JP6635361B1 - スマートフォン等の電磁波ノイズ吸収器 - Google Patents

Abstract

【課題】スマートフォン等は超高速なデジタル信号が使用され、内部で電磁波ノイズが放射される。電源線、グラウンド線に一度放射された電磁波ノイズは内部に留まり外部には出ていかない。電源線、グラウンド線に放射された電磁波ノイズを外部に放出してやれば本来の正確なデジタル信号になり、ＤＡＣを使用してアナログ信号に変換した音はクリアになる。【解決手段】電磁波ノイズ吸収器は、スマートフォン等とＵＳＢケーブルで接続される。電磁波ノイズ吸収器は、スマートフォン等のＵＳＢの電源線、グラウンド線を電磁波ノイズ吸収器１の電源線、グラウンド線と接続し、スマートフォン等２の電磁波ノイズを取り込む。取り込んだ電磁波ノイズは、抵抗Ｒ１、Ｒ２、ラインバイパスコンデンサＣ１〜Ｃ４、コモンモードチョークコイルの部品で構成されたノイズフィルタ回路と電磁波ノイズ吸収銅板で吸収し、消滅される。【選択図】図４

Description

本発明はスマートフォン等の電磁波ノイズ吸収器に関するものである。スマートフォン等とはスマートフォン、ポータブルデジタルオーディオ、タブレット端末、ブルートゥーススピーカー、ブルートゥースヘッドフォン、ブルートゥースイヤホンを指す。

スマートフォン等にはデジタル回路が使用されている。デジタル回路はハイとロウのパルス波の信号を扱い、信号レベルが切り替わる瞬間に信号線に超高周波電流が流れる。このとき電源線やグラウンド線にも超高周波電流が流れる。デジタル回路で生じる超高周波電流が電磁波ノイズの原因になる。そして電磁波ノイズが元で電子機器内の他の部分の回路が障害を受ける。電磁波ノイズは信号線を流れるノーマルモードノイズと電源線とグラウンド線を流れるコモンモードノイズ（図１の３ｂ、４ｂ）がある。特にコモンモードノイズが他の部分の回路に及ぼす影響は大きく、デジタル回路を使用する電子機器の設計においてコモンモードノイズを減少させる対策が求められる。

スマートフォン等の性能を高めるため動作周波数を高くする。そのため、超高周波の電磁波ノイズが放射される。超高周波の電磁波ノイズは広範囲に広がり電子機器内の他の部分の回路に及ぼす障害（図１の２ａ→２ｂ）はより大きくなり、高度な電磁波ノイズ対策が求められる。

電磁波ノイズはデジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡＣに障害を及ぼし、スマートフォン等の音を曇らせ、クリアさがなくなる。

コモンモードノイズ対策として基本的に電磁波ノイズを放射させないことが上げられる。しかし、動作周波数の高いデジタル回路を使用している限り電磁波ノイズは放射される。コモンモードノイズ対策としてノイズフィルタ回路が使用される。ノイズフィルタ回路はラインバイパスコンデンサとコモンモードチョークコイルの部品で構成し、ラインバイパスコンデンサをシールドグラウンドケースに接続するのが一般的である。

ラインバイパスコンデンサを接続するシールドグラウンドケースにもノイズが載っていることがある。この場合にはラインバイパスコンデンサを接続するためのグラウンドを別途作る必要がある。

コモンモードノイズは電源線やグラウンド線を通じて伝わるため、いったん発生すると伝搬を止めることが困難になる。スマートフォン等の内部で放射された電磁波ノイズは外部へ出ることなく内部に保留した状態になる。内部に保留された電磁波ノイズの影響を受けてスマートフォン等の音は曇った状態が解消されないまま継続する。

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スマートフォン等は音に関連するデジタル信号をＤＡＣを使用し、アナログ信号に変換し音を再生する。スマートフォン等は超高速なデジタル信号が使用され、内部で電磁波ノイズが放射される。内部で放射される電磁波ノイズは音に関連するデジタル信号に混入し本来の正確なデジタル信号とは異なったデジタル信号になる。音はＤＡＣを使用してデジタル信号からアナログ信号に変換されて再生されるが電磁波ノイズが混入したデジタル信号からは正確な音は再生されず、音はクリアにならない。

スマートフォン等では電磁波ノイズを内部で放射させないように対策はするが超高速なデジタル信号を使用している限り電磁波ノイズの放射を防ぐことはできず内部に保留される。電源線、グラウンド線に一度放射された電磁波ノイズは内部に留まり外部には出ていかない。電源線、グラウンド線に載った電磁波ノイズは他の部分の回路に伝搬していき、悪影響を及ぼす。電源線、グラウンド線に放射された電磁波ノイズを外部に放出してやれば本来の正確なデジタル信号になり、ＤＡＣを使用してアナログ信号に変換した音はクリアになる。いかにしてスマートフォン等の電源線、グラウンド線に載った電磁波ノイズを外部に放出してやるかが課題になる。

スマートフォン等は外部機器とのデジタル信号の伝達にＵＳＢを利用している。またＵＳＢにはデジタル信号を伝達する電線以外にも電源線とグラウンド線が接続されており、スマートフォン等の充電にも使用されている。

図２のブロック図のとおり、本発明の電磁波ノイズ吸収器１とスマートフォン等２をＵＳＢケーブル３で接続する。スマートフォン等のＵＳＢの電源線に混入した電磁波ノイズ４ａを電源線端子Ｐ１からＵＳＢケーブル３を使用して電磁波ノイズ吸収器１の電源線端子Ｐ３から電磁波ノイズ吸収器１に取り込む。同じくスマートフォン等のＵＳＢのグラウンド線に混入した電磁波ノイズ４ｂをグラウンド線端子Ｐ２からＵＳＢケーブル３を使用して電磁波ノイズ吸収器１のグラウンド線端子Ｐ４から電磁波ノイズ吸収器１に取り込む。電磁波ノイズ吸収器１では取り込んだ電磁波ノイズ４ａ、４ｂを抵抗、ラインバイパスコンデンサ、コモンモードチョークコイルの部品で構成されたノイズフィルタ回路と電磁波ノイズ吸収銅板で吸収し、消滅させる。スマートフォン等の内部で放射される電磁波ノイズは内部に溜まることなく外部に放出される。これにより図３のように電磁波ノイズ１のない正確なデジタル信号２となり、音に関連するデジタル信号がアナログ信号に変換されたときにも正確なアナログ信号になり、クリアな音になる。

本発明のスマートフォン等の電磁波ノイズ吸収器はＵＳＢケーブルを使用してスマートフォン等に接続し、スマートフォン等の内部に保留された電磁波ノイズを電磁波ノイズ吸収器に取り込み、消滅する。ＤＡＣを使用してデジタル信号をアナログ信号に変換したとき、音は曇りがなくなり、クリアになる効果がある。

スマートフォンで電話をかけるときスマートフォンを耳に近づけるのが一般的である。そのときスマートフォンのシールドグラウンドケースから放射されている電磁波ノイズを頭部に受けることになり、長時間であれば脳に悪い影響を与える。本発明のスマートフォン等の電磁波ノイズ吸収器はシールドグラウンドケースに保留されている電磁波ノイズを取り込み、消滅させる働きがあるため、長時間、電話をかけても電磁波ノイズを頭部に受けないため脳に悪い影響を与えない。

スマートフォン等と電磁波ノイズ吸収器をＵＳＢケーブルを使用して接続し、ＵＳＢの電源線とグラウンド線の端子から電磁波ノイズを取り込む方法はＵＳＢ端子を持っているスマートフォン、ポータブルデジタルオーディオ、タブレット端末、ブルートゥーススピーカー、ブルートゥースヘッドフォン、ブルートゥースイヤホンと幅広い電子機器に対応できる利点がある。

コモンモードノイズの他の部品に及ぼす障害の説明 ブロック図 電磁波ノイズが載ったパルス波の変化の説明 回路図

スマートフォン等のＵＳＢの電源線端子、グラウンド線端子をＵＳＢケーブルを使用し電磁波ノイズ吸収器の電源線端子、グラウンド線端子と接続する。スマートフォン等からＵＳＢケーブルを使用して取り込んだ電磁波ノイズを電磁波ノイズ吸収器の抵抗、ラインバイパスコンデンサ、コモンモードチョークコイルの部品で構成されたノイズフィルタ回路と電磁波ノイズ吸収銅板で吸収し、消滅させる。

スマートフォン等のＵＳＢ端子のタイプは各種（Ａ、Ｂ、Ｍｉｎｉ−Ａ、Ｍｉｎｉ−Ｂ、Ｍｉｃｒｏ−Ａ、Ｍｉｃｒｏ−Ｂ、Ｃ）ある。ＵＳＢケーブルのソケットもその端子に適合するものを使用する。ＵＳＢケーブルのもう一つのソケットはタイプＡになっているのが一般的である。パソコンとの接続、スマートフォン等の充電器との接続はＵＳＢ端子タイプＡで接続できるような仕様になっている。そこでスマートフォン等の外部機器に相当する電磁波ノイズ吸収器のＵＳＢ端子はタイプＡを使用する。

図４は電磁波ノイズ吸収器の回路図である。コモンモードチョークコイルを中心に前段と後段にそれぞれ２つの抵抗、２つのラインバイパスコンデンサを配置する。４つの抵抗とラインバイパスコンデンサは電磁波ノイズ吸収銅板に接続する。電磁波ノイズ吸収銅板はシールドグラウンドケースとは切り離す。この構成が最も電磁波ノイズを効率よく吸収し、音をクリアにする。

抵抗、ラインバイパスコンデンサ、コモンモードチョークコイルの容量の違いによって音のクリアに差が生じる。次のような容量の値を使用したときに最も音をクリアにする。
抵抗 Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４ ： ８２０Ｋオーム
ラインバイパスコンデンサ Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４ ： ０．０２２マイクロＦ
コモンモードチョークコイル Ｌ ： ２ｍＨ

電磁波ノイズ吸収銅板の厚さ、大きさによっても音のクリアに差が生じる。次のような仕様が最も音をクリアにする。
銅板の厚さ ： ０．５ミリメートル以上
大きさ ： ９，０００平方ミリメートル以上

本発明のスマートフォン等の電磁波ノイズ吸収器の回路はコモンモードチョークコイルを中心に入力側と出力側に同じ大きさの２つの抵抗と同じ容量の２つのラインバイパスコンデンサが対称についている。ＵＳＢ端子入力をＡＣ１００Ｖ電源入力プラグ付きコードに替え、コモンモードチョークコイルの出力側にＡＣ１００Ｖ電源出力コンセントを新たに付け加えれば、ＡＣ１００Ｖ電源を使用するすべての音響機器の電磁波ノイズ吸収器として利用できる。音響機器のＡＣ１００Ｖ電源プラグを電磁波ノイズ吸収器のＡＣ１００Ｖ電源出力コンセントに挿入することによって、電磁波ノイズは電磁波ノイズ吸収器に取り込まれ、消滅する。

Claims (1)

1. スマートフォン等の電磁波ノイズ吸収器であって、
   インダクタンス２ｍＨのコモンモードチョークコイルの２つのコイルの一方を第１コイル、他方を第２コイルとし、前記コモンモードチョークコイルの入力側の第１コイルの入力端子は、ＴＹＰＥ−ＡのＵＳＢコネクタ端子の電源線端子に接続し、前記コモンモードチョークコイルの入力側の第２コイルの入力端子は、前記ＵＳＢコネクタ端子のグランド線端子に接続し、８２０Ｋオームの第１の抵抗の一方のリード線は、前期コモンモードチョークコイルの第１コイルの入力端子に接続し、前記第１の抵抗の他方のリード線は、銅板の厚さ０．５ミリメートル以上、大きさ９，０００平方ミリメートル以上の電磁波ノイズ吸収銅板に接続し、キャパシタンス０．０２２マイクロＦの第１のラインバイパスコンデンサの一方のリード線は、前記コモンモードチョークコイルの第１コイルの入力端子に接続し、前記第１のラインバイパスコンデンサの他方のリード線は、前記電磁波ノイズ吸収銅板に接続し、８２０Ｋオームの第２の抵抗の一方のリード線は、前記コモンモードチョークコイルの第２コイルの入力端子に接続し、前記第２の抵抗の他方のリード線は、前記電磁波ノイズ吸収銅板に接続し、キャパシタンス０．０２２マイクロＦの第２のラインバイパスコンデンサの一方のリード線は、前記コモンモードチョークコイルの第２コイルの入力端子に接続し、前記第２のラインバイパスコンデンサの他方のリード線は、前記電磁波ノイズ吸収銅板に接続し、８２０Ｋオームの第３の抵抗の一方のリード線は、前記コモンモードチョークコイルの出力側の第１コイルの出力端子に接続し、前記第３の抵抗の他方のリード線は、前記電磁波ノイズ吸収銅板に接続し、キャパシタンス０．０２２マイクロＦの第３のラインバイパスコンデンサの一方のリード線は、前記コモンモードチョークコイルの出力側の第１コイルの出力端子に接続し、前記第３のラインバイパスコンデンサの他方のリード線は、前記電磁波ノイズ吸収銅板に接続し、８２０Ｋオームの第４の抵抗の一方のリード線は、前記コモンモードチョークコイルの出力側の第２コイルの出力端子に接続し、前記第４の抵抗の他方のリード線は、前記電磁波ノイズ吸収銅板に接続し、キャパシタンス０．０２２マイクロＦの第４のラインバイパスコンデンサの一方のリード線は、前記コモンモードチョークコイルの出力側の第２コイルの出力端子に接続し、前記第４のラインバイパスコンデンサの他方のリード線は、前記電磁波ノイズ吸収銅板に接続するスマートフォン等の電磁波ノイズ吸収器。

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