JP2011106859A

JP2011106859A - シールド性能評価回路、シールド性能評価方法、およびシールドケース

Info

Publication number: JP2011106859A
Application number: JP2009259786A
Authority: JP
Inventors: Katsumsa Suzuki; 雄将鈴木; Hidemasa Ohashi; 英征大橋; Satoshi Yoneda; 諭米田; Seiichi Saito; 成一斉藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-11-13
Filing date: 2009-11-13
Publication date: 2011-06-02

Abstract

【課題】差動モードおよびコモンモードに対応した、平衡ケーブルのシールド性能評価のためのシールド性能評価回路、シールド性能評価方法、およびシールドケースを得る。
【解決手段】シールド性能評価回路は、平衡ケーブルの両端で平衡ケーブルのシールド導体をシールドケースの筐体に接続するとともに、平衡ケーブルの線路導体をシールドケースの筐体内に配備された不平衡線路の一端に接続し、一方のシールドケースの不平衡線路の他端を出力ポートに接続し、他方のシールドケースの不平衡線路の他端に該シールドケースの筐体に接地された終端抵抗を接続し、平衡ケーブルにノイズを注入するために平衡ケーブルの予め定めた位置の近傍に平衡ケーブルと電磁結合された結合器を配備し、結合器に入力ポートが接続される。
【選択図】図１

Description

この発明は、シールド付き平衡ケーブルのシールド性能評価のためのシールド性能評価回路、シールド性能評価方法、およびシールドケースに関するものである。

従来、ケーブルのシールド性能を測定する方法としては、表面伝達インピーダンス法、銅パイプ法、吸収クランプ法が知られている。特に、吸収クランプ法は、周波数帯域３０ＭＨｚ〜１ＧＨｚまでの比較的広帯域にわたるケーブルのシールド性能を測定する方法として、妨害波規制の測定方法に採用されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平７−２０１７４号公報

ところで、ケーブル伝送において、高速な信号を伝送する場合、伝送特性の改善およびＥＭＩの観点から、不平衡ケーブルではなく、例えばツイナックスケーブルのような平衡ケーブルが使われる。そのため、従来の方法では、平衡ケーブル固有の伝送モードである差動モードおよびコモンモードに対応したシールド性能を評価できないという問題がある。

この発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、差動モードおよびコモンモードに対応した、平衡ケーブルのシールド性能評価のためのシールド性能評価回路、シールド性能評価方法、およびシールドケースを提供することを目的とする。

この発明に係るシールド性能評価回路は、平衡ケーブルのシールド性能を評価するとともにシールドケース、出力ポートおよび入力ポートを備えるシールド性能評価回路において、上記シールドケースは、上記平衡ケーブルが接続されるケーブル接続口と、上記平衡ケーブルを外部に引き出すとともに地導体と信号導体から構成される出力コネクタと、上記ケーブル接続口と上記出力コネクタとを接続するとともに地導体と信号導体から構成される上記平衡ケーブルの芯線数と同じ数の不平衡線路と、を備え、各上記平衡ケーブルの線路導体の一端が第１の上記シールドケースの上記不平衡線路の信号導体に接続されるとともに、各上記平衡ケーブルのシールド導体の一端が上記第１のシールドケースの不平衡線路の地導体および上記第１のシールドケースのケーブル接続口の周辺の導体に接続され、各上記平衡ケーブルの線路導体の他端が第２の上記シールドケースの上記不平衡線路の信号導体に接続されるとともに、各上記平衡ケーブルのシールド導体の他端が上記第２のシールドケースの不平衡線路の地導体および上記第２のシールドケースのケーブル接続口の周辺の導体に接続され、上記出力ポートは、上記第１のシールドケースの出力コネクタに接続され、上記入力ポートは、上記平衡ケーブルの予め定めた位置の近傍に配置されるとともに上記平衡ケーブルにノイズを注入するために上記平衡ケーブルと電磁結合された結合器に接続されている。

この発明に係るシールド性能評価回路は、平衡ケーブルの両端で平衡ケーブルのシールド導体をシールドケースの筐体に接続するとともに、平衡ケーブルの線路導体をシールドケースの筐体内に配備された不平衡線路の一端に接続し、一方のシールドケースの不平衡線路の他端を出力ポートに接続し、他方のシールドケースの不平衡線路の他端に該シールドケースの筐体に接地された終端抵抗を接続し、平衡ケーブルにノイズを注入するために平衡ケーブルの予め定めた位置の近傍に平衡ケーブルと電磁結合された結合器を配備し、結合器に入力ポートが接続されるので、平衡ケーブル固有の伝送モードである差動モードおよびコモンモードを考慮しており、平衡ケーブルのシールド性能評価が可能となる。

この発明の実施の形態１に係るシールド性能評価回路の構成図である。この発明の実施の形態１に係るシールド性能評価回路を用いたシールド性能評価方法の一例を示すものである。この発明の実施の形態１に係るシールド性能評価回路を用いたシールド性能評価方法の他の一例を示すものである。この発明の実施の形態４に係るシールド性能評価回路の第１のシールド性能評価装置の筐体の外観図である。この発明の実施の形態４に係るシールド性能評価回路の第１のシールド性能評価装置の内部構造図である。この発明の実施の形態５に係るシールド性能評価回路の第１のシールド性能評価装置の内部構造図である。

以下、本発明のシールド性能評価回路の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るシールド性能評価回路の構成図である。
この発明の実施の形態１に係るシールド性能評価回路は、図１に図示するように、平衡ケーブルＴＬ１の両端にはそれぞれ第１のシールドケースＤ１と第２のシールドケースＤ２が接続されている。

第１のシールドケースＤ１のシールド接続口ＣＯＭＢ１において、平衡ケーブルＴＬ１の２本の芯線はそれぞれ不平衡線路ＴＬ２、ＴＬ３の信号導体に接続されるとともに、平衡ケーブルＴＬ１のシールド導体は不平衡線路ＴＬ２、ＴＬ３の地導体およびシールド接続口ＣＯＭＢ１周辺の第１のシールドケースＤ１の筐体に接続される。
不平衡線路ＴＬ２、ＴＬ３の他端では、地導体が第１のシールドケースＤ１の筐体に接続された出力コネクタＣＯＮ１、ＣＯＮ２に対し、それぞれ不平衡線路ＴＬ２、ＴＬ３と出力コネクタＣＯＮ１、ＣＯＮ２の地導体同士と信号導体同士が電気的に接続される。

第２のシールドケースＤ２のシールド接続口ＣＯＭＢ２において、平衡ケーブルＴＬ１の２本の芯線がそれぞれ不平衡線路ＴＬ４、ＴＬ５の信号導体に接続されるとともに、平衡ケーブルＴＬ１のシールド導体が不平衡線路ＴＬ４、ＴＬ５の地導体およびシールド接続口ＣＯＭＢ２周辺の第２のシールドケースＤ２の筐体に接続される。
不平衡線路ＴＬ３、ＴＬ４の他端では、地導体が第２のシールドケースＤ２の筐体に接続されるとともに、信号導体が終端抵抗Ｒ１、Ｒ２によって終端された出力コネクタＣＯＮ３、ＣＯＮ４に対し、それぞれ不平衡線路ＴＬ４、ＴＬ５と出力コネクタＣＯＮ２、ＣＯＮ３の地導体同士と信号導体同士が電気的に接続される。

出力ポートＰ１、Ｐ２はそれぞれ出力コネクタＣＯＮ１、ＣＯＮ２に接続される。入力ポートＰ３は、平衡ケーブルＴＬ１の任意の区間において、平衡ケーブルＴＬ１のシールド導体外側に対して電磁結合された、結合器ＣＰＬに接続される。

この発明の実施の形態１に係るシールド性能評価回路は、平衡ケーブルの両端で平衡ケーブルのシールド導体をシールドケースの筐体に接続するとともに、平衡ケーブルの線路導体をシールドケースの筐体内に配備された不平衡線路の一端に接続し、一方のシールドケースの不平衡線路の他端を出力ポートに接続し、他方のシールドケースの不平衡線路の他端に該シールドケースの筐体に接地された終端抵抗を接続し、平衡ケーブルにノイズを注入するために平衡ケーブルの予め定めた位置の近傍に平衡ケーブルと電磁結合された結合器を配備し、結合器に入力ポートが接続されるので、平衡ケーブル固有の伝送モードである差動モードおよびコモンモードを考慮しており、平衡ケーブルのシールド性能評価ができるという効果を奏する。

なお、この発明の実施の形態１に係るシールド性能評価回路は、１対の平衡線路からなる平衡ケーブルＴＬ１のシールド性能を評価する回路であるが、３本以上の平衡線路を一体化した平衡ケーブルでも、不平衡線路および出力コネクタの数を増やすことにより同様にシールド性能を評価することができる。
また、第２のシールドケースＤ２の代りにシールド付き終端抵抗を用いても同様に平衡ケーブルのシールド性能を評価することができる。このとき、平衡ケーブルの線路導体の他端がシールド付きの終端抵抗に接続されるとともに、平衡ケーブルのシールド導体の他端がシールド付き終端抵抗シールドに接続される。

実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態１に係るシールド性能評価回路を用いたシールド性能評価方法の一例を示すものである。
この発明の実施の形態２に係るシールド性能評価方法では、この発明の実施の形態１に係るシールド性能評価回路を用いるので、そのシールド性能評価回路の構成部分には同一符号を付記し説明を省略する。
この発明の実施の形態２に係るシールド性能評価方法では、シールド性能評価回路の出力ポートＰ１、Ｐ２と入力ポートＰ３とをマルチポートネットワークアナライザＮＡに接続し、Ｓパラメータを測定する。測定したＳパラメータを元に、結合器を介して平衡ケーブルＴＬ１のシールドに注入される信号、すなわち印加ノイズ波形から平衡ケーブルＴＬ１の信号線に漏れ込むコモンモードノイズ成分と差動モードノイズ成分への変換量を計算から求めることができる。

次に測定したＳパラメータの計算方法について説明する。
マルチポートネットワークアナライザＮＡでは、式（１）に示す３ポートのスタンダードＳパラメータＳ_Ｓが得られる。これを元に、式（２）を用いてミックスドモードＳパラメータＳ_ｍへ変換することができる。
ミックスドモードＳパラメータＳ_ｍにおいて、印加ノイズ波形からコモンモードノイズ成分への変換量はＳ_ＣＳとなり、差動モードノイズ成分への変換量はＳ_ｄＳとなる。
コモンモードノイズ成分への変換量Ｓ_ＣＳと、差動モードノイズ成分への変換量Ｓ_ｄＳを観測することで、ケーブルの耐ノイズ性能が評価できる。

なお、この実施の形態２では、マルチポートネットワークアナライザＮＡを用いた測定の例を示したが、一般的な２ポートのネットワークアナライザを用いて、出力ポートＰ１、Ｐ２および入力ポートＰ３とネットワークアナライザの２つの測定端子をつなぎ換え、ネットワークアナライザに接続されないポートに無反射終端器を接続することにより、３ポートのスタンダードＳパラメータＳ_Ｓを取得しても同様の結果が得られる。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態１に係るシールド性能評価回路を用いたシールド性能評価方法の他の一例を示すものである。
この発明の実施の形態３に係るシールド性能評価方法では、この発明の実施の形態１に係るシールド性能評価回路を用いるので、そのシールド性能評価回路の構成部分には同一符号を付記し説明を省略する。
この発明の実施の形態３に係るシールド性能評価方法では、シールド性能評価回路の出力ポートＰ１、Ｐ２ｎにはオシロスコープＯＳＣを接続し、入力ポートＰ３にはパルスジェネレータＰＧを接続する。
パルスジェネレータＰＧからインパルス波形を出力し、結合器ＣＰＬを介して平衡ケーブルＴＬ１に印加することで、差動モードのノイズ波形およびコモンモードのノイズ波形をオシロスコープＯＳＣにより測定する。

次に測定したノイズ波形の計算方法について説明する。
オシロスコープＯＳＣでは、出力ポートＰ１、Ｐ２から出力されるシングルエンドの各ノイズ波形Ｖ１、Ｖ２が得られる。これを元に、式（３）を用いて差動モードのノイズ波形Ｖｄと、コモンモードのノイズ波形Ｖｃへ変換する。差動モードのノイズ波形Ｖｄ、コモンモードのノイズ波形Ｖｃを観測して、平衡ケーブルＴＬ１の耐ノイズ性能を評価する。

実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４に係るシールド性能評価回路の第１のシールド性能評価装置の筐体の外観図である。
この発明の実施の形態４に係るシールド性能評価回路の第１のシールドケースＤ１の筐体は、一側壁が省かれた有底の角筒１、角筒１の開口を閉じる前面パネル２、角筒１の１側壁を閉じる蓋３により構成されている。角筒１、前面パネル２、および蓋３は表面接触抵抗が小さく剛性の高く導電性を有する。
角筒１は鉄板を隙間なく溶接し、表面にニッケルメッキを施したものである。前面パネル２、蓋３はシールド性が十分に確保できるよう、外周全体にわたって隙間がないように、角筒１にねじで締め付けて固定する。
出力コネクタ４は、シールド性が確保できるよう、角筒１の底に開けられた穴に隙間なく取り付ける。
平衡ケーブル５のシールド外皮導体６は、表面接触抵抗が小さい導体からなるクランプ７で隙間なく挟み込んで、クランプ７と電気的導通を確保し、クランプ７は前面パネル２と隙間なく接続して電気的導通を確保する。

図５は、この発明の実施の形態４に係るシールド性能評価回路の第１のシールド性能評価装置の内部構造図である。図５（ａ）は、第１のシールド性能評価装置を上方から見た横断面図である。図５（ｂ）は、第１のシールド性能評価装置を横から見た縦断面図である。
プリント基板８上に実装されたストリップ線路９には、基板エッジコネクタ１０を介し、同軸ケーブル１１が接続される。同軸ケーブルは同軸構造の出力コネクタ４に接続される。平衡ケーブル５の芯線はストリップ線路９に半田付けされる。
また、平衡ケーブル５のシールド外皮導体６はクランプ７を介して角筒１に電気的に接続され、さらにプリント基板８のグラウンドプレーン１２に最短距離で接続される。
また、グラウンドプレーン１２は、プリント基板８に設けられたネジ穴により、ネジ１３とナット１４を用いて角筒１上の留め具１５に対し電気的に接続される。
ストリップ線路９は平衡ケーブル５の特性インピーダンス（たとえば差動インピーダンス１００Ω、コモンモードインピーダンス２５Ω）に整合するよう設計する。また、ストリップ線路９の配線パターンは対称構造とし、配線長を等しくする。

図４と図５は１対の平衡線路からなるケーブルに対するシールドケースの構成図を示しているが、複数の平衡線路を一体化したケーブルの場合は、不平衡線路および出力コネクタの数を増やすことによって対応できる。

なお、この発明の実施の形態４に係る第１のシールドケースＤ１では、不平衡線路ＴＬ２、ＴＬ３をプリント基板８上に形成したストリップ線路９で構成しているが、マイクロストリップ線路または同軸ケーブルで構成しても良い。
また、実施の形態４においては、第１のシールドケースＤ１について説明したが、第２のシールドケースＤ２も同様に構成することができる。

実施の形態５．
図６は、この発明の実施の形態５に係るシールド性能評価回路の第１のシールド性能評価装置の内部構造図である。
この発明の実施の形態５に係る第１のシールド性能評価装置は、この発明の実施の形態４に係る第１のシールド性能評価装置に電子部品１６と電源１７を追加したことが異なり、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明を省略する。
電子部品１６は、ノイズ評価を行い、例えば増幅器であり、ストリップ線路９の間に実装されている。また、電子部品１６が電力を必要とするので、例えば一次電池または二次電池などの電源１７を角筒１の中に配備し、供給している。電子部品１６と電源１７との間を電源コード１８で接続している。

なお、この発明の実施の形態５においては、電力を必要とする電子部品１６を用いているが、電力の供給を必要としない例えばコモンモードチョークなどのパッシブデバイスでも良い。
また、実施の形態５においては、第１のシールドケースＤ１について説明したが、第２のシールドケースＤ２も同様に構成することができる。

本発明は、ケーブル伝送を含む産業用機器のＥＭＩ試験およびイミュニティ試験に適用が可能である。

１角筒、２前面パネル、３蓋、４出力コネクタ、５平衡ケーブル、６シールド外皮導体、７クランプ、８プリント基板、９ストリップ線路、１０基板エッジコネクタ、１１同軸ケーブル、１２グラウンドプレーン、１３ネジ、１４ナット、１５留め具、１６電子部品、１７電源、１８電源コード、ＣＯＭＢ１、ＣＯＭＢ２ケーブル接続口、ＣＯＮ１、ＣＯＮ２、ＣＯＮ３、ＣＯＮ４出力コネクタ、ＣＰＬ結合器、Ｄ１第１のシールド性能評価装置、Ｄ２第２のシールド性能評価装置、ＮＡマルチポートネットワークアナライザ、ＯＳＣオシロスコープ、Ｐ１、Ｐ２出力ポート、Ｐ３入力ポート、ＰＧパルスジェネレータ、Ｒ１、Ｒ２終端抵抗、ＴＬ１平衡ケーブル、ＴＬ２、ＴＬ３、ＴＬ４、ＴＬ５不平衡線路。

Claims

平衡ケーブルのシールド性能を評価するとともにシールドケース、出力ポートおよび入力ポートを備えるシールド性能評価回路において、
上記シールドケースは、上記平衡ケーブルが接続されるケーブル接続口と、上記平衡ケーブルを外部に引き出すとともに地導体と信号導体から構成される出力コネクタと、上記ケーブル接続口と上記出力コネクタとを接続するとともに地導体と信号導体から構成される上記平衡ケーブルの芯線数と同じ数の不平衡線路と、を備え、

各上記平衡ケーブルの線路導体の一端が第１の上記シールドケースの上記不平衡線路の信号導体に接続されるとともに、各上記平衡ケーブルのシールド導体の一端が上記第１のシールドケースの不平衡線路の地導体および上記第１のシールドケースのケーブル接続口の周辺の導体に接続され、
各上記平衡ケーブルの線路導体の他端が第２の上記シールドケースの上記不平衡線路の信号導体に接続されるとともに、各上記平衡ケーブルのシールド導体の他端が上記第２のシールドケースの不平衡線路の地導体および上記第２のシールドケースのケーブル接続口の周辺の導体に接続され、
上記出力ポートは、上記第１のシールドケースの出力コネクタに接続され、
上記入力ポートは、上記平衡ケーブルの予め定めた位置の近傍に配置されるとともに上記平衡ケーブルにノイズを注入するために上記平衡ケーブルと電磁結合された結合器に接続されていることを特徴とするシールド性能評価回路。
平衡ケーブルのシールド性能を評価するとともにシールドケース、出力ポートおよび入力ポートを備えるシールド性能評価回路において、
上記シールドケースは、上記平衡ケーブルが接続されるケーブル接続口と、上記平衡ケーブルを外部に引き出すとともに地導体と信号導体から構成される出力コネクタと、上記ケーブル接続口と上記出力コネクタとを接続するとともに地導体と信号導体から構成される上記平衡ケーブルの芯線数と同じ数の不平衡線路と、を備え、
各上記平衡ケーブルの線路導体の一端が第１の上記シールドケースの上記不平衡線路の信号導体に接続されるとともに、各上記平衡ケーブルのシールド導体の一端が上記第１のシールドケースの不平衡線路の地導体および上記第１のシールドケースのケーブル接続口の周辺の導体に接続され、
各上記平衡ケーブルの線路導体の他端がシールド付きの終端抵抗に接続されるとともに、各上記平衡ケーブルのシールド導体の他端が上記シールド付き終端抵抗シールドに接続され、
上記出力ポートは、上記第１のシールドケースの出力コネクタに接続され、
上記入力ポートは、上記平衡ケーブルの予め定めた位置の近傍に配置されるとともに上記平衡ケーブルにノイズを注入するために上記平衡ケーブルと電磁結合された結合器に接続されていることを特徴とするシールド性能評価回路。
請求項１または２に記載のシールド性能評価回路の出力ポートと入力ポートとをネットワークアナライザに接続し、上記出力ポートと上記入力ポートとの間のマルチポートＳパラメータを測定し、測定されたマルチポートＳパラメータから差動モードＳパラメータおよびコモンモードＳパラメータを同時に算出することを特徴とするシールド性能評価方法。
請求項１または２に記載のシールド性能評価回路の出力ポートにオシロスコープを接続し、該シールド性能評価回路の入力ポートにパルスジェネレータを接続し、上記パルスジェネレータからインパルス波形を出力して結合器を介して平衡ケーブルに印加されることによって生じたノイズを、上記オシロスコープの複数のチャンネルで測定し、測定したノイズ波形を演算処理して、差動モードのノイズ波形およびコモンモードのノイズ波形を上記オシロスコープにより同時に測定することを特徴とするシールド性能評価方法。
密閉構造で導体からなる筐体と、
上記筐体の一面に平衡ケーブルを差し込むことができるように設けられた開放口であるケーブル接続口と、
上記ケーブル接続口に取り付けられたとともに上記平衡ケーブルのシールド導体と上記筐体とを隙間なく接続できるように成形された導体のクランプと、
上記筐体の一面に設けられるとともに上記筐体と共通のグラウンドを持ち、且つ外部から上記筐体内部にまで芯線が貫通している複数の同軸コネクタからなる出力コネクタと、
上記筐体の内部に配置されととともに上記ケーブル接続口の近傍および上記出力コネクタの近傍で上記筐体と共通のグラウンドを持ち、且つ上記ケーブル接続口から差し込まれた上記ケーブルの芯線と上記出力コネクタの芯線とを接続する不平衡線路と、とからなることを特徴とするシールドケース。
上記不平衡線路が基板上のストリップ配線によって構成されることを特徴とする請求項５に記載のシールドケース。
上記ストリップ配線の途中にノイズ対策デバイスまたはノイズ評価デバイスを実装することを特徴とする請求項６に記載のシールドケース。
上記筐体内に一次電池または二次電池を内蔵したことを特徴とする請求項５乃至７のいずれかに記載のシールドケース。