JP5851937B2 - Decoupling circuit - Google Patents
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Description
本発明は、雷サージ過電圧の耐力試験に用いられる減結合回路に関し、特に、VDSL(Very high speed Digital Subscriber Line)用の通信機器に雷サージ過電圧が印加された際に、通信状態にある通信機器への過電圧に対する耐力特性を評価するための過電圧耐力試験回路に用いられる減結合回路に関する。 The present invention relates to a decoupling circuit used for a lightning surge overvoltage tolerance test, and more particularly, to a communication device in a communication state when a lightning surge overvoltage is applied to a communication device for VDSL (Very High Speed Digital Subscriber Line). The present invention relates to a decoupling circuit used in an overvoltage tolerance test circuit for evaluating a tolerance characteristic against overvoltage.
ネットワークのブロードバンド化に伴うインターネット利用の普及により、例えばメタル通信線においては、従来の音声伝送信号に比べ、VDSL用の通信機器としてのICT機器がほぼ常時接続された状態で使用されている。 Due to the widespread use of the Internet accompanying network broadbandization, for example, in metal communication lines, ICT devices as communication devices for VDSL are used almost always connected as compared to conventional audio transmission signals.
常時接続通信の普及とともに、VDSL用ICT機器(以下、「ICT機器」と略す。)の雷サージ過電圧に対する信頼性が求められている。これらのICT機器は、通信速度の高速化と広帯域化とに伴い、使用される電子デバイスが低電圧駆動され、かつ高密度実装されたために、雷サージ過電圧に対する耐力は、低下する傾向にある。これに加えて、常時接続通信が普及し、雷によって過電圧が進入する確率が高くなったことも、一時的な通信異常が増加している一因であると考えられる。 With the widespread use of always-on communication, reliability against lightning surge overvoltage of ICT equipment for VDSL (hereinafter abbreviated as “ICT equipment”) is required. In these ICT devices, as the communication speed is increased and the bandwidth is increased, the electronic devices to be used are driven at a low voltage and are mounted with high density, so that the proof strength against lightning surge overvoltage tends to decrease. In addition to this, constant connection communication has become widespread, and the probability that an overvoltage has entered due to lightning is considered to be a cause of an increase in temporary communication abnormalities.
上記を改善するために、ICT機器の雷サージ過電圧に対する耐力特性の評価が必要になっている。ICT機器の雷サージ試験については、国際電気通信連合電気通信標準化部門の過電圧耐力試験法に関する勧告(これ以降では、ITU-T K.44と記す)の試験条件において記載されているように、ICT機器を動作状態で実施する必要がある。 In order to improve the above, it is necessary to evaluate proof strength characteristics against lightning surge overvoltage of ICT equipment. For ICT equipment lightning surge tests, as described in the test conditions of the International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector Recommendation on Overvoltage Strength Test (hereinafter referred to as ITU-T K.44), ICT It is necessary to carry out the equipment in the operating state.
しかし、雷サージ過電圧耐力試験を行う際には印加される過電圧から、通信機器、すなわち対向装置を防護するための減結合回路が必要であり、ITU-T K.44においても、減結合回路を原則として使用することが規定されている。 However, when conducting a lightning surge overvoltage tolerance test, a decoupling circuit is required to protect the communication equipment, that is, the opposite device from the applied overvoltage. ITU-T K.44 also provides a decoupling circuit. It is stipulated that it is used in principle.
上記の動作状態における雷サージ試験の実施、および、減結合回路の原則的な使用については、非特許文献1に開示されている。また、情報通信ネットワーク産業協会の通信機器製造者業界の雷の影響によるICT機器の故障を軽減することを目的としたガイドラインについては、非特許文献2に開示されている。減結合回路に関しては、特許文献1に開示されている。
The implementation of the lightning surge test in the above operating state and the basic use of the decoupling circuit are disclosed in Non-Patent
特許文献1に開示されている減結合回路は、雷サージ過電圧耐力試験におけるVDSL用ICT機器のような高速デジタル通信信号を伝送するようになっている。この減結合回路は、20mHのコモンモードチョークコイルだけの回路要素で構成されている。このコモンモードチョークコイルでは、磁心の磁気飽和を避けるために空心コイルが採用され、その巻線電線として、複対撚り電線を有する平衡ケーブルが使用される。これにより、巻線電線が、良好な平衡度を有し、かつ、つなぎ目のない巻線構造となることで、高速デジタル通信信号の反射の影響を除去することで良好な伝送線路特性が得られる。
The decoupling circuit disclosed in
一方、雷サージ過電圧耐力試験に用いる雷サージ波形は、10/700us(波頭長/波尾長、で表わし、単位はusである)であり、その周波数スペクトラムは、直流〜数十kHz程度である。雷サージ過電圧耐力試験において、印加される雷サージ過電圧のほとんどは、被試験装置に印加される。しかし、減結合回路のコモンモードチョークコイルによって生じるコモンモードインピーダンスが、直流〜数百Hzの低い周波数領域において最大で数十Ωの低インピーダンスであるために、対向装置には雷サージ過電圧の一部が漏えいする。この漏えいする雷サージ過電圧は、対向装置に悪影響を与えぬよう極力低いことが望ましい。 On the other hand, the lightning surge waveform used for the lightning surge overvoltage tolerance test is 10/700 us (expressed as wavefront length / wavetail length, the unit is us), and the frequency spectrum is about DC to several tens of kHz. In the lightning surge overvoltage tolerance test, most of the lightning surge overvoltage applied is applied to the device under test. However, since the common mode impedance generated by the common mode choke coil of the decoupling circuit is a low impedance of several tens of ohms at the maximum in the low frequency range of DC to several hundred Hz, a part of the lightning surge overvoltage is present in the opposing device. Leaks. It is desirable that the leaked lightning surge overvoltage is as low as possible so as not to adversely affect the opposing device.
この漏えいする電圧または電流の大きさを評価する尺度として、例えば分流比が用いられる。減結合回路の対向装置側と被試験装置側とをそれぞれ、150Ωのコモンモードインピーダンスを模擬した抵抗で終端した場合に、前者と後者に発生する電圧または電流の割合を、単位dBで表わす。この場合、分流比を電圧の場合にAdv、または、電流の場合にはAdiで表すと、以下のような値となる。 As a measure for evaluating the magnitude of the leaking voltage or current, for example, a shunt ratio is used. When the opposing device side and the device under test side of the decoupling circuit are each terminated with a resistor simulating a common mode impedance of 150Ω, the ratio of the voltage or current generated in the former and the latter is expressed in units of dB. In this case, when the shunt ratio is represented by Adv in the case of voltage or Adi in the case of current, the following values are obtained.
Adv=20×log10(対向装置側電圧/被試験装置側電圧) (dB)
Adi=20×log10(対向装置側電流/被試験装置側電流) (dB)
Adv = 20 × log 10 (counter device side voltage / device under test side voltage) (dB)
Adi = 20 × log 10 (opposite device side current / device under test side current) (dB)
特許文献1(第2の実施形態)では、2分割のコモンモードチョークコイルで構成された減結合回路の分流特性は、Adv=−5.2dB、Adi=−6.2dB程度しか得られていない。このため、雷サージ過電圧耐力試験において、雷サージ過電圧を印加する目標である被試験装置に印加された雷サージ過電圧が、減結合回路の分流特性が十分でないために、おおよそ半分も減結合回路を介して対向装置側に漏えいし得る。漏えいした雷サージ過電圧は、本来は印加されるべきではない対向装置に印加されるために、被試験装置と対向装置との間におけるVDSL通信信号の品質に影響を与え得る。 In Patent Document 1 (second embodiment), the shunt characteristics of a decoupling circuit configured by a two-divided common mode choke coil are obtained only at Adv = −5.2 dB and Adi = −6.2 dB. . For this reason, in the lightning surge overvoltage tolerance test, the lightning surge overvoltage applied to the device under test, which is the target to which lightning surge overvoltage is applied, has approximately half the decoupling circuit because the shunt characteristics of the decoupling circuit are not sufficient. It can leak to the opposite device side. Since the leaked lightning surge overvoltage is applied to the opposite device that should not be applied originally, it may affect the quality of the VDSL communication signal between the device under test and the opposite device.
減結合回路のコモンモードインピーダンス特性は、直流から数百Hzの周波数領域において、数十Ωであるから、コモンモードチョークコイルの抵抗分程度しか得られないことになる。この結果、直流〜数百Hzにおけるコモンモードインピーダンスの低い領域に相当する雷サージ過電圧の周波数スペクトラム成分が、減結合回路から対向装置側に十分な減衰を受けることなく漏えいすることによって、対向装置側のICT機器に悪影響を及ぼすことになる。例えば、漏えいした電圧が、例えば500〜700V程であるとすると、ICT機器のメタル通信線の接続コネクタの後段に設置されているガス避雷管が動作する場合には、VDSL通信信号が遮断されるために伝送特性の劣化、すなわちペイロード速度の劣化を生じさせていた。 Since the common mode impedance characteristic of the decoupling circuit is several tens of Ω in the frequency range from direct current to several hundred Hz, only the resistance of the common mode choke coil can be obtained. As a result, the frequency spectrum component of the lightning surge overvoltage corresponding to the low common mode impedance region between DC and several hundred Hz leaks without receiving sufficient attenuation from the decoupling circuit to the opposing device side. Adversely affect other ICT devices. For example, if the leaked voltage is about 500 to 700 V, for example, the VDSL communication signal is cut off when the gas arrester installed after the connection connector of the metal communication line of the ICT device operates. For this reason, the transmission characteristics are deteriorated, that is, the payload speed is deteriorated.
非特許文献2では、減結合回路のコモンモードインピーダンスを高くする方法が開示されている。それは、メタル通信線の両線に1線当たり500Ωの抵抗を直列に挿入することによって、250Ωのコモンモードインピーダンスが得られる。しかし、この方法では直流から数百Hzにおけるコモンモードインピーダンスの低い領域に相当する雷サージ過電圧の周波数スペクトラム成分を或る程度抑制することは可能であるが、VDSL通信信号の伝送モードはノーマルモードであるため、通信線路には1kΩの抵抗が付加されることになるので、結果として、大きな伝送損失が生じ得る。このため、ペイロード速度の劣化をまねくことになる。さらに、非特許文献2における雷サージ過電圧耐力試験では、ICT機器の通信状態における雷サージ過電圧耐力試験を想定しているのではなく、通信機器の電源をオン状態にした場合だけの試験方法が開示されている。
Non-Patent
本発明は、上記の状況においてなされたもので、その目的は、通信状態のVDSL用のICT機器の雷サージ過電圧耐力試験において、伝送損失の増加やペイロード速度の劣化を招くことなく、被試験装置に印加された雷サージ過電圧が対向装置に漏えいすることを抑制することが可能な減結合回路を提供することにある。 The present invention has been made in the above situation, and its object is to provide a device under test without causing an increase in transmission loss or a deterioration in payload speed in a lightning surge overvoltage tolerance test of a VDSL ICT device in a communication state. Another object of the present invention is to provide a decoupling circuit capable of suppressing leakage of a lightning surge overvoltage applied to the counter device to an opposing device.
上記課題を解決するために、本発明は、雷サージ過電圧耐力試験の対象となるVDSL用のICT機器である被試験装置と対向装置との間にメタル通信線を介して接続可能に設置され、前記メタル通信線を介してVDSL信号が伝送可能に構成される減結合回路であって、空心コイルで構成されたコモンモードチョークコイルと、前記コモンモードチョークコイルに直列に接続されたコンデンサとを備え、前記コモンモードチョークコイルは、複数に分割されて直列接続され、前記コンデンサは、コモンモード時の試験電圧に対する絶縁耐力と、前記VDSL信号を良好に伝送可能なノーマルモードインピーダンスとを有し、前記ICT機器は、VDSLモデムであり、前記コンデンサは、VDSL回線とISDN回線との相互干渉を抑制するフィルタの通過周波数帯域内において、前記コモンモードチョークコイルの前記ノーマルモードインピーダンスの10分の1の前記ノーマルモードインピーダンスを生じる大きさの静電容量を有する。 In order to solve the above problems, the present invention is installed so as to be connectable via a metal communication line between a device under test, which is an ICT device for VDSL, which is an object of a lightning surge overvoltage tolerance test, A decoupling circuit configured to be able to transmit a VDSL signal via the metal communication line, comprising: a common mode choke coil composed of an air-core coil; and a capacitor connected in series to the common mode choke coil. The common mode choke coil is divided into a plurality of pieces and connected in series, and the capacitor has a dielectric strength with respect to a test voltage in a common mode and a normal mode impedance capable of satisfactorily transmitting the VDSL signal, The ICT device is a VDSL modem, and the capacitor suppresses mutual interference between the VDSL line and the ISDN line. In the passing frequency band of the filter, having a magnitude electrostatic capacity caused the normal mode impedance of one-tenth of the normal-mode impedance of the common mode choke coil.
上記課題を解決するために、本発明は、雷サージ過電圧耐力試験の対象となるVDSL用のICT機器である被試験装置と対向装置との間にメタル通信線を介して接続可能に設置され、前記メタル通信線を介してVDSL信号が伝送可能に構成される減結合回路であって、空心コイルで構成されたコモンモードチョークコイルと、前記コモンモードチョークコイルに直列に接続されたコンデンサとを備え、前記コモンモードチョークコイルは、複数に分割されて直列接続され、前記コンデンサは、前記被試験装置に印加されるコモンモード時の試験電圧、および、電流の一部が、前記減結合回路を介して、前記ICT機器に漏えいする場合に、直流から数百Hzまでの低い周波数領域におけるコモンモードインピーダンスが、前記ICT機器の大地間のコモンモードインピーダンスよりも10倍以上大きく設定される。 In order to solve the above problems, the present invention is installed so as to be connectable via a metal communication line between a device under test, which is an ICT device for VDSL, which is an object of a lightning surge overvoltage tolerance test, A decoupling circuit configured to be able to transmit a VDSL signal via the metal communication line, comprising: a common mode choke coil composed of an air-core coil; and a capacitor connected in series to the common mode choke coil. The common mode choke coil is divided into a plurality of pieces and connected in series, and the capacitor has a common mode test voltage applied to the device under test, and a part of the current passes through the decoupling circuit. Thus, when leaking to the ICT device, the common mode impedance in the low frequency range from DC to several hundred Hz is the ICT device. 10 times more than the common mode impedance between the ground greatly Ru is set.
上記課題を解決するために、本発明は、雷サージ過電圧耐力試験の対象となるVDSL用のICT機器である被試験装置と対向装置との間にメタル通信線を介して接続可能に設置され、前記メタル通信線を介してVDSL信号が伝送可能に構成される減結合回路であって、空心コイルで構成されたコモンモードチョークコイルと、前記コモンモードチョークコイルに直列に接続されたコンデンサとを備え、前記コモンモードチョークコイルは、複数に分割されて直列接続され、前記コンデンサは、前記被試験装置に印加されるコモンモード時の試験電圧、および、電流の一部が、前記減結合回路を介して、前記ICT機器に漏えいする場合に、前記コモンモードチョークコイルのインダクタンスによって生じる遅延をキャンセルするために、前記コモンモードチョークコイルに複数のワイヤ分のコンデンサが直列に接続される。 In order to solve the above problems, the present invention is installed so as to be connectable via a metal communication line between a device under test, which is an ICT device for VDSL, which is an object of a lightning surge overvoltage tolerance test, A decoupling circuit configured to be able to transmit a VDSL signal via the metal communication line, comprising: a common mode choke coil composed of an air-core coil; and a capacitor connected in series to the common mode choke coil. The common mode choke coil is divided into a plurality of pieces and connected in series, and the capacitor has a common mode test voltage applied to the device under test, and a part of the current passes through the decoupling circuit. In order to cancel the delay caused by the inductance of the common mode choke coil when leaking to the ICT equipment, Serial common mode choke coil of the plurality of wires fraction capacitor Ru is connected in series.
上記課題を解決するために、本発明は、雷サージ過電圧耐力試験の対象となるVDSL用のICT機器である被試験装置と対向装置との間にメタル通信線を介して接続可能に設置され、前記メタル通信線を介してVDSL信号が伝送可能に構成される減結合回路であって、空心コイルで構成されたコモンモードチョークコイルと、前記コモンモードチョークコイルに直列に接続されたコンデンサと、前記被試験装置側の第1端子と、前記対向装置側の第2端子とを備え、前記コモンモードチョークコイルは、複数に分割されて直列接続され、前記コンデンサは、前記コモンモードチョークコイルの巻き始めのワイヤと前記第1端子との間、または、前記コモンモードチョークコイルの巻き終わりのワイヤと前記第2端子との間のいずれかに接続される。 In order to solve the above problems, the present invention is installed so as to be connectable via a metal communication line between a device under test, which is an ICT device for VDSL, which is an object of a lightning surge overvoltage tolerance test, A decoupling circuit configured to be able to transmit a VDSL signal through the metal communication line, a common mode choke coil configured by an air-core coil, a capacitor connected in series to the common mode choke coil, e Bei a first terminal of the test apparatus, and a second terminal of the counter device side, the common mode choke coil is divided into a plurality connected in series, the capacitor winding of the common mode choke coil Connected between the first wire and the first terminal, or between the wire at the end of winding of the common mode choke coil and the second terminal. Ru is.
以下、本発明の減結合回路を含む試験システムの実施形態について説明する。実施形態における試験システムでは、雷サージ過電圧耐力試験の対象とするICT機器は、例えば、日本電信電話株式会社が販売しているVDSLモデムを例にあげて説明する。この場合、VDSL回線とISDN回線との相互干渉を低減するために、640kHz以下の周波数帯域の送信電力が抑制される。VDSLでは、通信ポートは2つとなるので、1対、すなわち2本のメタル通信線が使用される。 Hereinafter, an embodiment of a test system including the decoupling circuit of the present invention will be described. In the test system according to the embodiment, the ICT equipment to be subjected to the lightning surge overvoltage tolerance test will be described using, for example, a VDSL modem sold by Nippon Telegraph and Telephone Corporation. In this case, in order to reduce mutual interference between the VDSL line and the ISDN line, transmission power in a frequency band of 640 kHz or less is suppressed. In VDSL, since there are two communication ports, one pair, that is, two metal communication lines are used.
(雷サージ試験システムの構成)
図1は、本発明の実施形態における減結合回路を含む雷サージ試験システムの構成例を示すブロック図である。
(Configuration of lightning surge test system)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a lightning surge test system including a decoupling circuit according to an embodiment of the present invention.
この雷サージ試験システムは、雷サージ発生器1と、対向装置3と被試験装置4との間に接続された減結合回路5と、雷サージ発生器1と、被試験装置4と減結合回路5との間の印加点T1,T2とに接続された結合回路2a,2bとを備える。この実施形態では、対向装置3および被試験装置4として、メタル加入者回線を用いた高速デジタル伝送方式のVDSLモデムが用いられる場合を例示している。
This lightning surge test system includes a
雷サージ発生器1は、数百V〜数十kVの試験電圧としての雷サージ電圧を発生させ、この雷サージ電圧を結合回路2a,2bを介して印加点T1,T2に印加させるようになっている。雷サージ発生器1のアースポート11は、アース10に接続されて零電位を保持している。
The
また、被試験装置4のアースポート42は、アース10に接続されて零電位を保持している。被試験装置4の各通信ポート41a,41bは、減結合回路5の各被試験装置側端子51a,51bに接続される。
The
減結合回路5の各対向装置側端子53a,53bは、対向装置3の各通信ポート31a,31bに接続される。なお、この実施形態の対向装置3は、アース10と接続させずに、電位的にフローティングさせるようにしている。
The opposing
(減結合回路5の構成例)
次に、減結合回路5の構成例について図2を参照して説明する。図2は、減結合回路5の構成例を示す回路図である。
(Configuration example of the decoupling circuit 5)
Next, a configuration example of the
この減結合回路5は、各端子51a,51bと各端子52a,52bとの間に設けられた低周波スペクトラム抑制器54と、各端子52a,52bと各端子53a,53bとの間に設けられたチョークコイル55とを備える。
The
低周波スペクトラム抑制器54は、2つのコンデンサC1,C2によって構成される。コンデンサC1の一端は端子51aに接続され、他端は端子52aに接続される。コンデンサC2の一端は端子51bに接続され、他端は端子52bに接続される。この低周波スペクトラム抑制器54の構成によって、雷サージ過電圧の周波数スペクトラムの低周波成分が、対向装置3に漏えいすることを抑止するようになっている。
The low
チョークコイル55は、ワイヤW1,W2ごとに、D1,D2の2分割された空心コイルL11〜L14によって構成され、雷サージ過電流の流入を抑制することができる。なお、空心コイルL11,L13の巻き始めは、図2において符号Sで表してある。また、各空心コイルL11〜L14は、絶縁体樹脂から成る筐体に収容されている。
The
チョークコイル55は、空心コイルL11〜L14がコモンモードで動作させるコモンモードチョークコイルである。
The
図2において、空心コイルL11の一端は端子52aに接続され、他端は空心コイルL13の一端と接続される。空心コイルL13の他端はワイヤW1と接続される。空心コイルL12の一端は端子52bに接続され、他端は空心コイルL14の一端と接続される。空心コイルL14の他端はワイヤW2と接続される。 In FIG. 2, one end of the air core coil L11 is connected to the terminal 52a, and the other end is connected to one end of the air core coil L13. The other end of the air-core coil L13 is connected to the wire W1. One end of the air core coil L12 is connected to the terminal 52b, and the other end is connected to one end of the air core coil L14. The other end of the air-core coil L14 is connected to the wire W2.
減結合回路5の構成によって、例えばVDSLの通信信号は、減結合回路5で遮断されることなく、対向装置3と被試験装置4との間を伝送するようになっている。
With the configuration of the
ここで、空心コイルL11〜L14を2分割にするのは、巻き線間の静電容量を低減させることにより、コモンモードインピーダンスの共振周波数を高めるためである。空心コイルL11〜L14が2分割されることにより、共振周波数は、例えば100kHz以上に高くすることが可能である。 Here, the reason why the air-core coils L11 to L14 are divided into two parts is to increase the resonance frequency of the common mode impedance by reducing the capacitance between the windings. By dividing the air-core coils L11 to L14 into two, the resonance frequency can be increased to, for example, 100 kHz or more.
ここで、減結合回路5に使用される空心コイルのインダクタンス値は、国際電気標準会議の電磁適合性におけるサージイミュニティ試験規格IEC61000−4−5において20mHと示されている。
Here, the inductance value of the air-core coil used in the
上述した所望のインダクタンス20mHを得るため、コイルを分割しないで一個のボビンに多層巻きした場合には、巻き線間の静電容量によって生じる共振の共振周波数が約50kHzとなる。これに対し、例えば、コイルを2分割した場合には、2分割された2つのコイルの静電容量が直列接続されることとなるため、コイル全体としての静電容量は1/2となる。そのため、共振周波数は2倍の約100kHzになる。なお、これと同様に、コイルを例えば4分割した場合には、200kHzの共振周波数を得ることができる。 In order to obtain the above-described desired inductance of 20 mH, when a coil is divided into multiple bobbins without being divided, the resonance frequency of resonance caused by the capacitance between the windings is about 50 kHz. On the other hand, for example, when the coil is divided into two, the capacitance of the two divided coils is connected in series, so the capacitance of the entire coil is ½. Therefore, the resonance frequency is doubled to about 100 kHz. Similarly to this, when the coil is divided into, for example, four parts, a resonance frequency of 200 kHz can be obtained.
例えば、10/700us雷サージ波形の周波数スペクトラムの高い成分が被試験装置4側から対向装置3側に漏えいするのを防ぐためには、コイルの共振周波数は高い方が望ましい。しかし、コイルの分割数を増やすとコイルの長さが長くなるため、分割数は共振周波数と長さとの兼ね合いで決定する。
For example, in order to prevent a component having a high frequency spectrum of a 10/700 us lightning surge waveform from leaking from the device under
(コンデンサC1,C2の静電容量)
次に、コンデンサC1,C2の静電容量について検討する。コンデンサの静電容量にもよるが、適切な値の静電容量を用いれば雷サージ過電圧の直流〜数百Hzの低い周波数領域に対応する周波数スペクトラム成分に対して大きな減衰を与えることが出来る可能性がある。
(Capacitance of capacitors C1 and C2)
Next, the capacitances of the capacitors C1 and C2 will be examined. Depending on the capacitance of the capacitor, if an appropriate value of capacitance is used, it is possible to give a large attenuation to the frequency spectrum component corresponding to the low frequency range of direct current to several hundred Hz of lightning surge overvoltage. There is sex.
まず、被試験装置4と対向装置3間において、VDSL通信信号を良好に伝送させるためには、640kHzにおける低周波スペクトラム抑制器54内のコンデンサのノーマルモードインピーダンスが、減結合回路5のノーマルモードインピーダンスに影響を与えないようにするのが好ましい。
First, in order to satisfactorily transmit the VDSL communication signal between the device under
減結合回路5では、640kHzにおけるノーマルモードインピーダンスは、110Ωとなる。この場合、仮に、コンデンサのノーマルモードインピーダンスを、減結合回路5のノーマルモードインピーダンスの1/10にすれば、コンデンサのノーマルモードインピーダンスは、11Ωとなる。
In the
640kHzにおいて、コンデンサのノーマルモードインピーダンスを11Ωにするためには、コンデンサの静電容量は、約22nFとなる。なお、22nFは、メタル通信線1線あたりの値である。 In order to set the normal mode impedance of the capacitor to 11Ω at 640 kHz, the capacitance of the capacitor is about 22 nF. Note that 22 nF is a value per metal communication line.
ここで、雷サージ過電圧は、コモンモードで2本のメタル通信線に印加されるので、22nFの静電容量のコンデンサが2つ並列に接続されることになる。その結果、合成静電容量は、44nFになる。 Here, since the lightning surge overvoltage is applied to the two metal communication lines in the common mode, two capacitors with a capacitance of 22 nF are connected in parallel. As a result, the combined capacitance is 44 nF.
次に、コンデンサの静電容量を44nFとして分流比を求めると、Adv=−14.7dB、Adi=−14.7dBとなる。この場合、雷サージ発生器1の充電電圧が1kVの場合、対向装置3側に漏洩する電圧は、約150Vにもなり、比較的高い電圧値になる。このため、ノーマルモードインピーダンスを11Ωよりも大きくして、分流比とのトレードオフを考慮する。すなわち、コンデンサの静電容量を1線当たり10nFとした場合には、ノーマルモードインピーダンスは、約25Ωとなるが、分流比Adv=−17.4dB、Adi=−17.5dBとなり、電圧および電流分流比は、3dB弱改善するようになると考えられる。
Next, when the shunt ratio is obtained with the capacitance of the capacitor being 44 nF, Adv = −14.7 dB and Adi = −14.7 dB. In this case, when the charging voltage of the
なお、コンデンサの静電容量を1線当たり10nFに決めた理由は、後で述べるように、汎用品として扱われていない特殊な高電圧セラミックコンデンサが選定される場合に、カタログ標準品として市販されているため調達が容易になるという利点もある。 The reason why the capacitance of the capacitor is determined to be 10 nF per line is that, as will be described later, when a special high-voltage ceramic capacitor that is not handled as a general-purpose product is selected, it is commercially available as a catalog standard product. Therefore, there is an advantage that procurement becomes easy.
このような観点から、実施形態では、1線当たりのコンデンサの静電容量を、例えば10nFに設定した。減結合回路5は、1対のメタル通信線と接続されるので、コモンモードの場合には、10nFのコンデンサC1,C2が2個並列接続される回路構成になるため、コンデンサC1,C2の合成静電容量は、20nFとなる。
From such a viewpoint, in the embodiment, the capacitance of the capacitor per line is set to 10 nF, for example. Since the
次に、コンデンサC1,C2の定格について検討する。 Next, the ratings of the capacitors C1 and C2 are examined.
雷サージ過電圧耐力試験におけるコモンモード試験電圧の最大値は13kVである。また、雷サージ発生器1の出力電圧変動は、±15%である。この観点から、最大電圧は15kVが必要となる。この用途では、耐圧以上の電圧が加わっても、破損し難い特徴を有する例えばセラミックコンデンサが好ましい。
The maximum value of the common mode test voltage in the lightning surge overvoltage tolerance test is 13 kV. The output voltage fluctuation of the
一般に、セラミックコンデンサは、耐圧15kVの場合、最大で5.6nFのものが市販されているが、10nFのものはない。このため、5nFのコンデンサを2個並列接続して所望の1ワイヤ当たりの静電容量10nFを実現することができる。 Generally, ceramic capacitors with a maximum withstand voltage of 15 kV are commercially available with a maximum of 5.6 nF, but there are no ceramic capacitors with 10 nF. For this reason, it is possible to achieve a desired capacitance of 10 nF per wire by connecting two 5 nF capacitors in parallel.
定格電圧15kVを有する5nFのセラミックコンデンサ2個を並列接続して構成した1ワイヤ当たり10nFコンデンサは、雷サージ過電圧耐力試験における最大コモンモード試験電圧13kVにおける雷サージ過電圧の0から3kHzの周波数スペクトラム成分が、減結合回路を通り抜けて対向装置3側に漏えいするのを抑制するための回路素子に適用することが可能である。
A 10 nF capacitor per wire configured by connecting two 5 nF ceramic capacitors having a rated voltage of 15 kV in parallel has a frequency spectrum component of 0 to 3 kHz of lightning surge overvoltage at a maximum common mode test voltage of 13 kV in a lightning surge overvoltage tolerance test. It is possible to apply to a circuit element for suppressing leakage through the decoupling circuit to the
ここで、被測定装置4側のVDSLモデムと対向装置3側のVDSLモデムとの間における伝送特性について述べる。伝送特性をペイロード速度で評価すると、そのペイロード速度は下り91Mbps、上り25Mbpsが得られた。これに対し、従来の減結合回路の場合にも同程度のペイロード速度が得られている。この観点から、低周波スペクトラム抑制器54の有無にかかわらず、伝送速度については差異が見られないことがわかる。したがって、低周波スペクトラム抑制器54のノーマルモードインピーダンス特性は、妥当であると考えられる。
Here, transmission characteristics between the VDSL modem on the device under
上述した減結合回路5の構成によって、雷サージ発生器1で発生した雷サージ過電圧は、2つの結合回路2a,2bを介して印加点T1,T2に印加される。この場合、減結合回路5は、試験対象ではないICT機器の通信機器である対向装置3の通信ポート31a,31bに過電圧が流入するのを防止する。
With the configuration of the
次に、減結合回路5のコモンモードインピーダンス特性について、図3を参照して従来の減結合回路と比較して説明する。以下の説明では、従来の減結合回路は、特許文献1に記載されている第2の実施形態の減結合回路である。
Next, the common mode impedance characteristics of the
図3は、減結合回路5のコモンモードインピーダンス特性の一例を説明するための図である。なお、図3において、横軸は対数で表わした周波数(Hz)、縦軸は対数で表わしたコモンモードインピーダンス(Ω)、を示してある。
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the common mode impedance characteristic of the
従来の減結合回路におけるコモンモードインピーダンス特性pによると、インピーダンスは、直流から数百Hzの周波数領域において数十Ωとなる。その周波数より周波数が高くなると、コモンモードインピーダンスは、20dB/decadeの割合で、周波数に対して直線的に増大する。そして、100kHz付近において並列共振が生じ、約350kΩの最大コモンモードインピーダンスとなる。 According to the common mode impedance characteristic p in the conventional decoupling circuit, the impedance is several tens of Ω in the frequency range from DC to several hundred Hz. When the frequency becomes higher than that frequency, the common mode impedance increases linearly with respect to the frequency at a rate of 20 dB / decade. Parallel resonance occurs near 100 kHz, and the maximum common mode impedance is about 350 kΩ.
並列共振周波数は、コモンモードチョークコイルのインダクタンスと、巻線間の静電容量とによって決まる。この並列共振周波数よりも高い周波数領域においては、インダクタンスがコンデンサの特性に転じるので、コモンモードインピーダンスは、−20dB/decadeの割合で、周波数に対して直線的に減少する。 The parallel resonance frequency is determined by the inductance of the common mode choke coil and the capacitance between the windings. In the frequency region higher than the parallel resonance frequency, the inductance changes to the characteristics of the capacitor, so that the common mode impedance decreases linearly with respect to the frequency at a rate of −20 dB / decade.
一方、減結合回路5におけるスペクトラム抑制器54のコモンモードのインピーダンス特性cは、図3において、点線で示してある。1ワイヤ当たりの静電容量を10nFとして、2ワイヤ分の合成静電容量20nFを有するコンデンサC1,C2のコモンモードインピーダンスの特性を例示してある。
On the other hand, the common mode impedance characteristic c of the
このインピーダンス特性cによると、コモンモードインピーダンスは、−20dB/decadeの割合で周波数に対して直線的に減少する。例えば640kHzの場合には、インピーダンスは12Ω程度となる。この値は、従来の減結合回路において、数十Hz以下でのコモンモードインピーダンスの値に相当する。 According to the impedance characteristic c, the common mode impedance decreases linearly with respect to the frequency at a rate of −20 dB / decade. For example, in the case of 640 kHz, the impedance is about 12Ω. This value corresponds to the value of the common mode impedance at several tens of Hz or less in the conventional decoupling circuit.
また、減結合回路5のインピーダンス特性aでは、図3に示すように、コモンモードインピーダンスは、2kHz付近まではコンデンサと同じような特性をもち、約8kHzにおいて直列共振が生じて、コモンモードインピーダンスが11Ω程度となる。直列共振周波数は、コンデンサC1,C2の静電容量と、コモンモードチョークコイル55のインダクタンスとによって決まる。この直列共振周波数よりも高い周波数になると、30kHz付近から、インピーダンス特性pと同じような特性を示すことになる。
Further, in the impedance characteristic a of the
以上から、減結合回路5では、直流から2kHz付近までは、従来の減結合回路よりも4kΩ以上大きいコモンモードインピーダンスとなることがわかる。
From the above, it can be seen that the
次に、減結合回路5のコモンモードインピーダンスが直列共振点付近で低下することによって与えられる分流特性の影響について図4を参照して従来の減結合回路と比較して説明する。
Next, the influence of the shunt characteristics given when the common mode impedance of the
図4は、減結合回路の分流特性における電圧レベルの周波数スペクトラムの一例を示す図である。なお、図4において、横軸は周波数(kHz)、縦軸は対数で表わした周波数スペクトラムの振幅の電圧レベル(V)、を示してある。 FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a frequency spectrum of a voltage level in the shunt characteristics of the decoupling circuit. In FIG. 4, the horizontal axis indicates the frequency (kHz), and the vertical axis indicates the voltage level (V) of the amplitude of the frequency spectrum expressed logarithmically.
図4によると、被試験装置4側の電圧レベルについては、従来の減結合回路における電圧レベル特性p1と、減結合回路5における電圧レベル特性a2とは、ほぼ同じような特性を示している。
According to FIG. 4, with respect to the voltage level on the device under
一方、対向装置3側の電圧レベルでは、減結合回路5における電圧レベル特性a1は、0〜3kHz程度において、従来の減結合回路における電圧レベル特性p2よりもずいぶん低くなる。これは、減結合回路5の分流特性が従来のものよりも、ずいぶん改善されていることを示している。
On the other hand, at the voltage level on the
一方、周波数が5.5kHz程度において、電圧レベル特性a1を示す実線と、電圧レベル特性p2を示す破線とが交差する。そして、12.5kHz付近までは、電圧レベル特性a1に示された電圧レベルは、電圧レベル特性p2のものよりも高くなり、周波数がそれよりも高くなると、各電圧レベル特性a1,p2に示された電圧レベルは、ほぼ同程度となる。 On the other hand, when the frequency is about 5.5 kHz, the solid line indicating the voltage level characteristic a1 and the broken line indicating the voltage level characteristic p2 intersect. Until 12.5 kHz, the voltage level indicated in the voltage level characteristic a1 is higher than that of the voltage level characteristic p2, and when the frequency is higher than that, it is indicated in each voltage level characteristic a1 and p2. The voltage levels are approximately the same.
なお、図4では、5.5kHz〜12.5kHzにおいて、電圧レベル特性a1の電圧レベルが改善されていない。これは、コモンモードインピーダンスが、直列共振点付近でV字形に低下することが原因と考えられる。 In FIG. 4, the voltage level of the voltage level characteristic a1 is not improved at 5.5 kHz to 12.5 kHz. This is presumably because the common mode impedance drops to a V shape near the series resonance point.
図5は、減結合回路5の分流特性の実験結果を説明するための図である。なお、図5において、横軸は時間(ms)、左側の縦軸は150Ωの抵抗に対して生じる電圧、右側の縦軸は150Ωの抵抗に流れる電流を示してある。また、V1は対向装置3側の電圧、I1は対向装置3側の電流、V2は被試験装置4側の電圧、I2は被試験装置4側の電流を表してある。
FIG. 5 is a diagram for explaining the experimental results of the shunt characteristics of the
図5では、雷サージ波形は10/700us波形、充電電圧は1kVの場合の結果を示してある。また、被試験装置4側と対向装置3側はそれぞれ、被試験装置4および対向装置3とアース10との間のコモンモードインピーダンスを模擬した150Ωの抵抗で終端している。
FIG. 5 shows the results when the lightning surge waveform is a 10/700 us waveform and the charging voltage is 1 kV. The device under
図5から、電圧の分流比Adv=−17.6dB、電流の分流比Adi=−15.7dBが得られた。この実験結果と、前述した計算結果、すなわちAdv=−17.4dB、Adi=−17.5dBとは、最大1.8dBの差異となり、両者はほぼ一致することがわかった。 From FIG. 5, the voltage shunt ratio Adv = −17.6 dB and the current shunt ratio Adi = −15.7 dB were obtained. This experimental result and the above-described calculation results, that is, Adv = −17.4 dB and Adi = −17.5 dB were found to be a maximum difference of 1.8 dB, and it was found that both were almost the same.
また、従来の減結合回路の分流特性は、前述したように、Adv=−5.2dB、Adi=−6.2dBとなるので、減結合回路5の場合は、従来の減結合回路に比べて10〜12dB程度の大きな改善が図られたことがわかった。
Further, as described above, the shunt characteristics of the conventional decoupling circuit are Adv = −5.2 dB and Adi = −6.2 dB. Therefore, in the case of the
さらに、図5からは、被試験装置4に生じる電圧および電流に対して、対向装置3に生じる電圧および電流の遅延はほとんど生じないことがわかった。
Further, from FIG. 5, it was found that the voltage and current delay generated in the
次に、参考のために、一般的な減結合回路の分流特性の実験結果について図6を参照して説明する。V3は対向装置3側の電圧、I3は対向装置3側の電流、V4は被試験装置4側の電圧、I4は被試験装置4側の電流を表してある。
Next, for reference, an experimental result of a shunt characteristic of a general decoupling circuit will be described with reference to FIG. V3 is a voltage on the
図6では、4分割の空心コイルが用いられ、かつ、雷サージ発生器の充電電圧が4kVの場合である一例を示してある。 FIG. 6 shows an example in which a four-divided air-core coil is used and the charging voltage of the lightning surge generator is 4 kV.
この場合、対向装置3側の電圧および電流と、被試験装置4側の電圧および電流とは、約300usの遅延が生じることがわかった。これは、この一般的な減結合回路では、コモンモードチョークコイルのみで構成されていたために、それの20mHのインダクタンスによって位相遅れが生じたからである。
In this case, it was found that the voltage and current on the
しかし、本実施形態の減結合回路5には、低周波スペクトラム抑制器54が、1ワイヤ当たり10nFで、かつ2ワイヤ分のコンデンサC1,C1を含んでおり、コモンモードチョークコイル55と直列接続されるように構成されている。この低周波スペクトラム抑制器54の構成によって、コンデンサの進み位相特性が得られ、コモンモードチョークコイルの遅れ位相をキャンセルすることができる。
However, in the
コンデンサを直列接続しない場合、遅延量は、4分割の空心コイルを用いた場合でも、2分割の空心コイルを用いた場合でも、大きくなるはずである。にもかかわらず本実施形態の減結合回路5では遅延をほとんど無くすことができている。
When capacitors are not connected in series, the delay amount should be large regardless of whether a four-divided air core coil or a two-divided air core coil is used. Nevertheless, the
以上説明したように、減結合回路5は、被試験装置4および対向装置3であるVDSLモデムの通信状態における雷サージ過電圧耐力試験を実施する際に、減結合回路5を通り抜けて対向装置3に漏えいする過電圧を抑制するための分流特性の大幅な改善を実現することができる。
As described above, the
減結合回路5は、通信状態のVDSL用のICT機器の雷サージ過電圧耐力試験において、伝送損失の増加やペイロード速度の劣化を招くことなく、被試験装置4に印加された雷サージ過電圧が対向装置3に漏えいすることを抑制することができる。
In the lightning surge overvoltage tolerance test of a VDSL ICT device in communication state, the
次に、本実施形態の変形例について説明する。 Next, a modification of this embodiment will be described.
例えば、図2に示した減結合回路5において、2分割された空心コイルL11〜L14からなるコモンモードチョークコイル55を有しているが、例えば4分割以上の空心コイルからなるコモンモードチョークコイルを有するようにしてもよい。4分割された空心コイルからなるコモンモードチョークコイルを有する減結合回路5Aを図7に示す。
For example, the
図7に示した減結合回路5Aは、8つの空心コイルL11〜L18を有し、D1〜D4のように4分割されている点が、図2のものと異なる。
The
また、図2に示した減結合回路5において、コンデンサC1,C2は、コモンモードチョークコイルの巻き始めのワイヤと端子51a,51bとの間に設ける場合について説明したが、例えば、コモンモードチョークコイルの巻き終わりのワイヤと端子53a,53bとの間に設けるようにしてもよい。
In the
あるいは、被試験装置4の通信ポートは2つの場合を例にあげて説明したが、例えば通信ポートが4つの場合に、上記実施形態および変形例の減結合回路を適用することもできる。この場合、コモンモードチョークコイルは4ワイヤを使用する。
Alternatively, the case where there are two communication ports of the device under
対向装置3および被試験装置4として例えばVDSLモデムを適用して説明したが、これに限られず、他のIT機器等の通信機器にも適用することが可能である。
For example, a VDSL modem has been described as the opposing
1 雷サージ発生器
2a、2b 結合回路
3 対向装置
4 被試験装置
5、5A 減結合回路
54 低周波スペクトラム抑制器
55 コモンモードチョークコイル
L11〜L14 空心コイル
C1〜C2 コンデンサ
W1〜W2 ワイヤ
1
Claims (4)
空心コイルで構成されたコモンモードチョークコイルと、
前記コモンモードチョークコイルに直列に接続されたコンデンサと
を備え、
前記コモンモードチョークコイルは、複数に分割されて直列接続され、
前記コンデンサは、コモンモード時の試験電圧に対する絶縁耐力と、前記VDSL信号を良好に伝送可能なノーマルモードインピーダンスとを有し、
前記ICT機器は、VDSLモデムであり、
前記コンデンサは、VDSL回線とISDN回線との相互干渉を抑制するフィルタの通過周波数帯域内において、前記コモンモードチョークコイルの前記ノーマルモードインピーダンスの10分の1の前記ノーマルモードインピーダンスを生じる大きさの静電容量を有することを特徴とする減結合回路。 Connected between the device under test, which is an ICT device for VDSL, which is the subject of lightning surge overvoltage tolerance test, and the opposing device via a metal communication line, and VDSL signals can be transmitted via the metal communication line A decoupling circuit configured as follows:
A common mode choke coil composed of air-core coils;
A capacitor connected in series to the common mode choke coil,
The common mode choke coil is divided into a plurality and connected in series ;
The capacitor has a dielectric strength with respect to a test voltage in a common mode and a normal mode impedance capable of satisfactorily transmitting the VDSL signal.
The ICT device is a VDSL modem;
The capacitor generates a static mode impedance that is one tenth of the normal mode impedance of the common mode choke coil within a pass frequency band of a filter that suppresses mutual interference between the VDSL line and the ISDN line. A decoupling circuit having a capacitance .
空心コイルで構成されたコモンモードチョークコイルと、
前記コモンモードチョークコイルに直列に接続されたコンデンサと
を備え、
前記コモンモードチョークコイルは、複数に分割されて直列接続され、
前記コンデンサは、
前記被試験装置に印加されるコモンモード時の試験電圧、および、電流の一部が、前記減結合回路を介して、前記ICT機器に漏えいする場合に、直流から数百Hzまでの低い周波数領域におけるコモンモードインピーダンスが、前記ICT機器の大地間のコモンモードインピーダンスよりも10倍以上大きく設定されることを特徴とする減結合回路。 Connected between the device under test, which is an ICT device for VDSL, which is the subject of lightning surge overvoltage tolerance test, and the opposing device via a metal communication line, and VDSL signals can be transmitted via the metal communication line A decoupling circuit configured as follows:
A common mode choke coil composed of air-core coils;
A capacitor connected in series to the common mode choke coil;
With
The common mode choke coil is divided into a plurality and connected in series;
The capacitor is
When a common mode test voltage and a part of the current applied to the device under test leak to the ICT equipment via the decoupling circuit, a low frequency range from DC to several hundred Hz common mode impedance at is, the ICT decoupling you characterized in that large set 10 times more than the common mode impedance between the earth of the equipment.
空心コイルで構成されたコモンモードチョークコイルと、
前記コモンモードチョークコイルに直列に接続されたコンデンサと
を備え、
前記コモンモードチョークコイルは、複数に分割されて直列接続され、
前記コンデンサは、
前記被試験装置に印加されるコモンモード時の試験電圧、および、電流の一部が、前記減結合回路を介して、前記ICT機器に漏えいする場合に、前記コモンモードチョークコイルのインダクタンスによって生じる遅延をキャンセルするために、前記コモンモードチョークコイルに複数のワイヤ分のコンデンサが直列に接続されることを特徴とする減結合回路。 Connected between the device under test, which is an ICT device for VDSL, which is the subject of lightning surge overvoltage tolerance test, and the opposing device via a metal communication line, and VDSL signals can be transmitted via the metal communication line A decoupling circuit configured as follows:
A common mode choke coil composed of air-core coils;
A capacitor connected in series to the common mode choke coil;
With
The common mode choke coil is divided into a plurality and connected in series;
The capacitor is
A delay caused by the inductance of the common mode choke coil when a part of the test voltage and current applied to the device under test leaks to the ICT device through the decoupling circuit. Cancel to, the common mode choke decoupling multiple wires portion of the capacitor to the coil is you characterized by being connected in series.
空心コイルで構成されたコモンモードチョークコイルと、
前記コモンモードチョークコイルに直列に接続されたコンデンサと、
前記被試験装置側の第1端子と、
前記対向装置側の第2端子と
を備え、
前記コモンモードチョークコイルは、複数に分割されて直列接続され、
前記コンデンサは、前記コモンモードチョークコイルの巻き始めのワイヤと前記第1端子との間、または、前記コモンモードチョークコイルの巻き終わりのワイヤと前記第2端子との間のいずれかに接続されていることを特徴とする減結合回路。 Connected between the device under test, which is an ICT device for VDSL, which is the subject of lightning surge overvoltage tolerance test, and the opposing device via a metal communication line, and VDSL signals can be transmitted via the metal communication line A decoupling circuit configured as follows:
A common mode choke coil composed of air-core coils;
A capacitor connected in series to the common mode choke coil;
A first terminal on the device under test side;
A second terminal on the opposite device side;
Bei to give a,
The common mode choke coil is divided into a plurality and connected in series;
The capacitor is connected between the winding start wire of the common mode choke coil and the first terminal, or between the winding end wire of the common mode choke coil and the second terminal. decoupling it characterized in that there.
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