JP2011220936A

JP2011220936A - ノイズ注入装置

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Publication number: JP2011220936A
Application number: JP2010092462A
Authority: JP
Inventors: Hisayuki Nakamoto; 藤之中本; Takeshi Uchida; 雄内田; Chiharu Miyazaki; 千春宮崎
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-04-13
Filing date: 2010-04-13
Publication date: 2011-11-04
Anticipated expiration: 2030-04-13
Also published as: JP5377400B2

Abstract

【課題】任意の周波数のノイズ信号を簡単にノイズ注入対象の部品に注入することができるノイズ注入装置を得ることを目的とする。
【解決手段】ノイズ注入用コネクタ１１側と可変容量部材１４側とのインピーダンスの整合を図るマッチング回路１３と、一端がマッチング回路１３の出力側と接続されており、ノイズ信号源２から発生されたノイズ信号の周波数に応じた容量に切り換えられる可変容量部材１４とを設け、ノイズ注入対象の部品の電源端子に注入するノイズ信号の周波数帯域を切り換えるようにする。
【選択図】図１

Description

この発明は、ノイズ注入対象の部品の電源端子にノイズを注入するノイズ注入装置に関するものである。

以下の特許文献１に開示されているノイズ注入装置は、図６に示すように、同軸ケーブルを介して信号発生器と接続され、信号発生器から発生されたノイズを被測定物のプリント基板に注入している。
図７はノイズ注入装置が信号発生器側とプリント基板側のインピーダンス整合を図っている旨を示す説明図である。

図８は以下の特許文献１に開示されているノイズ注入装置を示す構成図であり、図９は図８のノイズ注入装置の等価回路図である。
図８及び図９において、ＳＭＡコネクタ１０１は同軸ケーブルと接続されており、信号発生器から発生されて、同軸ケーブルを伝搬してきたノイズを入力する。
銅板１０２は整合回路１０３などの部品を実装するための筐体を形成している。
整合回路１０３は信号発生器側とプリント基板側のインピーダンス整合を図る回路である。
グラウンド接続用銅板１０４は銅板１０２の先端に設けられており、プリント基板のグラウンドと接続される。
電線１０５は整合回路１０３とプリント基板の電源ピン間を電気的に接続する線路である。

Ｃ１，Ｃ２はコンデンサ、Ｒ１は抵抗、Ｌ１，Ｌ２はインダクタである。
信号発生器側の信号部分がコンデンサＣ１の一端と接続され、コンデンサＣ１の他端がコンデンサＣ２及び抵抗Ｒ１の一端と接続されている。
抵抗Ｒ１の他端は、インダクタＬ１及びインダクタＬ２の一端と接続されており、コンデンサＣ２及びインダクタＬ２の他端は、グラウンドと接続されている。

次に動作について説明する。
信号発生器から発生されたノイズは、同軸ケーブル上を伝搬して、ＳＭＡコネクタ１０１から入力される。
ノイズ注入装置の電線１０５は、一端が整合回路１０３と接続され、他端がプリント基板の電源ピンと接続されているので、整合回路１０３によって、信号発生器側とプリント基板側のインピーダンス整合が図られていれば、ＳＭＡコネクタ１０１から入力されたノイズが電線１０５を介してプリント基板に注入される。

このとき、整合回路１０３では、信号発生器から発生されるノイズの周波数に対応できるようにするために、ネットワークアナライザのスミスチャートの測定を通じて、インダクタ及びコンデンサからなる回路と定数の調整を行っている。
即ち、整合回路１０３では、信号発生器から発生されるノイズの周波数が変えられる毎に、回路定数を決定し直して、適宜、抵抗Ｒ１、コンデンサＣ１，Ｃ２、インダクタＬ１，Ｌ２を交換するようにしている。

特開２００６−２３４８０３号公報（図１から図５）

従来のノイズ注入装置は以上のように構成されているので、被測定物のプリント基板に特定の周波数のノイズを注入する際、ネットワークアナライザのスミスチャートの測定を通じて、インダクタ及びコンデンサからなる回路と定数の調整を行う必要がある。このため、信号発生器から発生されるノイズの周波数が変えられる毎に、回路定数を決定し直さなければならず、多くの手間を要するなどの課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、任意の周波数のノイズ信号を簡単にノイズ注入対象の部品の電源端子に注入することができるノイズ注入装置を得ることを目的とする。

この発明に係るノイズ注入装置は、入力側がノイズ注入用コネクタと接続されており、入力側と出力側のインピーダンスの整合を図るマッチング回路と、一端がマッチング回路の出力側と接続されており、ノイズ信号源から発生されたノイズ信号の周波数に応じた容量に切り換えられる可変容量部材と、一端が直流電圧入力用コネクタと接続され、他端が可変容量部材の他端と接続される第１のコイルと、一端が可変容量部材の他端及び第１のコイルの他端と接続される第２のコイルと、第２のコイルの他端から出力されたノイズ信号をノイズ注入対象の部品の電源端子に注入する電源端子用ピンとを設けるようにしたものである。

この発明によれば、入力側がノイズ注入用コネクタと接続されており、入力側と出力側のインピーダンスの整合を図るマッチング回路と、一端がマッチング回路の出力側と接続されており、ノイズ信号源から発生されたノイズ信号の周波数に応じた容量に切り換えられる可変容量部材と、一端が直流電圧入力用コネクタと接続され、他端が可変容量部材の他端と接続される第１のコイルと、一端が可変容量部材の他端及び第１のコイルの他端と接続される第２のコイルと、第２のコイルの他端から出力されたノイズ信号をノイズ注入対象の部品に注入する電源端子用ピンとを設けるように構成したので、任意の周波数のノイズ信号を簡単にノイズ注入対象の部品の電源端子に注入することができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるノイズ注入装置を示す斜視図である。この発明の実施の形態１によるノイズ注入装置を示す等価回路図である。この発明の実施の形態１によるノイズ注入装置の可変容量部材１４を示す等価回路図である。ノイズの周波数とノイズ注入量の関係を示す説明図である。この発明の実施の形態２によるノイズ注入装置の可変容量部材１４を示す等価回路図である。被測定物のプリント基板にノイズを注入するノイズ注入装置を示す概略図である。ノイズ注入装置が信号発生器側とプリント基板側のインピーダンス整合を図っている旨を示す説明図である。特許文献１に開示されているノイズ注入装置を示す構成図である。図８のノイズ注入装置の等価回路図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるノイズ注入装置を示す斜視図であり、図２はこの発明の実施の形態１によるノイズ注入装置を示す等価回路図である。
図１及び図２において、ノイズ注入装置１はノイズ信号源２から発生されたノイズ信号を直流電源５から発生された直流電圧に重畳し、ノイズが重畳されている直流電圧をノイズ注入対象の部品（例えば、被測定物のプリント基板などの低インピーダンス回路）の電源端子に注入する装置である。
図１では、ノイズ注入装置１の構成要素であるノイズ注入用コネクタ１１、直流電圧入力用コネクタ１２、マッチング回路１３、可変容量部材１４、インダクタ１５，１６、電源端子用ピン１７及びグラウンド端子用ピン１８がプリント基板に実装されている例を示している。

ノイズ信号源２は特定の周波数のノイズ信号を発生する信号発生器である。
ケーブル３はノイズ信号源２とノイズ注入装置１を接続している例えば同軸ケーブルなどの電線であり、４はケーブル３の特性インピーダンスである。
直流電源５は直流電圧を発生する電源である。
ケーブル６は直流電源５とノイズ注入装置１を接続している電線であり、７はケーブル６の特性インピーダンスである。

ノイズ注入装置１のノイズ注入用コネクタ１１はノイズ信号源２と接続されているケーブル３を収容する接続部材である。
直流電圧入力用コネクタ１２は直流電源５と接続されているケーブル６を収容する接続部材である。
マッチング回路１３は例えば巻き線比の変更が可能なトランスなどから構成されており、入力側であるノイズ注入用コネクタ１１側と、出力側である可変容量部材１４側とのインピーダンスの整合を図る回路である。

可変容量部材１４は一端がマッチング回路１３の出力側と接続されており、ノイズ信号源２から発生されたノイズ信号の周波数に応じた容量に切り換えられる回路である。
インダクタ１５は一端が直流電圧入力用コネクタ１２と接続され、他端が可変容量部材１４の他端と接続されている第１のコイルである。
インダクタ１６は一端が可変容量部材１４の他端及びインダクタ１５の他端と接続されている第２のコイルである。

電源端子用ピン１７はプリント基板の基板端に設けられており（インダクタ１６の他端と接続されている導体がプリント基板の基板端まで延長されており、電源端子用ピン１７の一端が当該導体と接続されている）、その導体と接続されていない側がノイズ注入対象の部品の電源端子における電源ピン接続用端子８と接続されるピンである。
グラウンド端子用ピン１８はプリント基板の裏側のグラウンド１９において、電源端子用ピン１７に近い位置に設けられており、ノイズ注入対象の部品のグラウンドと接続されるピンである。
接続端子２０はマッチング回路１３と可変容量部材１４を接続する端子であり、接続端子２１はインダクタ１５とインダクタ１６を接続する端子である。

なお、ノイズ注入用コネクタ１１とマッチング回路１３の間、マッチング回路１３と可変容量部材１４の間、直流電圧入力用コネクタ１２とインダクタ１５の間、インダクタ１５とインダクタ１６と可変容量部材１４の間、インダクタ１６と電源端子用ピン１７の間は、それぞれ導体で接続されている。

図３はこの発明の実施の形態１によるノイズ注入装置の可変容量部材１４を示す等価回路図である。
図３において、コンデンサ３１はＣ_１の容量を有しており、出力側が接続端子２１と接続されている。
コンデンサ３２はコンデンサ３１の容量Ｃ_１と異なるＣ_２の容量を有しており、出力側が接続端子２１と接続されている。
切換スイッチ３３は一端が接続端子２０と接続されており、ノイズ信号源２から発生されるノイズ信号の周波数に応じて、他端がコンデンサ３１の入力端子３１ａ又はコンデンサ３２の入力端子３２ａと接続されることで、可変容量部材１４の容量をＣ_１又はＣ_２に設定するための部材である。

次に動作について説明する。
低インピーダンス回路（例えば、被測定物のプリント基板）であるノイズ注入対象の部品の電源端子に対して、ノイズ信号が重畳されている直流電圧を注入する場合、ノイズ信号源２と接続されているケーブル３をノイズ注入装置１のノイズ注入用コネクタ１１に接続するとともに、直流電源５と接続されているケーブル６をノイズ注入装置１の直流電圧入力用コネクタ１２に接続する。
また、ノイズ注入装置１の電源端子用ピン１７をノイズ注入対象の部品における電源ピン接続用端子８（ノイズ注入対象の部品の電源ラインと接続されている端子）と接続する。
さらに、プリント基板の裏側のグラウンド１９に接続されているグラウンド端子用ピン１８をノイズ注入対象の部品のグラウンドに接続する。

これにより、ノイズ信号源２から発生されたノイズ信号は、特性インピーダンス４を有するケーブル３内を伝搬して、ノイズ注入装置１のノイズ注入用コネクタ１１に入力される。
このとき、マッチング回路１３が、ノイズ注入用コネクタ１１側と可変容量部材１４側のインピーダンス整合を図ることで（マッチング回路１３によるインピーダンス整合については後述する）、ノイズ信号源２から発生されたノイズ信号が可変容量部材１４に入力される。

これにより、ノイズ信号源２から発生されたノイズ信号が可変容量部材１４に入力されるが、ノイズ信号源２から発生されるノイズ信号の周波数がｆ１又はｆ２に切り換えられる場合、周波数ｆ１のノイズ信号の注入に適する可変容量部材１４の容量と、周波数ｆ２のノイズ信号の注入に適する可変容量部材１４の容量とが異なる。
可変容量部材１４の容量が、ノイズ信号の周波数に対応していれば、図４に示すように、十分なノイズ注入量を確保することができる。即ち、広帯域にノイズ信号を注入することができる。

そこで、可変容量部材１４は、周波数ｆ１のノイズ信号の注入に適する容量Ｃ_１のコンデンサ３１と、周波数ｆ２のノイズ信号の注入に適する容量Ｃ_２のコンデンサ３２とを備え、ノイズ信号源２から発生されるノイズ信号の周波数がｆ１である場合には、切換スイッチ３３の接続先がコンデンサ３１に切り換えられて、可変容量部材１４の容量がＣ_１に設定されるようにしている。
一方、ノイズ信号源２から発生されるノイズ信号の周波数がｆ２である場合には、切換スイッチ２３の接続先がコンデンサ３２に切り換えられて、可変容量部材１４の容量がＣ_２に設定されるようにしている。

ただし、切換スイッチ３３の接続先は、ユーザが手動で切り換えるようにしてもよいし、ノイズ信号源２から発生されるノイズの周波数に連動して、自動的に切り換えられるようにしてもよい。
ノイズ信号の周波数に対応している容量に設定された可変容量部材１４から出力されたノイズ信号は、インダクタ１６を介して、電源端子用ピン１７に入力されて、電源端子用ピン１７からノイズ注入対象の部品の電源ラインに注入される。
切換スイッチ３３の接続先を切り換えることで、可変容量部材１４のコンデンサとインダクタ１６の共振周波数が変化するため、電源端子用ピン１７からノイズ注入対象の部品の電源端子に注入されるノイズ信号の周波数帯域が切り換えられる。

また、直流電源５から発生された直流電圧は、直流電圧入力用コネクタ１２から入力され、インダクタ１５を介して、インダクタ１６に入力される。
したがって、ノイズ注入対象の部品には、可変容量部材１４から出力されたノイズ信号だけが注入されるのではなく、直流電源５から発生された直流電圧に可変容量部材１４から出力されたノイズ信号が重畳されている信号が注入される。
ここで、インダクタ１５は、所望の周波数でインピーダンスを高くすることによって、可変容量部材１４から出力されたノイズ信号が直流電源５側に伝搬しないようにするために設けられている。

これにより、ノイズ信号が重畳されている直流電圧がノイズ注入対象の部品の電源端子に注入されるが、ノイズ信号を注入する段階では、可変容量部材１４側のインピーダンスが不定である。
このため、十分なノイズ注入量を確保するには、マッチング回路１３の定数を調整して、インピーダンス整合の適正化を図る必要がある。
例えば、電源端子用ピン１７に対して、ノイズ注入量のモニタが可能なデバイス（例えば、ハイインピーダンスプローブ）を接触させることで、ノイズ注入対象の部品に対するノイズ注入量をモニタしながら、マッチング回路１３の定数を調整して、ノイズ注入対象の部品に対する十分なノイズ注入量を確保する。
マッチング回路１３が、巻き線比の変更が可能なトランスで構成されている場合、トランスの巻き線比を調整することで、マッチング回路１３の定数を調整することができる。
したがって、従来例のように、整合回路における抵抗やコンデンサなどを交換する必要はなく、多くの手間を要しない。

なお、周波数が例えば１ＭＨｚのノイズ信号を注入する場合、インダクタ１５のインダクタンスＬ_１、可変容量部材１４の容量Ｃ_１及びインダクタ１６のインダクタンスＬ_２は、下記のようになる。
周波数が１ＭＨｚのノイズ信号が注入されるとき、インダクタ１５のインピーダンスが大きくなるように（例えば、Ｚ＝５００Ω）、インダクタ１５のインダクタンスＬ_１が７９．５μＨになる（下記の式（１）を参照）。
また、可変容量部材１４のインピーダンスが小さくなるように（例えば、Ｚ＝１Ω）、可変容量部材１４の容量Ｃ_１（切換スイッチ３３の接続先がコンデンサ３１）が１５９ｎＦになる（下記の式（２）を参照）。
また、可変容量部材１４とインダクタ１６を１ＭＨｚで共振させるため、インダクタ１６のインダクタンスＬ_２が１５９μＨになる（下記の式（３）を参照）。
これにより、可変容量部材１４から出力された１ＭＨｚのノイズ信号が直流電源５側に伝搬することなく、ノイズ注入対象の部品の電源端子に注入される。

また、周波数が例えば２ＭＨｚのノイズ信号を注入する場合、インダクタ１５のインダクタンスＬ_１、可変容量部材１４の容量Ｃ_２及びインダクタ１６のインダクタンスＬ_２は、下記のようになる。
周波数が２ＭＨｚのノイズ信号が注入されるとき、インダクタ１５のインピーダンスが大きくなるように（例えば、Ｚ＝５００Ω）、インダクタ１５のインダクタンスＬ_１が３９．７μＨになる（式（１）を参照）。
また、可変容量部材１４のインピーダンスが小さくなるように（例えば、Ｚ＝１Ω）、可変容量部材１４の容量Ｃ_２（切換スイッチ３３の接続先がコンデンサ３２）が７９．５ｎＦになる（下記の式（４）を参照）。
また、可変容量部材１４とインダクタ１６を２ＭＨｚで共振させるため、インダクタ１６のインダクタンスＬ_２が７９．５μＨになる（下記の式（５）を参照）。
これにより、可変容量部材１４から出力された２ＭＨｚのノイズ信号が直流電源５側に伝搬することなく、ノイズ注入対象の部品の電源端子に注入される。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、ノイズ注入用コネクタ１１側と可変容量部材１４側とのインピーダンスの整合を図るマッチング回路１３と、一端がマッチング回路１３の出力側と接続されており、ノイズ信号源２から発生されたノイズ信号の周波数に応じた容量に切り換えられる可変容量部材１４と、一端が直流電圧入力用コネクタ１２と接続され、他端が可変容量部材１４の他端と接続されるインダクタ１５と、一端が可変容量部材１４の他端及びインダクタ１５の他端と接続されるインダクタ１６と、インダクタ１６の他端から出力されたノイズ信号をノイズ注入対象の部品の電源端子に注入する電源端子用ピン１７とを設けるように構成したので、従来例のように、ノイズ信号の周波数が変えられる毎に、整合回路における抵抗やコンデンサなどを交換することなく、任意の周波数のノイズ信号を簡単にノイズ注入対象の部品の電源端子に注入することができる効果がある。

なお、この実施の形態１では、ノイズ信号源２から発生されるノイズ信号の周波数がｆ１又はｆ２に切り換えられる場合について示したが、３つ以上の周波数に切り換えられる場合には、可変容量部材１４が相互に容量が異なる３つ以上のコンデンサを備えて、ノイズ信号源２から発生されるノイズ信号の周波数に応じて、切換スイッチ３３が３つ以上のコンデンサのいずれかの入力端子に接続されるようにすればよい。

実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２によるノイズ注入装置の可変容量部材１４を示す等価回路図であり、図において、図３と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。
切換スイッチ３４はノイズ信号源２から発生されるノイズ信号の周波数に応じて、一端がコンデンサ３１の出力端子３１ｂ又はコンデンサ３２の出力端子３２ｂと接続され、他端が接続端子２１と接続されることで、可変容量部材１４の容量をＣ_１又はＣ_２に設定するための部材である。

次に動作について説明する。
この実施の形態２でも、上記実施の形態１と同様に、可変容量部材１４が、周波数ｆ１のノイズ信号の注入に適する容量Ｃ_１のコンデンサ３１と、周波数ｆ２のノイズ信号の注入に適する容量Ｃ_２のコンデンサ３２とを備えている。

ノイズ信号源２から発生されるノイズ信号の周波数がｆ１である場合には、切換スイッチ３４がコンデンサ３１の出力端子３１ｂと接続されて、可変容量部材１４の容量がＣ_１に設定される。
一方、ノイズ信号源２から発生されるノイズ信号の周波数がｆ２である場合には、切換スイッチ３４がコンデンサ３２の出力端子３２ｂと接続されて、可変容量部材１４の容量がＣ_２に設定される。
なお、切換スイッチ３４の接続先は、ユーザが手動で切り換えるようにしてもよいし、ノイズ信号源２から発生されるノイズの周波数に連動して、自動的に切り換えられるようにしてもよい。

この実施の形態２の場合も、上記実施の形態１と同様に、ノイズ信号源２から発生されるノイズ信号の周波数が変えられても、そのノイズ信号を簡単にノイズ注入対象の部品の電源端子に注入することができる効果を奏する。

なお、この実施の形態２では、ノイズ信号源２から発生されるノイズ信号の周波数がｆ１又はｆ２に切り換えられる場合について示したが、３つ以上の周波数に切り換えられる場合には、可変容量部材１４が相互に容量が異なる３つ以上のコンデンサを備えて、ノイズ信号源２から発生されるノイズ信号の周波数に応じて、切換スイッチ３４が３つ以上のコンデンサのいずれかの出力端子に接続されるようにすればよい。

実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、可変容量部材１４が複数個のコンデンサと切換スイッチから構成されているものについて示したが、容量を可変することができればよく、例えば、可変容量部材１４がバリキャップや、バリコンから構成されているようにしてもよい。

１ノイズ注入装置、２ノイズ信号源、３ケーブル、４ケーブル３の特性インピーダンス、５直流電源、６ケーブル、７ケーブル６の特性インピーダンス、８電源ピン接続用端子、１１ノイズ注入用コネクタ、１２直流電圧入力用コネクタ、１３マッチング回路、１４可変容量部材、１５インダクタ（第１のコイル）、１６インダクタ（第２のコイル）、１７電源端子用ピン、１８グラウンド端子用ピン、１９グラウンド、２０接続端子、２１接続端子、３１コンデンサ、３１ａコンデンサ３１の入力端子、３１ｂコンデンサ３１の出力端子、３２コンデンサ、３２ａコンデンサ３２の入力端子、３２ｂコンデンサ３２の出力端子、３３切換スイッチ、３４切換スイッチ、１０１ＳＭＡコネクタ、１０２銅板、１０３整合回路、１０４グラウンド接続用銅板、１０５電線、Ｃ１，Ｃ２コンデンサ、Ｒ１抵抗、Ｌ１，Ｌ２インダクタ。

Claims

ノイズ信号を発生するノイズ信号源と接続されているケーブルを収容するノイズ注入用コネクタと、直流電圧を発生する直流電源と接続されているケーブルを収容する直流電圧入力用コネクタと、入力側が上記ノイズ注入用コネクタと接続されており、上記入力側と出力側のインピーダンスの整合を図るマッチング回路と、一端が上記マッチング回路の出力側と接続されており、上記ノイズ信号源から発生されたノイズ信号の周波数に応じた容量に切り換えられる可変容量部材と、一端が上記直流電圧入力用コネクタと接続され、他端が上記可変容量部材の他端と接続される第１のコイルと、一端が上記可変容量部材の他端及び上記第１のコイルの他端と接続される第２のコイルと、上記第２のコイルの他端から出力されたノイズ信号をノイズ注入対象の部品の電源端子に注入する電源端子用ピンとを備えたノイズ注入装置。
ノイズ注入用コネクタ、直流電圧入力用コネクタ、マッチング回路、可変容量部材、第１のコイル、第２のコイル及び電源端子用ピンがプリント基板に実装されていることを特徴とする請求項１記載のノイズ注入装置。
可変容量部材が、相互に容量が異なる複数のコンデンサと、一端がマッチング回路の出力側と接続され、他端が上記複数のコンデンサのいずれかの入力端子と接続される切換スイッチとから構成されており、上記複数のコンデンサの出力側が第１のコイルの他端及び第２のコイルの一端と接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のノイズ注入装置。
可変容量部材が、相互に容量が異なる複数のコンデンサと、一端が上記複数のコンデンサのいずれかの出力端子と接続され、他端が第１のコイルの他端及び第２のコイルの一端と接続される切換スイッチとから構成されており、上記複数のコンデンサの入力側がマッチング回路の出力側と接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のノイズ注入装置。
切換スイッチの接続先を切り換えることで、コンデンサと第２のコイルの共振周波数を変化させて、電源端子用ピンからノイズ注入対象の部品の電源端子に注入されるノイズ信号の周波数帯域を切り換えることを特徴とする請求項３または請求項４記載のノイズ注入装置。
可変容量部材が、バリキャップ又はバリコンから構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のノイズ注入装置。