高周波ノイズ対策部品角チップビーズインダクター

吉川智樹:太陽誘電(株)技術グループC/F技術部


◆はじめに
 ブロードバンド、ユビキタスネットワークが新しい時代を開こうとしている現在において、電子機器のデジタル化にともない、EMC・ノイズ対策がますます重要となってきている。とくに、機器が小型化・高速化・高機能化していく傾向にあるものは、ネットワークの中でノイズの発生源となると同時に、ノイズに対して脆弱であるため、誤動作しやすい。なかでも小型・多機能化が急速に進んでいる携帯電話・ノートパソコン・PDAなどはその傾向が強く、ノイズの高周波化も顕著であるため、これまでにないタイプのノイズ問題が顕在化している。そのような中、現在はすべての機器に付随している電源ラインから発生、侵入するノイズや高速信号を発生源とするノイズに関心が高くなっている。
 このような市場動向において太陽誘電では、ノイズの高周波化に対応するため、従来からある角チップビーズインダクター(FBMシリーズ)(図1)に新アイテム(FBMH1608HLシリーズ)を追加した。本稿では、その特徴、および効果事例を紹介する。

図1
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FBMH1608シリーズ内部構造、外形寸法図


◆角チップビーズインダクター
 FBMHシリーズは、独自のスパイラル巻線構造を採用していることから、浮遊容量が少なく高周波帯域までインピーダンスが伸びていることが特徴である。また、内部導体に純度の高い銀線を使用することで、業界トップクラスの低Rdc特性を実現しており、内部/外部導体の接続面積も大きいことから、高エネルギーに対して高い信頼性を確保している。
 FBMH1608HLシリーズは、従来からあるFBMH1608HMシリーズの材料特性を見直すことで、GHz帯域と高周波帯域のノイズ対策を可能としている。製品一覧を表1に示す。コイルの軸芯部のフェライト材に透磁率の低い材料を使用することで共鳴周波数を高くし、100MHzまでの損失(抵抗成分)を低く抑えている。インピーダンス周波数特性を図2に示す。
 <電源ライン用のノイズ対策部品として>
 ICなどの電源ラインには、一般的にバイパス用、またはデカップリング用としてのコンデンサーが使用されている。しかし、ICの高速化により、コンデンサーだけではラインからの輻射ノイズに対して不十分になりつつある。そこで高周波側のバイパス特性を改善するための手軽で効果の高い対策としてビーズインダクターを追加する方法がある。この時のビーズインダクターの選定ポイントはRdcが低く、高定格なことである。
 FBMH1608HL300、600、121は、従来品と比べ低Rdc、高定格を維持しつつ、GHz帯域(1.5GHz以上)でのインピーダンスを増加させた製品であるため(図3(3―a)参照)、GHz帯のフィルター特性を補うには最適である。
 ラインアップとしては、定格電流は0.9A〜2.5A、インピーダンス範囲は30Ω〜120Ωまで揃えた。これらの用途としては、パソコンなどの情報機器やデジタルスチルカメラなどの高周波ノイズ対策、パソコン、プリンターなどの電源ラインの輻射・伝導ノイズ対策、ビデオ、ムービーなどのAV機器におけるノイズ対策がある。
<高速信号用のノイズ対策部品として>
 FBMH1608HL221、331、471、601は、低Rdcはもちろん、従来品と比べ高周波帯(共振点600〜1300MHz)におけるインピーダンスを増加させた製品である(図3(3―b)参照)。100MHz程度まではインピーダンスを低く抑え、600MHz以上に共振点をもつ設計をすることで、信号の波形品位を損なわず、高周波帯でのノイズ低減を可能としているため、高速信号用のフェライトビーズとして最適である。
 現在のラインアップは、220Ω品(定格電流0.7A)と330Ω品(定格電流0.6A)2アイテムであるが、より一層、顧客ニーズを満足するため、470Ω、600Ω品も開発中である。さらに、用途に応じてインピーダンス値を選定できるよう、大幅にラインアップを拡大する方針である。これらの用途としては、CD―R/RW、DVDレコーダー、光ピックアップモジュールなどの高周波ノイズ対策、携帯電話や無線モジュールなどの通信周波数の漏れが発生して、内部結合しやすい機器などのノイズ対策がある。

  表1
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  図2
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  図3
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FBMH1609HLシリーズ製品一覧
FBMH1610HLシリーズZ特性
FBMH1610HM、HLシリーズZ特性比較


◆評価回路を用いた効果事例
 EMC部品は、コンデンサーなどの他の受動部品と異なり、選定が難しい部品の一つである。その原因の一つは、機器ごとにノイズの発生源や輻射源が違うことから、同じ周波数のノイズを対策する際にも多くの選択肢が考えられ、それが必ずしも必要十分条件を満たすとは限らないことにある。通常はカタログに記載されているインピーダンス、Rdcなどの数値や低減させたい周波数帯域で高いインピーダンスを持つアイテムを選択する。それらのカタログなどの情報から選択した部品を挿入した方には、ノイズ低減の効果が期待していたほどでなかったという経験をしている方も多いと思われる。
 カタログデータでは分からない実装したときの部品の挙動は、実機に挿入しないと分からない部分がある。原因はカタログデータと実際にラインに挿入したときの特性が異なること、反射や共振が生じてしまい輻射ノイズレベルが下がらないことなどいろいろな不確定要素が生じることによる。
 今回はICの電源ラインから漏れるノイズを測定する規格であるIEC61967―6を用いてEMC部品の評価を実施した(図4参照)。この評価方法は、不確定要素が少なく部品の実力を判定しやすい。また、この規格はマグネティックプローブ(MP)を使用したもので、輻射電界を測定するよりも再現性が高い。
 図5に示している評価結果は、角チップビーズインダクターFBMH1608HLシリーズを使用したときのものである。FBMHシリーズでは高周波ノイズを対象としていることから、評価回路のクロックには高い周波数帯域まで高調波が発生するように84MHzを選択した。
 FBMH1608HL300、600、121は、2〜3GHzでインピーダンスのピークがあることから、従来のHMシリーズと比較しても2〜3GHz帯域で、大きな低減効果を示している(図5(5―a)参照)。また、FBMH1608HL221、331、471、601は、100MHzからインピーダンスカーブが立ち上がり、1GHz前後でピークがある。従来品と比較すると100MHzを超えてからノイズ減衰量に差が生じはじめて、その後の帯域でも大きな低減効果を示している(図5(5―b)参照)。

図4
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  図5
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評価回路
評価回路を使用した効果事例


◆まとめ
 ユビキタスネットワーク社会の到来により、ますます電子機器が私達の身近なもの、手放すことのできないものに変貌しようとしている。また、機器の開発サイクルが短くなり、その中で高性能・多機能化が要求されるため、ノイズ対策に割り当てられる時間も限られてくる。そのような限られた時間の中で電源ラインや高速信号のEMC部品においては、今まで以上に低Rdc・小型化・高周波化が求められていることから、今回はそれらに応じた製品を紹介した。今後は市場のニーズにあった製品開発を行っていくとともに、機器を含めた総合的なノイズ・EMC対策の提案を実施していく。






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