JP2001124808A - ノイズの可視化システム及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試験対象物のどの部分が外部からの電磁波妨
害に対して汚染されているのか（汚染経路）を容易に特
定することができるイミュニティ設計対応のための新た
なノイズ設計支援システムを提供しようとするものであ
る。 【解決手段】 試験対象物（３８）に接続されたワイヤ
・ハーネス（４０）と、ワイヤ・ハーネスに接続された
第１のプローブ（３７）と、プローブに高周波信号を印
加するための信号発生手段（３２）と、試験対象物から
発生するノイズを検知するためのアンテナ手段（４３）
と、アンテナ手段により検知されたノイズを可視化する
ための可視化手段（４１）とを有するノイズの可視化シ
ステム（３０）及びノイズ可視化方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イミュニティ試験
を模擬してノイズの可視化を行うノイズ可視化システム
及びその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、プリント基板等は製品内部に配置
されているが、製品の筐体や製品内の他の基板等との容
量結合、電磁結合又は外来電磁波等の外部からの妨害に
よって誤動作する場合がある。自動車のエンジン制御ユ
ニットに用いられるようなプリント基板等において、こ
のような誤動作が発生することは致命的である。

【０００３】したがって、重要な機能を担っているプリ
ント基板等では、事前に外部からの妨害によって誤動作
が発生しないように確認する必要があり、誤動作する可
能性が見出された場合には、誤動作が発生しないように
設計変更等を行う必要がある。このような、プリント基
板等が、外部からの妨害によって性能劣化することな
く、これらに耐えることができる能力のことをイミュニ
ティ又はＥＭＳ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓ
ｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ）と言い、最近このような
耐性を測定するためのイミュニティ試験が行われるよう
になってきている。

【０００４】イミュニティ試験の１つの方法として、Ｔ
ＥＭセル法がある。図１を用いてＴＥＭセル法について
説明する。図１にはＴＥＭセル法による試験装置１０が
図示されている。図１において１２はシールド、１３は
入力、１４は終端抵抗、１５はドア、１６はソケットパ
ネル、１７は絶縁体、１８はプリント基板等の試験対象
物である。所定の入力装置（図示せず）から試験装置１
０の入力１３に電力が供給されることによって、シール
ド１２内に所定の電界が生じるように構成されている。
試験対象物１８は、ドア１５を通して内部の絶縁体１７
上に設置され、ドア１５を閉じてもソケットパネル１６
を通じて外部と接続されるように構成されている。ソケ
ットパネル１６を経由して試験対象物１８へは、試験対
象物１８を動作させるための電力が供給され、また試験
対象物１８が通常動作する場合の入力信号を送ることが
でき、さらに試験対象物１８からの出力信号を検出でき
るように構成されている。

【０００５】ＴＥＭセル法では、試験対象物１８をシー
ルド１２内で動作させながら、シールド１２内に種々の
電界を発生させて試験対象物１８及びワイヤ・ハーネス
を発生された電界にさらしている。そして、そのような
外部からの妨害が存在する状況で、試験対象物１８の動
作状態を監視して、試験対象物１８の耐性を測定するも
のである。

【０００６】しかしながら、ＴＥＭセル法では、試験対
象物１８が誤動作をした場合に、設計者が誤動作内容を
知る手段としては、外部に接続されたチェッカのダイア
グ出力等の情報しかなく、試験対象物１８のどの部分が
原因で誤動作をしているのかを特定することが難しかっ
た。したがって、誤動作をしないような試験対象物１
８、例えばプリント基板を設計するには、トライ・アン
ド・エラーを繰り返し、いままでの経験に基づいて不良
箇所を特定して、改良を加える必要があった。

【０００７】イミュニティ試験の別の方法として、アン
テナ照射法がある。図２を用いてアンテナ照射法につい
て説明する。図２には、電波暗室２０内に配置されたア
ンテナ２１と試験対象物２２が図示されている。２３は
電波吸収材料からなる突起であり、電波暗室２０内の床
を除いた全ての面に隙間無く配置されている。また、２
４は試験対象物２２の設置台である。なお、アンテナ２
１も図示しない所定の設置台に固定されている。所定の
入力装置（図示せず）によってアンテナ２１から電磁放
射が行われるように構成されている。また、試験対象物
２２は、電波暗室２０の外部にある測定装置（図示せ
ず）と信号線で接続されており、信号線を通じて試験対
象物２２を動作させるための電力が供給され、また試験
対象物２２が通常動作する場合の入力信号を送ることが
でき、さらに試験対象物２２からの出力信号を検出でき
るように構成されている。

【０００８】アンテナ照射法では、アンテナ２１から種
々の電磁放射を行い、電磁放射に試験対象物２２及びワ
イヤ・ハーネスをさらしている。そして、そのような外
部からの妨害が存在する状況で、試験対象物２２の動作
状態を監視して、試験対象物２２の耐性を測定するもの
である。アンテナ照射法では、ＴＥＭセル法と同様に、
試験対象物２２が誤動作をした場合に、試験対象物２２
のどの部分が原因で誤動作をしているのかを特定するこ
とが難しかった。したがって、誤動作をしないような試
験対象物２２、例えばプリント基板を設計するには、ト
ライ・アンド・エラーを繰り返し、いままでの経験に基
づいて不良箇所を特定して、改良を加える必要があっ
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
ような従来例が有する欠点を補ったものであり、ノイズ
注入法によりイミュニティ試験を模擬し、試験対象物の
どの部分が外部からの電磁波妨害に対して汚染されてい
るか（汚染経路）を容易に特定することができるイミュ
ニティ設計対応のための新たなノイズ設計支援システム
を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のノイズの可視化システムでは、試験対象物
に接続されたワイヤ・ハーネスと、ワイヤ・ハーネスに
接続された第１のプローブと、第１のプローブに高周波
信号を印加するための信号発生手段と、試験対象物から
発生するノイズを検知するためのアンテナ手段と、アン
テナ手段により検知されたノイズを可視化するための可
視化手段とを有する。

【００１１】また、ワイヤ・ハーネスは試験対象物のイ
ンタフェースを介して接続されていても良く、ワイヤ・
ハーネスにはさらに第１のワイヤ・ハーネスによって印
加された高周波信号を検知するための第２のプローブが
接続されていても良く、信号発生手段と第１のプローブ
は信号増幅手段を介して接続されていることが好まし
い。

【００１２】さらに、アンテナ手段は複数の微細アンテ
ナ又は掃引方式のアンテナ等から構成されていることが
好ましく、試験対象物はアンテナ手段の上に配置される
ことが好ましい。さらに、可視化手段は、コンピュータ
及びモニタを含むことが好ましい。上記課題を解決する
ために、本発明のノイズの可視化方法では、試験対象物
にワイヤ・ハーネスを接続し、ワイヤ・ハーネスにプロ
ーブを接続し、信号発生手段によって発生された高周波
信号をプローブ及びワイヤ・ハーネスを介して試験対象
物に注入し、試験対象物から発生するノイズをアンテナ
手段によって検出し、検出されたノイズを可視化手段に
よって可視化することとしている。

【００１３】また同時に外部チェッカ等により試験対象
物の誤動作判定を行え、あらかじめノイズの種類及び周
波数を求めることができるようにすることが好ましい。
さらに、信号発生手段では、複数種類の高周波信号が発
生されることが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】最初に、本発明の実施形態である
ノイズ注入法によるイミュニティ試験を模擬したノイズ
可視化システムの原理について簡単に説明する。試験対
象物であるプリント基板等が誤動作する原因としては、
上述したように、製品の筐体や製品内の他の基板等との
容量結合、電磁結合又は外来電磁波等の外部からの妨害
が考えられる。しかしながら、そのもっとも大きい原因
は、試験対象物と他の基板とを結ぶワイヤ・ハーネスを
介して、又はワイヤ・ハーネスをアンテナとして、注入
される高周波ノイズである。

【００１５】したがって、本発明では、ＴＥＭセル法や
アンテナ照射法のように試験対象物全体を所定の環境下
に置かず、試験対象物のインタフェース等を介して直接
高周波ノイズを注入することにより、試験対象物の誤動
作周波数を外部チェッカ等で確認しながら、注入された
ノイズが試験対象物のどの部分から多く発生しているか
を検出器によって検出して可視化し、試験対象物のノイ
ズが多く発生している部分ではノイズの影響によって誤
動作が起きている可能性が高いと判断するものである。

【００１６】次に、図３を用いて、本発明の実施形態で
あるノイズ注入法によるイミュニティ試験を模擬したノ
イズの可視化システム３０について説明する。３１は制
御用パーソナルコンピュータ、３２は信号発生器、３３
は信号増幅器、３４はスペクトラム・アナライザであ
り、３２、３３及び３４は制御用パーソナルコンピュー
タ３１とバス３５によって接続されている。ここで、上
記信号発生器３２、信号増幅器３３及びスペクトラム・
アナライザ３４は、バス３５を介して制御用パーソナル
コンピュータ３１によって制御されている。

【００１７】４１はノイズ可視化用パーソナルコンピュ
ータ、４２はスペクトラム・アナライザ、４３はノイズ
可視化用アンテナであり、それぞれバス４４及び４５に
よりノイズ可視化用パーソナルコンピュータ４１と接続
されている。また、ノイズ可視化用アンテナ４３の出力
は、スペクトラム・アナライザ４２と通信ケーブルによ
り接続されている。ここで、スペクトラム・アナライザ
４２は、バス４４を介してノイズ可視化用パーソナルコ
ンピュータ４１によって制御及び測定値の取込み等が行
われるようになっている。またノイズ可視化用アンテナ
４３は、バス４５を介してノイズ可視化用パーソナルコ
ンピュータ４１と接続され、アンテナの切替制御等が行
われるようになっている。

【００１８】なお、本実施形態では、制御用パーソナル
コンピュータ３１とノイズ可視化用パーソナルコンピュ
ータ４１を別々に設けたが、１つのパーソナルコンピュ
ータ等で兼用させても良い。ノイズ可視化用アンテナ４
３の上には、試験対象物であるプリント基板３８が置か
れており、プリント基板３８のインタフェース３９には
ワイヤ・ハーネス４０が接続されている。通常インター
フェースには、複数の信号ラインがあるが、ワイヤ・ハ
ーネス４０は、それらの信号ラインの全てと接続されて
いても良いし、特定の信号ラインとのみ接続されていて
も良い。なお、特定の信号ラインとのみ接続されている
場合には、その信号ラインにのみ後述する方法で高周波
ノイズが注入されることとなる。

【００１９】プリント基板３８とそのインタフェース３
９を介して接続されたワイヤ・ハーネス４０には、モニ
タ・プローブ３６及びインジェクション・プローブ３７
が接続されている。さらに、モニタ・プローブ３６とス
ペクトラム・アナライザ３４、及びインジェクション・
プローブ３７と信号増幅器３３はそれぞれ通信線で接続
されている。

【００２０】なお、図３に示すノイズ可視化システムに
おいて、制御用パーソナルコンピュータ３１、信号発生
器３２、信号増幅器３３及びスペクトラム・アナライザ
３４、またノイズ可視化パーソナルコンピュータ４１及
びスペクトラム・アナライザ４２は、試験測定の信頼性
向上のために、プリント基板３８、ワイヤ・ハーネス４
０、ノイズ可視化用アンテナ４３とは隔離された場所に
配置することが望ましい。

【００２１】図４は、ノイズ可視化用アンテナ４３上の
設置されたプリント基板３８を上方から見た図である。
ノイズ可視化測定の対象物であるプリント基板３８は、
ノイズ可視化用アンテナ４３のスキャンエリアＳ上に配
置されている。スキャンエリアＳには、複数の微小アン
テナ素子が設けられており、それぞれが試験対象物が発
する高周波ノイズを検知することができるように構成さ
れている。なお、このような微小アンテナ素子の代わり
に１本の掃引方式のアンテナを用いても良い。

【００２２】次に、ノイズ可視化システム３０を用いた
ノイズ可視化測定について説明する。まず、信号発生器
３２によって所定の高周波信号を発生させる。発生され
た高周波信号は信号増幅器３３によって増幅され、イン
ジェクション・プローブ３７に印加される。ワイヤ・ハ
ーネス４０とカップリングしたインジェクション・プロ
ーブ３７は、電磁誘導により、印加された高周波信号に
応じた高周波ノイズをハーネス４０に重畳させる。この
場合、ハーネスへの重畳は、全ワイヤへの重畳又は、個
々のワイヤへの重畳のどちらでも良い。特定ラインのみ
のノイズ汚染が知りたい場合は、個々のワイヤへの個別
注入が有効である。重畳された高周波ノイズは、ワイヤ
・ハーネス４０、及びインタフェース３９を介してプリ
ント基板３８内に注入される。

【００２３】本実施形態では、インジェクション・プロ
ーブ３７によってワイヤ・ハーネス４０に重畳された高
周波ノイズをモニタ・プローブ３６によって検出し、モ
ニタ・プローブ３６からスペクトラム・アナライザ３４
を介して制御用パーソナルコンピュータで確認してい
る。信号発生器３２及び信号増幅器３３によって発生さ
れた高周波信号に応じた高周波ノイズが注入されると、
所定の回路パターン、素子等を介して高周波ノイズが侵
入し、プリント基板３８から外部へ放射される。このよ
うにしてプリント基板３８の外部へ放射された高周波ノ
イズは、ノイズ可視化用アンテナ４３の微小アンテナ素
子によって検出される。

【００２４】検出された放射は、検出信号としてスペク
トラム・アナライザ４２で測定され、バス４４を介して
ノイズ可視化用パーソナルコンピュータへ送られる。ノ
イズ可視化用パーソナルコンピュータでは、受取った検
出信号に所定の画像処理を施す。これによって、ノイズ
可視化用パーソナルコンピュータのモニタ（図示せず）
上又はノイズ可視化用パーソナルコンピュータからのプ
リント出力によって、プリント基板からのノイズ（外来
電磁波の汚染経路）が可視化されることとなる。

【００２５】信号発生器３２において発生される高周波
信号は、２０〜１０００ＭＨｚの周波数範囲内であるこ
とが望ましい。また、１回のノイズ可視化測定では１つ
の高周波ノイズしか注入することができないので、ノイ
ズ可視化測定は複数種類の高周波ノイズを注入するよう
にして行われることが望ましい。経験上、プリント基板
のタイプによって誤動作の発生しやすい高周波ノイズの
種類及び周波数が異なっているからである。

【００２６】なお、試験対象物であるプリント基板に対
して、特に誤動作を発生し易い高周波ノイズの種類及び
周波数が当初から判明していない場合には、高周波ノイ
ズの種類及び周波数を徐々に変化させて、試験対象物の
誤動作を外部チェッカ等で確認しながら、ノイズ可視化
測定を繰り返すことも可能であるが、前述したＴＥＭセ
ル法やアンテナ照射法によって、誤動作が起こりやすい
高周波ノイズの種類及び周波数を予め特定しておき、そ
の後本発明の実施形態に係わるノイズ可視化測定方法を
行っても良い。

【００２７】図５は、可視化用アンテナ４３からの検出
信号のうちプリント基板３８の近傍のものを、ノイズ可
視化用パーソナルコンピュータ４１が画像処理してモニ
タ上に得られた可視化サンプルである。図５では、可視
化用アンテナ４３の微小アンテナ素子の位置に対応つけ
て、検出した高周波ノイズの強度を３段階で表してい
る。なお、検出した高周波ノイズを可視化する方法は、
図５に示されるものに限られるものではなく、公知の種
々の方法が採用できる。

【００２８】図５の上方部には、右から左に渡って、高
い強度を有する領域があることが分かる。すなわち、プ
リント基板３８上でこの領域に対応する箇所から、注入
された高周波ノイズが大量に放出されていることとな
る。すなわち、この箇所には高周波ノイズが侵入し易
く、従ってこの箇所に存在する回路素子は高周波ノイズ
の影響を受け易い。言いかえると、このプリント基板３
８が実際の製品中で機能している場合（例えば自動車の
エンジン制御ユニットとして機能している場合）に、こ
のノイズ可視化測定で注入された高周波ノイズと同様の
ノイズが何らかの原因で発生すると、図５の上方部に対
応した箇所付近のパターン及び素子を原因とする誤動作
が発生する可能性が高いこととなる。

【００２９】このように、本発明の実施形態に係わるノ
イズ可視化システム３０を用いて、予めノイズ可視化測
定を行うことで、試験対象物であるプリント基板等が予
想される電磁環境下において誤動作しないかどうかを確
認する。そして、誤動作する可能性を見出した場合に
は、対象となる高周波ノイズに対して誤動作が発生しな
いように、可視化によって特定された箇所を中心に、回
路パターンの変更や素子自体の変更を行うこととなる。
なお、コンピュータがこのような可視化情報を基にその
試験対象物の誤動作を検出し、ダイアグ情報を外部に表
示しても良い。

【００３０】

【発明の効果】このように、プリント基板から放出され
る高周波ノイズをノイズ可視化用アンテナによって可視
化したので、プリント基板上で高周波ノイズが注入され
る経路や、誤動作が発生する可能性の高い領域、配線パ
ターン、素子等を明確にすることが可能となった。また
注入するワイヤ・ハーネスを個々に選定し、個別注入さ
せることで、特定部位のみのノイズ汚染経路がわかり、
誤動作発生箇所を絞り込む精度を上げることができる。
したがって、イミュニティ試験前（場合によっては後）
に、そのような誤動作が発生しない回路に設計変更する
場合に、従来のトライ・アンド・エラー方式を採用する
必要が無くなり、設計の効率化及び試験工数の削減が図
られることとなった。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術における試験方法の概略を示す図であ
る。

【図２】別の従来技術における試験方法の概略を示す図
である。

【図３】本発明に係わるノイズ可視化システムの概略を
示す図である。

【図４】本発明に係わるノイズ可視化システムの一部を
拡大した図である。

【図５】本発明に係わるノイズ可視化システムによって
可視化されたノイズの例を示す図である。

【符号の説明】

１０…ＴＥＭセル法における試験装置 ２０…アンテナ照射法における電波暗室 ３０…ノイズ可視化システム ３１…制御用パーソナル・コンピュータ ３２…信号発生器 ３３…信号増幅器 ３４…スペクトラム・アナライザ ３６…モニタ・プローブ ３７…インジェクション・プローブ ３８…試験対象物 ３９…インタフェース ４０…ワイヤ・ハーネス ４１…可視化用パーソナル・コンピュータ ４２…スペクトラム・アナライザ ４３…可視化用アンテナ

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノイズの可視化システムにおいて、 試験対象物に接続されたワイヤ・ハーネスと、 前記ワイヤ・ハーネスに接続された第１のプローブと、 前記第１のプローブに高周波信号を印加するための信号
   発生手段と、 前記試験対象物から発生するノイズを検知するためのア
   ンテナ手段と、 前記アンテナ手段により検知されたノイズを可視化する
   ための可視化手段とを有することを特徴とするノイズの
   可視化システム。
2. 【請求項２】 前記ワイヤ・ハーネスは、前記試験対象
   物のインタフェースを介して接続されている請求項１に
   記載のノイズの可視化システム。
3. 【請求項３】 前記ワイヤ・ハーネスには、前記第１の
   ワイヤ・ハーネスによって印加された高周波信号を検知
   するための第２のプローブが接続されている請求項１又
   は２に記載のノイズの可視化システム。
4. 【請求項４】 前記信号発生手段と前記第１のプローブ
   は信号増幅手段を介して接続されている請求項１〜３の
   何れか一項に記載のノイズの可視化システム。
5. 【請求項５】 前記アンテナ手段は、複数の微細アンテ
   ナから構成されている請求項１〜４の何れか一項に記載
   のノイズの可視化システム。
6. 【請求項６】 前記試験対象物は、前記アンテナ手段の
   上に配置される請求項１〜５の何れか一項に記載のノイ
   ズの可視化システム。
7. 【請求項７】 前記可視化手段は、コンピュータ及びモ
   ニタを含む請求項１〜６の何れか一項に記載のノイズの
   可視化システム。
8. 【請求項８】 ノイズ可視化方法において、 試験対象物にワイヤ・ハーネスを接続し、 前記ワイヤ・ハーネスにプローブを接続し、 信号発生手段によって発生された高周波信号を前記プロ
   ーブ及び前記ワイヤ・ハーネスを介して前記試験対象物
   に注入し、 前記試験対象物から発生するノイズをアンテナ手段によ
   って検出し、 前記検出されたノイズを可視化手段によって可視化する
   ことを特徴とするノイズの可視化方法。
9. 【請求項９】 前記ワイヤ・ハーネスの個々のワイヤに
   プローブを接続して個別注入し、前記ノイズ可視化手段
   によって可視化する請求項８に記載のノイズ可視化方
   法。
10. 【請求項１０】 前記信号発生手段では、複数種類の高
    周波信号が発生される請求項８に記載のノイズの可視化
    方法。
11. 【請求項１１】 さらに前記試験対象物の誤動作を検出
    するための誤動作検出手段を有する請求項８又は９に記
    載のノイズ可視化方法。