(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の導線を備えてなる平衡伝送線路の終端に設けられる平衡伝送終端装置であって、
前記一対の導線間に直列に接続され、かつ、互いを接続する節点が接地される２つの第１のインピーダンス素子と、
前記第１のインピーダンス素子の後段に設けられ、前記平衡伝送線路に発生するコモンモードノイズを減衰させるコモンモードチョークコイルと、
前記コモンモードチョークコイルの後段に設けられ、前記第１のインピーダンス素子と共に、インピーダンス整合を図る第２のインピーダンス素子とを備え、前記第１のインピーダンス素子は、ディファレンシャルモードにおける平衡伝送を維持できるインピーダンスを有し、
前記第１及び第２のインピーダンス素子は、前記平衡伝送線路の特性インピーダンスとの間でインピーダンス整合を図ることができるインピーダンスを有し、
前記コモンモードチョークコイル、前記第１のインピーダンス素子、及び、前記第２のインピーダンス素子のインピーダンスは、前記コモンモードチョークコイルに流れ込むコモンモード電流が、予め定められた値を超えないように設定されることを特徴とする平衡伝送終端装置。
【請求項２】
前記第１のインピーダンス素子の各々は、抵抗素子であることを特徴とする請求項１記載の平衡伝送終端装置。
【請求項３】
請求項１記載の平衡伝送終端装置を有する受信装置。
【請求項４】
前記平衡伝送終端装置が備える第１のインピーダンス素子の各々は、抵抗素子であることを特徴とする請求項３記載の受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ペアケーブルを用いた平衡伝送システムにおけるコモンモードノイズを抑制するコモンモードチョークコイルを有する平衡伝送終端装置及びそれを用いた受信装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の平衡伝送終端装置を有する平衡伝送システムのブロック図である。図４に示すように、この平衡伝送システムは、送信装置３０及び受信装置３１を備える。そして、送信装置３０と受信装置３１とは、一対の導線３６、３７を備えてなる平衡伝送線路３２を用いて通信を行う。
【０００３】
受信装置３１は、従来の平衡伝送終端装置４２及び本体回路３３を有する。この平衡伝送終端装置４２は、平衡伝送線路３２の終端に設けられ、コモンモードチョークコイル３４及びインピーダンス素子Ｒを有する。
【０００４】
このコモンモードチョークコイル３４は、平衡伝送線路３２に混入したコモンモードノイズを減衰させる。この点を詳しく説明する。
【０００５】
図５は、コモンモードチョークコイル３４の説明図である。図５（ａ）は、ディファレンシャルモードの場合の説明図、図５（ｂ）は、コモンモードの場合の説明図である。
【０００６】
図５（ａ）に示すように、一対の導線３６、３７に流れる電流Ｉｄが、逆相であれば（ディファレンシャルモード）、互いに発生する磁束３８、３９を打ち消し合う。このため、コモンモードチョークコイル３４は、伝送信号に影響を与えない。
【０００７】
一方、図５（ｂ）に示すように、一対の導線３６、３７に流れる電流Ｉｃが同相であれば（コモンモード）、磁束４０、４１が相加わることになる。このため、コモンモードチョークコイル３４のインピーダンスは、大きくなる。
【０００８】
以上の結果、コモンモードチョークコイル３４は、本来伝送したいディファレンシャルモード電流（差動信号）Ｉｄに対しては影響を与えず、雑音として混入するコモンモード電流（コモンモードノイズ）Ｉｃだけを減衰させる。
【０００９】
さて、特開平７−２４０６５２号公報にも、関連する従来技術が開示されている。この従来技術は、トランス（コモンモードチョークコイルに相当）を有する平衡−不平衡変換器に関するものである。
【００１０】
この平衡−不平衡変換器は、信号線間にインピーダンス素子を挿入し、このインピーダンス素子の電気的中点を接地して、この接地にノイズを流すというものである。この従来技術との相違は、本発明の実施の形態の説明の中で詳述する。
【発明が解決しようとする課題】
さて、図５に示したように、コモンモードチョークコイル３４は、コイルに流れる電流によって発生する磁束の効果を利用したものである。
【００１１】
このため、コモンモードチョークコイル３４に過大なコモンモード電流Ｉｃが流れると、コモンモードチョークコイル３４のコアが飽和してしまい、十分な効果を得ることができないという問題が生じる。
【００１２】
また、過大なコモンモード電流Ｉｃにより、線径の細いコイルの損傷を引き起こすという問題もある。
【００１３】
特に、自動車や航空機等の移動体に上記のような平衡伝送システムを搭載する場合は、自動車や航空機等の移動体のエンジンが、大きなコモンモードノイズの発生源になり、上記問題が生じ易い。
【００１４】
さらに、このような移動体では、大きなコモンモードノイズの発生源である電波塔や高圧線などの近隣を通過することも多く、上記問題が生じやすい。
【００１５】
そこで、本発明は、コモンモードチョークコイルの飽和を抑制するとともに、損傷を防止できる平衡伝送終端装置及びそれを用いた受信装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、一対の導線を備えてなる平衡伝送線路の終端に設けられる平衡伝送終端装置であって、一対の導線間に直列に接続され、かつ、互いを接続する節点が接地される２つの第１のインピーダンス素子と、第１のインピーダンス素子の後段に設けられ、平衡伝送線路に発生するコモンモードノイズを減衰させるコモンモードチョークコイルと、コモンモードチョークコイルの後段に設けられ、第１のインピーダンス素子と共に、インピーダンス整合を図る第２のインピーダンス素子とを備え、第１のインピーダンス素子は、ディファレンシャルモードにおける平衡伝送を維持できるインピーダンスを有し、第１及び第２のインピーダンス素子は、平衡伝送線路の特性インピーダンスとの間でインピーダンス整合を図ることができるインピーダンスを有し、コモンモードチョークコイル、第１のインピーダンス素子、及び、第２のインピーダンス素子のインピーダンスは、コモンモードチョークコイルに流れ込むコモンモード電流が、予め定められた値を超えないように設定される。
【００１７】
この構成により、コモンモードチョークコイルへの過大なコモンモード電流の流入を防止できる。その結果、平衡伝送線路に過大なコモンモード電流が発生した場合でも、コモンモードチョークコイルの飽和と損傷を抑制できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
請求項１記載の平衡伝送終端装置は、一対の導線を備えてなる平衡伝送線路の終端に設けられる平衡伝送終端装置であって、一対の導線間に直列に接続され、かつ、互いを接続する節点が接地される２つの第１のインピーダンス素子と、第１のインピーダンス素子の後段に設けられ、平衡伝送線路に発生するコモンモードノイズを減衰させるコモンモードチョークコイルと、コモンモードチョークコイルの後段に設けられ、第１のインピーダンス素子と共に、インピーダンス整合を図る第２のインピーダンス素子とを備え、第１のインピーダンス素子は、ディファレンシャルモードにおける平衡伝送を維持できるインピーダンスを有し、第１及び第２のインピーダンス素子は、平衡伝送線路の特性インピーダンスとの間でインピーダンス整合を図ることができるインピーダンスを有し、コモンモードチョークコイル、第１のインピーダンス素子、及び、第２のインピーダンス素子のインピーダンスは、コモンモードチョークコイルに流れ込むコモンモード電流が、予め定められた値を超えないように設定される。
【００１９】
この構成により、コモンモードチョークコイルへの過大なコモンモード電流の流入を防止できる。その結果、平衡伝送線路に過大なコモンモード電流が発生した場合でも、コモンモードチョークコイルの飽和と損傷を抑制できる。
【００２０】
請求項２記載の平衡伝送終端装置では、第１のインピーダンス素子の各々は、抵抗素子である。
【００２１】
この構成により、コモンモードチョークコイルの飽和と損傷を抑制できる平衡伝送終端装置を簡易に実現できる。
【００２２】
請求項３記載の受信装置は、請求項１記載の平衡伝送終端装置を有する受信装置である。
【００２３】
この構成により、コモンモードチョークコイルへの過大なコモンモード電流の流入を防止でき、コモンモードチョークコイルの飽和と損傷を抑制できる。その結果、平衡伝送線路に過大なコモンモード電流が発生した場合でも、コモンモードチョークコイルが有効に機能し、コモンモードノイズの影響を極力回避できる。
【００２４】
請求項４記載の受信装置では、平衡伝送終端装置が備える第１のインピーダンス素子の各々は、抵抗素子である。
【００２５】
この構成により、コモンモードノイズの影響を極力回避できる受信装置を簡易に実現できる。
【００２６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態における平衡伝送システムのブロック図である。図１に示すように、この平衡伝送システムは、送信装置１及び受信装置２を備える。そして、送信装置１と送信装置２とは、一対の導線４、５を備えてなる平衡伝送線路３を用いて通信を行う。
【００２７】
受信装置２は、平衡伝送終端装置２１及び本体回路２２を有する。この平衡伝送終端装置は、平衡伝送線路３の終端に設けられ、２つのインピーダンス素子Ｒ１、コモンモードチョークコイル２３、及び、インピーダンス素子Ｒ２を有する。
図１では、インピーダンス素子Ｒ１、Ｒ２として、抵抗素子を用いている。
【００２８】
次に接続関係を説明する。平衡伝送終端装置２１において、２つのインピーダンス素子Ｒ１は、導線４と導線５との間に直列に接続される。そして、一方のインピーダンス素子Ｒ１と、他方のインピーダンス素子Ｒ１とを接続する節点Ｎ１は、接地２４に接続される。インピーダンス素子Ｒ２は、導線６と導線７との間に接続される。
【００２９】
コモンモードチョークコイル２３の一方の巻線の一端が、インピーダンス素子Ｒ１と導線４とを接続する節点Ｎ２に接続され、その他端が、インピーダンス素子Ｒ２と導線６とを接続する節点Ｎ４に接続される。さらに、コモンモードチョークコイル２３の他方の巻線の一端が、インピーダンス素子Ｒ１と導線５とを接続する節点Ｎ３に接続され、その他端が、インピーダンス素子Ｒ２と導線７とを接続する節点Ｎ５に接続される。
【００３０】
つまり、コモンモードチョークコイル２３は、２つのインピーダンス素子Ｒ１の後段に設けられ、インピーダンス素子Ｒ２は、コモンモードチョークコイル２３の後段に設けられる。
【００３１】
次に、各構成の機能、動作を説明する。コモンモードチョークコイル２３の構成、機能、動作は、図５に示したコモンモードチョークコイル３４と同様である。また、受信装置２の本体回路２２は、送信装置１から伝送された信号を、平衡伝送終端装置２１を介して受信し、所定の処理を施す。
【００３２】
次に、ディファレンシャルモード（差動伝送）における平衡伝送を維持する機能を説明する。
【００３３】
導線４に接続されるインピーダンス素子Ｒ１のインピーダンスと、導線５に接続されるインピーダンス素子Ｒ１のインピーダンスとは、実質的に同じ値に設定される。これにより、ディファレンシャルモードにおける平衡伝送の維持が可能になる。
【００３４】
次に、図２を用いて、ディファレンシャルモードにおける機能について説明する。図２（ａ）は、ディファレンシャルモードにおいて、図１の平衡伝送終端装置２１と等価な回路図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）の回路と等価な回路図である。
【００３５】
図５（ａ）の場合と同様に、ディファレンシャルモードでは、コモンモードチョークコイル２３のインピーダンスは、ほぼ０に等しくなる。
【００３６】
このため、ディファレンシャルモードでは、コモンモードチョークコイル２３の影響をほとんど受けることがなく、平衡伝送終端装置２１は、図２（ａ）に示した回路と等価になる。
【００３７】
そして、さらに、図２（ａ）の回路は、図２（ｂ）の回路と等価である。つまり、図２（ａ）の回路は、導線４と導線５との間に直列に接続された２つのインピーダンス素子Ｒ３を備えてなる図２（ｂ）の回路と等価である。
【００３８】
ここで、インピーダンス素子Ｒ１のインピーダンスを「Ｒ１」、インピーダンス素子Ｒ２のインピーダンスを「Ｒ２」、インピーダンス素子Ｒ３のインピーダンスを「Ｒ３」と表記すると、次式が成立する。
【数１】
0004468602.tif 000002
つまり、Ｒ３は、Ｒ１と、Ｒ２／２との合成インピーダンスである。そこで、平衡伝送線路３の特性インピーダンスを「Ｚ０」としたときに、Ｒ３が、Ｚ０／２と実質的に同じ値になるように、Ｒ１とＲ２の値を設定する。
【００３９】
こうすることで、インピーダンス整合を図ることができ、ディファレンシャルモード電流（差動信号）Ｉｄにとっては正しく整合されることになる。つまり、終端装置としての機能を確保できるのである。
【００４０】
次に、図３を用いて、コモンモード（同相伝送）における機能について説明する。図３は、コモンモードにおいて、図１の平衡伝送終端装置２１と等価な回路図である。
【００４１】
外部から混入したコモンモードノイズによるコモンモード電流Ｉｃは、一対の導線４、５に同相電流として流れる。このため、図５（ｂ）の場合と同様に、磁束が相加わって、コモンモードチョークコイル２３のインピーダンスは大きくなる。
【００４２】
従って、コモンモードでは、平衡伝送終端装置２１は、図３の回路と等価になる。ここで、「ＺＣ」は、コモンモードチョークコイル２３を構成する１つの巻線のインピーダンスを表している。
【００４３】
さて、図３に示すように、平衡伝送線路３に発生したコモンモード電流Ｉｃは、Ｒ２及びＺＣの合成インピーダンスと、Ｒ１とによって分流され、電流Ｉｃ１と電流Ｉｃ２となる。
【００４４】
そこで、コモンモードチョークコイル２３に流入する電流Ｉｃ２の値が、コモンモードチョークコイル２３の定格電流Ｉｒの値（予め定められた値）を超えないように、Ｒ１、Ｒ２、ＺＣの値を設定する。この点を詳しく説明する。
【００４５】
コモンモードチョークコイル２３に流入する電流Ｉｃ２は、次式で表され、電流Ｉｃ２の値が、定格電流Ｉｒの値を超えないように、Ｒ１、Ｒ２、ＺＣの値を設定する。
【数２】
0004468602.tif 000003
（数２）を用いて、Ｒ１、Ｒ２、ＺＣの値の設定方法の一例を説明する。（数２）の「Ｉｃ」には、平衡伝送線路３に混入しうるコモンモード電流Ｉｃの値を想定して代入する。この点に関し、次のことが一般的に言える。
【００４６】
強電界の下では、数Ｖ（ボルト）〜数十Ｖのコモンモード電圧が誘起される。そして、特性インピーダンスが、数十Ω〜数百Ωの伝送媒体では、数百ｍＡ（ミリアンペア）〜数Ａ（アンペア）のコモンモード電流が生じることになる。
【００４７】
よって、このような場合を想定すれば、（数２）の「Ｉｃ」には、数百ｍＡ〜数Ａという値が代入されることになる。
【００４８】
（数２）の「ＺＣ」には、使用するコモンモードチョークコイル２３のインピーダンスＺＣを代入する。コモンモードチョークコイル２３のインピーダンスＺＣとしては、コモンモードチョークコイル２３に、ある周波数の電流を流したときのインピーダンスが用いられる。
【００４９】
なお、一般に、コモンモードチョークコイルは、伝送媒体の特性インピーダンスを考慮して設計される。例えば、上記のように、伝送媒体の特性インピーダンスが、数十Ω〜数百Ωの場合は、コモンモードチョークコイル全体のインピーダンスは、数百Ω〜数ｋΩというように、伝送媒体の特性インピーダンスより大きな値になるように設計されている。この場合は、（数２）の「ＺＣ」には、（数百Ω〜数ｋΩ）／２という値が代入されることになる。
【００５０】
そして、電流Ｉｃ２の値が、定格電流Ｉｒの値を超えないように、（数２）の「Ｒ１」と「Ｒ２」の値を決定する。
【００５１】
こうすることで、コモンモードチョークコイル２３に、コモンモードチョークコイルの２３の定格電流Ｉｒを超えるような過大な電流Ｉｃ２が流入することを防止できる。つまり、コアが飽和したり、巻線が損傷してしまうような過大な電流Ｉｃ２が、コモンモードチョークコイル２３に流入することを防止できる。
【００５２】
ここで、定格電流Ｉｒは、その電流よりも大きな電流が流れると、コモンモードチョークコイルが飽和してしまい、コモンモードチョークコイルの機能を有効に発揮できなくなる電流である。
【００５３】
一般的に、コモンモードチョークコイルの定格電流は、コモンモードチョークコイルの製造者が定めるものである。しかし、ここにいう「定格電流Ｉｒ」は、コモンモードチョークコイルの製造者が定めた定格電流と、必ずしも一致させなくてもよい。
【００５４】
さて、コモンモードにおいて、本体回路２２へ出力される電圧は、ＺＣとＲ２の分圧となり、ＺＣ＞＞Ｒ２であれば、さらに、コモンモードノイズの影響は抑圧されることになる。
【００５５】
一方、コモンモード電流Ｉｃ１は、インピーダンス素子Ｒ１によって消費される。
【００５６】
以上のように、本実施の形態では、２つのインピーダンス素子Ｒ１のインピーダンスを実質的に同じ値に設定し、さらに、Ｒ１と、Ｒ２／２との合成インピーダンスであるＲ３を、Ｚ０／２と実質的に同じ値に設定している。
【００５７】
このため、ディファレンシャルモードにおける平衡伝送を維持できるとともに、インピーダンス整合を図ることができる。このように、平衡伝送を維持できる終端装置としての機能を確保した上で、さらに、次のような効果を奏する。
【００５８】
本実施の形態では、コモンモードチョークコイル２３、インピーダンス素子Ｒ１、及び、インピーダンス素子Ｒ２のインピーダンスは、コモンモードチョークコイル２３に流れ込むコモンモード電流Ｉｃ２が、定格電流Ｉｒの値（予め定められた値）を超えないように設定される。
【００５９】
この構成により、コモンモードチョークコイル２３への過大なコモンモード電流Ｉｃ２の流入を防止できる。このため、平衡伝送線路３に過大なコモンモード電流が発生した場合でも、コモンモードチョークコイル２３の飽和と損傷を抑制できる。
【００６０】
その結果、平衡伝送線路３に過大なコモンモード電流が発生した場合でも、コモンモードチョークコイル２３は、コモンモードノイズの減衰という機能を有効に発揮できる。そして、受信装置２の本体回路２２へのコモンモードノイズの影響を極力回避できる。
【００６１】
また、本実施の形態では、インピーダンス素子Ｒ１の各々は、抵抗素子である。この構成により、コモンモードチョークコイル２３の飽和と損傷を抑制できる平衡伝送終端装置２１を簡易に実現できる。
【００６２】
さて、次に、本実施の形態と、上記した特開平７−２４０６５２号公報に開示された従来技術との相違を説明する。この従来技術は、トランス（コモンモードチョークコイルに相当）を有する平衡−不平衡変換器である。
【００６３】
この従来技術は、平衡側の信号線間に設けられたインピーダンス素子を介して、コモンモードノイズを接地へ流すことにより、コモンモードノイズの影響を防止するものである。
【００６４】
このように、この従来技術は、トランスを用いてコモンモードノイズを減衰させることを意図したものではない。
【００６５】
このため、この従来技術では、トランスへ流入するコモンモード電流を抑制して、トランスの飽和を防止するという課題は、そもそも存在しない。
【００６６】
従って、当然、この従来技術では、トランスへ流入するコモンモード電流を抑制するための対策は何ら講じられていない。
【００６７】
つまり、トランスのインピーダンス、トランスの前段のインピーダンス素子のインピーダンス、及び、トランスの後段のインピーダンス素子のインピーダンスを、どのような関係になるように設定するのかについての開示はない。
【００６８】
以上のように、本実施の形態と、この従来技術とは、課題、機能、効果が全く相違する。
【００６９】
なお、図１では、インピーダンス素子Ｒ１、Ｒ２として、抵抗素子を用いたが、これに限らず、キャパシタやインダクタを用いることもできるし、また、これらを組み合わせたものを用いることができる。
【００７０】
【発明の効果】
請求項１記載の平衡伝送終端装置では、コモンモードチョークコイルへの過大なコモンモード電流の流入を防止できる。その結果、平衡伝送線路に過大なコモンモード電流が発生した場合でも、コモンモードチョークコイルの飽和と損傷を抑制できる。
【００７１】
請求項２記載の平衡伝送終端装置では、コモンモードチョークコイルの飽和と損傷を抑制できる平衡伝送終端装置を簡易に実現できる。
【００７２】
請求項３記載の受信装置では、コモンモードチョークコイルへの過大なコモンモード電流の流入を防止でき、コモンモードチョークコイルの飽和と損傷を抑制できる。その結果、平衡伝送線路に過大なコモンモード電流が発生した場合でも、コモンモードチョークコイルが有効に機能し、コモンモードノイズの影響を極力回避できる。
【００７３】
請求項４記載の受信装置では、コモンモードノイズの影響を極力回避できる受信装置を簡易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における平衡伝送システムのブロック図
【図２】（ａ）差動伝送における動作の説明図
（ｂ）差動伝送における動作の説明図
【図３】同相伝送における動作の説明図
【図４】従来の平衡伝送システムのブロック図
【図５】（ａ）差動伝送におけるコモンモードチョークコイルの説明図
（ｂ）同相伝送におけるコモンモードチョークコイルの説明図
【符号の説明】
１、３０  送信装置
２、３１  受信装置
３、３２  平衡伝送線路
４〜７、３６、３７  導線
２１、４２  平衡伝送終端装置
２２、３３  本体回路
２３、３４  コモンモードチョークコイル
２４  接地
３８〜４１  磁束
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ  インピーダンス素子
Ｉｄ  ディファレンシャルモード電流
Ｉｃ、Ｉｃ１、Ｉｃ２  コモンモード電流
【図１】
0004468602.tif 000004
【図２】
0004468602.tif 000005
【図３】
0004468602.tif 000006
【図４】
0004468602.tif 000007
【図５】
0004468602.tif 000008