JP3696008B2 - ノイズの可視化システム及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、イミュニティ試験を模擬してノイズの可視化を行うノイズ可視化システム及びその方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、プリント基板等は製品内部に配置されているが、製品の筐体や製品内の他の基板等との容量結合、電磁結合又は外来電磁波等の外部からの妨害によって誤動作する場合がある。自動車のエンジン制御ユニットに用いられるようなプリント基板等において、このような誤動作が発生することは致命的である。
【０００３】
したがって、重要な機能を担っているプリント基板等では、事前に外部からの妨害によって誤動作が発生しないように確認する必要があり、誤動作する可能性が見出された場合には、誤動作が発生しないように設計変更等を行う必要がある。このような、プリント基板等が、外部からの妨害によって性能劣化することなく、これらに耐えることができる能力のことをイミュニティ又はＥＭＳ（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ）と言い、最近このような耐性を測定するためのイミュニティ試験が行われるようになってきている。
【０００４】
イミュニティ試験の１つの方法として、ＴＥＭセル法がある。図１を用いてＴＥＭセル法について説明する。
図１にはＴＥＭセル法による試験装置１０が図示されている。図１において１２はシールド、１３は入力、１４は終端抵抗、１５はドア、１６はソケットパネル、１７は絶縁体、１８はプリント基板等の試験対象物である。所定の入力装置（図示せず）から試験装置１０の入力１３に電力が供給されることによって、シールド１２内に所定の電界が生じるように構成されている。試験対象物１８は、ドア１５を通して内部の絶縁体１７上に設置され、ドア１５を閉じてもソケットパネル１６を通じて外部と接続されるように構成されている。ソケットパネル１６を経由して試験対象物１８へは、試験対象物１８を動作させるための電力が供給され、また試験対象物１８が通常動作する場合の入力信号を送ることができ、さらに試験対象物１８からの出力信号を検出できるように構成されている。
【０００５】
ＴＥＭセル法では、試験対象物１８をシールド１２内で動作させながら、シールド１２内に種々の電界を発生させて試験対象物１８及びワイヤ・ハーネスを発生された電界にさらしている。そして、そのような外部からの妨害が存在する状況で、試験対象物１８の動作状態を監視して、試験対象物１８の耐性を測定するものである。
【０００６】
しかしながら、ＴＥＭセル法では、試験対象物１８が誤動作をした場合に、設計者が誤動作内容を知る手段としては、外部に接続されたチェッカのダイアグ出力等の情報しかなく、試験対象物１８のどの部分が原因で誤動作をしているのかを特定することが難しかった。したがって、誤動作をしないような試験対象物１８、例えばプリント基板を設計するには、トライ・アンド・エラーを繰り返し、いままでの経験に基づいて不良箇所を特定して、改良を加える必要があった。
【０００７】
イミュニティ試験の別の方法として、アンテナ照射法がある。図２を用いてアンテナ照射法について説明する。
図２には、電波暗室２０内に配置されたアンテナ２１と試験対象物２２が図示されている。２３は電波吸収材料からなる突起であり、電波暗室２０内の床を除いた全ての面に隙間無く配置されている。また、２４は試験対象物２２の設置台である。なお、アンテナ２１も図示しない所定の設置台に固定されている。所定の入力装置（図示せず）によってアンテナ２１から電磁放射が行われるように構成されている。また、試験対象物２２は、電波暗室２０の外部にある測定装置（図示せず）と信号線で接続されており、信号線を通じて試験対象物２２を動作させるための電力が供給され、また試験対象物２２が通常動作する場合の入力信号を送ることができ、さらに試験対象物２２からの出力信号を検出できるように構成されている。
【０００８】
アンテナ照射法では、アンテナ２１から種々の電磁放射を行い、電磁放射に試験対象物２２及びワイヤ・ハーネスをさらしている。そして、そのような外部からの妨害が存在する状況で、試験対象物２２の動作状態を監視して、試験対象物２２の耐性を測定するものである。
アンテナ照射法では、ＴＥＭセル法と同様に、試験対象物２２が誤動作をした場合に、試験対象物２２のどの部分が原因で誤動作をしているのかを特定することが難しかった。したがって、誤動作をしないような試験対象物２２、例えばプリント基板を設計するには、トライ・アンド・エラーを繰り返し、いままでの経験に基づいて不良箇所を特定して、改良を加える必要があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、このような従来例が有する欠点を補ったものであり、ノイズ注入法によりイミュニティ試験を模擬し、試験対象物のどの部分が外部からの電磁波妨害に対して汚染されているか（汚染経路）を容易に特定することができるイミュニティ設計対応のための新たなノイズ設計支援システムを提供しようとするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のノイズの可視化システムでは、試験対象物に接続されたワイヤ・ハーネスと、ワイヤ・ハーネスに接続された第１のプローブと、第１のプローブに高周波信号を印加するための信号発生手段と、試験対象物から発生するノイズを検知するためのアンテナ手段と、アンテナ手段により検知されたノイズを可視化するための可視化手段とを有する。
【００１１】
また、ワイヤ・ハーネスは試験対象物のインタフェースを介して接続されていても良く、ワイヤ・ハーネスにはさらに第１のワイヤ・ハーネスによって印加された高周波信号を検知するための第２のプローブが接続されていても良く、信号発生手段と第１のプローブは信号増幅手段を介して接続されていることが好ましい。
【００１２】
さらに、アンテナ手段は複数の微細アンテナ又は掃引方式のアンテナ等から構成されていることが好ましく、試験対象物はアンテナ手段の上に配置されることが好ましい。
さらに、可視化手段は、コンピュータ及びモニタを含むことが好ましい。
上記課題を解決するために、本発明のノイズの可視化方法では、試験対象物にワイヤ・ハーネスを接続し、ワイヤ・ハーネスにプローブを接続し、信号発生手段によって発生された高周波信号をプローブ及びワイヤ・ハーネスを介して試験対象物に注入し、試験対象物から発生するノイズをアンテナ手段によって検出し、検出されたノイズを可視化手段によって可視化することとしている。
【００１３】
また同時に外部チェッカ等により試験対象物の誤動作判定を行え、あらかじめノイズの種類及び周波数を求めることができるようにすることが好ましい。
さらに、信号発生手段では、複数種類の高周波信号が発生されることが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明の実施形態であるノイズ注入法によるイミュニティ試験を模擬したノイズ可視化システムの原理について簡単に説明する。
試験対象物であるプリント基板等が誤動作する原因としては、上述したように、製品の筐体や製品内の他の基板等との容量結合、電磁結合又は外来電磁波等の外部からの妨害が考えられる。しかしながら、そのもっとも大きい原因は、試験対象物と他の基板とを結ぶワイヤ・ハーネスを介して、又はワイヤ・ハーネスをアンテナとして、注入される高周波ノイズである。
【００１５】
したがって、本発明では、ＴＥＭセル法やアンテナ照射法のように試験対象物全体を所定の環境下に置かず、試験対象物のインタフェース等を介して直接高周波ノイズを注入することにより、試験対象物の誤動作周波数を外部チェッカ等で確認しながら、注入されたノイズが試験対象物のどの部分から多く発生しているかを検出器によって検出して可視化し、試験対象物のノイズが多く発生している部分ではノイズの影響によって誤動作が起きている可能性が高いと判断するものである。
【００１６】
次に、図３を用いて、本発明の実施形態であるノイズ注入法によるイミュニティ試験を模擬したノイズの可視化システム３０について説明する。
３１は制御用パーソナルコンピュータ、３２は信号発生器、３３は信号増幅器、３４はスペクトラム・アナライザであり、３２、３３及び３４は制御用パーソナルコンピュータ３１とバス３５によって接続されている。ここで、上記信号発生器３２、信号増幅器３３及びスペクトラム・アナライザ３４は、バス３５を介して制御用パーソナルコンピュータ３１によって制御されている。
【００１７】
４１はノイズ可視化用パーソナルコンピュータ、４２はスペクトラム・アナライザ、４３はノイズ可視化用アンテナであり、それぞれバス４４及び４５によりノイズ可視化用パーソナルコンピュータ４１と接続されている。また、ノイズ可視化用アンテナ４３の出力は、スペクトラム・アナライザ４２と通信ケーブルにより接続されている。ここで、スペクトラム・アナライザ４２は、バス４４を介してノイズ可視化用パーソナルコンピュータ４１によって制御及び測定値の取込み等が行われるようになっている。またノイズ可視化用アンテナ４３は、バス４５を介してノイズ可視化用パーソナルコンピュータ４１と接続され、アンテナの切替制御等が行われるようになっている。
【００１８】
なお、本実施形態では、制御用パーソナルコンピュータ３１とノイズ可視化用パーソナルコンピュータ４１を別々に設けたが、１つのパーソナルコンピュータ等で兼用させても良い。
ノイズ可視化用アンテナ４３の上には、試験対象物であるプリント基板３８が置かれており、プリント基板３８のインタフェース３９にはワイヤ・ハーネス４０が接続されている。通常インターフェースには、複数の信号ラインがあるが、ワイヤ・ハーネス４０は、それらの信号ラインの全てと接続されていても良いし、特定の信号ラインとのみ接続されていても良い。なお、特定の信号ラインとのみ接続されている場合には、その信号ラインにのみ後述する方法で高周波ノイズが注入されることとなる。
【００１９】
プリント基板３８とそのインタフェース３９を介して接続されたワイヤ・ハーネス４０には、モニタ・プローブ３６及びインジェクション・プローブ３７が接続されている。さらに、モニタ・プローブ３６とスペクトラム・アナライザ３４、及びインジェクション・プローブ３７と信号増幅器３３はそれぞれ通信線で接続されている。
【００２０】
なお、図３に示すノイズ可視化システムにおいて、制御用パーソナルコンピュータ３１、信号発生器３２、信号増幅器３３及びスペクトラム・アナライザ３４、またノイズ可視化パーソナルコンピュータ４１及びスペクトラム・アナライザ４２は、試験測定の信頼性向上のために、プリント基板３８、ワイヤ・ハーネス４０、ノイズ可視化用アンテナ４３とは隔離された場所に配置することが望ましい。
【００２１】
図４は、ノイズ可視化用アンテナ４３上の設置されたプリント基板３８を上方から見た図である。ノイズ可視化測定の対象物であるプリント基板３８は、ノイズ可視化用アンテナ４３のスキャンエリアＳ上に配置されている。スキャンエリアＳには、複数の微小アンテナ素子が設けられており、それぞれが試験対象物が発する高周波ノイズを検知することができるように構成されている。なお、このような微小アンテナ素子の代わりに１本の掃引方式のアンテナを用いても良い。
【００２２】
次に、ノイズ可視化システム３０を用いたノイズ可視化測定について説明する。
まず、信号発生器３２によって所定の高周波信号を発生させる。発生された高周波信号は信号増幅器３３によって増幅され、インジェクション・プローブ３７に印加される。ワイヤ・ハーネス４０とカップリングしたインジェクション・プローブ３７は、電磁誘導により、印加された高周波信号に応じた高周波ノイズをハーネス４０に重畳させる。この場合、ハーネスへの重畳は、全ワイヤへの重畳又は、個々のワイヤへの重畳のどちらでも良い。特定ラインのみのノイズ汚染が知りたい場合は、個々のワイヤへの個別注入が有効である。重畳された高周波ノイズは、ワイヤ・ハーネス４０、及びインタフェース３９を介してプリント基板３８内に注入される。
【００２３】
本実施形態では、インジェクション・プローブ３７によってワイヤ・ハーネス４０に重畳された高周波ノイズをモニタ・プローブ３６によって検出し、モニタ・プローブ３６からスペクトラム・アナライザ３４を介して制御用パーソナルコンピュータで確認している。
信号発生器３２及び信号増幅器３３によって発生された高周波信号に応じた高周波ノイズが注入されると、所定の回路パターン、素子等を介して高周波ノイズが侵入し、プリント基板３８から外部へ放射される。このようにしてプリント基板３８の外部へ放射された高周波ノイズは、ノイズ可視化用アンテナ４３の微小アンテナ素子によって検出される。
【００２４】
検出された放射は、検出信号としてスペクトラム・アナライザ４２で測定され、バス４４を介してノイズ可視化用パーソナルコンピュータへ送られる。ノイズ可視化用パーソナルコンピュータでは、受取った検出信号に所定の画像処理を施す。これによって、ノイズ可視化用パーソナルコンピュータのモニタ（図示せず）上又はノイズ可視化用パーソナルコンピュータからのプリント出力によって、プリント基板からのノイズ（外来電磁波の汚染経路）が可視化されることとなる。
【００２５】
信号発生器３２において発生される高周波信号は、２０〜１０００ＭＨｚの周波数範囲内であることが望ましい。また、１回のノイズ可視化測定では１つの高周波ノイズしか注入することができないので、ノイズ可視化測定は複数種類の高周波ノイズを注入するようにして行われることが望ましい。経験上、プリント基板のタイプによって誤動作の発生しやすい高周波ノイズの種類及び周波数が異なっているからである。
【００２６】
なお、試験対象物であるプリント基板に対して、特に誤動作を発生し易い高周波ノイズの種類及び周波数が当初から判明していない場合には、高周波ノイズの種類及び周波数を徐々に変化させて、試験対象物の誤動作を外部チェッカ等で確認しながら、ノイズ可視化測定を繰り返すことも可能であるが、前述したＴＥＭセル法やアンテナ照射法によって、誤動作が起こりやすい高周波ノイズの種類及び周波数を予め特定しておき、その後本発明の実施形態に係わるノイズ可視化測定方法を行っても良い。
【００２７】
図５は、可視化用アンテナ４３からの検出信号のうちプリント基板３８の近傍のものを、ノイズ可視化用パーソナルコンピュータ４１が画像処理してモニタ上に得られた可視化サンプルである。図５では、可視化用アンテナ４３の微小アンテナ素子の位置に対応つけて、検出した高周波ノイズの強度を３段階で表している。なお、検出した高周波ノイズを可視化する方法は、図５に示されるものに限られるものではなく、公知の種々の方法が採用できる。
【００２８】
図５の上方部には、右から左に渡って、高い強度を有する領域があることが分かる。すなわち、プリント基板３８上でこの領域に対応する箇所から、注入された高周波ノイズが大量に放出されていることとなる。すなわち、この箇所には高周波ノイズが侵入し易く、従ってこの箇所に存在する回路素子は高周波ノイズの影響を受け易い。言いかえると、このプリント基板３８が実際の製品中で機能している場合（例えば自動車のエンジン制御ユニットとして機能している場合）に、このノイズ可視化測定で注入された高周波ノイズと同様のノイズが何らかの原因で発生すると、図５の上方部に対応した箇所付近のパターン及び素子を原因とする誤動作が発生する可能性が高いこととなる。
【００２９】
このように、本発明の実施形態に係わるノイズ可視化システム３０を用いて、予めノイズ可視化測定を行うことで、試験対象物であるプリント基板等が予想される電磁環境下において誤動作しないかどうかを確認する。そして、誤動作する可能性を見出した場合には、対象となる高周波ノイズに対して誤動作が発生しないように、可視化によって特定された箇所を中心に、回路パターンの変更や素子自体の変更を行うこととなる。なお、コンピュータがこのような可視化情報を基にその試験対象物の誤動作を検出し、ダイアグ情報を外部に表示しても良い。
【００３０】
【発明の効果】
このように、プリント基板から放出される高周波ノイズをノイズ可視化用アンテナによって可視化したので、プリント基板上で高周波ノイズが注入される経路や、誤動作が発生する可能性の高い領域、配線パターン、素子等を明確にすることが可能となった。また注入するワイヤ・ハーネスを個々に選定し、個別注入させることで、特定部位のみのノイズ汚染経路がわかり、誤動作発生箇所を絞り込む精度を上げることができる。したがって、イミュニティ試験前（場合によっては後）に、そのような誤動作が発生しない回路に設計変更する場合に、従来のトライ・アンド・エラー方式を採用する必要が無くなり、設計の効率化及び試験工数の削減が図られることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術における試験方法の概略を示す図である。
【図２】別の従来技術における試験方法の概略を示す図である。
【図３】本発明に係わるノイズ可視化システムの概略を示す図である。
【図４】本発明に係わるノイズ可視化システムの一部を拡大した図である。
【図５】本発明に係わるノイズ可視化システムによって可視化されたノイズの例を示す図である。
【符号の説明】
１０…ＴＥＭセル法における試験装置
２０…アンテナ照射法における電波暗室
３０…ノイズ可視化システム
３１…制御用パーソナル・コンピュータ
３２…信号発生器
３３…信号増幅器
３４…スペクトラム・アナライザ
３６…モニタ・プローブ
３７…インジェクション・プローブ
３８…試験対象物
３９…インタフェース
４０…ワイヤ・ハーネス
４１…可視化用パーソナル・コンピュータ
４２…スペクトラム・アナライザ
４３…可視化用アンテナ

Claims (11)

1. ノイズの可視化システムにおいて、
   試験対象物に接続されたワイヤ・ハーネスと、
   前記ワイヤ・ハーネスに接続された第１のプローブと、
   前記第１のプローブに高周波信号を印加するための信号発生手段と、
   前記試験対象物から発生するノイズを検知するためのアンテナ手段と、
   前記アンテナ手段により検知されたノイズを可視化するための可視化手段とを有することを特徴とするノイズの可視化システム。
2. 前記ワイヤ・ハーネスは、前記試験対象物のインタフェースを介して接続されている請求項１に記載のノイズの可視化システム。
3. 前記ワイヤ・ハーネスには、前記第１のワイヤ・ハーネスによって印加された高周波信号を検知するための第２のプローブが接続されている請求項１又は２に記載のノイズの可視化システム。
4. 前記信号発生手段と前記第１のプローブは信号増幅手段を介して接続されている請求項１〜３の何れか一項に記載のノイズの可視化システム。
5. 前記アンテナ手段は、複数の微細アンテナから構成されている請求項１〜４の何れか一項に記載のノイズの可視化システム。
6. 前記試験対象物は、前記アンテナ手段の上に配置される請求項１〜５の何れか一項に記載のノイズの可視化システム。
7. 前記可視化手段は、コンピュータ及びモニタを含む請求項１〜６の何れか一項に記載のノイズの可視化システム。
8. ノイズ可視化方法において、
   試験対象物にワイヤ・ハーネスを接続し、
   前記ワイヤ・ハーネスにプローブを接続し、
   信号発生手段によって発生された高周波信号を前記プローブ及び前記ワイヤ・ハーネスを介して前記試験対象物に注入し、
   前記試験対象物から発生するノイズをアンテナ手段によって検出し、
   前記検出されたノイズを可視化手段によって可視化することを特徴とするノイズの可視化方法。
9. 前記ワイヤ・ハーネスの個々のワイヤにプローブを接続して個別注入し、前記ノイズ可視化手段によって可視化する請求項８に記載のノイズ可視化方法。
10. 前記信号発生手段では、複数種類の高周波信号が発生される請求項８に記載のノイズの可視化方法。
11. さらに前記試験対象物の誤動作を検出するための誤動作検出手段を有する請求項８又は９に記載のノイズ可視化方法。

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