JP2017015450A - ケーブルの耐ノイズ特性評価方法及びペアケーブル選択方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブルが外来ノイズから受ける影響を容易に評価することが可能なケーブルの耐ノイズ特性評価方法を提供する。【解決手段】ネットワークアナライザの第１のポートに接続された電流注入用プローブを、導体板から第１の高さの位置に配置されたペアケーブルに電磁気的に結合させる。ペアケーブルの一方の端部を、それぞれネットワークアナライザの第２のポート及び第３のポートに接続する。ペアケーブルの他方の端部を、それぞれ終端抵抗を介して導体板に接続する。ネットワークアナライザによって、３ポートのミックスドモードＳパラメータのうち、電流注入用プローブを介してペアケーブルに注入される信号の電力と、ペアケーブルの一方の端部に現れるディファレンシャルモードノイズ成分の電力との比を表すＳｄｓ２１を計測する。【選択図】図１

Description

本発明は、ケーブルの耐ノイズ特性評価方法、及び複数のペアケーブルから耐ノイズ特性に優れたペアケーブルを選択する方法に関する。

下記の特許文献１に、ケーブルの電磁的両立性（ＥＭＣ）を評価するための評価装置が開示されている。この評価方法では、測定対象のケーブルの一端にケーブル駆動発信器が接続され、他端に負荷が接続される。電流を測定するプローブが、このケーブルをクランプする。プローブで検出された信号が受信機で受信される。ケーブル駆動発信器は、複数の送端条件から１つの条件を選択可能に構成されている。負荷は、複数の終端条件から１つの条件を選択可能に構成されている。送端条件及び終端条件を異ならせて、ケーブルのＥＭＣを容易に評価することが可能である。

特開２００７−６４７０７号公報

特許文献１に開示された方法では、ケーブルを伝搬するコモンモードノイズをプローブで検出することにより、ケーブルが外部の機器や人体に与える影響を評価することができる。ところが、この方法では、ケーブルが外来ノイズから受ける影響を評価することができない。

本発明の目的は、ケーブルが外来ノイズから受ける影響を容易に評価することが可能なケーブルの耐ノイズ特性評価方法を提供することである。本発明の他の目的は、この耐ノイズ特性評価方法を利用して、複数のケーブルから、耐ノイズ特性の優れたケーブルを選択する方法を提供することである。

本発明の第１の観点による耐ノイズ特性評価方法においては、
ネットワークアナライザの第１のポートに接続された電流注入用プローブを、導体板から第１の高さの位置に配置されたペアケーブルに電磁気的に結合させ、
前記ペアケーブルの一方の端部を、それぞれネットワークアナライザの第２のポート及び第３のポートに接続し、
前記ペアケーブルの他方の端部を、それぞれ終端抵抗を介して前記導体板に接続し、
前記ネットワークアナライザによって、３ポートのミックスドモードＳパラメータのうち、前記電流注入用プローブを介して前記ペアケーブルに注入される信号の電力と、前記ペアケーブルの前記一方の端部に現れるディファレンシャルモードノイズ成分の電力との比を表すＳｄｓ２１を計測する。

計測されたＳｄｓ２１に基づいて、ペアケーブルの耐ノイズ特性の良否を推測することができる。

本発明の第２の観点による耐ノイズ特性評価方法においては、第１の観点による耐ノイズ特性評価方法の前記第１の高さが５ｃｍに設定される。

高さを５ｃｍに設定することにより、国際規格ＩＳＯ１１４５２−２に準拠するイミュニティ試験に適合した条件の下で、耐ノイズ特性を評価することができる。

本発明の第３の観点による耐ノイズ特性評価方法においては、第１または第２の観点による耐ノイズ特性評価方法に加えて、前記Ｓｄｓ２１の計測が、周波数１ＭＨｚから４００ＭＨｚまでの周波数を含む周波数帯域で行われる。

周波数１ＭＨｚから４００ＭＨｚまでの周波数を含む周波数帯域で評価を行うことにより、車載機器を接続するペアケーブルに求められる耐ノイズ特性を評価することができる。

本発明の第４の観点によるペアケーブル選択方法は、
耐ノイズ特性の異なる複数のペアケーブルを準備し、
前記ペアケーブルごとに、３ポートのミックスドモードＳパラメータのうちＳｄｓ２１を計測し、
前記ペアケーブルごとに計測された前記Ｓｄｓ２１を比較して、比較結果に基づいて、複数の前記ペアケーブルから１つのペアケーブルを、耐ノイズ特性の優れたペアケーブルの候補として選択するペアケーブル選択方法であって、
前記Ｓｄｓ２１の計測は、
ネットワークアナライザの第１のポートに接続された電流注入用プローブを、導体板から第１の高さの位置に配置された前記ペアケーブルに電磁気的に結合させ、
前記ペアケーブルの一方の端部を、それぞれネットワークアナライザの第２のポート及び第３のポートに接続し、
前記ペアケーブルの他方の端部を、それぞれ終端抵抗を介して前記導体板に接続し、
前記ネットワークアナライザによって、３ポートのミックスドモードＳパラメータのうち、前記電流注入用プローブを介して前記ペアケーブルに注入される信号の電力と、前記ペアケーブルの前記一方の端部に現れるディファレンシャルモードノイズ成分の電力との比を表す前記Ｓ_ｄｓ２１を計測することにより実行される。

計測されたＳｄｓ２１に基づいて、ペアケーブルの耐ノイズ特性の良否を推測することができる。これにより、複数のペアケーブルの中から、耐ノイズ特性の優れたペアケーブルを容易記選択することができる。

本発明の第５の観点によるペアケーブル選択方法においては、第４の観点によるペアケーブル選択方法に加えて、前記第１の高さが５ｃｍに設定される。

高さを５ｃｍに設定することにより、国際規格ＩＳＯ１１４５２−２に準拠するイミュニティ試験に適合した条件の下で、耐ノイズ特性を評価することができる。

本発明の第６の観点によるペアケーブル選択方法においては、第４または第５の観点によるペアケーブル選択方法に加えて、前記Ｓｄｓ２１の計測が、周波数１ＭＨｚから４００ＭＨｚまでの周波数を含む周波数帯域で行われる。

周波数１ＭＨｚから４００ＭＨｚまでの周波数を含む周波数帯域で評価を行うことにより、車載機器を接続するペアケーブルに求められる耐ノイズ特性を評価することができる。

計測されたＳｄｓ２１に基づいて、ペアケーブルの耐ノイズ特性の良否を推測することができる。

図１は、実施例による耐ノイズ特性評価方法で用いられる評価装置の概略斜視図である。 図２Ａは、図１の耐ノイズ特性の評価系と、Ｓパラメータとの関係を示す図であり、図２Ｂは、ＳパラメータからミックスドモードＳパラメータへの変換後の３つのポートと、ミックスドモードＳパラメータとの関係を示す図である。 図３は、他の実施例による耐ノイズ特性評価方法で用いられる評価装置の概略図である。 図４は、実施例によるペアケーブル選択方法のフローチャートである。 図５は、比較例によるペアケーブル選択方法のフローチャートである。

図１に、実施例による耐ノイズ特性評価方法で用いられる評価装置の概略斜視図を示す。この評価装置は、国際規格ＩＳＯ１１４５２−２に準拠した放射イミュニティ試験でも使用可能なものである。導体板１０から高さｈの位置に、評価対象のペアケーブル１１が配置される。導体板１０には、例えば銅板が用いられる。導体板１０はアース電位に落とされる。国際規格ＩＳＯ１１４５２−２では、高さｈが５ｃｍに定められている。ペアケーブル１１を高さｈの位置に支持するために、高さｈと等しい厚さの絶縁板１８が用いられる。導体板１０の上に絶縁板１８を載せ、その上にペアケーブル１１を載せることにより、導体板１０からの高さがｈの位置にペアケーブル１１を支持することができる。絶縁板１８には、例えば発泡スチロール板が用いられる。

ペアケーブル１１は、一対のケーブルで構成される。ペアケーブル１１の例として、ツイステッドペアケーブル、平行ケーブル等が挙げられる。また、ペアケーブル１１は、シールド構造を有してもよいし、シールド構造を有しなくてもよい。

電流注入用プローブ１５がペアケーブル１１に電磁気的に結合している。電流注入用プローブ１５は、ネットワークアナライザ２０の第１のポート２１に接続されている。ペアケーブル１１を構成する２本のケーブルの一方の端部１２Ａ、１２Ｂが、それぞれネットワークアナライザ２０の第２のポート２２、第３のポート２３に接続されている。ペアケーブル１１を構成する２本のケーブルの他方の端部１３Ａ、１３Ｂが、それぞれ終端抵抗１４Ａ、１４Ｂを介して導体板１０に接続されている。終端抵抗１４Ａ、１４Ｂとして、例えば、ペアケーブル１１の特性インピーダンスにほぼ等しい抵抗値（例えば５０Ω）のものが用いられる。

図２Ａに、図１の耐ノイズ特性の評価系と、Ｓパラメータとの関係を示す。ネットワークアナライザ２０の第１のポート２１から電流注入用プローブ１５への入射波の電力をａ１で表し、電流注入用プローブ１５から第１のポート２１に向かう反射波の電力をｂ１で表す。第２のポート２２からペアケーブル１１の一方の端部１２Ａへの入射波の電力をａ２で表し、端部１２Ａから第２のポート２２に向かう反射波の電力をｂ２で表す。第３のポート２３からペアケーブル１１の一方の端部１２Ｂへの入射波の電力をａ３で表し、端部１２Ｂから第３のポート２３に向かう反射波の電力をｂ３で表す。このとき、３ポートのＳパラメータは、下記の式で定義される。

図２Ｂに、ＳパラメータからミックスドモードＳパラメータへの変換後の３つのポートと、ミックスドモードＳパラメータとの関係を示す。第１のポート２１は、変換の前後で不変である。第２のポート２２と第３のポート２３（図２Ａ）とが、コモンモード用ポート２４とディファレンシャルモード用ポート２５とに変換される。ペアケーブル１１へのコモンモードの入射波の電力をａｃで表し、ペアケーブル１１からのコモンモードの反射波の電力をｂｃで表す。ペアケーブル１１へのディファレンシャルモード（ノーマルモード）の入射波の電力をａｄで表し、ペアケーブル１１からのディファレンシャルモードの反射波の電力をｂｄで表す。このとき、３ポートのミックスドモードＳパラメータは、下記の式で定義される。

ここで、Ｓｄｓ２１は、電流注入用プローブ１５を介してペアケーブル１１に注入される信号の電力に対するディファレンシャルモードノイズ成分の電力の比を表す。このディファレンシャルモードノイズは、ペアケーブル１１の一方の端部１２Ａ、１２Ｂに現れる。Ｓｄｓ２１は、下記の式で算出することができる。

ネットワークアナライザ２０（図１）は、ある周波数帯域の範囲で、式（１）に示したＳパラメータを計測する。さらに、Ｓパラメータの計測結果に基づいて、式（３）を用いてミックスドモードＳパラメータのＳｄｓ２１を算出する。測定対象の周波数帯域は、例えば周波数１ＭＨｚから４００ＭＨｚまでの帯域を含む。この帯域でミックスドモードＳパラメータのＳｄｓ２１を算出することにより、車載機器を接続するペアケーブルに要求される耐ノイズ特性を評価することができる。

ペアケーブルを用いた信号伝送において、ペアケーブルに注入されたコモンモードノイズの一部が、ペアケーブルを伝搬する間にディファレンシャルモードノイズに変換される。このディファレンシャルモードノイズが差動信号に混入することによって通信エラーが引き起こされる。このため、ミックスドモードＳパラメータのうちＳｄｓ２１が大きい場合に、通信エラーが生じ易くなる。本願の発明者は、実際に通信エラーの発生頻度を計測すること無く、ペアケーブル１１のＳｄｓ２１を計測することにより、ペアケーブル１１の耐ノイズ特性を評価することができるという着想を得た。

一般的なＢＣＩ試験では、送信器と受信器とを接続するケーブルの途中位置からケーブルにコモンモードノイズが注入される。このコモンモードノイズが受信器まで伝搬する間にディファレンシャルモードノイズに変換されると、このディファレンシャルモードノイズが通信エラーの原因になる。上記実施例では、ＢＣＩ試験の場合と同様に、電流注入用プローブ１５が、ペアケーブル１１に、その途中位置で結合する。この状態でミックスドモードＳパラメータのＳｄｓ２１を求めることにより、このペアケーブル１１を用いたＢＣＩ試験時の通信エラーの起こりやすさを予測することができる。

図３に、他の実施例による耐ノイズ特性評価方法で用いられる評価装置の概略図を示す。以下、図１に示した評価装置との相違点について説明し、共通の構成については説明を省略する。図１では、ペアケーブル１１が一方の端部１２Ａ、１２Ｂから他方の端部１３Ａ、１３Ｂに向ってほぼ１本の直線に沿って配置されていた。図３に示した実施例では、ペアケーブル１１が絶縁板１８の上で蛇行している。このため、図１に示した実施例と比べて、ペアケーブル１１を長くすることが可能である。

ペアケーブル１１が長くなると、電流注入用プローブ１５からペアケーブル１１に注入されたコモンモードノイズが、端部１２Ａ、１２Ｂに到達するまでにディファレンシャルモードノイズ変換される割合の差が、複数のペアケーブルの間で顕著に現れる。すなわち、複数のペアケーブル１１の間で、ミックスドモードＳパラメータのＳｄｓ２１の差が大きくなる。このため、複数のペアケーブル１１の耐ノイズ特性の比較が容易になる。

次に、図４を参照して他の実施例によるペアケーブル選択方法について説明する。
図４は、実施例によるペアケーブル選択方法のフローチャートを示す。ステップＳ１において、評価対象の複数のペアケーブルを準備する。評価対象の複数のペアケーブルは、相互に異なる耐ノイズ特性を有する。ステップＳ２において、評価対象の複数のペアケーブルの中から未評価の１つのペアケーブルを選択する。ステップＳ３において、選択されたペアケーブルの耐ノイズ特性を評価する。この評価には、図１に示した実施例、または図３に示した実施例による耐ノイズ特性評価方法が用いられる。これにより、ペアケーブルごとに、ミックスドモードＳパラメータのＳｄｓ２１が算出される。一例として、ペアケーブルごとに、Ｓｄｓ２１の周波数依存性を表すグラフが得られる。

ステップＳ４において、全ての評価対象のペアケーブルの評価が終了したか否かを判断する。未評価のペアケーブルが残っている場合には、ステップＳ２に戻って、未評価のペアケーブルの耐ノイズ特性の評価を実行する。全てのペアケーブルの評価が終了した場合には、ステップＳ５において、評価対象の複数のペアケーブルのミックスドモードＳパラメータのＳｄｓ２１を比較する。ステップＳ５では、例えば、ペアケーブルのそれぞれに関して得られたＳｄｓ２１の周波数依存性を表すグラフ同士を比較する。Ｓｄｓ２１を比較する際には、測定された周波数帯域内でのＳｄｓ２１の単純平均値を用いてもよいし、周波数ポイントの重要度で重み付けした平均値を用いてもよい。

ステップＳ６において、Ｓｄｓ２１の比較結果に基づいて、１本のペアケーブルを、耐ノイズ特性の優れたケーブルの候補として選択する。例えば、Ｓｄｓ２１が最も小さいペアケーブルが、耐ノイズ特性の優れたケーブルの候補として選択される。

図５に、比較例によるペアケーブル選択方法のフローチャートを示す。ステップＳＡ１において、耐ノイズ特性の異なる複数のペアケーブルを準備する。例えば、図４のステップＳ１で準備された複数のペアケーブルと同一のペアケーブルを準備する。

ステップＳＡ２において、複数のペアケーブルの中から未評価の１つのペアケーブルを選択する。ステップＳＡ３において、選択されたペアケーブルを用いてＢＣＩ試験を行う。このＢＣＩ試験では、ペアケーブルの一端に送信器を接続し、他端に受信器を接続する。電流注入用プローブを用いてペアケーブルにコモンモードノイズを注入した状態で、通信エラーの有無を判定する。通信エラーの有無は、測定周波数帯域内の周波数ポイントごとに判定される。

ステップＳＡ４において、全てのペアケーブルの評価が終了したか否かを判断する。未評価のペアケーブルが残っている場合には、ステップＳＡ２に戻って、未評価のペアケーブルを用いたＢＣＩ試験を実行する。全てのペアケーブルの評価が終了した場合には、ステップＳＡ５において、ペアケーブルごとに求められたＢＣＩ試験の結果に基づいて、耐ノイズ特性の優れたペアケーブルの候補として１本のペアケーブルを選択する。具体的には、通信エラーの発生頻度が最も少ないペアケーブルが、耐ノイズ特性の優れたペアケーブルの候補として選択される。

図５に示した比較例では、準備した全てのペアケーブルを用いて、複数回のＢＣＩ試験（ステップＳＡ３）を行わなければならない。これに対し、図４に示した実施例では、ＢＣＩ試験を行うことなく、耐ノイズ特性の優れたペアケーブルの候補を決定することができる。

ステップＳＡ３（図５）のＢＣＩ試験は、評価対象の周波数帯域内の周波数ポイントごとに、通信エラーの有無を判定しなければならない。これに対し、図４に示した実施例においては、ＢＣＩ試験を行うこと無く、耐ノイズ特性評価試験（ステップＳ３）が行われる。耐ノイズ特性評価方法は、ＢＣＩ試験に比べて、より短時間で実行可能である。このため、複数のペアケーブルの中から、耐ノイズ特性の優れたペアケーブルの候補を、短時間で見つけ出すことができる。さらに、図４に示した実施例では、通信エラーの発生頻度を測定するための送受信器等の設備が不要である。

上述の各実施例は例示であり、異なる実施例で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。複数の実施例の同様の構成による同様の作用効果については実施例ごとには逐次言及しない。さらに、本発明は上述の実施例に制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

１０ 導体板
１１ ペアケーブル
１２Ａ、１２Ｂ 一方の端部
１３Ａ、１３Ｂ 他方の端部
１４Ａ、１４Ｂ 終端抵抗
１５ 電流注入用プローブ
１８ 絶縁板
２０ ネットワークアナライザ
２１ 第１のポート
２２ 第２のポート
２３ 第３のポート
２４ コモンモード用ポート
２５ ディファレンシャルモード用ポート

Claims (6)

1. ネットワークアナライザの第１のポートに接続された電流注入用プローブを、導体板から第１の高さの位置に配置されたペアケーブルに電磁気的に結合させ、
   前記ペアケーブルの一方の端部を、それぞれネットワークアナライザの第２のポート及び第３のポートに接続し、
   前記ペアケーブルの他方の端部を、それぞれ終端抵抗を介して前記導体板に接続し、
   前記ネットワークアナライザによって、３ポートのミックスドモードＳパラメータのうち、前記電流注入用プローブを介して前記ペアケーブルに注入される信号の電力と、前記ペアケーブルの前記一方の端部に現れるディファレンシャルモードノイズ成分の電力との比を表すＳｄｓ２１を計測するケーブルの耐ノイズ特性評価方法。
2. 前記第１の高さは５ｃｍである請求項１に記載の耐ノイズ特性評価方法。
3. 前記Ｓｄｓ２１の計測は、周波数１ＭＨｚから４００ＭＨｚまでの周波数を含む周波数帯域で行われる請求項１または２に記載の耐ノイズ特性評価方法。
4. 耐ノイズ特性の異なる複数のペアケーブルを準備し、
   前記ペアケーブルごとに、３ポートのミックスドモードＳパラメータのうちＳｄｓ２１を計測し、
   前記ペアケーブルごとに計測された前記Ｓｄｓ２１を比較して、比較結果に基づいて、複数の前記ペアケーブルから１つのペアケーブルを、耐ノイズ特性の優れたペアケーブルの候補として選択するペアケーブル選択方法であって、
   前記Ｓｄｓ２１の計測は、
   ネットワークアナライザの第１のポートに接続された電流注入用プローブを、導体板から第１の高さの位置に配置された前記ペアケーブルに電磁気的に結合させ、
   前記ペアケーブルの一方の端部を、それぞれネットワークアナライザの第２のポート及び第３のポートに接続し、
   前記ペアケーブルの他方の端部を、それぞれ終端抵抗を介して前記導体板に接続し、
   前記ネットワークアナライザによって、３ポートのミックスドモードＳパラメータのうち、前記電流注入用プローブを介して前記ペアケーブルに注入される信号の電力と、前記ペアケーブルの前記一方の端部に現れるディファレンシャルモードノイズ成分の電力との比を表す前記Ｓ_ｄｓ２１を計測することにより実行されるペアケーブル選択方法。
5. 前記第１の高さは５ｃｍである請求項４に記載のペアケーブル選択方法。
6. 前記Ｓｄｓ２１の計測は、周波数１ＭＨｚから４００ＭＨｚまでの周波数を含む周波数帯域で行われる請求項４または５に記載のペアケーブル選択方法。