JP2769472B2 - ノイズファインダー装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子回路を実装したプ
リント配線基板から輻射するノイズ（電磁波）発生位置
を実装基板映像画面上に自動的に特定（着印）をする装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子回路を実装したプリント配線基板か
ら輻射するノイズ（電磁波）が電子機器に悪影響を与え
ることが、電子機器の高度化に伴って問題化されてき
た。その問題となっている電磁波障害は、電子・電気機
器自体からの発生電磁波に起因する場合と、発生した電
磁波が機器に悪影響が及す場合とがあるが、その発生源
の殆どは電子回路の構成部品である電子素子である。電
子・電気機器の開発に当たって、機器を構成する回路基
板内から発生するノイズによる障害は重大問題であり、
特に基板の実装が高密度化する現在、各素子のノイズ発
生状態の把握が非常に重要な課題となっている。

【０００３】この課題に対応するため、電界強度計、ス
ペクトラムアナライザ等の計測機器が多く開発市販され
ている。しかし、基板あるいは機器への素子の実装状態
から直接ノイズ分布の状態を解析する装置の提供は極め
て少ないのが実態である。その中で、ノイズ分布の表示
（基板の表示はない）とスペクトラムアナライザの機能
を持たせて、解析する装置が市販されてはいるが、この
解析装置はノイズ発生部品の把握に直接には関係ないス
ペクトラムアナライザの機能を持たせているために、そ
の分不必要に高価な装置とならざるを得なかった。また
従来から、ラック、キャビネット等の電子機器用金属筐
体のノイズ発生状態の把握のために二次元プロ−ブ走査
装置が提供されているが、この装置では、ノイズ漏洩状
態の概略の把握ができても、発生部品の特定に必要な正
確な位置関係の把握が困難であった。

【０００４】この他、電子部品の各素子のノイズ発生状
態の把握に用いられている手段として、多数のループア
ンテナを格子状に敷き詰めたアンテナアレーを用いた装
置が提供されている。しかしこの装置においては、ルー
プアンテナの装着数に限界があり、このためにノイズ発
生部品のおよその位置については把握できるが、その位
置に部品が密集、密接している場合にはノイズ発生部品
の特定が困難であった。また、アンテナを多数配列する
ことは、強い指向性を持つに至り、さらにアンテナへの
給電延長が個々に異なるためインピーダンスが変化して
測定誤差が生じる。これらは元来暖昧不正確な位置把握
であるため、部品を特定するためには、対策を要する部
品や回路パターンの位置関係を経験や予想に基づき関連
づけ、特定しなければならなかった。また別に、プリン
ト基板上に小型アンテナを多数形成して電子的にスキャ
ンする方法もあるが、配列密度に限界があることやその
回路自体高密度にすると非常に高価となるといった難点
がある。これらアンテナを多数配列する装置において
は、いずれも特定の一周波数のノイズの把握に限られ、
別の周波数ノイズを同時に検知することはできない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来のかか
る実情に鑑みてなされたもので、電子回路を構成する素
子から発生するノイズの状態を、微小形状のループある
いは針状の単一型とした微小プローブを自動的に平面操
作して、画像処理により、予めディスプレイ上に記憶表
示した回路基板映像にノイズ強度と分布状態を重ね合わ
せて同時に表示することにより、広帯域の周波数範囲に
おいて最大ノイズを出している部品を自動的に映像画面
に正確に特定（着印）をし、電子回路設計時のノイズ対
策を短時間に解決する手段を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、ノイズスキャニング部Ｓ、画像処理部
Ｇ、高周波信号処理部Ｋ及びデータ処理部Ｄから構成さ
れる。前記ノイズスキャニング部Ｓは、基板装着面１を
備え、この基板装着面１の下方にＸ軸方向とＹ軸方向に
自在に移動可能な移動軸７を設ける。その移動軸７の一
箇所に前記基板装着面１に近接して微小形状のループあ
るいは針状の単一型とした微小プローブ２を装着し、前
記移動軸７にＸ軸方向とＹ軸方向のエンコーダ５，６を
装着して成る。 また、前記画像処理部Ｇは、基板の実映
像を撮影するＣＣＤカメラＦと映像信号をパソコンＣに
取り込むビデオボードとから成る。さらに、前記高周波
信号処理部Ｋは、ノイズを捉える微小形状のループある
いは針状の単一型の微小プローブ２と、感度を補うため
の高周波増幅器と、ノイズ強度を補正する高周波信号処
理回路と、ノイズのデータをパソコンＣに取り込むＧＰ
ＩＢボードとから成る。 さらにまた、前記データ処理部
Ｄは、プローブの位置制御、ノイズ強度データの収集及
び基板の実映像とプローブの位置とを重ね合わせる処理
を行なう専用コンピュータプログラムを実行するパソコ
ンＣと、その処理結果を出力するビデオプリンタ１２及
び／又はデイスプレイとから成る。 そして、前記ノイズ
スキャニング部ＳのＸＹ駆動点に前記高周波信号処理部
Ｋの微小プローブを装備し、微細にスキャン操作を行な
い、ノイズスキャニング部Ｓの位置情報と前記高周波信
号処理部Ｋにより得られたノイズ強度を前記データ処理
部Ｄにおいて、配列処理を行って実装部品から発生する
ノイズの分布状態と強度を二次元的に表現する。 そして
さらに、前記画像処理部Ｇで得られた実装基板映像画面
上に同時に重ねて出力表示するとともに前記専用コンピ
ュータプログラムによる電子的制御指令によって指定区
画内でのノイズ最強発生源附近を中心とした限定エリア
部分の自動絞り込みをオートサーチモード、オートスキ
ャンモード及びマニュアルサーチモードのいずれかの操
作モードのプログラムの中から選択してＸ軸及びＹ軸方
向 の両エンコーダ５，６を作動させてプローブの位置制
御を行ない、その絞り込み部分を前記ビデオプリンタ１
２及び／又はデイスプレイに表示し、最大ノイズ源であ
る実装部品を特定表示するものである。

【０００７】また、前記ノイズスキャニング部Ｓのフレ
−ム８、モ−タ３，４の構成部分をノイズの反射の少な
い材質とし、さらにモ−タ３，４にノイズ発生の少ない
部品を用いて測定機自体からのノイズの測定機に対する
干渉・影響を極力少なくしノイズ最強発生源を正確に測
定するものである。

【０００８】

【作用】本発明は、電子回路を構成する電子素子等の部
品から発生するノイズの状態を、解析能の極めて高い微
小プローブ２で一部品ごとに的確に捉えられる。その微
小プローブ２で捉えたノイズの強度や分布等の状態を、
画像処理により、ディスプレイ上に表示した実装部品の
電子回路基板像に重ね合わせて同時表示することができ
る。また、電子的制御指令によってノイズ最強発生源附
近を中心とした限定エリア部分の自動絞り込みをオート
サーチモード、オートスキャンモード及びマニュアルサ
ーチモードのいずれかの操作モードの中から選択して行
ない、その絞り込み部分を出力装置に表示し、最大ノイ
ズ源である実装部品をディスブレイ上にマウスカーソル
や丸印等で特定して表示できる。予めノイズ発生源が予
想できる時には、ディスプレイ上に写る部品の周辺を選
択指示することによって任意の位置におけるノイズ強度
を計測できる。さらに、各構成部分をノイズの反射又は
吸収の少ない材質とし、さらにモータ３，４、エンコー
ダ５，６にノイズ発生の少ない部品を用いることによっ
て、測定機自体からのノイズの干渉、影響を極力少なく
できる。

【０００９】

【実施例】本発明の実施例を図で説明すると、図１にお
いて、ノイズスキャニング部Ｓ、画像処理部Ｇ、高周波
信号処理部Ｋ及びデ−タ処理部Ｄから構成される。前記
ノイズスキャニング部Ｓは、微小プロ−ブを移動するた
めに、２軸のテ−ブルを用いる。このＸＹテ−ブルの駆
動にはステツピングモ−タを用い、必要であれば位置情
報をフィ−ドバック（セミクロ−ズド）するためのロ−
タリエンコ−ダを備える。さらに、モ−タの容量に応じ
てドライバを付加しバソコンで位置制御を行なう。テ−
ブルの材質による反射及びモ−タのノイズ等について
は、測定系の誤差となり得るので、影響を受けにくいも
のを選定する。さらに本装置の構成をさらに詳しく説明
すると、図２に示すように、基板装着部１の下方を水平
にＸ軸方向・Ｙ軸方向の位置を変える移動軸７に微小プ
ロ−ブ２を装着する。そして、前記移動軸７にＸ軸方向
・Ｙ軸方向のエンコ−ダ５，６を装着する。

【００１０】各電子部品から発生するノイズを正確に捉
えるためにはアンテナをより小型化する必要がある（ア
ンテナが大きい場合は、特定部品と他の部品の両方のノ
イズを同時に捉えてしまうためどちらの部品からどんな
ノイズが出ているか判別できない）。本装置には微小プ
ローブ２を用いるので、特定一部品のノイズのみを捉え
他の部品のノイズに影響されないのでノイズ発生部品の
特定ができる。その用いる「微小プローブ２」とは、基
端にはノイズ遮断手段を施された長い柄部分があり、そ
の先端にはアンテナ部分が形成されている。そして、そ
のアンテナ部分は微小形状のループあるいは針状の単一
型をした微小なプローブである。前記微小形状のループ
のアンテナは、単数又は複数が別角度に向けて組込まれ
その各ループの径が５ｍｍ以下であり、前記針状の単一
型のアンテナは、針径が０．５ｍｍ以下で長さが３ｍｍ
以下のものである。そしてこの「微小プローブ２」の解
析能は１０μｍ以上の性能を有するものである。しかし
ながら、ノイズの広い周波数帯域（９ＫＨｚ〜１ＧＨ
ｚ）をカバーするためには、微小プローブ２を用いる
と、低い周波数の部分で感度が著しく低下する。そのた
めにノイズ処理電子回路によって補正する必要がある。

【００１１】また、ノイズスキャニング部Ｓのモ−タ
３，４とそのモ−タの駆動装置にはノイズ発生の少ない
部品を使用し、さらにモ−タ３，４とそのモ−タの駆動
装置の全体にシ−ルド処理を施すか、超音波モ−タ等を
使用する。さらに、位置情報を出力するエンコ−ダ５，
６も磁気式のものは避け、光学式のものを用いて測定機
より発生するノイズを極力抑える。そして、全体を構成
するフレ−ム８自体も樹脂系部材とする。フレ−ム８は
金属系の方が強度的にもすぐれているが、金属は電磁波
を反射又は吸収し不必要な電磁波を信号として捉える虞
がある。このために電磁波の反射又は吸収が少ない合成
樹脂製とし、導電性プラスチックを使用すればより好ま
しい。

【００１２】次に、画像処理部Ｇについて説明すると、
ＣＣＤカメラＦを使用し、被測定物であるプリント配線
用基板９をパソコンＣのＣＲＴディスプレイ１１上に描
写する。基板９をセットする方向により部品１０の実装
面（表）またはパタ−ン面（裏）のいずれかを写し出
す。カメラＦによる映像出力は、ビデオ信号を取込むこ
とが可能な画像処理ボ−ド（ビデオボ−ド）においてＶ
ＲＡＭデ−タに変換するかまたはフレ−ムメモリ−で高
解像度に変換してディスプレイに表示する。また次に高
周波信号処理部Ｋについて説明すると、被測定物から輻
射する電磁波は微小プロ−ブ２でとらえる。微小プロ−
ブ２は微小形状のル−プあるいは針状の単一型とし目的
に応じて帯域、基板との距離及び向きを変化させる。誘
起する高周波電流はもともと微弱であるためレシ−バの
感度を補うためにも広帯域の高周波増幅器を前置する。
さらに、高周波信号処理回路に入力して周波数解析及び
ピ−ク処理を行ない、ＧＰＩＢによりパソコンＣにデ−
タを渡すものとする。デ−タ処理部Ｄについては、上記
各処理部におけるデ−タの入出力制御にパソコンＣを用
いる。測定結果の印刷には、ビデオプリンタ１２もしく
はセントロニクス出力でハ−ドコピ−を行なうものとす
る。また計測デ−タはドットプリンタ１３で印字記録す
る。

【００１３】前記ＣＣＤカメラＦには、電子回路が内蔵
されているので不要なノイズが発生するが、基板のノイ
ズを検出している時には作動停止させておくためにノイ
ズ測定上影響はない。これは計測に当たっては初めに基
板画像（モノクロ）ＣＣＤカメラＦから画像処理ボ−ド
を経てパソコンＣに静止画像としてメモリ−上に一度取
り込んでおくので、その後の計測時は作動させる必要が
ないためである。そして必要に応じてディスプレイに表
示する機能、モ−タの制御、ノイズ強度のカラ−デ−タ
への転換及び座標メモリ−へのアクセス、そしてカラ−
化されたノイズ分布のディスプレイへの表示を行なう。

【００１４】パソコンＣは処理された基板画像デ−タを
メモリ−に格納し、必要に応じてディスプレイ１１に出
力する機能、エンコ−ダ５，６からの位置情報をＸ−Ｙ
座標系への転換、駆動モ−タ３，４の制御、電磁波強度
のカラ−デ−タへの転換及び座標メモリ−へのアクセ
ス、そしてカラ−化された電磁波分布のディスプレイ１
１への表示と多くの機能を持つことになる。

【００１５】ノイズ処理電子回路によって微小プロ−ブ
２で捉えられたノイズは、この回路でパソコンＣに入力
できる信号に変換される。またこの回路は、ノイズの周
波数成分をスペクトラムアナライザで解析するための出
力と、微小プロ−ブ２の補正機能を持たせる。カラ−デ
ィスプレイ１１で、最終的には基板画像（モノクロ）と
電磁波発生分布状態（カラ−）を同時に表示し、基板上
の電磁波状態を目視することが可能となる。また、必要
に応じてカラ−プリンタ１３へ出力する。

【００１６】実際のノイズ対策に必要なのは、周波数ご
との解析は必要なく、どの位置（部品・パタ−ン）にど
の様な強さのノイズが発生しているかが確実に把握する
ことが必要である。そこで、ノイズスキャニング部Ｓの
移動部７にはエンコ−ダ５，６が取り付けられ、スキャ
ン時のＸ軸方向・Ｙ軸方向の位置情報をパソコンＣに入
力し、ディスプレイ１１の画面又は、プリンタ１３に出
力し、図５の（ロ）に示すようにノイズの発生分布と強
度を画面上に同時に重ねて表示する。この図５の（イ）
は基板画像（モノクロ）を模式的に示すものである。図
中の丸や四角は実装電子部品を表している。そして図５
の（ロ）は前記基板画像（モノクロ）にノイズの発生分
布と強度（カラ−）を重ね合せてカラ−映像化したもの
で、網状、斜線、格子線等に示す部分はノイズ強度に対
応した色を表すもので、図中のＴが最大濃度で目立つ色
に設定しておくことによって、最大ノイズ発生源を一目
で認識可能としたものである。

【００１７】

【作動手順】試験するプリント基板９を基板装着部１に
セットして、基板９は電源・信号等を加え動作状態とし
ておく。基板映像をＣＣＤカメラＦ（ＴＶカメラ）によ
りパソコンＣに取込む。その映像信号はパソコンＣのス
ロットに装着された画像処理ボ−ドで処理され、映像デ
−タとしてメモリ−に記憶し、基板９の大きさと面積を
求める。この際微小プロ−ブ２は基板映像に影響を与え
ない位置（原点）に置く。画像入力が終了したら、ＣＣ
ＤカメラＦ（ＴＶカメラ）の電源は「ｏｆｆ」にしてお
く。これは、ＣＣＤカメラＦの発生する高周波ノイズが
微小プロ−ブ２に捉えられることがないようにするため
である。

【００１８】次に、周波数帯域、分解能帯域幅及びプロ
ーブ移動幅等を入力し、図３に示ように次の（１）から
（３）の操作モードの中から自由選択し測定条件を設定
する。 （１）オートサーチモード（図３の（イ）に示す） 基板映像を見ながら任意の範囲と、分割数ｎを指定し、
分割して最大輻射エリアを探す。次に最大輻射エリアを
限定し、そのエリアをさらにｍ分割してサーチする。さ
らに同様な繰返しサーチを行ない、ブローブの移動間隔
が１０μｍ以下になるまで絞り込みノイズ源を特定す
る。破線桝目は分解能帯域幅を表し、丸印は計測ポイン
トであり、その丸印を結ぶ線はアンテナの軌跡である。
図３の（イ）に示している破線桝目が図の中央部に至る
に従って小さくなっているのは分解能帯域幅をノイズ源
に向って狭めて絞り込みをしている状態を表している。 （２）オートスキャンモード（図３の（ロ）に示す） 基板映像を見ながら任意の範囲を指定し、分割して自動
計測する。 （３）マニュアルサーチモード（図３の（ハ）に示す） 基板映像を見ながら任意の場所をユーザが選択し計測す
る。上記いずれのモードでも部品の実装密度が高い時、
移動幅を細かくし、実装密度が低い時、移動幅を粗くす
るように設定する。プローブの移動間隔は任意の幅で指
定可能である。

【００１９】ノイズスキャン装置がＸ軸方向・Ｙ軸方向
に移動すると、スキャンは、部品の実装密度が高いとき
図４（イ）に示すように走査線のスキャン密度を細かく
し、部品の実装密度が低いとき図４（ロ）に示すように
スキャン密度を粗くする。このスキャンの通りに微小プ
ロ−ブ２が、基板９上を移動し、部品・パタ−ン上から
発生するノイズを捉え、ノイズ処理電子回路に送り込ま
れ、アナログ／デジタル変換されパソコンＣのメモリ−
に記憶される。同時にＸ軸及びＹ軸のモ−タ３，４に取
り付けられたエンコ−ダ５，６により、位置デ−タもパ
ソコンＣに送り込まれ、メモリ−に記憶されるが、別の
方法として、モ−タ３，４を駆動する信号をそのまま位
置デ−タとすることも可能である。この時、微小プロ−
ブ２の周波数特性は校正されるようにしておく。

【００２０】ＣＣＤカメラＦによる画像デ−タ（図５の
（イ）に略図で示す）と、デジタル化されたノイズデ−
タをディスプレイ１１に重ね合わせ同時表示（図５の
（ロ）に略図で示す）することによって、基板９上に発
生するノイズ分布と強度を実際の部品・パタ−ン映像上
にノイズ発生位置及び強度を色分けして表示する。以上
の結果から、各電子部品・プリントパタ−ンからのノイ
ズ状態がすみやかに把握できるため、基板設計後のノイ
ズ対策がすみやかに行なえる。ノイズ周波数分布や正確
な強度はノイズ処理電子回路からスペクトラムアナライ
ザに入力することで、さらに正確なノイズの状態を知る
ことができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明は以上のようで、電子回路を実装
したプリント配線用基板９から輻射するノイズ発生位置
を自動的に特定できるので、部品１０の配置や回路パタ
−ンの見直しなどの試作段階でノイズ対策を短時間で解
決できる。特に微小プロ−ブ２を用いてパソコンＣによ
る画像処理装置を装着したことにより、ノイズ強度とノ
イズ分布状態を細部まで重ねて同時にディスプレイ１１
に表示でき、ノイズを出している位置がリアルに一目で
把握でき、部品の特定が即座に正確に認識できる。さら
に自動絞り込み機能によって指定区域内の最大ノイズ発
生部品を自動的に特定表示できる。また、金属反射のな
い材質や低ノイズ部品を用いることによって、その部品
からのノイズの干渉、影響を極力少なくし、より正確な
ノイズ分布状態を捉えることができる。即ちこの装置に
よって、ノイズ環境における信頼性の向上が少ない対策
部品で構成できるため、製品のコストダウンが可能で、
サイトや電波暗室の利用効率のアップ及び開発サイクル
の大幅な短縮等が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明装置の実施例におけるハ−ドウェアの構
成を示す概念図。

【図２】本発明装置の実施例におけるシステムの構成を
示す模式図。

【図３】微小プロ−ブの動作を示す模式図。

【図４】実装密度の違いによるプロ−ブの移動間隔を示
す略図的模式図。

【図５】基板から輻射するノイズ分布を示し、（イ）が
プリント配線基板の映像画面を示す模式図、（ロ）がプ
リント配線基板の映像画面にノイズ分布を重ねた状態を
示す模式図。

【符号の説明】

Ｓ ノイズスキャニング部 Ｇ 画像処理部 Ｋ 高周波信号処理部 Ｄ デ−タ処理部 Ｆ 基板画像デ−タ入力用ＣＣＤカメラ Ｃ パソコン １ 基板装着部 ２ 微小プロ−ブ ３ モ−タ− ４ モ−タ− ５ エンコ−ダ ６ エンコ−ダ ７ 移動軸 ８ フレ−ム ９ プリント基板 １０ 部品（電子素子） １１ ディスプレイ １２ ビデオプリンタ １３ ドットプリンタ １４ パソコン本体

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノイズスキャニング部（Ｓ）、画像処理
   部（Ｇ）、高周波信号処理部（Ｋ）及びデータ処理部
   （Ｄ）から成り、前記ノイズスキャニング部（Ｓ）は、
   基板装着面（１）を備え、この基板装着面（１）の下方
   にＸ軸方向とＹ軸方向に自在に移動可能な移動軸（７）
   を設け、その移動軸（７）の一箇所に前記基板装着面
   （１）に近接して微小プローブ（２）を装着し、前記移
   動軸（７）にＸ軸方向とＹ軸方向のエンコーダ（５），
   （６）を装着して成り、前記画像処理部（Ｇ）は、基板
   の実映像を撮影するＣＣＤカメラ（Ｆ）と映像信号をパ
   ソコン（Ｃ）に取り込むビデオボードとから成り、前記
   高周波信号処理部（Ｋ）は、ノイズを捉える微小形状の
   ループあるいは針状の単一型の微小プローブ（２）と、
   感度を補うための高周波増幅器と、ノイズ強度を補正す
   る高周波信号処理回路と、ノイズのデータをパソコン
   （Ｃ）に取り込むＧＰＩＢボードとから成り、前記デー
   タ処理部（Ｄ）は、プローブの位置制御、ノイズ強度デ
   ータの収集及び基板の実映像とプローブの位置とを重ね
   合わせる処理を行なう専用コンピュータプログラムを実
   行するパソコン（Ｃ）と、その処理結果を出力するビデ
   オプリンタ（１２）及び／又はデイスプレイとから成
   り、前記ノイズスキャニング部（Ｓ）のＸＹ駆動点に前
   記高周波信号処理部（Ｋ）の微小プローブを装備し、微
   細にスキャン操作を行ない、ノイズスキャニング部
   （Ｓ）の位置情報と前記高周波信号処理部（Ｋ）により
   得られたノイズ強度を前記データ処理部（Ｄ）におい
   て、配列処理を行って実装部品から発生するノイズの分
   布状態と強度を二次元的に表現し、前記画像処理部
   （Ｇ）で得られた実装基板映像画面上に同時に重ねて出
   力表示するとともに前記専用コンピュータプログラムに
   よる電子指令系の指示によって指定区画内でのノイズ最
   強発生源附近を中心とした限定エリア部分の自動絞り込
   みをオートサーチモード、オートスキャンモード及びマ
   ニュアルサーチモードのいずれかの操作モードのプログ
   ラムの中から選択してＸ軸及びＹ軸方向の両エンコーダ
   （５），（６）を作動させてプローブの位置制御を行な
   い、ノイズ源である実装部品を前記ビデオプリンタ（１
   ２）及び／又はデイスプレイに特定表示するようにした
   ノイズファインダー装置。
2. 【請求項２】 ノイズスキャニング部（Ｓ）のフレーム
   （８）、モータ（３），（４）の構成部分をノイズの反
   射の少ない材質とし、さらにモータ（３），（４）にノ
   イズ発生の少ない部品を用いた請求項１記載のノイズフ
   ァインダー装置。