(57)【要約】【課題】ノーマルモードからコモンモードへのモード変換を抑制する構成にして、コモンモードノイズの発生を抑えることができるノイズ対策回路を提供する。【解決手段】  送信側回路１側のノイズ対策回路４は、コモンモードチョークコイル１２とトランシーバ１０内の寄生容量１０Ａ，１０Ｂとコンデンサ１３とで構成されている。  差動伝送路３の線路３１，３２は、トランシーバ１０に接続されており、コンデンサ１３は、このトランシーバ１０とコモンモードチョークコイル１２との間の線路３１に接続されている。これにより、コンデンサ１３は、線路３１上に寄生容量１０Ａと並列に接続された状態になっている。コンデンサ１３は、線路３１側の容量と線路３２側の容量とのバランスをとる素子であり、その容量値Ｃ３は、容量値Ｃ１＋容量値Ｃ３＝容量値Ｃ２となるように、設定されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動信号を送信又は受信するための通信ＩＣと、この通信ＩＣに接続された差動伝送路と、この差動伝送路に介設され、差動伝送路の各線路に接続された１対のコイルを有して成るノイズ対策部品とを備えるノイズ対策回路であって、
上記差動伝送路の一方の線路と導通した状態で通信ＩＣ内に生じる第１の寄生容量とコンデンサとの容量値和が、差動伝送路の他方の線路と導通した状態で通信ＩＣ内に生じる第２の寄生容量の容量値とほぼ等しくなるように、当該コンデンサを、上記一方の線路であって上記通信ＩＣとノイズ対策部品との間の線路に上記第１の寄生容量と並列に接続した、
ことを特徴とするノイズ対策回路。
【請求項２】
請求項１に記載のノイズ対策回路において、
上記ノイズ対策部品は、コモンモードチョークコイルである、
ことを特徴とするノイズ対策回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車載ＬＡＮ（Local Area Network）等で使用される差動伝送路上に生じるノイズを抑制するためのノイズ対策回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車載LANのCAN（Controller Area Network）等のように、差動伝送路を用いて高速通信を行うシステムでは、通信ＩＣ（Integrated Circuit）の前段に、コモンモードチョークコイルを配設して、コモンモードノイズの発生を抑制している。
従来、この種のコモンモードチョークコイルとしては、例えば、特許文献１に記載のように、２本の導線をトロイダル状のフェライトコアに巻き付けた構造のものがある。
図１０は、このコモンモードチョークコイルを用いた従来のノイズ対策回路を示す回路図である。
ＣＡＮ等では、図１０に示すように、差動伝送路を構成する線路１１１，１１２を、通信ＩＣであるトランシーバ１１０の出力端から引き出し、終端抵抗１１３をトランシーバ１１０の近傍の線路１１１，１１２間に接続することにより、終端回路を形成している。そして、上記コモンモードチョークコイル１００をこのトランシーバ１１０と終端抵抗１１３との間の線路１１１，１１２に介設することにより、ノイズ対策回路を構成している。
かかる構成により、線路１１１，１１２上に侵入したコモンモードノイズを、このコモンモードチョークコイル１００によって抑制する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実開昭５９−７０３２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記した従来のノイズ対策回路では、次のような問題がある。
図１０に示したノイズ対策回路では、トランシーバ１１０とコモンモードチョークコイル１００と終端抵抗１１３とが並んだ回路を構成しているので、トランシーバ１１０内部に生じる寄生容量１２１，１２２とコモンモードチョークコイル１００のノーマルモードインダクタンスとによって、直列共振回路が形成される。このため、ノーマルモードの差動信号の立ち上がりや立ち下がりに、この直列共振回路の共振周波数を有したリンギングが発生する。
ところが、上記特許文献１に記載のような構造のコモンモードチョークコイル１００では、ノーマルモードの差動信号が差動伝送路の線路１１１，１１２を流れる際に、ノーマルモードの差動信号によって生じる磁束の打ち消しが不完全である。このため、ノーマルモード時のインダクタンスが極めて高くなり、リンギングが発生し易い。
このような状態で、トランシーバ１１０内に生じた寄生容量１２１，１２２の容量値に差異が生じると、線路１１１，１１２を流れるノーマルモードの差動信号に位相差や振幅の乱れが発生する。この結果、コモンモード成分が生じ、いわゆる、ノーマルモードからコモンモードへのモード変換が生じる。このコモンモード成分は、信号の立ち上がりや立ち下がりの部分に生じ、コモンモードノイズを発生させる。しかも、上記のように、立ち上がりや立ち下がり部分に大きな振幅のリンギングが存在すると、コモンモード成分が大きくなり、極めて大きな振幅のコモンモードノイズを輻射させるおそれがある。
【０００５】
この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、ノーマルモードからコモンモードへのモード変換を抑制する構成にして、コモンモードノイズの発生を抑えることができるノイズ対策回路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】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、差動信号を送信又は受信するための通信ＩＣと、この通信ＩＣに接続された差動伝送路と、この差動伝送路に介設され、差動伝送路の各線路に接続された１対のコイルを有して成るノイズ対策部品とを備えるノイズ対策回路であって、差動伝送路の一方の線路と導通した状態で通信ＩＣ内に生じる第１の寄生容量とコンデンサとの容量値和が、差動伝送路の他方の線路と導通した状態で通信ＩＣ内に生じる第２の寄生容量の容量値とほぼ等しくなるように、当該コンデンサを、一方の線路であって通信ＩＣとノイズ対策部品との間の線路に第１の寄生容量と並列に接続した構成とする。
かかる構成により、差動信号が通信ＩＣによって送受信される際には、差動信号が差動伝送路上を伝搬するが、ノーマルモード状態では、差動信号を構成する１対の信号が互いに逆位相で差動伝送路上を流れる。そして、コモンモード状態では、輻射ノイズの原因となるコモンモード信号が差動伝送路上を流れるが、この信号は、差動伝送路に介設されたノイズ対策部品によって減衰される。
ところで、差動伝送路に介設されたノイズ対策部品は、１対のコイルを有しているので、差動伝送路にそれぞれ導通した１対の寄生容量が、通信ＩＣ内に生じると、ノーマルモード時に、コイルのインダクタンスと寄生容量とによる直列共振回路が形成される。すると、差動信号の立ち上がりや立ち下がり時に、この直列共振回路の共振周波数を有したリンギングが発生して、差動信号に重畳する。
このような状態で、１対の寄生容量間に容量差がある場合には、差動信号に位相差や振幅の乱れが生じて、リンギングが重畳した差動信号の立ち上がりや立ち下がりの部分に大きなコモンモード成分が生じ、極めて大きな振幅のコモンモードノイズが輻射されることになる。
しかしながら、この発明では、容量差がある第１及び第２の寄生容量に対して、コンデンサを追加することで、容量差を解消している。すなわち、コンデンサを、第１の寄生容量と並列に接続して、第１の寄生容量とコンデンサとの容量値和が、第２の寄生容量の容量値とほぼ等しくなるように設定してあるので、差動伝送路の一方の線路側の容量と他方の線路側の容量とのバランスがとれ、差動信号間の位相差が極めて少なくなる。この結果、ノーマルモードからコモンモードへのモード変換が抑制される。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載のノイズ対策回路において、ノイズ対策部品は、コモンモードチョークコイルである構成とした。
【発明の効果】
【０００８】
以上詳しく説明したように、この発明のノイズ対策回路によれば、差動伝送路の一方の線路側の容量と他方の線路側の容量とのバランスをとって、差動信号間の位相差を少なくすることにより、ノーマルモードからコモンモードへのモード変換を抑制するので、コモンモードノイズの輻射を効果的に防止することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の第１実施例に係るノイズ対策回路が適用された差動伝送路のシステム図である。
【図２】送信側回路に設けられたノイズ対策回路を示す回路図である。
【図３】ノイズ対策回路の作用及び効果を説明するための回路図である。
【図４】ノーマルモード時の差動信号を示す波形図である。
【図５】リンギングが重畳した状態の差動信号を示す波形図である。
【図６】リンギングを有する差動信号に位相差が生じた状態を示す波形図である。
【図７】評価試験のための回路構成図である。
【図８】リンギングを示す線図である。
【図９】各周波数におけるノイズレベルを示す線図である。
【図１０】従来のノイズ対策回路を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、この発明の第１実施例に係るノイズ対策回路が適用された差動伝送路のシステム図であり、図２は、送信側回路に設けられたノイズ対策回路を示す回路図である。
【００１２】
図１に示す差動伝送路のシステムは、例えば、車載ＬＡＮであり、送信側回路１と受信側回路２と差動伝送路３とを備えている。この実施例のノイズ対策回路４，５は、このような送信側回路１，受信側回路２にそれぞれ設けられている。
【００１３】
送信側回路１は、差動伝送路３に接続された通信ＩＣであるトランシーバ１０と、終端抵抗１１と、ノイズ対策部品であるのコモンモードチョークコイル１２と、コンデンサ１３とを有している。
【００１４】
トランシーバ１０は、差動伝送路３の一方の線路３１と他方の線路３２とに接続されており、差動信号Ｓ＋，Ｓ−を線路３１，３２に送信する機能を有している。
トランシーバ１０では、差動伝送路３の線路３１と導通した内部において、第１の寄生容量としての寄生容量１０Ａが生じ、線路３２と導通した内部において、第２の寄生容量としての寄生容量１０Ｂが生じる。
なお、この実施例では、トランシーバ１０内に生じる寄生容量１０Ａ，１０Ｂの容量値Ｃ１，Ｃ２に差異が存在し、寄生容量１０Ａの容量値Ｃ１の方が寄生容量１０Ｂの容量値Ｃ２よりも小さいものとして説明する。
終端抵抗１１は、差動信号の反射を防止するための素子であり、差動伝送路３の線路３１，３２に渡って接続されている。
【００１５】
図２に示すように、送信側回路１側のノイズ対策回路４は、コモンモードチョークコイル１２とトランシーバ１０内の寄生容量１０Ａ，１０Ｂとコンデンサ１３とで構成されている。
【００１６】
コモンモードチョークコイル１２は、差動伝送路３上のコモンモードノイズを除去するための素子であり、差動伝送路３上に介設されている。具体的には、コモンモードチョークコイル１２は、差動伝送路３の線路３１，３２にそれぞれ接続された１対のコイル１２Ａ，１２Ｂを有している。
【００１７】
コンデンサ１３は、差動伝送路３の線路３１側の容量と線路３２側の容量とのバランスをとるための素子であり、容量値Ｃ３を有する。
具体的には、コンデンサ１３は、一方端１３ａを線路３１に接続させ、他方端１３ｂを接地させた状態で、トランシーバ１０とコモンモードチョークコイル１２との間の線路３１に接続されている。これにより、コンデンサ１３は、線路３１上に寄生容量１０Ａと並列接続された状態になっている。
また、コンデンサ１３の容量値Ｃ３は、線路３１側の容量と線路３２側の容量とのバランスをとった数値に設定されており、容量値Ｃ１＋容量値Ｃ３＝容量値Ｃ２である。
【００１８】
図１に示すように、受信側回路２の構成も送信側回路１とほぼ同様であり、通信ＩＣであるレシーバ２０と、終端抵抗２１と、コモンモードチョークコイル２２と、コンデンサ２３とを有している。
【００１９】
すなわち、レシーバ２０は、差動伝送路３の線路３１，３２に接続され、差動信号Ｓ＋，Ｓ−を線路３１，３２から受信する機能を有している。
このレシーバ２０の内部では、線路３１と導通した寄生容量２０Ａ、線路３２と導通した寄生容量２０Ｂが生じる。
終端抵抗２１は、終端抵抗１１と同様に差動信号の反射を防止するための素子であり、線路３１，３２間に接続されている。
コモンモードチョークコイル２２も、差動伝送路３上のコモンモードノイズを除去するための素子であり、差動伝送路３の線路３１，３２にそれぞれ接続された１対のコイル２２Ａ，２２Ｂを有している。
【００２０】
受信側回路２側のノイズ対策回路４は、送信側と同じように、コモンモードチョークコイル２２とレシーバ２０内の寄生容量２０Ａ，１０Ｂとコンデンサ２３とで構成されているが、レシーバ２０の寄生容量２０Ｂの容量値Ｃ５の方が寄生容量２０Ａの容量値Ｃ４よりも小さいため、コンデンサ２３の接続部位が異なる。
すなわち、コンデンサ２３は、容量値Ｃ６を有し、レシーバ２０とコモンモードチョークコイル２２との間の線路３２に接続されている。そして、コンデンサ２３の容量値Ｃ６は、容量値Ｃ５＋容量値Ｃ６＝容量値Ｃ４となるように、設定されている。
【００２１】
次に、この実施例のノイズ対策回路が示す作用及び効果について説明する。
図３は、ノイズ対策回路の作用及び効果を説明するための回路図である。
送信側回路１のノイズ対策回路４も受信側回路２のノイズ対策回路５も、ほぼ同様の作用及び効果を奏するので、ここでは、重複記載を避けるため、送信側回路１に設けたノイズ対策回路４の作用及び効果についてのみ説明する。
【００２２】
図３に示すように、差動信号Ｓ＋，Ｓ−がトランシーバ１０から差動伝送路３上に送信されると、ノーマルモード状態では、差動信号Ｓ＋，Ｓ−が互いに逆位相で線路３１，３２上を流れる。
そして、輻射ノイズの原因となる同方向のコモンモード信号（図示省略）が、差動伝送路３の線路３１，３２を同方向に流れる場合には、コモンモードチョークコイル１２が、これらのノイズ信号を減衰させる。
【００２３】
図４は、ノーマルモード時の差動信号Ｓ＋，Ｓ−を示す波形図であり、図５は、リンギングが重畳した状態の差動信号Ｓ＋，Ｓ−を示す波形図であり、図６は、リンギングを有する差動信号Ｓ＋，Ｓ−に位相差が生じた状態を示す波形図である。
図４に示すように、ノーマルモード状態において、差動伝送路３の線路３１側と線路３２側との条件に差がない場合には、差動信号Ｓ＋，Ｓ−間に位相差は生じない。
【００２４】
ところが、図２に示したように、差動伝送路３上には、コモンモードチョークコイル１２のコイル１２Ａ，１２Ｂが存在し、トランシーバ１０内の寄生容量１０Ａ，１０Ｂ等が存在するので、ノーマルモード時に、コモンモードチョークコイル１２のインダクタンスと寄生容量等の容量とによってインダクタンスと容量との直列共振回路が形成される。
このため、図５に示すように、この直列共振回路の共振周波数を有したリンギングＲが発生して、差動信号Ｓ＋，Ｓ−に重畳する。
【００２５】
このような状態で、線路３１，３２に接続された容量が寄生容量１０Ａ，１０Ｂだけであるとすると、上記したように、寄生容量１０Ａの容量値Ｃ１の方が寄生容量１０Ｂの容量値Ｃ２よりも小さいので、差動信号Ｓ＋，Ｓ−に位相差が生じる。
この結果、図６に示すように、リンギングＲが重畳した差動信号Ｓ＋，Ｓ−の立ち上がりや立ち下がりの部分に、図６の二点鎖線で示すように、大きなコモンモード成分ＣＭが生じ、このコモンモード成分ＣＭによって、大振幅のコモンモードノイズが輻射されるおそれがある。
しかしながら、この実施例では、図２に示したように、コンデンサ１３を寄生容量１０Ａと並列に線路３１に接続して、寄生容量１０Ａとコンデンサ１３との容量値和Ｃ１＋Ｃ２が、寄生容量１０Ｂの容量値Ｃ２と等しくなるように設定してある。
したがって、差動伝送路３の線路３１側の容量と線路３２側の容量とのバランスがとれているので、図６に示すような差動信号Ｓ＋，Ｓ−間の位相差は、ほとんど生じない。この結果、ノーマルモードからコモンモードへのモード変換がなく、コモンモード成分ＣＭも発生しないので、コモンモードノイズの輻射が防止される。
【００２６】
発明者等は、かかる効果を確認すべく、次のような評価試験を行った。
図７は、評価試験のための回路構成図である。
この評価試験は、車載ＬＡＮインターフェース規格の1つであるＣＡＮＢＵＳの伝導ノイズ評価用回路を用いて行った。
具体的には、図７に示すように、送信側回路１に、１２０Ωの抵抗２１１と４．７ｎＦのコンデンサ２１２とで成るインピーダンスマッチング回路を、差動伝送路３の線路３１，３２に構成した。そして、これらの線路３１，３２を、先端で交わらせて、１本の伝送路３５にし、この伝送路３５を、スペクトラムアナライザ２２０に接続した。なお、符号２１３は、５０Ωの抵抗である。
このとき、終端抵抗１１を６０Ωに設定し、コモンモードチョークコイル１２としては、コモンモードインダクタンスが約５０μＨ、ノーマルモードインダクタンスが約３μＨのものを使用した。
また、トランシーバ１０において、１ＭＨｚにおける寄生容量１０Ａ，１０Ｂの容量値Ｃ１，Ｃ２を測定したところ、それぞれ、８．２ｐＦ，６．９ｐＦであった。すなわち、この評価試験では、寄生容量１０Ｂよりも１．３ｐＦだけ大きな容量値の寄生容量１０Ａを生じるトランシーバ１０を使用した。
【００２７】
評価試験では、かかる回路構成において、２５０ｋＨｚの矩形波である差動信号Ｓ＋，Ｓ−を、トランシーバ１０から差動伝送路３に出力する。そして、差動信号Ｓ＋，Ｓ−を、コモンモードチョークコイル１２，終端抵抗１１，抵抗２１１とコンデンサ２１２とでなるインピーダンスマッチング回路を通じて伝送路３５に送る。これにより、差動信号Ｓ＋，Ｓ−は、伝送路３５で加算されて、コモンモード成分ＣＭとなるので、このコモンモード成分ＣＭをスペクトラムアナライザ２２０で測定する。
【００２８】
図８は、リンギングを示す線図であり、図９は、各周波数におけるノイズレベルを示す線図である。
まず、図７に示した評価回路において、ノーマルモードの位相差のない差動信号Ｓ＋，Ｓ−の波形を測定したところ、図８に示すように、インダクタンスと容量との直列共振によるリンギングＲが、２μｓ付近に発生した。図８のリンギング周波数は約３８ＭＨｚであり、コモンモードチョークコイル１２のインダクタンスと寄生容量１０Ａ，１０Ｂとの直列共振回路の共振周波数とも一致している。
【００２９】
次に、１ｐＦのコンデンサ１３を線路３１に挿入した場合、線路３２に挿入した場合、及び線路３１，３２のいずれにも挿入しなかった場合のノイズレベルを測定した。
このとき、測定周波数を０．１５ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚとし、スペクトラムアナライザ２２０のバンド幅を１０ｋＨｚとして測定した。
実際の測定では、差動信号Ｓ＋，Ｓ−の基本周波数である２５０ｋＨｚの高調波のノイズレベルも観測することができた。しかし、図９では、理解を容易にするため、基本波、高調波のノイズレベルの頂点を通るエンベロープ曲線で示した。
【００３０】
図９の囲みＡで示すように、周波数範囲２０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚのあたりで、コンデンサ１３を接続した場合と接続しなかった場合等によって、ノイズレベルが異なっていることが確認できる。この差異は、リンギングの共振周波数３８ＭＨｚのところで特に顕著に現れている。
すなわち、実線のノイズレベル曲線Ｎ１で示すように、１ｐＦのコンデンサ１３を線路３１に挿入した場合に、ノイズレベルが最も高かった。そして、極太実線のノイズレベル曲線Ｎ２で示すように、コンデンサ１３を線路３２に挿入した場合に、ノイズレベルが最も低く、破線のノイズレベル曲線Ｎ３で示すように、線路３１，３２のいずれにも挿入しなかった場合には、これらの中間のノイズレベルであった。
【００３１】
この評価試験から、寄生容量１０Ａの方が寄生容量１０Ｂよりも１．３ｐＦだけ高いため、線路３１に１ｐＦのコンデンサ１３を追加すると、線路３１，３２間の容量のバランスのズレがさらに大きくなり、ノイズが増加することを確認すると共に、線路３２にコンデンサ１３を追加することで、線路３１，３２間の容量のバランスがとれ、コモンモードノイズを低下させることができることを確認することができた。
【００３２】
なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記実施例では、ノイズ対策部品としてコモンモードチョークコイルを適用したが、これに限るものではない。ノイズ対策部品としては、差動伝送路の各線路に接続された１対のコイルを有し、コモンモード信号が流れたときに、コイル間の相互インダクタンスを発生させて、部品全体のインダクタンスを増加させる構造のものであれば良い。
【符号の説明】
【００３３】
１…送信側回路、  ２…受信側回路、  ３…差動伝送路、  ４，５…ノイズ対策回路、  １０…トランシーバ、  ２０…レシーバ、  １０Ａ，１０Ｂ，２０Ａ，２０Ｂ…寄生容量、  １１，２１…終端抵抗、  １２，２２…コモンモードチョークコイル、  １２Ａ，１２Ｂ，２２Ａ，２２Ｂ…コイル、  １３，２３…コンデンサ、  ３１，３２…線路、  Ａ…囲み、  Ｃ１〜Ｃ６…容量値、  ＣＭ…コモンモード成分、  Ｓ＋，Ｓ−…差動信号。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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