JP2019211236A - 耐ノイズ性能推定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】差動通信装置に差動通信用のケーブルが１つ以上接続された配索構成において耐ノイズ性能を推定することができる方法を提供する。【解決手段】差動通信装置に差動通信用のケーブルが１つ以上接続された配索構成における耐ノイズ性能を推定する方法であって、ケーブルの一方端を、差動通信装置の通信状態を模擬した第１の模擬差動通信回路を介して所定の測定機器に接続し、ケーブルの他方端を、差動通信装置の通信状態を模擬した第２の模擬差動通信回路を介して接地し、所定のノイズ信号を測定機器からプローブを介してケーブルに注入し、ノイズ信号の電力と第１の模擬差動通信回路の端部に現れるコモンモードノイズ成分の電力との比を測定機器で測定し、測定した電力比に基づいて、差動通信装置にケーブルが接続された配索構成における耐ノイズ性能を推定する。【選択図】図１

Description

本発明は、差動通信用ケーブルが接続された差動通信装置の耐ノイズ性能を推定する方法に関する。

車両に搭載される差動通信装置は、電磁波ノイズ対策の効果を確認するためのＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility）試験に合格することが求められる。車両の電装機器などのＥＭＣ試験としては、通常、ＢＣＩ（Bulk Current Injection）試験が採用される。このＢＣＩ試験は、例えば１〜４００ＭＨｚ程度の高周波妨害電流（ノイズ信号）を差動通信装置に接続される差動通信用ケーブルに注入して、ケーブルを伝搬するノイズ信号を測定することで耐ノイズ性能を推定し、イミュニティ性能を評価するものである。

特許文献１に、差動通信用ケーブルの耐ノイズ性能を推定するＢＣＩ試験方法が開示されている。この方法では、ケーブルの途中でコモンモードのノイズ信号を注入し、この注入したコモンモードのノイズ信号と、ケーブル伝搬中にコモンモードからディファレンシャルモードに変換されてケーブルの端部に現れるディファレンシャルモードのノイズ信号とに基づいて、ケーブルの耐ノイズ性能を推定している。

特開２０１７−０１５４５０号公報

上記特許文献１のＢＣＩ試験方法は、試験対象である差動通信用ケーブルの一方端を測定機器に直接接続し、他方端を終端抵抗を介してグラウンドに接続している。このため、特許文献１のＢＣＩ試験方法では、差動通信装置にケーブルが１つだけ接続された配索構成の耐ノイズ性能は評価可能であるが、差動通信装置にケーブルが２つ以上接続された配索構成の耐ノイズ性能を評価することができない。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、差動通信装置に差動通信用のケーブルが１つ以上接続された配索構成において耐ノイズ性能を推定することができる方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一態様は、差動通信装置に差動通信用のケーブルが１つ以上接続された配索構成における耐ノイズ性能を推定する方法であって、ケーブルの一方端を、差動通信装置の通信状態を模擬した第１の模擬差動通信回路を介して所定の測定機器に接続し、ケーブルの他方端を、差動通信装置の通信状態を模擬した第２の模擬差動通信回路を介して接地し、所定のノイズ信号を測定機器からプローブを介してケーブルに注入し、ノイズ信号の電力と第１の模擬差動通信回路の端部に現れるコモンモードノイズ成分の電力との比を測定機器で測定し、測定した電力比に基づいて差動通信装置にケーブルが接続された配索構成における耐ノイズ性能を推定する、ことを特徴とする。

上記一態様の耐ノイズ性能推定方法では、差動通信用のケーブルの両端に模擬差動通信回路をそれぞれ接続した回路構成を試験対象として、ケーブルに注入したノイズ信号の電力と第１の模擬差動通信回路の端部に現れるコモンモードノイズ成分の電力との比を、測定機器で測定する。この方法により、配索するケーブルの本数に合わせた模擬差動通信回路をケーブルの両端に接続するだけで、ノイズ信号の電力と測定箇所のコモンモードノイズ成分の電力との比を精度よく測定できるので、容易に耐ノイズ性能を推定することができる。

上記本発明の耐ノイズ性能推定方法によれば、差動通信装置に差動通信用のケーブルが１つ以上接続された配索構成において耐ノイズ性能を推定することができる。

本発明の一実施形態に係る耐ノイズ性能推定方法を適用可能なＢＣＩ試験装置の構成例を示す図 ３ポートモデルにおける各ポートとＳパラメータとの関係を示す図 ３ポートモデルにおける各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 ミックスドモードＳパラメータＳｃｓ２１の周波数特性の一例を示す図 本発明の一実施形態に係る耐ノイズ性能推定方法を適用可能なＢＣＩ試験装置の他の構成例を示す図

［概要］
本発明の耐ノイズ性能推定方法は、差動通信用のケーブルの両端に差動通信装置を模擬した回路をそれぞれ接続した回路構成を試験対象として、ケーブルに注入したノイズ信号の電力と模擬回路の端部に現れるコモンモードノイズ成分の電力との比を測定機器で測定する。この方法により、配索するケーブルの本数に合わせた模擬回路をケーブルの両端に接続するだけで、ノイズ信号の電力と測定箇所のコモンモードノイズ成分の電力との比を精度よく測定できるので、容易に耐ノイズ性能を推定することができる。

［試験装置の構成］
図１は、本発明の一実施形態に係る耐ノイズ性能推定方法を適用可能なＢＣＩ試験装置の構成例を示す図である。図１に例示したＢＣＩ試験装置では、グラウンド電位を有するＧＮＤ板上に発泡スチロールなどの絶縁物層が設けられた試験台７０に被試験物を載置し、被試験物について後述する所定の値を測定機器１０で測定することを行う。

被試験物は、差動信号を用いた通信（例えば、ＣＡＮ：Controller Area Network、ＣＡＮ−ＦＤ：CAN with Flexible Data-Rate、イーサネット（登録商標）など）機能を搭載した差動通信装置（ＥＣＵなど）を含んだ通信回路とすることができる。図１に例示する被試験物は、差動通信装置間を接続する差動通信用のペアケーブル４１，４２と、差動通信装置に代わる第１の模擬差動通信回路５０及び第２の模擬差動通信回路６１，６２と、を含んだ通信回路である。

測定機器１０は、差動信号のＳパラメータを測定可能な機器であり、例えばネットワークアナライザーである。この測定機器１０は、イミュニティ試験信号である高周波妨害電流（ノイズ信号）をペアケーブル４１，４２に注入するためのＢＣＩプローブ３０に接続される第１のポート１１と、第１の模擬差動通信回路５０に接続される第２のポート１２及び第３のポート１３と、を備えている。第１のポート１１、第２のポート１２、及び第３のポート１３と、ＢＣＩプローブ３０及び第１の模擬差動通信回路５０とは、例えば同軸ケーブル２０を介して接続される。

ペアケーブル４１は、２本の通信線４１Ａ，４１Ｂが一対となったケーブルであり、例えばツイストタイプや並行タイプなどが挙げられる。ペアケーブル４２も、ペアケーブル４１と同様に、２本の通信線４２Ａ，４２Ｂが一対となったケーブルである。これらのペアケーブル４１，４２は、ケーブルの途中でＢＣＩプローブ３０によってクランプされ、電磁気結合によってＢＣＩプローブ３０からコモンモードのノイズ信号が注入される。

第１の模擬差動通信回路５０は、差動通信装置の通信状態を模擬した回路である。この第１の模擬差動通信回路５０は、通信機能は備えていないが、実際に車両に搭載された差動通信装置とほぼ同等の通信状態を模擬することができるようにインピーダンス調整などが施されている。第１の模擬差動通信回路５０は、ペアケーブル４１の通信線４１Ａの一方端とペアケーブル４２の通信線４２Ａの一方端とをコネクタ５１Ａに電気的に接続し、ペアケーブル４１の通信線４１Ｂの一方端とペアケーブル４２の通信線４２Ｂの一方端とをコネクタ５１Ｂに電気的に接続している。すなわち、この第１の模擬差動通信回路５０は、１つの信号を分岐して２つに配索する差動通信装置を模擬している。コネクタ５１Ａ及びコネクタ５１Ｂは、同軸ケーブル２０を介して測定機器１０の第２のポート１２及び第３のポート１３にそれぞれ接続される。

第２の模擬差動通信回路６１，６２は、それぞれ差動通信装置の通信状態を模擬した回路である。この第２の模擬差動通信回路６１，６２は、第１の模擬差動通信回路５０と同様に、通信機能は備えていないが、実際に車両に搭載された差動通信装置とほぼ同等の通信状態を模擬することができるようにインピーダンス調整などが施されている。第２の模擬差動通信回路６１は、ペアケーブル４１の通信線４１Ａ，４１Ｂの他方端を、差動通信装置の通信状態を模擬した状態で接地する。第２の模擬差動通信回路６２は、ペアケーブル４２の通信線４２Ａ，４２Ｂの他方端を、差動通信装置の通信状態を模擬した状態で接地する。

なお、本実施形態では、１つの信号を２つに配索する第１の模擬差動通信回路５０を用いて、差動通信装置に２つのペアケーブル４１，４２が接続された通信構成の耐ノイズ性能を推定する例を説明しているが、差動通信装置に３つ以上のペアケーブルが接続された通信構成の耐ノイズ性能の推定も同様に可能である。この場合、ペアケーブルの本数に応じた分岐数を持つ第１の模擬差動通信回路と、ペアケーブルの本数分の第２の模擬差動通信回路とを準備し、複数のペアケーブルの両端にそれぞれ接続すればよい。

［試験方法］
測定機器１０は、第１のポート１１からＢＣＩプローブ３０を介して、ペアケーブル４１，４２に高周波妨害電流（ノイズ信号）を注入する。そして、測定機器１０は、第１のポート１１、第２のポート１２、及び第３のポート１３による３ポートのＳパラメータを測定する。

図２に、図１のＢＣＩ試験装置に基づく３ポートモデルにおける各ポートとＳパラメータとの関係を示す。ａ１は、測定機器１０の第１のポート１１からＢＣＩプローブ３０に向かう入射波の電力を表し、ｂ１は、ＢＣＩプローブ３０から第１のポート１１に向かう反射波の電力を表す。ａ２は、測定機器１０の第２のポート１２から第１の模擬差動通信回路５０のコネクタ５１Ａに向かう入射波の電力を表し、ｂ２は、コネクタ５１Ａから第２のポート１２に向かう反射波の電力を表す。ａ３は、測定機器１０の第３のポート１３から第１の模擬差動通信回路５０のコネクタ５１Ｂに向かう入射波の電力を表し、ｂ３は、コネクタ５１Ｂから第３のポート１３に向かう反射波の電力を表す。このとき、３ポートのＳパラメータは、下記の式［１］で定義される。

また、図３に、シングルエンドからミックスドモードに変換した後の３ポートモデルにおける各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。ミックスドモードでは、測定機器１０の第２のポート１２がコモンモード用ポート１２’に変換され、第３のポート１３がディファレンシャルモード用ポート１３’に変換される。ａｃは、ペアケーブル４１，４２へ入射されるコモンモードの入射波の電力を表し、ｂｃは、ペアケーブル４１，４２から反射されるコモンモードの反射波の電力を表す。ａｄは、ペアケーブル４１，４２へ入射されるディファレンシャルモードの入射波の電力を表し、ｂｄは、ペアケーブル４１，４２から反射されるディファレンシャルモードの反射波の電力を表す。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［２］で定義される。

本実施形態では、ＢＣＩプローブ３０を介してペアケーブル４１，４２に注入される信号の電力に対するコモンモード用ポート１２’に現れるコモンモードノイズ成分の電力の比を示すミックスドモードＳパラメータＳｃｓ２１を用いて、被試験物の耐ノイズ性能を推定する。このミックスドモードＳパラメータＳｃｓ２１は、測定機器１０で測定されたＳパラメータＳ２１，Ｓ３１を用いて、下記式［３］によって算出することができる。

図４は、ミックスドモードＳパラメータＳｃｓ２１の周波数特性の一例を示す図である。図４において、実線は、図１に示す２つのペアケーブル４１，４２が接続された被試験物（１対２配索構成）における算出値であり、一点鎖線は、図１に示す２つのペアケーブル４１，４２が接続された被試験物においてペアケーブル４１だけにＢＣＩプローブ３０をクランプしてノイズ信号を注入した場合（１対２配索＆片クランプ構成）での算出値であり、点線は、図５に示す１つのペアケーブル４１が接続された被試験物（１対１配索構成）による算出値である。

図４に示すように、点線で示した１対１配索構成のＢＣＩ試験結果と比べると、実線で示した１対２配索構成のＢＣＩ試験結果は、適切に耐ノイズ性能を推定できている。これに対して、特許文献１で説明した従来のＢＣＩ試験と等価となる一点鎖線で示した１対２配索＆片クランプ構成のＢＣＩ試験結果では、ペアケーブルへのノイズ注入量が少なくなってしまい、耐ノイズ性能を適切に推定できていないことがわかる。

［作用・効果］
以上のように、本発明の一実施形態に係る耐ノイズ性能推定方法によれば、差動通信用のペアケーブルの両端に第１及び第２の模擬差動通信回路をそれぞれ接続した回路構成を試験対象として、ケーブルに注入したノイズ信号の電力と第１の模擬差動通信回路の端部に現れるコモンモードノイズ成分の電力との比を、測定機器で測定する。この方法により、配索するペアケーブルの本数に合わせた模擬差動通信回路をペアケーブルの両端に接続するだけで、ノイズ信号の電力と測定箇所のコモンモードノイズ成分の電力との比を精度よく測定できるので、容易に耐ノイズ性能を推定することができる。

本発明の耐ノイズ性能推定方法は、差動信号を用いる差動通信装置のイミュニティ性能を評価するＢＣＩ試験において有効である。

１０ 測定機器（ネットワークアナライザー）
１１ 第１ポート
１２ 第２ポート
１３ 第３ポート
２０ 同軸ケーブル
３０ プローブ
４１、４２ ペアケーブル
５０ 第１の模擬差動通信回路
５１Ａ、５１Ｂ コネクタ
６１、６２ 第２の模擬差動通信回路
７０ 試験台

Claims (1)

1. 差動通信装置に差動通信用のケーブルが１つ以上接続された配索構成における耐ノイズ性能を推定する方法であって、
   前記ケーブルの一方端を、前記差動通信装置の通信状態を模擬した第１の模擬差動通信回路を介して所定の測定機器に接続し、
   前記ケーブルの他方端を、前記差動通信装置の通信状態を模擬した第２の模擬差動通信回路を介して接地し、
   所定のノイズ信号を前記測定機器からプローブを介して前記ケーブルに注入し、
   前記ノイズ信号の電力と前記第１の模擬差動通信回路の端部に現れるコモンモードノイズ成分の電力との比を、前記測定機器で測定し、
   前記測定した電力比に基づいて、前記差動通信装置に前記ケーブルが接続された配索構成における耐ノイズ性能を推定する、
   ことを特徴とする、方法。