモンモードを揺らし、２次側の受信回路が正しく信号を受けられなくなるノイズ（ＳＣＣ２１ノイズ）が発生する可能性がある。ＳＣＣ２１ノイズが発生すると、受信回路の動作点が許容範囲を外れやすい。例えば、許容範囲がグランド電位及び電源電圧の中間電位付近である場合、受信回路の動作点が電源電圧側にずれると信号振幅が電源電圧にはりついしまい、受信回路が誤動作したり故障したりするため、ＣＭＴＩについて要求される仕様を満たすことが困難になる可能性がある。
【００１２】
そこで、本実施形態では、磁気カプラにおいて、送信側に対応するコイルと受信側に対応するコイルとの間に電気シールドを配するとともにその電気シールドを受信回路のグランドノードに接続することで、受信回路の動作点の適切化を図る。
【００１３】
具体的には、磁気カプラ３０を含む通信システム１は、図１に示すように構成され得る。図１は、磁気カプラ３０を含む通信システム１の構成を示す図である。
【００１４】
通信システム１は、１次側回路１０、２次側回路２０、及び磁気カプラ３０を有する。磁気カプラ３０は、１次側回路１０及び２次側回路２０の間に配されている。磁気カプラ３０は、１次側回路１０及び２次側回路２０を互いに電気的に絶縁しながら互いに磁気的に結合できる。
【００１５】
磁気カプラ３０は、差動構成に対応したカプラとすることできる。磁気カプラ３０は、１次側回路１０から伝達された一対の差動信号を磁界エネルギーに変換し、磁界エネルギーを一対の差動信号に再変換して２次側回路２０へ伝達する。
【００１６】
１次側回路１０は、負荷回路１１及び送信回路４０を有する。２次側回路２０は、受信回路５０及び負荷回路２１を有する。磁気カプラ３０は、送信側に対応するコイルと受信側に対応するコイルとを有し、両者の巻数比で動作電圧を変圧することができる。例えば、モータの動作電圧をコントローラでモニターする場合、１次側回路１０が高電圧領域になり２次側回路２０が低電圧領域になり、負荷回路１１はモータ及びインバータ回路を含み、負荷回路２１はコントローラを含む。例えば、コントローラがモータの動作を制御する場合、１次側回路１０が低電圧領域になり２次側回路２０が高電圧領域になり、負荷回路１１はコントローラを含み、負荷回路２１はモータ及びインバータ回路を含む。いずれの場合も、負荷回路１１、送信回路４０、受信回路５０、負荷回路２１がそれぞれ差動で構成され得る。
【００１７】
送信回路４０は、負荷回路１１と磁気カプラ３０との間に配されている。送信回路４０は、差動アンプ４１、カップリングコンデンサ４２、電源ライン４３、及びグランドライン４４を有する。差動アンプ４１は、差動入力・差動出力型の差動アンプであり、非反転入力端子（＋）が負荷回路１１のＰ側のノード１１ｐに電気的に接続され、反転入力端子（−）が負荷回路１１のＮ側のノード１１ｎに電気的に接続され、非反転出力端子（＋）が磁気カプラ３０のＰ側の入力ノード３０ｉｐに電気的に接続され、反転出力端子（−）が磁気カプラ３０のＮ側の入力ノード３０ｉｎに電気的に接続されている。カップリングコンデンサ４２は、一端がノードＮ２を介して電源ライン４３に電気的に接続されており、他端がノードＮ４を介してグランドライン４４に電気的に接続されている。差動アンプ４１は、電源端子４１ａがノードＮ１を介して電源ライン４３に電気的に接続されており、グランド端子４１ｂがノードＮ３を介してグランドライン４４及びグランド電位に電気的に接続されている。ノードＮ３及びノードＮ４は、それぞれ、送信回路４０におけるグランド側の基準ノードとみなすことができる。
【００１８】
受信回路５０は、磁気カプラ３０と負荷回路２１との間に配されている。受信回路５０は、差動アンプ５１、カップリングコンデンサ５２、電源ライン５３、及びグランドライン５４を有する。差動アンプ５１は、差動入力・差動出力型の差動アンプであり、非反転入力端子（＋）が磁気カプラ３０のＰ側の出力ノード３０ｏｐに電気的に接続され、反転入力端子（−）が磁気カプラ３０のＮ側の出力ノード３０ｏｎに電気的に接続され、非反転出力端子（＋）が負荷回路２１のＰ側のノード２１ｐに電気的に接続され、反転出力端子（−）が負荷回路２１のＮ側のノード２１ｎに電気的に接続されている。カップリングコンデンサ５２は、一端がノードＮ６を介して電源ライン５３に電気的に接続されており、他端がノードＮ８を介してグランドライン５４に電気的に接続されている。差動アンプ５１は、電源端子５１ａがノードＮ５を介して電源ライン５３に電気的に接続されており、グランド端子５１ｂがノードＮ７を介してグランドライン５４及びグランド電位に電気的に接続されている。ノードＮ７及びノードＮ８は、それぞれ、受信回路５０におけるグランド側の基準ノードとみなすことができる。
【００１９】
磁気カプラ３０は、２重絶縁型で構成され得る。磁気カプラ３０は、コイル３１、コイル３２、ボンディングワイヤ３３，３４、コイル３５、コイル３６、電気シールド３７、及びライン３８を有する。
【００２０】
コイル３１は、送信回路４０に電気的に接続されている。コイル３１は、一端が入力ノード３０ｉｐを介して差動アンプ４１の非反転出力端子（＋）に電気的に接続され、他端が入力ノード３０ｉｎを介して差動アンプ４１の反転出力端子（−）に電気的に接続されている。
【００２１】
コイル３２は、コイル３１の上方に配され、絶縁膜を介してコイル３１に対向している（図２参照）。これにより、コイル３１及びコイル３２は、互いに電気的に絶縁されるとともに磁気的に結合され得る。この磁気的な結合において、コイル３１が送信側に対応するコイルであり、コイル３２が受信側に対応するコイルである。破線で示すように、コイル３１及びコイル３２との間には、寄生容量Ｃ１２が形成され得る。
【００２２】
ボンディングワイヤ３３，３４は、それぞれ、コイル３２及びコイル３５の間に配され、コイル３２及びコイル３５を電気的に接続する。ボンディングワイヤ３３は、一端がコイル３２に電気的に接続され、他端がコイル３５に電気的に接続されている。ボンディングワイヤ３４は、一端がコイル３２に電気的に接続され、他端がコイル３５に電気的に接続されている。
【００２３】
コイル３６は、受信回路５０に電気的に接続されている。コイル３６は、一端が出力ノード３０ｏｐを介して差動アンプ５１の非反転出力端子（＋）に電気的に接続され、他端が出力ノード３０ｏｎを介して差動アンプ４１の反転出力端子（−）に電気的に接続されている。
【００２４】
コイル３５は、コイル３６の上方に配され、絶縁膜を介してコイル３６に対向している（図２参照）。これにより、コイル３５及びコイル３６は、互いに電気的に絶縁されるとともに磁気的に結合され得る。この磁気的な結合において、コイル３５が送信側に対応するコイルであり、コイル３６が受信側に対応するコイルである。
【００２５】
電気シールド３７は、コイル３５とコイル３６との間に配される。すなわち、電気シールド３７は、コイル３６の上方に配され、絶縁膜を介してコイル３６に対向しているとともに、コイル３５の下方に配され、絶縁膜を介してコイル３５に対向している。電気シールド３７は、コイル３５及びコイル３６の間に寄生容量が形成されることを抑制する電気的なシールドとして機能するとともに、コイル３５及びコイル３６の間の磁気的な結合を妨げないように構成されている。破線で示すように、コイル３５及び電気シールド３７の間には、寄生容量Ｃ５７が形成され得る。また、電気シールド３７は、ライン３８を介して受信回路５０のノードＮ７に電気的に接続されている。
【００２６】
例えば、１次側のＧＮＤノイズ（同相ノイズ）が送信回路４０で発生した場合、そのノイズは、周波数成分を有するノイズであれば、送信回路４０→コイル３１→寄生容量Ｃ１２→コイル３２→ボンディングワイヤ３３，３４→コイル３５→寄生容量Ｃ５７→電気シールド３７→ライン３８→ノードＮ７と伝達され、ノードＮ７→グランド端子５１ｂと伝達されるとともに、ノードＮ７→グランドライン５４→ノードＮ８→カップリングコンデンサ５２→ノードＮ６→電源ライン５３→ノードＮ５→電源端子５１ａと伝達される。すなわち、ノイズが差動アンプ５１における電源端子５１ａの電位とグランド端子５１ｂの電位とを同じように揺らすので、差動アンプ５１は、そのノイズの影響を相殺でき、適切な動作点で動作することができる。
【００２７】
なお、１次側回路１０及び磁気カプラ３０におけるコイル３１，３２は、チップ領域１０２に含ませることができ、２次側回路２０及び磁気カプラ３０におけるコイル３５、電気シールド３７、コイル３６は、チップ領域１０５に含ませることができる。
【００２８】
また、コイル３１，３２の巻数比とコイル３５，３６の巻数比とを掛けあわせた結果がＶＲｔｇとなるように各コイル３１，３２，３５，３６の巻数を調整することで、１次側回路１０及び２次側回路２０の間で所定の変圧比ＶＲｔｇを得ることができる。
【００２９】
磁気カプラ３０の２重絶縁型の構成は、例えば、図２に示すように実装され得る。図２は、磁気カプラ３０の実装構成を示す図である。図２では、基板２の表面に垂直な方向をＺ方向とし、Ｚ方向に垂直な面内で互いに直交する２方向をＸ方向及びＹ方向とする。
【００３０】
送信回路４０の差動アンプ４１が主として基板２に配され、差動アンプ４１に電気的に接続されるコイル３１は、配線層３に含まれるコイルパターン３１ａとして構成され得る。配線層３は、基板２に対して＋Ｚ方向に配されており、ＸＹ方向に延びている。コイルパターン３１ａは、配線層３に対応する平面に沿って延びている。コイル３２は、コイル３１に対向する位置に配され、配線層４に含まれるコイルパターン３２ａとして構成され得る。配線層４は、配線層３に対して＋Ｚ方向に配され、ＸＹ方向に延びている。コイルパターン３２ａは、配線層４に対応する平面に沿って延びている。
【００３１】
受信回路５０の差動アンプ５１が主として基板５に配され、差動アンプ５１に電気的に接続されるコイル３６は、配線層６に含まれるコイルパターン３６ａとして構成され得る。配線層６は、基板５に対して＋Ｚ方向に配され、ＸＹ方向に延びている。コイルパターン３６ａは、配線層６に対応する平面に沿って延びている。コイル３５は、コイル３６に対向する位置に配され、配線層８に含まれるコイルパターン３５ａとして構成され得る。配線層８は、配線層７に対して＋Ｚ方向に配され、ＸＹ方向に延びている。コイルパターン３５ａは、配線層８に対応する平面に沿って延びている。電気シールド３７は、Ｚ方向においてコイル３５とコイル３６との間に配され、配線層７に含まれるシールドパターン３７ａとして構成され得る。配線層７は、Ｚ方向において配線層６及び配線層８の間に配され、ＸＹ方向に延びている。シールドパターン３７ａは、配線層７に対応する平面に沿って延びている。
【００３２】
磁気カプラ３０は、２重絶縁型の構成を採用することで、コイル３１とコイル３６との間の絶縁耐圧を容易に確保することができる。例えば、コイル３１とコイル３２との間の絶縁耐圧は、Ｚ方向における配線層３と配線層４との間に絶縁膜を配することで確保でき、コイル３５とコイル３６との間の絶縁耐圧は、Ｚ方向における配線層８と配線層７との間に絶縁膜を配することで確保できる。
【００３３】
すなわち、送信回路に接続されたコイルと受信回路に接続されたコイルとの間に要求される絶縁耐圧（例えば、１０ｋＶ）が１つの絶縁膜では満たすことが難しい場合に、磁気カプラ３０は、２重絶縁型の構成を採用することで、要求される絶縁耐圧を満たすことができる。
【００３４】
なお、基板２、配線層３、配線層４を含む領域がチップ領域１０２に対応し、基板５、配線層６、配線層７、配線層８を含む領域がチップ領域１０５に対応している。
【００３５】
図２では、各コイルパターン３１ａ，３２ａが簡易的に環状パターンで図示されているが、互いに対向して磁気的に結合可能であれば、任意のパターンで構成され得る。例えば、各コイルパターン３１ａ，３２ａは、環状のパターンであってもよいし、スパイラル状のパターンであってもよいし、８の字状のパターンであってもよい。同様に、各コイルパターン３５ａ，３６ａは、互いに対向して磁気的に結合可能であれば、任意のパターンで構成され得る。例えば、各コイルパターン３１ａ，３２ａは、環状のパターンであってもよいし、スパイラル状のパターンであってもよいし、８の字状のパターンであってもよい。
【００３６】
一方、シールドパターン３７ａは、閉路を形成しないラインパターンであってＺ方向から透視した場合にコイルパターン３５ａ及びコイルパターン３６ａにそれぞれ交差するラインパターンを含むことができる。シールドパターン３７ａは、そのようなラインパターンを複数含むことができる。シールドパターン３７ａは、Ｚ方向から透視した場合にコイルパターン３５ａ及びコイルパターン３６ａに交差する角度が所定角度（例えば、略４５°）以上になる位置に、コイルパターン３５ａ及びコイルパターン３６ａに対して配され得る。
【００３７】
例えば、各コイルパターン３５ａ，３６ａが図３（ａ）に波線で示すような略矩形に沿ってスパイラル状に延びたコイルパターン３５ａ１，３６ａ１である場合、シールドパターン３７ａは、図３（ａ）に実線で示すような複数のラインパターン３７ａ１〜３７ａ４を含むことができる。図３（ａ）は、シールドパターン３７ａの平面構成の一例を示す図である。
【００３８】
ラインパターン３７ａ１は、Ｚ方向から透視した場合にコイルパターン３５ａ１の中心ＣＰ１近傍を通って＋Ｘ方向及び−Ｘ方向に延びている。ラインパターン３７ａ２は、Ｚ方向から透視した場合にコイルパターン３５ａ１の中心ＣＰ１近傍を通って−Ｘ及び＋Ｙ側から＋Ｘ及び−Ｙ側に斜め方向に延びている。ラインパターン３７ａ３は、Ｚ方向から透視した場合にコイルパターン３５ａ１の中心ＣＰ１近傍を通って−Ｙ方向及び＋Ｙ方向に延びている。ラインパターン３７ａ４は、Ｚ方向から透視した場合にコイルパターン３５ａ１の中心ＣＰ１近傍を通って−Ｘ及び−Ｙ側から＋Ｘ及び＋Ｙ側に斜め方向に延びている。
【００３９】
複数のラインパターン３７ａ１〜３７ａ４は、コイルパターン３５ａ１の中心ＣＰ１近傍で互いに交差している。複数のラインパターン３７ａ１〜３７ａ４は、互いに閉路を形成しないように延びている。複数のラインパターン３７ａ１〜３７ａ４は、中心ＣＰ１近傍から放射状に延びたものとすることができる。
【００４０】
図３（ａ）に示されるように、各ラインパターン３７ａ１〜３７ａ４は、Ｚ方向から透視した場合にコイルパターン３５ａ１，３６ａ１に対して略４５°以上の角度で交差することができる。これにより、電気シールド３７をコイルパターン３５ａ１，３６ａ１に磁気的に影響しにくいシールドパターン３７ａで構成することができる。
【００４１】
あるいは、例えば、各コイルパターン３５ａ，３６ａが図３（ｂ）に波線で示すような略矩形に沿ってスパイラル状に延びたコイルパターン３５ａ２，３６ａ２である場合、シールドパターン３７ａは、図３（ｂ）に実線で示すような複数のラインパターン３７ａ１〜３７ａ１６を含むことができる。図３（ｂ）は、シールドパターン３７ａの平面構成の他の例を示す図である。
【００４２】
ラインパターン３７ａ１〜３７ａ４は、図３（ａ）に示すラインパターン３７ａ１〜３７ａ４と同様である。
【００４３】
ラインパターン３７ａ５は、ＸＹ平面視において略Ｌ字形状を有し、ラインパターン３７ａ４における−Ｘ及び−Ｙ側の部分に交差している。ラインパターン３７ａ５は、ラインパターン３７ａ４の−Ｘ側から＋Ｘ方向に延び、ラインパターン３７ａ４に交差し、−Ｙ方向に延びている。
【００４４】
ラインパターン３７ａ６は、ＸＹ平面視において略Ｌ字形状を有し、ラインパターン３７ａ５に−Ｘ及び−Ｙ側で隣接して配され、ラインパターン３７ａ４における−Ｘ及び−Ｙ側の部分に交差している。ラインパターン３７ａ６は、ラインパターン３７ａ４の−Ｘ側から＋Ｘ方向に延び、ラインパターン３７ａ４に交差し、−Ｙ方向に延びている。
【００４５】
ラインパターン３７ａ７は、ＸＹ平面視において略Ｌ字形状を有し、ラインパターン３７ａ６に−Ｘ及び−Ｙ側で隣接して配され、ラインパターン３７ａ４における−Ｘ及び−Ｙ側の部分に交差している。ラインパターン３７ａ７は、ラインパターン３７ａ４の−Ｘ側から＋Ｘ方向に延び、ラインパターン３７ａ４に交差し、−Ｙ方向に延びている。
【００４６】
ラインパターン３７ａ８は、ＸＹ平面視において略Ｌ字形状を有し、ラインパターン３７ａ２における−Ｘ及び＋Ｙ側の部分に交差している。ラインパターン３７ａ８は、ラインパターン３７ａ２の−Ｘ側から＋Ｘ方向に延び、ラインパターン３７ａ２に交差し、＋Ｙ方向に延びている。
【００４７】
ラインパターン３７ａ９は、ＸＹ平面視において略Ｌ字形状を有し、ラインパターン３７ａ５に−Ｘ及び＋Ｙ側で隣接して配され、ラインパターン３７ａ２における−Ｘ及び＋Ｙ側の部分に交差している。ラインパターン３７ａ９は、ラインパターン３７ａ２の−Ｘ側から＋Ｘ方向に延び、ラインパターン３７ａ２に交差し、＋Ｙ方向に延びている。
【００４８】
ラインパターン３７ａ１０は、ＸＹ平面視において略Ｌ字形状を有し、ラインパターン３７ａ６に−Ｘ及び＋Ｙ側で隣接して配され、ラインパターン３７ａ２における−Ｘ及び＋Ｙ側の部分に交差している。ラインパターン３７ａ１０は、ラインパターン３７ａ２の−Ｘ側から＋Ｘ方向に延び、ラインパターン３７ａ２に交差し、＋Ｙ方向に延びている。
【００４９】
ラインパターン３７ａ１１は、ＸＹ平面視において略Ｌ字形状を有し、ラインパターン３７ａ２における＋Ｘ及び−Ｙ側の部分に交差している。ラインパターン３７ａ１１は、ラインパターン３７ａ４の＋Ｘ側から−Ｘ方向に延び、ラインパターン３７ａ２に交差し、−Ｙ方向に延びている。
【００５０】
ラインパターン３７ａ１２は、ＸＹ平面視において略Ｌ字形状を有し、ラインパターン３７ａ５に＋Ｘ及び−Ｙ側で隣接して配され、ラインパターン３７ａ２における＋Ｘ及び−Ｙ側の部分に交差している。ラインパターン３７ａ１２は、ラインパターン３７ａ２の＋Ｘ側から−Ｘ方向に延び、ラインパターン３７ａ２に交差し、−Ｙ方向に延びている。
【００５１】
ラインパターン３７ａ１３は、ＸＹ平面視において略Ｌ字形状を有し、ラインパターン３７ａ６に＋Ｘ及び−Ｙ側で隣接して配され、ラインパターン３７ａ２における＋Ｘ及び−Ｙ側の部分に交差している。ラインパターン３７ａ１３は、ラインパターン３７ａ２の＋Ｘ側から−Ｘ方向に延び、ラインパターン３７ａ２に交差し、−Ｙ方向に延びている。
【００５２】
ラインパターン３７ａ１４は、ＸＹ平面視において略Ｌ字形状を有し、ラインパターン３７ａ４における＋Ｘ及び＋Ｙ側の部分に交差している。ラインパターン３７ａ１４は、ラインパターン３７ａ４の＋Ｘ側から−Ｘ方向に延び、ラインパターン３７ａ４に交差し、＋Ｙ方向に延びている。
【００５３】
ラインパターン３７ａ１５は、ＸＹ平面視において略Ｌ字形状を有し、ラインパターン３７ａ５に＋Ｘ及び＋Ｙ側で隣接して配され、ラインパターン３７ａ２における＋Ｘ及び＋Ｙ側の部分に交差している。ラインパターン３７ａ１５は、ラインパターン３７ａ４の＋Ｘ側から−Ｘ方向に延び、ラインパターン３７ａ４に交差し、＋Ｙ方向に延びている。
【００５４】
ラインパターン３７ａ１６は、ＸＹ平面視において略Ｌ字形状を有し、ラインパターン３７ａ６に＋Ｘ及び＋Ｙ側で隣接して配され、ラインパターン３７ａ２における＋Ｘ及び＋Ｙ側の部分に交差している。ラインパターン３７ａ１６は、ラインパターン３７ａ４の＋Ｘ側から−Ｘ方向に延び、ラインパターン３７ａ４に交差し、＋Ｙ方向に延びている。
【００５５】
図３（ｂ）では、コイルパターン３５ａ２，３６ａ２の巻線密度がコイルパターン３５ａ１，３６ａ１（図３（ａ）参照）の巻線密度より高いことに応じて、ラインパターン３７ａ１〜３７ａ１６の配置密度がラインパターン３７ａ１〜３７ａ４（図３（ａ）参照）の配置密度より高くなっている。
【００５６】
図３（ｂ）に示されるように、各ラインパターン３７ａ１〜３７ａ１６は、Ｚ方向から透視した場合にコイルパターン３５ａ２，３６ａ２に対して略４５°以上の角度で交差することができる。これにより、電気シールド３７をコイルパターン３５ａ１，３６ａ１に磁気的に影響しにくいシールドパターン３７ａで構成することができる。
【００５７】
あるいは、例えば、各コイルパターン３５ａ，３６ａが図３（ｃ）に波線で示すような略八角形に沿って環状に延びたコイルパターン３５ａ３，３６ａ３である場合、シールドパターン３７ａは、図３（ｃ）に実線で示すような複数のラインパターン３７ａ１〜３７ａ６，３７ａ８，３７ａ９，３７ａ１１，３７ａ１２，３７ａ１４，３７ａ１５を含むことができる。図３（ｃ）は、シールドパターン３７ａの平面構成の他の例を示す図である。
【００５８】
図３（ｃ）に示す複数のラインパターン３７ａ１〜３７ａ１５は、図３（ｂ）に示す複数のラインパターン３７ａ１〜３７ａ１６から一部のラインパターン３７ａ７，３７ａ１０，３７ａ１３，３７ａ１６を省略することで構成することができる。
【００５９】
図３（ｃ）に示されるように、各ラインパターン３７ａ１〜３７ａ１５は、Ｚ方向から透視した場合にコイルパターン３５ａ３，３６ａ３に対して略４５°以上の角度で交差することができる。これにより、電気シールド３７をコイルパターン３５ａ１，３６ａ１に磁気的に影響しにくいシールドパターン３７ａで構成することができる。
【００６０】
以上のように、実施形態では、磁気カプラ３０において、送信側に対応するコイル３５と受信側に対応するコイル３６との間に電気シールド３７を配するとともにその電気シールド３７を受信回路５０のグランド側のノードＮ７に接続する。受信回路５０では、グランド側のノードＮ７がカップリングコンデンサ５２を介して電源側のノードＮ６に電気的に接続されている。これにより、送信側から伝達される同相ノイズが受信回路５０における電源レベルとグランドレベルとを同様に揺らすようにすることができるので、受信回路５０の動作点を適切化できる。この結果、受信回路の誤動作及び故障を抑制でき、ＣＭＴＩについて要求される仕様を満たすことが容易になる。
【００６１】
なお、実施形態の第１の変形例として、図４に示すように、通信システム１ｉにおける磁気カプラ３０ｉは、送信側と受信側との両方に電気シールドを有する構成であってもよい。図４は、実施形態の第１の変形例にかかる磁気カプラ３０ｉを含む通信システム１ｉの回路構成を示す図である。具体的には、通信システム１ｉは、磁気カプラ３０（図１参照）に代えて磁気カプラ３０ｉを有する。磁気カプラ３０ｉは、電気シールド３９ｉ及びライン１３８ｉをさらに有する。
【００６２】
電気シールド３９ｉは、コイル３１とコイル３２との間に配される。すなわち、電気シールド３９ｉは、コイル３１の上方に配され、絶縁膜を介してコイル３１に対向しているとともに、コイル３２の下方に配され、絶縁膜を介してコイル３２に対向している。電気シールド３９ｉは、コイル３１及びコイル３２の間に寄生容量が形成されることを抑制する電気的なシールドとして機能するとともに、コイル３１及びコイル３２の間の磁気的な結合を妨げないように構成されている。破線で示すように、コイル３２及び電気シールド３９ｉの間には、寄生容量Ｃ１９が形成され得る。また、電気シールド３９ｉは、ライン１３８ｉを介して送信回路４０のノードＮ３に電気的に接続されている。
【００６３】
例えば、１次側のＧＮＤノイズ（同相ノイズ）が送信回路４０で発生した場合、そのノイズは、周波数成分を有するノイズであれば、送信回路４０→コイル３１→寄生容量Ｃ１９→電気シールド３９ｉ→ライン１３８ｉ→ノードＮ３と伝達され、ノードＮ３→グランド端子４１ｂと伝達されるとともに、ノードＮ３→グランドライン４４→ノードＮ４→カップリングコンデンサ４２→ノードＮ２→電源ライン４３→ノードＮ１→電源端子４１ａと伝達される。すなわち、ノイズが差動アンプ４１における電源端子４１ａの電位とグランド端子４１ｂの電位とを同じように揺らすので、差動アンプ４１は、そのノイズの影響を相殺でき、適切な動作点で動作することができる。
【００６４】
このように、実施形態の第１の変形例によれば、送信側から伝達される同相ノイズが送信側に戻され送信回路５０における電源レベルとグランドレベルとを同様に揺らすようにすることができるので、送信回路５０の動作点を適切化できるとともに、受信回路５０の動作点が適切である状態を維持できる。
【００６５】
あるいは、実施形態の第２の変形例として、図５に示すように、通信システム１ｊにおける磁気カプラ３０ｊは、磁気カプラ３０ｉ（図４参照）から電気シールド３７及びライン３８が省略された構成であってもよい。この構成によっても、送信側から伝達される同相ノイズが送信側に戻され送信回路５０における電源レベルとグランドレベルとを同様に揺らすようにすることができるので、送信回路５０の動作点を適切化できるとともに、受信回路５０の動作点が適切である状態を維持できる。
【００６６】
あるいは、送信回路に接続されたコイルと受信回路に接続されたコイルとの間に要求される絶縁耐圧（例えば、１０ｋＶ）を１つの絶縁膜で満たすことが可能である場合、通信システムにおける磁気カプラは、１重絶縁型の構成を採用してもよい。
【００６７】
例えば、実施形態の第３の変形例として、通信システム１ｋにおける磁気カプラ３０ｋは、図６に示すように構成され得る。図６は、実施形態の第３の変形例にかかる磁気カプラ３０ｋを含む通信システム１ｋの回路構成を示す図である。磁気カプラ３０ｋは、磁気カプラ３０ｉ（図４参照）からコイル３５、電気シールド３７、ライン３８、及びコイル３６が省略され、ボンディングワイヤ３３，３４及びライン１３８ｉ（図４参照）に代えてボンディングワイヤ３３ｋ，３４ｋ，１３８ｋを有する。
【００６８】
ボンディングワイヤ３３ｋ，３４ｋは、それぞれ、コイル３２及び受信回路５０の間に配され、コイル３２及び受信回路５０を電気的に接続する。ボンディングワイヤ３３ｋは、一端がコイル３２に電気的に接続され、他端が出力ノード３０ｏｐを介して差動アンプ５１の非反転入力端子（＋）に電気的に接続されている。ボンディングワイヤ３４ｋは、一端がコイル３２に電気的に接続され、他端が出力ノード３０ｏｎを介して差動アンプ４１の反転入力端子（−）に電気的に接続されている。
【００６９】
ボンディングワイヤ１３８ｋは、電気シールド３９ｉ及びライン３８の間に配され、電気シールド３９ｉ及びライン３８を電気的に接続する。ボンディングワイヤ１３８ｋは、一端が電気シールド３９ｉに電気的に接続され、他端がライン３８の一端に電気的に接続されている。
【００７０】
電気シールド３９ｉは、コイル３１とコイル３２との間に配される。すなわち、電気シールド３９ｉは、コイル３１の上方に配され、絶縁膜を介してコイル３１に対向しているとともに、コイル３２の下方に配され、絶縁膜を介してコイル３２に対向している。電気シールド３９ｉは、コイル３１及びコイル３２の間に寄生容量が形成されることを抑制する電気的なシールドとして機能するとともに、コイル３１及びコイル３２の間の磁気的な結合を妨げないように構成されている。破線で示すように、コイル３２及び電気シールド３９ｉの間には、寄生容量Ｃ１９が形成され得る。また、電気シールド３９ｉは、ボンディングワイヤ１３８ｋ及びライン３８を介して受信回路５０のノードＮ７に電気的に接続されている。
【００７１】
例えば、１次側のＧＮＤノイズ（同相ノイズ）が送信回路４０で発生した場合、そのノイズは、周波数成分を有するノイズであれば、送信回路４０→コイル３１→寄生容量Ｃ１９→電気シールド３９ｉ→ボンディングワイヤ１３８ｋ→ライン３８→ノードＮ７と伝達され、ノードＮ７→グランド端子５１ｂと伝達されるとともに、ノードＮ７→グランドライン５４→ノードＮ８→カップリングコンデンサ５２→ノードＮ６→電源ライン５３→ノードＮ５→電源端子５１ａと伝達される。すなわち、ノイズが差動アンプ５１における電源端子５１ａの電位とグランド端子５１ｂの電位とを同じように揺らすので、差動アンプ５１は、そのノイズの影響を相殺でき、適切な動作点で動作することができる。
【００７２】
このように、実施形態の第３の変形例によれば、送信側から伝達される同相ノイズが受信回路５０における電源レベルとグランドレベルとを同様に揺らすようにすることができるので、受信回路５０の動作点を適切化できる。
【００７３】
あるいは、実施形態の第４の変形例として、図７に示すように、通信システム１ｎにおける磁気カプラ３０ｎは、磁気カプラ３０ｉ（図４参照）からコイル３１、コイル３２、電気シールド３９ｉ及びライン１３８ｉが省略されボンディングワイヤ３３，３４（図４参照）に代えてボンディングワイヤ３３ｎ，３４ｎを有する構成であってもよい。
【００７４】
ボンディングワイヤ３３ｎ，３４ｎは、それぞれ、送信回路４０及びコイル３５の間に配され、送信回路４０及びコイル３５を電気的に接続する。ボンディングワイヤ３３ｎは、一端が差動アンプ４１の非反転出力端子（＋）に電気的に接続され、他端がコイル３５に電気的に接続されている。ボンディングワイヤ３４ｎは、一端が差動アンプ４１の反転出力端子（−）に電気的に接続され、他端がコイル３５に電気的に接続されている。
【００７５】
この構成によっても、送信側から伝達される同相ノイズが受信回路５０における電源レベルとグランドレベルとを同様に揺らすようにすることができるので、受信回路５０の動作点を適切化できる。
【００７６】
あるいは、実施形態の第５の変形例として、図８に示すように、通信システム１ｐにおける磁気カプラ３０ｐは、磁気カプラ３０ｉ（図４参照）からコイル３５、コイル３６、電気シールド３７及びライン３８が省略されボンディングワイヤ３３，３４（図４参照）に代えてボンディングワイヤ３３ｐ，３４ｐを有する構成であってもよい。
【００７７】
ボンディングワイヤ３３ｐ，３４ｐは、それぞれ、コイル３２及び受信回路５０の間に配され、コイル３２及び受信回路５０を電気的に接続する。ボンディングワイヤ３３ｐは、一端がコイル３２に電気的に接続され、他端が差動アンプ５１の非反転出力端子（＋）に電気的に接続されている。ボンディングワイヤ３４ｐは、一端がコイル３２に電気的に接続され、他端が差動アンプ５１の反転出力端子（−）に電気的に接続されている。
【００７８】
この構成によっても、送信側から伝達される同相ノイズが受信回路５０における電源レベルとグランドレベルとを同様に揺らすようにすることができるので、受信回路５０の動作点を適切化できる。
【００７９】
あるいは、実施形態の第６の変形例として、図９に示すように、通信システム１ｒにおける磁気カプラ３０ｒは、磁気カプラ３０ｉ（図４参照）からコイル３１、コイル３２、電気シールド３９ｉ及びライン３８が省略され、ボンディングワイヤ３３，３４（図４参照）に代えてボンディングワイヤ３３ｎ，３４ｎを有し、ボンディングワイヤ１３８ｒをさらに有する構成であってもよい。
【００８０】
ボンディングワイヤ３３ｎ，３４ｎは、それぞれ、送信回路４０及びコイル３５の間に配され、送信回路４０及びコイル３５を電気的に接続する。ボンディングワイヤ３３ｎは、一端が差動アンプ４１の非反転出力端子（＋）に電気的に接続され、他端がコイル３５に電気的に接続されている。ボンディングワイヤ３４ｎは、一端が差動アンプ４１の反転出力端子（−）に電気的に接続され、他端がコイル３５に電気的に接続されている。
【００８１】
ボンディングワイヤ１３８ｒは、電気シールド３７及びライン１３８ｉの間に配され、電気シールド３７及びライン１３８ｉを電気的に接続する。ボンディングワイヤ１３８ｒは、一端が電気シールド３７に電気的に接続され、他端がライン１３８ｉの一端に電気的に接続されている。
【００８２】
この構成によっても、送信側から伝達される同相ノイズが送信側に戻され送信回路５０における電源レベルとグランドレベルとを同様に揺らすようにすることができるので、送信回路５０の動作点を適切化できるとともに、受信回路５０の動作点が適切である状態を維持できる。
【００８３】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８４】
１，１ｉ，１ｊ，１ｋ，１ｎ，１ｐ，１ｒ  通信システム、３０，３０ｉ，３０ｊ，３０ｋ，３０ｎ，３０ｐ，３０ｒ  磁気カプラ。
【図１】
2020039074.tif 000003
【図２】
2020039074.tif 000004
【図３】
2020039074.tif 000005
【図４】
2020039074.tif 000006
【図５】
2020039074.tif 000007
【図６】
2020039074.tif 000008
【図７】
2020039074.tif 000009
【図８】
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【図９】
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