ノイズ対策の基礎 【第3回】 ノイズフィルタの原理

2011/02/14
基礎

カテゴリー:ノイズ対策PLAZA

<ノイズフィルタはローパスフィルタ>

前回の第2回では、デジタル機器で問題となるノイズはデジタル信号の高周波成分が主要因だということをお話ししました。このため、これらのノイズを除去するためには周波数の低い信号を通過させて周波数の高い信号を通さない、ローパスフィルタを使えばよいことがわかります。
ローパスフィルタとして働く回路素子としては、インダクタ(コイル)とコンデンサがあります。インダクタは式1のように、周波数の低い成分に対してはインピーダンス(抵抗のようなもの:インピーダンスが高くなるほど信号が通りにくくなる)が低く、周波数の高い成分に対してはインピーダンスが高くなります。


式1  |Z|=2π∙f∙L  (Z:インピーダンス f:周波数  L:インダクタンス)


このため、インダクタをノイズの通り道に直列に挿入すると、周波数の低い信号成分は通りやすく、周波数の高いノイズ成分は通りにくくなります。


noizeplaza_20110328_en_1.png


一方、コンデンサはインダクタとは逆の性質を持っており、周波数の低い成分に対してはインピーダンスが高く、周波数の高い成分に対してはインピーダンスが低くなります。


式2  |Z|=1/(2π∙f∙C)   (Z:インピーダンス f:周波数 C:静電容量)


この性質を用いてローパスフィルタを構成するためには、コンデンサをノイズの通り道とグランドラインの間に挿入します。こうすることによって、周波数の低い信号成分はそのまま通過しますが、周波数の高いノイズ成分はグランド側のほうがインピーダンスが低くなるのでグランド側に逃げてゆき、通過しにくくなります。




以上の2種類の素子が、もっとも単純なローパスフィルタですが、これらを組み合わせることでより高性能なローパスフィルタを構成することができます。

<フィルタの素子数と周波数特性>
図3は、フィルタを構成する素子数とフィルタの周波数特性の関係を示しています。挿入損失というのは、フィルタによって信号がどれだけ減衰するかを示しており、下へ行くほど減衰量が多くなります。フィルタの素子数が増えるにつれて、周波数特性の傾きが急になっているのがわかります。素子数の少ないフィルタは周波数特性がなだらかであるために減衰させる周波数と通過させる周波数の選択度が低く、信号の一部が減衰してしまったり、ノイズが十分に落せなかったりすることがあります。一方、素子数の多いフィルタでは、周波数特性の傾きが急であるため周波数の選択度が高く、信号をあまり減衰させずにノイズを除去することが可能になっています。


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EMI除去フィルタの多くはこのローパスフィルタの考え方を基本に作られていますが、ノイズ除去効果を高めるために、いろいろな工夫がされています。
次回からは、代表的なEMI除去フィルタについて紹介していきます。




担当:村田製作所 コンポーネント事業本部 販売推進企画部 三屋 康宏