JP2020143898A - Common mode noise transmission path estimation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子装置の入出力ポートに侵入するコモンモードノイズを評価する技術に関する。 The present invention relates to a technique for evaluating common mode noise that invades an input / output port of an electronic device.
従来から、電子装置の内部内路において、外部から侵入するコモンモードノイズの伝達経路を測定・可視化することを目的に、IC及びLSI等の半導体から発生する磁界を測定する方法が提案されている(例えば非特許文献1)。この方法は、特定のポートからコモンモードノイズを印加したタイミングで、対象の電子装置の近傍に配置した磁界プローブによって、磁界強度を測定する方法である。 Conventionally, a method of measuring a magnetic field generated from a semiconductor such as an IC or an LSI has been proposed for the purpose of measuring and visualizing a transmission path of common mode noise invading from the outside in an internal inner path of an electronic device. (For example, Non-Patent Document 1). This method is a method of measuring the magnetic field strength by a magnetic field probe arranged in the vicinity of the target electronic device at the timing when common mode noise is applied from a specific port.
測定点の数だけ繰り返し、各測定点における磁界強度をマッピングすることで、侵入したコモンモードノイズの伝達経路を可視化している。コモンモードノイズとは、信号ラインと接地の間にノイズ源が存在し、信号ラインと接地ラインの両方に影響するノイズのことである。 By repeating as many times as the number of measurement points and mapping the magnetic field strength at each measurement point, the transmission path of the invading common mode noise is visualized. Common mode noise is noise in which a noise source exists between the signal line and the ground and affects both the signal line and the ground line.
非特許文献1に開示された方法では、測定点の数だけノイズの印加と磁界測定を繰り返す必要がある。ノイズの印加タイミングと磁界強度の関係を評価するような場合、空間・時間軸上の処理も重なるため、さらに評価に時間を要する。
In the method disclosed in
例えば20cm×20cmの大きさの電子装置に対して、磁界プローブの測定範囲を5cm×5
Cmと粗く設定した場合でも24回の測定が必要であり、多くの時間と手間を要するという課題がある。
For example, for an electronic device with a size of 20 cm x 20 cm, the measurement range of the magnetic field probe is 5 cm x 5
Even if the Cm is roughly set, 24 measurements are required, which is a problem that requires a lot of time and effort.
本発明は、この課題に鑑みてなされたものであり、少ない時間と手間でコモンモードノイズの伝達経路を推定できるコモンモードノイズ伝達経路推定装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of this problem, and an object of the present invention is to provide a common mode noise transmission path estimation device capable of estimating a common mode noise transmission path with less time and effort.
本発明の一態様に係るコモンモードノイズ伝達経路推定装置は、電子装置のそれぞれの端子に侵入するコモンモードノイズの伝達経路を推定するコモンモードノイズ伝達経路推定装置であって、前記端子のそれぞれの間のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、前記インピーダンスを等価回路モデルに代入し、該等価回路モデルの各要素に流れる電流値を計算する回路解析部と、前記回路解析部で計算された電流値の配分率に基づいてコモンモードノイズが伝達し易い伝達経路を推定する入出力経路推定部とを備えることを要旨とする。 The common mode noise transmission path estimation device according to one aspect of the present invention is a common mode noise transmission path estimation device that estimates the transmission path of common mode noise that penetrates into each terminal of the electronic device, and is a common mode noise transmission path estimation device for each of the terminals. An impedance measuring unit that measures the impedance between them, a circuit analysis unit that substitutes the impedance into the equivalent circuit model and calculates the current value flowing through each element of the equivalent circuit model, and a current value calculated by the circuit analysis unit. The gist is to include an input / output path estimation unit that estimates a transmission path in which common mode noise is easily transmitted based on the distribution rate of.
本発明によれば、少ない時間と手間でコモンモードノイズの伝達経路を推定することができる。 According to the present invention, the transmission path of common mode noise can be estimated with less time and effort.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。複数の図面中同一のものには同じ参照符号を付し、説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same reference numerals are given to the same objects in a plurality of drawings, and the description is not repeated.
〔第1実施形態〕
図1は、本発明の第1実施形態に係るコモンモードノイズ伝達経路推定装置の機能構成例を示す図である。図1に示すコモンモードノイズ伝達経路推定装置100は、電子装置80のそれぞれの端子に侵入するコモンモードノイズ(以降、ノイズと略す場合もある)の伝達経路を推定する装置である。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a functional configuration example of the common mode noise transmission path estimation device according to the first embodiment of the present invention. The common mode noise transmission
それぞれの端子とは、電子装置80の正電源端子1、負電源端子0、入力端子2、及び出力端子3のことである。コモンモードノイズ伝達経路推定装置100は、インピーダンス測定部10、回路解析部20、及び入出力経路推定部30を備える。正電源端子1と負電源端子0については、電源端子、あるいは端子と称する場合がある。また、入力端子2と出力端子3は、入出力端子、あるいは端子と称する場合がある。
Each terminal is a positive
インピーダンス測定部10は、一般的なインピーダンスアナライザに置き換えることが可能である。回路解析部20と入出力経路推定部30は、例えば、ROM、RAM、CPU等からなるコンピュータで実現することができる。つまり、コモンモードノイズ伝達経路推定装置100は、インピーダンスアナライザとパーソナルコンピュータを組み合わせた構成で実現できる。その場合、コモンモードノイズ伝達経路推定装置100が有すべき機能の処理内容はプログラムによって記述される。このことは、後述する他の実施形態でも同じである。
The
図2は、コモンモードノイズ伝達経路推定装置の概略の処理手順を示すフローチャートである。インピーダンス測定部10は、電子装置80の端子のそれぞれの間のインピーダンスを測定する(ステップS1)。
FIG. 2 is a flowchart showing a schematic processing procedure of the common mode noise transmission path estimation device. The
回路解析部20は、インピーダンス測定部10で測定されたインピーダンスを等価回路モデルに代入し、該等価回路モデルの各インピーダンスに流れる電流値を計算する(ステップS2)。
The
入出力経路推定部30は、回路解析部20で計算された電流値の配分率に基づいてコモンモードノイズが伝達し易い伝達経路と推定する(ステップS3)。
The input / output
図3は、電子装置80の等価回路モデルを示す図である。図2に示すように、電子装置80は、6つのインピーダンスで表すことができる。6つのインピーダンスは、正電源端子1と入力端子2の間のインピーダンスZ12、正電源端子1と出力端子3の間のインピーダンスZ13、負電源端子0と入力端子2の間のインピーダンスZ02、負電源端子0と出力端子4の間のインピーダンスZ03、負電源端子0と正電源端子1の間のインピーダンスZ01、及び入力端子2と出力端子3の間のインピーダンスZ23である。以降において、等価回路モデルにおけるインピーダンスの位置は、添え字で表記することにし、何と何の間の説明は省略する。
FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit model of the
図2に示す等価回路モデルは、図3に示す等価回路モデルに置き換えることも可能である。図2に示す各インピーダンスと、図3に示す各インピーダンスは次式に示す関係で表される。 The equivalent circuit model shown in FIG. 2 can be replaced with the equivalent circuit model shown in FIG. Each impedance shown in FIG. 2 and each impedance shown in FIG. 3 are represented by the relationship shown in the following equation.
(インピーダンスの測定方法)
図4は、インピーダンスZ12の値を測定する様子を模式的に示す図である。図4に示すようにインピーダンスZ12の値を測定する場合は、正電源端子1と入力端子2の間に、例えばインピーダンスアナライザを接続して測定する。図4に示す信号源の回路シンボルは、インピーダンスアナライザの備える既知の信号を発生する信号発生器11である。
(Impedance measurement method)
FIG. 4 is a diagram schematically showing how the value of impedance Z 12 is measured. When measuring the value of impedance Z 12 as shown in FIG. 4, for example, an impedance analyzer is connected between the positive
この場合、信号発生器11が発する信号の経路(path)は、インピーダンスZ12のみである。よって、他のインピーダンスの影響を受けずにインピーダンスZ12の値を正確に測定することができる。また、インピーダンスZ23とZ01の値も測定することができる。
In this case, the path of the signal emitted by the
このように、電子装置80の端子の間にインピーダンスアナライザを接続させて、端子のそれぞれの間のインピーダンスを測定する。
In this way, an impedance analyzer is connected between the terminals of the
インピーダンス測定部10は、上記の測定方法により電子装置80の等価回路モデル(図2)を構成する各インピーダンスの値を求める。インピーダンス測定部10と電子装置60の接続は、作業者が行っても良いし自動的に行うようにしても良い。自動的に行う方法については後述する。
The
回路解析部20は、インピーダンス測定部10で測定されたインピーダンスを等価回路モデルに代入し、該等価回路モデルの各インピーダンスに流れる電流値を計算する。各電流値は、回路理論(キルヒホッフの第1・第2法則等)に基づいて、接点法により回路上の各分岐点において入出力するスカラー量を計算することで求める。
The
入出力経路推定部30は、回路解析部20で計算された電流値の配分率に基づいてコモンモードノイズが伝達し易い伝達経路と推定する。
The input / output
以上説明したように本実施形態に係るコモンモードノイズ伝達経路推定装置100は、電子装置80のそれぞれの端子に侵入するコモンモードノイズの伝達経路を推定するコモンモードノイズ伝達経路推定装置であって、電子装置80の端子のそれぞれの間のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部10と、インピーダンスを等価回路モデルに代入し、該等価回路モデルの各要素に流れる電流値を計算する回路解析部20と、回路解析部20で計算された電流値の配分率に基づいてコモンモードノイズが伝達し易い伝達経路を推定する入出力経路推定部30とを備える。これにより、少ない時間と手間でコモンモードノイズの伝達経路を推定することができる。
As described above, the common mode noise transmission
コモンモードノイズは、インピーダンスの小さい経路を多く伝達する。例えば、インピーダンスZ02が非常に小さい値、インピーダンスZ13が非常に大きい値、その他のインピーダンスZ12,Z01,Z23,Z03の値が中程度の値であると仮定する。 Common mode noise transmits many paths with low impedance. For example, it is assumed that the impedance Z 02 is a very small value, the impedance Z 13 is a very large value, and the other impedances Z 12 , Z 01 , Z 23 , and Z 03 are medium values.
図6は、ノイズの伝達経路を模式的に示す図である。図6に示す矢印の太さは、コモンモードノイズの大きさを模式的に示す。 FIG. 6 is a diagram schematically showing a noise transmission path. The thickness of the arrow shown in FIG. 6 schematically indicates the magnitude of the common mode noise.
図6に示すように、この例の場合はインピーダンスZ02の値が非常に小さいので、コモンモードノイズは主に入力端子2と負電源端子0の間を伝達することになる。入出力経路推定部30は、図8に示すような伝達経路を模式的に示す画像を、パーソナルコンピュータの表示装置(図示せず)に表示するようにしても良い。または、各インピーダンスの値を数値で表示しても構わない。
As shown in FIG. 6, in the case of this example, since the value of impedance Z 02 is very small, the common mode noise is mainly transmitted between the
次に、インピーダンス測定部10が行う測定を自動的に行う場合について説明する。上記のインピーダンス測定を自動で行う場合は、インピーダンスアナライザの信号発生器11と電子装置80の各端子の間の接続を切り替えるマルチプレクサが必要である。
Next, a case where the measurement performed by the
図7は、電子装置80の等価回路モデルを構成する各インピーダンスを自動的に測定できるようにしたインピーダンス測定装置の一部の機能ブロックを示す図である。この場合、インピーダンス測定部10は、マルチプレクサ12を備える。
FIG. 7 is a diagram showing a part of functional blocks of an impedance measuring device capable of automatically measuring each impedance constituting an equivalent circuit model of the
マルチプレクサ12は、電子装置80の電源端子1,0と入出力端子2,3のそれぞれの間に、インピーダンスを測定するために既知の信号を発生する信号源(信号発生器11)を接続させる。マルチプレクサ12は、信号発生器11を電子装置80の各端子に切り替えて接続させる例えば複数のリレーで構成される。
The
マルチプレクサ12は、信号発生器11を、端子1−2、端子2−0,端子3−0、端子1−3,端子1−0、及び端子2−3にそれぞれ接続させる。マルチプレクサ12の切り替えは、図示しない制御部が行う。制御部は、コモンモードノイズ伝達経路推定装置100を構成するパーソナルコンピュータに実装するプログラムで容易に実現することができる。
The
このようにインピーダンス測定部10は、電子装置80の電源端子と入出力端子のそれぞれの間に、インピーダンスを測定するための既知の信号を発生する信号源を接続させるマルチプレクサ12を備える。これにより、電子装置80の端子のそれぞれの間のインピーダンスの測定を自動化することができる。
As described above, the
〔第2実施形態〕
図8は、本発明の第1実施形態に係るコモンモードノイズ伝達経路推定装置の機能構成例を示す図である。図8に示すコモンモードノイズ伝達経路推定装置200は、コモンモードノイズ伝達経路推定装置100(図1)に対して、伝達経路推定部40を備える点で異なる。
[Second Embodiment]
FIG. 8 is a diagram showing a functional configuration example of the common mode noise transmission path estimation device according to the first embodiment of the present invention. The common mode noise transmission
伝達経路推定部40は、電子装置80の機能構成ブロックの情報と該機能構成ブロックのそれぞれのインピーダンス値に対応する情報を外部から取得し、入出力経路推定部で推定された2つの前記端子の間を機能構成ブロックでそれぞれ接続させる複数の経路を形成し、形成された経路ごとのインピーダンスを求め、その求めたインピーダンスから電流配分率を計算し、電流配分率が最大の前記経路を前記伝達経路とする。
The transmission
電子装置80の機能構成ブロックの情報は、電子装置80のスペックシート等から取得する。また、機能構成ブロックのそれぞれのインピーダンス値は、例えばスペックシートに記載された各機能構成ブロックの消費電流値から求めても良い。
Information on the functional configuration block of the
図9は、電子装置80の具体的な機能構成ブロックの一例を示す図である。図9に示すように電子装置80は、電源回路81、通信用IC82、CPU83、メモリ84,及び通信用IC85を備える。
FIG. 9 is a diagram showing an example of a specific functional configuration block of the
図10は、入力端子2と負電源端子0の間の複数の経路を、各機能構成ブロックのインピーダンスで表した図である。ZCIC1は通信用IC82のインピーダンスである。ZCPUはCPU83のインピーダンスである。ZMemはメモリ84のインピーダンスである。ZCIC2は通信用IC82のインピーダンスである。これらの各機能構成ブロックのインピーダンスはスペックシート等から取得する。
FIG. 10 is a diagram showing a plurality of paths between the
図10に示すように、入力端子2と負電源端子0の間は、ZCIC1_1で示す通信用IC82のみを通る経路、ZCIC1_2とZCPU_1が直列に接続される通信用IC82とCPU83を通る経路、ZCIC1_2とZCPU_2とZMemとが直列に接続される経路、及びZCIC1_2とZCPU_3とZCIC1_2とが直列に接続される経路の4つがある。
As shown in FIG. 10, between the
伝達経路推定部40は、経路ごとのインピーダンスを求め、その求めたインピーダンスから電流配分率を計算し、電流配分率が最大の前記経路を前記伝達経路とする。例えば通信用IC82のインピーダンスZCIC1が最も小さいと仮定する。この場合、コモンモードノイズは、ZCIC1_1で示す通信用IC82のみを通る経路を伝達する。その経路は、図6に示したように矢印の大きさ等で表示装置等に表示するようにしても良い。
The transmission
以上説明したように本実施形態に係るコモンモードノイズ伝達経路推定装置200は、伝達経路推定部40を備える。伝達経路推定部40は、電子装置の機能構成ブロックの情報と該機能構成ブロックのそれぞれのインピーダンス値に対応する情報を外部から取得し、前記入出力経路推定部で推定された2つの前記端子の間を前記機能構成ブロックでそれぞれ接続させる複数の経路を形成し、形成された前記経路ごとのインピーダンスを求め、その求めたインピーダンスから電流配分率を計算し、電流配分率が最大の前記経路を前記伝達経路と推定する。これにより、コモンモードノイズが伝達する経路を詳細に推定することができる。
As described above, the common mode noise transmission
以上説明したように本実施形態に係るコモンモードノイズ伝達経路推定装置100,200によれば、少ない時間と手間でコモンモードノイズの伝達経路を推定することができる。
As described above, according to the common mode noise transmission
本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 It goes without saying that the present invention includes various embodiments not described here. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the matters specifying the invention relating to the reasonable claims from the above description.
0,1,2,3:端子
10:インピーダンス測定部
11:信号源(信号発生器)
20:回路解析部
30:入出力経路推定部
40:伝達経路推定部
80:電子装置
100,200:コモンモードノイズ伝達経路推定装置
0, 1, 2, 3: Terminal 10: Impedance measurement unit 11: Signal source (signal generator)
20: Circuit analysis unit 30: Input / output route estimation unit 40: Transmission route estimation unit 80:
Claims (3)
前記端子のそれぞれの間のインピーダンスを測定するインピーダンス測定部と、
前記インピーダンスを等価回路モデルに代入し、該等価回路モデルの各要素に流れる電流値を計算する回路解析部と、
前記回路解析部で計算された電流値の配分率に基づいてコモンモードノイズが伝達し易い伝達経路を推定する入出力経路推定部と
を備えることを特徴とするコモンモードノイズ伝達経路推定装置。 It is a common mode noise transmission path estimation device that estimates the transmission path of common mode noise that enters each terminal of an electronic device.
An impedance measuring unit that measures the impedance between each of the terminals,
A circuit analysis unit that substitutes the impedance into the equivalent circuit model and calculates the current value flowing through each element of the equivalent circuit model.
A common mode noise transmission path estimation device including an input / output path estimation unit that estimates a transmission path in which common mode noise is easily transmitted based on a current value distribution rate calculated by the circuit analysis unit.
備えることを特徴とする請求項1に記載のコモンモードノイズ伝達経路推定装置。 Information on the functional configuration block of the electronic device and information corresponding to each impedance value of the functional configuration block are acquired from the outside, and the functional configuration block is located between the two terminals estimated by the input / output path estimation unit. A plurality of paths to be connected to each other are formed, the impedance of each of the formed paths is obtained, the current distribution rate is calculated from the obtained impedance, and the path having the maximum current distribution rate is estimated to be the transmission path. The common mode noise transmission route estimation device according to claim 1, further comprising a route estimation unit.
前記電子装置の電源端子と入出力端子のそれぞれの間に、インピーダンスを測定するための既知の信号を発生する信号源を接続させるマルチプレクサを
備えることを特徴とする請求項1又は2に記載のコモンモードノイズ伝達経路推定装置。
The impedance measuring unit
The common according to claim 1 or 2, wherein a multiplexer for connecting a signal source for generating a known signal for measuring impedance is provided between the power supply terminal and the input / output terminal of the electronic device. Mode noise transmission path estimation device.
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