JP2020085646A - 電源断時異常状態検出装置および電源断時異常状態検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子機器の主要電源断時の異常状態を検出すること。【解決手段】アンテナは、電子機器の回路基板上のデバイスから放射される放射ノイズを受信するアンテナ素子と、このアンテナ素子に接続され、共振周波数を調整可能な共振回路とを含み、放射ノイズを表す受信信号を出力する。センサは、受信信号を監視して、電子機器の主要電源断時の異常状態を検知する。【選択図】図３

Description

本発明は、電源断時異常状態検出装置および電源断時異常状態検出方法に関する。

現状では、電子機器が予期せずにその主要電源が断に至った場合に、その要因を特定するための情報が限られている。そのために、主要電源断の要因の解析に時間を要しているのが現状である。詳述すると、既存技術においても、電子機器内で動作している各デバイスの電圧値や電流値に異常が発生したという情報を取得することは可能である。しかしながら、なぜ電子機器の主要電源に異常が発生したのかを知るための更なる情報を得ることは難しい。

本発明に関連する先行技術文献が、種々、知られている。

例えば、特許文献１は、同じ周波数の信号出力源が近傍位置に複数設けられていても、ノイズ源となっている信号の出力源を明確に識別できる「ノイズ源探査システム」を開示している。ノイズ源探査システムは、放射ノイズ検知手段、増幅手段、受信波形観測手段、演算処理手段、高調波リターン経路短縮化モジュールより成る。放射ノイズ検知手段は、小型ループアンテナや電流プローブ等で構成され、動作中の被測定基板から空間へ放射される放射ノイズをアナログ電気信号として取得する。増幅手段は、Ｓ／Ｎ比の良い増幅装置等で構成され、放射ノイズ検知手段からの電気信号を増幅する。受信波形観測手段は、受信信号をＡ／Ｄ変換してデジタルデータとして処理できるデジタルオシロスコープ等で構成され、放射ノイズ検知手段により検知されたノイズ波形（任意のノイズ周波数における振幅変化を時系列に表示した波形）をリアルタイムで確認でき、ノイズ波形取得手段としての機能を備える。演算処理手段は、パーソナルコンピュータ等で構成され、受信波形観測手段よりデジタルデータとしてノイズ信号を受け取り、データ加工・表示・判定等の処理を行う。

高調波リターン経路短縮化モジュールは、被測定基板に設けられる信号出力源の周波数に基づき、ノイズ波形取得手段が取得対象としたノイズ周波数に対応する高調波が流れる可能性のある信号線を選定し、その信号線の任意箇所である検査対象部位に設けることで、ノイズ周波数に対応する高調波のリターン経路を短縮化する。高調波リターン経路短縮化モジュールを用いて、ノイズ源となる信号の高調波を短縮化したリターン経路で戻す部位を変えてゆけば、放射ノイズ検知手段により検知される放射ノイズのレベル変化から、ノイズの発生源を特定することが可能である。

特許文献２は、パッシブワイヤレスセンサを励起し、パッシブワイヤレスセンサからデータを感知する「ワイヤレスセンサリーダ」を開示している。この特許文献２において、リーダは、センサの共振周波数またはこれに近似する無線周波数（ＲＦ）パルス等の信号を送信することによって、センサを励起することができる。センサは、リーダからの励起パルスに応答して、短時間リング信号を放射する。

センサは、独自の電源を有さないパッシブデバイスであり、センサの共振周波数又はこれに近似する励起信号に応答して、リング信号を放射可能である。センサは、特定のパラメータを感知するように構成される。センサは、感知パラメータに基づいて変化する固定インダクタおよびコンデンサを含む。可変容量又はインダクタンスは、センサの共振周波数を変化させる。センサの少なくとも誘導性素子は、センサのアンテナとしても機能し、リーダに配置される別のアンテナへ、かつ、これからエネルギーをつなぐ。

また、特許文献３は、入出力装置と機器本体との間で、非接触で電力の供給と信号の伝送を電磁誘導で実現する技術的思想を開示している。入出力装置の共振回路と機器本体の本体側共振回路は、対向するように配置されており、電磁誘導により電磁的に結合している。入出力装置の共振回路のインダクタンスとキャパシタンスの値は、機器本体の通信回路が本体側共振回路のインダクタンスに流す電流の周波数に応じて共振回路で共振が生じるような値に設定される。

特許文献４は、複雑な手順を踏むことなく電磁波を検出でき、しかも、当該電磁波が複数検出された場合もその特定が容易で、更に、その周囲に配置した回路に影響を及ぼさない回路の内部信号を検出する方法を開示している。特許文献４において、プリント基板上に、回路と独立して共振発生手段が設けられる。共振発生手段は、信号増幅および周波数選択用の共振回路を有する。共振回路は、プリント基板の表面上に印刷され、並列に接続されたコイルパターンとコンデンサパターンとを有し、その一方が送信アンテナ部に繋がる。送信アンテナ部は、共振回路の共振周波数に応じた周波数の電磁波を発信する。回路の内部信号として電気信号が流れると、共振発生手段の共振回路は、電気信号による影響を受けて共振し、共振回路に繋がる送信アンテナ部から共振周波数に応じた周波数の電磁波を発信する。

特開２０１８−０７７１４４号公報 特表２０１３−５２２９３２号公報 特開２００９−１３０４１６号公報 特開２００８−０８９５５６号公報

前述したように、予期せずに電子機器の主要電源が切れた場合は、異常な電源シーケンスで主要電源が落ちたという情報あるいは、電子機器内部の各デバイスの電圧値や電流値が異常値を示したというだけの情報しか得られないのが現状である。電子機器が保有している通常のアラーム検出回路では検出できない要因で主要電源が切れてしまうため、要因分析に有効なログが残らず、原因解明には至らないケースが多い。

また近年の電子機器は、低消費電力化のために、負荷レベルに合わせて各デバイスの動作周波数を変える仕様となっている。しかしながら、予期せずに電子機器の主要電源が切れた場合に各デバイスがどの周波数帯で動作していたか、という情報を収集する手段がないのが現状である。

一方、特許文献１〜４には、それぞれ、次に述べるような問題がある。

特許文献１では、ノイズ源を特定するためには、専用の高調波リターン経路短縮モジュールを必要とする。

特許文献２では、ワイヤレスセンサリーダが、パッシブワイレスセンサを励起するために、パッシブワイヤレスセンサの共振周波数又はこれに近似する無線周波数の励起パルスを送信する必要がある。

特許文献３は、単に、非接触で電力の供給と信号の伝送を電磁誘導で実現する技術的思想を開示しているに過ぎない。

特許文献４は、回路の内部信号を非接触で検出するために、その回路の近傍に、共振回路と送信アンテナ部とから成る共振発生手段が必要である。

本発明の目的は、上述した課題を解決する、電源断時異常状態検出装置および電源断時異常状態検出方法を提供することにある。

本発明の第１の態様として、電源断時異常状態検出装置は、電子機器の回路基板上のデバイスから放射される放射ノイズを受信するアンテナ素子と、該アンテナ素子に接続され、共振周波数を調整可能な共振回路とを含み、前記放射ノイズを表す受信信号を出力するアンテナと；前記受信信号を監視して、前記電子機器の主要電源断時の異常状態を検知するセンサと；を含む。

本発明の第２の態様として、電源断異常状態検出方法は、電子機器の回路基板上のデバイスから放射される放射ノイズを、共振周波数を調整可能な共振回路を含むアンテナのアンテナ素子で受信し、前記受信した放射ノイズを、センサで監視して前記電子機器の主要電源断時の異常状態を検知する。

本発明によれば、電子機器の主要電源断時の異常状態を検出することができる。

関連技術である電源断時異常状態検出装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の実施形態に係る電源断時異常状態検出装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例に係る電源断異常状態検出装置の概略構成を示す斜視図である。 図３に示した電源断異常状態検出装置に用いられる、アンテナ及びセンサの構成例を示す回路図である。 ある電子機器の回路基板から放射される放射ノイズを、回路基板の直近でスペクトルアナライザを用いて計測した例を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る電源断異常状態検出装置の概略構成を示す断面図である。

最初に、本発明の概要について説明する。

［関連技術］
図１は、関連技術である電源断時異常状態検出装置を示す概略ブロック図である。

図１に示されるように、関連技術では、電子機器のデバイス２から直接、監視回路２０に電圧値や電流値、電源シーケンスの情報が供給されて、監視回路２０で主要電源断時の異常状態を検出していた。

関連技術では、予期せずに電子機器の主要電源が切れた場合、異常な電源シーケンスで主要電源が落ちたという情報あるいは、電子機器内部の各デバイス２の電圧値や電流値が異常値を示したというだけの情報しか得られない。電子機器が保有している通常のアラーム検出回路では検出できない要因で主要電源が切れてしまうため、要因分析に有効なログが残らず、原因解明には至らないケースが多い。

また近年の電子機器は、低消費電力化のために、負荷レベルに合わせて各デバイス２の動作周波数を変える仕様となっている。予期せずに電子機器の主要電源が切れた場合に、各デバイス２がどの周波数帯で動作していたか、という情報を収集する手段はないのが現状である。

そこで、本発明者は、各デバイスがどういった周波数で動作しているときに、或いはどういう周波数帯のノイズが変動したときに、電子機器の主要電源が断に至ったのかという情報が得られれば、新たな観点で主要電源断の要因を分析することが可能となり、解析時間の短縮が見込まれる筈であると思料した。

したがって、本発明は、予期せずに電子機器の主要電源が切れてしまう障害に至った場合に、電子機器内部の各デバイスから放射される放射ノイズの周波数帯やレベルを監視することで、どのデバイスがどういう動作状態になっていたかの情報を得ることを目的とする。

図２は、本発明の実施形態に係る電源断時異常状態検出装置の概略構成を示すブロック図である。

図示の電源断時異常状態検出装置は、アンテナ４と、センサ５とを備える。アンテナ４は、アンテナ素子（後述する）と、共振回路（後述する）とを含む。共振回路は、アンテナ素子に接続され、アンテナ４の共振周波数を調整可能である。

アンテナ素子は、電子機器内部のデバイス２から放射される放射ノイズを受信する。デバイス２は、主要電源を生成する電源生成回路であってもよい。アンテナ４は、放射ノイズを表す受信信号を出力する。センサ５は、受信信号を監視して、電子機器の主要電源時の異常状態を検知する。

なお、デバイス２には、主要電源２１から主要電力が供給されている。センサ５には、待機系電源２２から待機電力が供給されている。待機系電源２２は、バックアップ用電源であってよい。

次に、本発明の実施形態の効果について説明する。

第１の効果は、微弱な放射ノイズでも効率よく受信できることである。その理由は、電子機器内部のデバイス２の直近にアンテナ４を設置して、アンテナ４の共振周波数を共振回路によって、それぞれのデバイス２の動作周波数に合わせているからである。

第２の効果は、予期せずに電子機器の主要電源２１が切れてしまう障害が発生したときの各デバイス２の動作周波数状態を把握することができることである。その理由は、アンテナ４から受信した放射ノイズのレベルをセンサ５で監視しているからである。

第３の効果は、電子機器内部で生成及び放射される各周波数帯の放射ノイズの異常を検出することができることである。その理由は、電子機器内に共振回路を含むアンテナ４を設置し、そのアンテナ４の受信信号をセンサ５で監視しているからである。

第４の効果は、複数の周波数帯を監視できることである。その理由は、共振回路の定数を変えてアンテナ４の共振周波数を変えているからである。

第５の効果は、電子機器の主要電源２１の断時に、デバイス２がどの周波数で動作していたか、或いは正常動作時には発生しない周波数帯のノイズが発生していなかったか、といった情報を得ることができることである。その理由は、電子機器の主要電源２１の断時の異常状態を監視するセンサ５に、待機系電源２２から待機電力を供給しているからである。

次に、本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。

図３は、本発明の第１の実施例に係る電源断異常状態検出装置の概略構成を示す斜視図である。

共振回路（後述する）を含むアンテナ４は、電子機器内のマザーボードなどの回路基板１上のデバイス２から放射される放射ノイズ３を受信する。アンテナ４は、放射ノイズを表す受信信号を出力する。センサ５は、受信信号を監視して、電子機器の主要電源断時の異常状態を検知する。

本第１の実施例は、空中に放射される放射ノイズを、特定の共振周波数に設定したアンテナ４で検知することを特徴とする。

図４は、アンテナ４及びセンサ５の構成例を示す回路図である。

図示のアンテナ４は、一般にモノポールアンテナと呼ばれるタイプのアンテナで、放射ノイズを検出する。アンテナ４は、アンテナ素子として、アンテナ導体６を有する。アンテナ４の共振回路１１は、コイル７と、抵抗８と、抵抗８とＧＮＤ９との間に挿入されたコンデンサ１０とから成る。アンテナ素子６は、共振回路１１を介して、センサ５に接続されている。

図４に示されるように、アンテナ素子６のアンテナ長を、放射ノイズ３の周波数の４分の１波長の長さに設定すると、効率よく放射ノイズ３を検出することができる。ここで、仮に検出すべき放射ノイズ３の周波数成分を２４０ＭＨｚに設定したいとする。この場合、アンテナ素子６のアンテナ長は、次の式で表される。
アンテナ長＝光速（３０万ｋｍ／秒）÷周波数（２４０ＭＨｚ）÷４
＝３１．２５ｃｍ

電子機器内でこの３１．２５ｃｍの長いアンテナ素子６を確保できないとする。この場合、共振回路１１のコイル７やコンデンサ１０の定数を調整することで、アンテナ４の共振周波数を、検出したい放射ノイズ３の周波数に合わせることが可能となる。

図５は、ある電子機器の回路基板１から放射される放射ノイズ３を、回路基板１の直近でスペクトルアナライザを用いて計測した例を示す図である。図５から、複数の周波数において、放射ノイズ３のピークが存在していることがわかる。

放射ノイズ３は一般に基本波の高調波成分を含んでおり、奇数倍の成分が強く出力されることが知られている。図５の２４０ＭＨｚ付近のピークの場合、基本波８０ＭＨｚに対して奇数の３倍の高調波として見えている例である。

電子機器内でアンテナ素子６のアンテナ長を確保できない場合は、高調波成分の高い周波数帯のノイズに共振周波数を合わせるようにアンテナ長を設定することで、放射ノイズ３を検出することも可能である。

図５の例では、基本波８０ＭＨｚの５倍の高調波の４００ＭＨｚの放射ノイズ３にターゲットを絞るとする。この場合、アンテナ素子６のアンテナ長は、次の式で表される。
アンテナ長＝光速（３０万ｋｍ／秒）÷周波数（４００ＭＨｚ）÷４
＝１８．７５ｃｍ

よって、アンテナ素子６を、より実現しやすいアンテナ長に設定することが可能となる。

ただし、放射ノイズ３は３倍、５倍と高調波成分の周波数が高くなるにつれて強度が大きく減少するため、３倍の高調波をターゲットにできるように、アンテナ素子６のアンテナ長を設定することが望ましい。

図４のセンサ５は、電子機器内の待機系電源或いはバックアップ電源から電力が供給されるようにしている。これにより、予期せずに電子機器の主要電源の断が発生しても、センサ５で検出した情報を、主要電源を復旧させたあとで参照することが可能となる。

図３のデバイス２から空中に放射される放射ノイズ３にはさまざまな周波数成分が含まれている。

そこで、本第１の実施例では、特に強く放射される放射ノイズ３の周波数帯に合わせるように、共振回路１１を使用して、あらかじめアンテナ４の共振周波数を調整している。これにより、センサ５は、デバイス２が正常動作しているときと、デバイス２が動作しなくなったときの放射ノイズ３のレベルの変化を検出することが可能となる。

第１の実施例の効果は、予期せずに電子機器の主要電源が切れる障害が発生した場合の、要因切り分けが容易になることである。

アンテナを回路基板上で形成することも可能である。デバイスが実装されているエリアの内層の配線エリアにアンテナ配線を設けることで、空中で検出する前記第１の実施例より近い箇所で放射ノイズを検出することができる。

図６は、本発明の第２の実施例に係る電源断異常状態検出装置の概略構成を示す断面図である。

図示の電源断異常状態検出装置では、回路基板として多層基板１２を使用している。デバイス１３は、電子機器内部の多層基板１２上に実装されている。アンテナ素子１５は、多層基板１２の内層に形成されている。アンテナ素子１５は、デバイス１３から放射される放射ノイズ１４を受信する。

詳述すると、デバイス１３が実装されている箇所の多層基板１２の内層に、アンテナ素子として配線１５を配置している。配線（アンテナ素子）１５には、共振回路１６が接続されている。アンテナ素子１５と共振回路１６との組み合わせは、アンテナ（１５、１６）を構成する。アンテナ（１５、１６）には、センサ１７が接続される。

アンテナ素子１５の長さと共振回路１６の定数とを調整することで、アンテナ（１５，１６）の共振周波数を設定する。

デバイス１３から放射される放射ノイズ１４をアンテナ（１５、１６）で効率よく受信して、センサ１７に伝えることで、デバイス１３の動作状態の変化を検出することができる。

以上、実施形態および実施例を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

本発明の活用例として、サーバやファクトリコンピュータといった２４時間稼働するような電子機器で、人が常駐していない装置のＲＡＳ（reliability, availability, serviceability）機能として本発明の利用が考えられる。

１ 回路基板
２ デバイス
３ 放射ノイズ
４ アンテナ
５ センサ
６ アンテナ素子（アンテナ導体）
７ コイル
８ 抵抗
９ ＧＮＤ
１０ コンデンサ
１１ 共振回路
１２ 多層基板（回路基板）
１３ デバイス
１４ 放射ノイズ
１５ アンテナ素子（アンテナ配線）
１６ 共振回路
１７ センサ
２０ 監視回路
２１ 主要電源
２２ 待機系電源

本発明の第１の態様として、電源断時異常状態検出装置は、電子機器の回路基板上のデバイスから放射される放射ノイズを受信するアンテナ素子と、該アンテナ素子に接続され、共振周波数を調整可能な共振回路とを含み、前記放射ノイズを表す受信信号を出力するアンテナと；前記受信信号を監視して、前記電子機器の主要電源が断した時の前記電子機器の異常状態を検知するセンサと；を含み、前記センサは、前記電子機器内の待機系電源から電力が供給されている。

本発明の第２の態様として、電源断時異常状態検出方法は、電子機器の回路基板上のデバイスから放射される放射ノイズを、共振周波数を調整可能な共振回路を含むアンテナのアンテナ素子で受信し、前記受信した放射ノイズを、前記電子機器内の待機系電源から電力が供給されているセンサで監視して前記電子機器の主要電源が断した時の前記電子機器の異常状態を検知する。

本発明によれば、電子機器の主要電源が断した時の電子機器の異常状態を検出することができる。

関連技術である電源断時異常状態検出装置の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の実施形態に係る電源断時異常状態検出装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施例に係る電源断時異常状態検出装置の概略構成を示す斜視図である。 図３に示した電源断時異常状態検出装置に用いられる、アンテナ及びセンサの構成例を示す回路図である。 ある電子機器の回路基板から放射される放射ノイズを、回路基板の直近でスペクトルアナライザを用いて計測した例を示す図である。 本発明の第２の実施例に係る電源断時異常状態検出装置の概略構成を示す断面図である。

アンテナ素子は、電子機器内部のデバイス２から放射される放射ノイズを受信する。デバイス２は、主要電源を生成する電源生成回路であってもよい。アンテナ４は、放射ノイズを表す受信信号を出力する。センサ５は、受信信号を監視して、電子機器の主要電源断時の異常状態を検知する。

図３は、本発明の第１の実施例に係る電源断時異常状態検出装置の概略構成を示す斜視図である。

図６は、本発明の第２の実施例に係る電源断時異常状態検出装置の概略構成を示す断面図である。

図示の電源断時異常状態検出装置では、回路基板として多層基板１２を使用している。デバイス１３は、電子機器内部の多層基板１２上に実装されている。アンテナ素子１５は、多層基板１２の内層に形成されている。アンテナ素子１５は、デバイス１３から放射される放射ノイズ１４を受信する。

本発明の第１の態様として、電源断時異常状態検出装置は、負荷レベルに合わせて各デバイスの動作周波数を変える仕様となっている電子機器の回路基板上の前記デバイスから放射される放射ノイズを受信するアンテナ素子と、該アンテナ素子に接続され、共振周波数を調整可能な共振回路とを含み、前記放射ノイズを表す受信信号を出力するアンテナと；前記受信信号を監視して、前記電子機器の主要電源が断した時の前記電子機器の異常状態を検知するセンサと；を含み、前記センサは、前記電子機器内の待機系電源から電力が供給されており、前記受信信号から、前記放射ノイズの周波数帯およびレベルを監視して、前記主要電源が断したときの前記電子機器の異常状態として前記デバイスの動作周波数状態を検知する。

本発明の第２の態様として、電源断時異常状態検出方法は、負荷レベルに合わせて各デバイスの動作周波数を変える仕様となっている電子機器の回路基板上のデバイスから放射される放射ノイズを、共振周波数を調整可能な共振回路を含むアンテナのアンテナ素子で受信し、前記受信した放射ノイズの周波数帯およびレベルを、前記電子機器内の待機系電源から電力が供給されているセンサで監視して前記電子機器の主要電源が断した時の前記電子機器の異常状態として前記デバイスの動作周波数状態を検知する。

Claims (10)

1. 電子機器の回路基板上のデバイスから放射される放射ノイズを受信するアンテナ素子と、該アンテナ素子に接続され、共振周波数を調整可能な共振回路とを含み、前記放射ノイズを表す受信信号を出力するアンテナと、
   前記受信信号を監視して、前記電子機器の主要電源断時の異常状態を検知するセンサと、
   を含む、電源断時異常状態検出装置。
2. 前記センサは、前記電子機器内の待機系電源から電力が供給されている、請求項１に記載の電源断時異常状態検出装置。
3. 前記センサは、前記受信信号から、前記放射ノイズの周波数帯およびレベルを監視する、請求項１又は２に記載の電源断時異常状態検出装置。
4. 前記アンテナ素子は、前記回路基板の上部に配置されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源断時異常状態検出装置。
5. 前記回路基板は、多層基板から成り、
   前記アンテナ素子は、前記多層基板の内層に形成されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源断時異常状態検出装置。
6. 電子機器の回路基板上のデバイスから放射される放射ノイズを、共振周波数を調整可能な共振回路を含むアンテナのアンテナ素子で受信し、
   前記受信した放射ノイズを、センサで監視して前記電子機器の主要電源断時の異常状態を検知する、
   電源断異常状態検出方法。
7. 前記センサは、前記電子機器内の待機系電源から電力が供給されている、請求項６に記載の電源断時異常状態検出方法。
8. 前記センサは、前記受信した放射ノイズの周波数帯およびレベルを監視する、請求項６又は７に記載の電源断時異常状態検出方法。
9. 前記アンテナ素子は、前記回路基板の上部に配置されている、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の電源断時異常状態検出方法。
10. 前記回路基板は、多層基板から成り、
    前記アンテナ素子は、前記多層基板の内層に形成されている、請求項６乃至８のいずれか１項に記載の電源断時異常状態検出方法。

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