JPH01501110A - デジタル信号からの電磁干渉の濾波除去 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 デジタル信号からの電磁干渉の濾波除去技術分野 この発明は、−Ｃに受信信号からＮｍ放射線を濾波除去することに関し、特にデ ジタル入力信号から無線周波数の混信を濾波除去することに関する。

責見茨歪 電子制御システムでは、一般に各種発生源からの信号が中実装置に入力される。

通常、電気トランスデユーサ等の発注源はアナログ信号を出力し、機械的スイッ チ等の発生源はデジタル信号を出力する。これらの信号は所望パラメータの測定 結果を表わすので、最適な制御のためには高精度の入力信号が必要である。アナ ログ信号の伝送は、信号のドリフトと伝送ライン中における損失のために望まし くない。従って、アナログ信号はデジタル信号に変換されてから中実装置に送ら れている。

しかし、中実装置への伝送中に、を磁干渉が信号に混入する。

この干渉、特に無線周波数の混信は意図する信号を汚染し、伝送エラーを引き起 こす。従って「きれいな」信号を受信するためには、中実装置による受信直前に 信号が濾波されねばならない。

当該分野で周知の簡単な単極ＲＣ低域フィルタで、低周波のデジタル信号から無 線周波数の混信を充分に濾波除去できる０例えば、第１図は機械的スイッチとＲ Ｃフィルタを用いた代表的な構成を示している。しかし、この種のフィルタは一 般に、ＩＫＨｚより小さいバンド中を有する。これは低周波のデジタル人力を与 える機械的スイッチでは良好に作動するが、キ四ヘルツ以上の周波数を持つデジ タル入力に対しては有効に使用できない。

前述したように、多くのアナログ信号は伝送前にデジタル信号へ変換される。こ れらの変換の一部で必要なサンプリング速度は、１０ＫＨｚ以上に達するデジタ ル信号をもたらす、第】図に示した単極回路のバンド中を大きくしようとする試 みは、高周波成分の減衰を減少せしめる。このため、フィルタは約１０ＫＨ２Ｏ 高周波デジタル信号を通過させるが、約１〜２００ＫＨｚの無線周波数を有効に 濾波除去できない。

適切な減衰と狭いバンド中を持つＲＣフィルタが、高周波のデジタル信号を通さ ないことは明らかである。同じく、ＲＣフィルタが高周波のデジタル信号を通す ように調整されれば、無線周波数の混信を有効に除去することができない。

本発明は、上記した問題の一つまたはそれより多くを解消するものである。

又里二園玉 本発明の一特徴によれば、デジタル信号を濾波する装置が提供される。抵抗が第 １及び第２＃ｉ子を有する。誘導子が第１及び第２端子を有し、該第１端子が前 記抵抗の第２端子に接続されている。第１コンデンサが、前記抵抗と誘導子との 接続によって形成された合流接合点に接続された第１端子と、回路アースに接続 された第２端子を有する。第２コンデンサが、前記誘導子の第２：ａ子に接続さ れた第１端子と、回路アースに接続された第２端子を有する。

本発明の別の特徴によれば、デジタル信号を濾波する装置が提供される。電流制 限抵抗が第１及び第２端子を有する。誘導子が第１及び第２端子を有し、該第１ 端子が前記抵抗の第２端子に接続され合流接合点を形成する。コンデンサが前記 抵抗と誘導子の合流接合点に接続された第１端子を有する。コンデンサの第２端 子は、回路アースに接続されている。金属酸化物半導体ゲート入力が、前記誘導 子の第２端子に接続されている。

技術上の問題は、デジタル信号から電磁干渉を濾波除去する点にある。！磁放射 、特に無線波が、電子システムと信号伝送にエラーを生じる０例えば、電線を介 してデータ信号を電子制御装置に送るとき、電線がアンテナのように作用する。

「ノイズの多い」環境では、ｉｔ線が著しい量の放射を受信し、データ信号に混 信してエラーを生じる。そのため、電子制御装置に物理的に近い位置で濾波され ねばならない、このようなフィルタは、ノイズ及び混信を阻止しつつ、信号中の 全ての情報を通過させねばならない。

デジタル信号の周波数が大きくなるにつれ、無線周波数等、高周波成分の濾波除 去がいっそう困難となる。つまりフィルタは、よこうしたフィルタのバンド中と 減衰特性を特定の用途に同調可能とするため、マルチ極のフィルタが使われねば ならない、前述したような従来の単極ＲＣフィルタは、高周波のデジタル信号に 対して適切なバンド中及び減衰を与えられない、これに対し、本節の第１段落に 記載のごとく構成されたフィルタは、３つのエネルギー貯蔵要素が使われている ので、二極をなしている。かかる二極フィルタはバンド中を広めつつ、高周波を 急勾配で減衰させる。インダクタンスとキャパシタンスについて適切な４直を選 ぶことによって、フィルタは所望のデジタル信号に通過させる一方、無線周波数 を拒絶するように同調される。

また、第３極を構成する第２コンデンサを与えるのに、金属酸化物半導体ゲート も使える。はとんどの半導体に関する参考書で説明されている金属酸化物半導体 ゲートの特性としては、金属と基板表面の間に小キャパシタンスが存在する。こ のキャバシタンスが個別コンデンサに代わって作用し、従ってフィルタのコスト を削減する。この点は、回路へのデジタル入力数が大きいときに重要となる。更 に、金属酸化物半導体ゲートのキャパシタンス値は低いので、より小型の第１コ ンデンサを用いるとき、フィルタは無視可能な位相シフトを呈する。

図面の簡単な説明 第１図は低周波のデジタル入力信号用低域フィルタの概略図を示す； 第２図は低周波デジタル信号の一例を示す；第３図はＲＣフィルタの周波数応答 の一例の概略図を示す；第４図は高周波デジタル信号用の電磁放射フィルタの概 略図を示す； 第５図は高周波デジタル信号の一例を示す；第６図は！磁干渉フィルタの周波数 応答の一例の概略図を示す；及び 第７図は高周波デジタル信号用の電磁放射フィルタの概略図を示し、該フィルタ は金属酸化物半導体ゲートを示す。

るための　のノと 第１図は、単極ＲＣ低域フィルタ１２を用いた信号伝送装置１０を示す、第２Ａ 図に示したデジタル信号が、回路アース１６と伝送ライン１８の間に接続された スイッチ１４によって発生される。伝送ライン１８は、第１及び第２端子を有す る第１抵抗２０を介して、正の電圧ｕ１．準に接続されている。コネクタピン２ ２が伝送ライン１８内に挿入されている。第１及び第２端子ををする第２抵抗２ ４が、そ−の第１端子を介して第１抵抗２０の第２端子に接続されている。第２ 抵抗２４の第２端子は、コンデンサ２６の第１端子と金属酸化物半導体ゲート２ ８の入力に接続されている。コンデンサ２６の第２端子は回路アース１６に接続 されている。

スイッチ１４が開のとき、Ｗ［は第１抵抗２０を介してアース１６へと流れない 、このため、第１抵抗２０両端での電圧降下はゼロで、標準電圧が第１抵抗２０ の第２端子に現われる。従って「高」電圧が第２抵抗２４の第１端子、つまりＲ Ｃフィルタ１２０入力に存在する。スイッチ１４が閉じると、Ｎ’ｉＸが第１抵 抗２０を介してアース１６に流れる。標準電圧の実質上全てが第１抵抗２０を通 じて降下し、第２抵抗２４の第１端子に「低」電圧レベルが現われる。また第１ 抵抗２０は、コネクタピン２２の分離等、不良が生じた場合にも高”の電圧標準 をＲＣフィルタ１２に与える。

伝送ライン１８は、アンテナとほとんど同様に！磁放射を受信する。この１を磁 放射が、第２Ｂ図に示すようにデジタル信号に干渉混入する。ＲＣフィルタ１２ は、第３図に示したのと同様な周波数応答を示す、同図に明らかなごとく、ＩＫ Ｈｚ以下の周波数を持つデジタル信号が減衰なくフィルタを通過可能である。し かし、無線周波数に対応したＩＭＨ２〜２００ＭＨｚの高周波数は強く減衰され 阻止されている。このため、ＲＣフィルタ１２は低い周波数のデジタル信号に混 信した無線周波数放射をを効に阻止する。しかし、この種のフィルタを用いると 、高い周波数のデジタル信号も減衰されてしまうのは明らかである。

第４図は、信号伝送装置３０で使われるｔ磁干渉フィルタ３２の好ましい実施例 を示す、第５Ａ図に示したようなデジタル信号が、デジタル信号発生手段３４に よって発生される。デジタル信号は、信号発生手段３４をプルアップ抵抗３８を 介して正の電圧標準に接続する伝送ライン３６に出力される。コネクタピン４０ が伝送ライン３６内に挿入されている。第１及び第２端子を有する電流制限抵抗 ４２が、その第１＃５子でプルアップ抵抗３日の第２端子に接続されている。ｉ ｔ流制限抵抗４２の第２端子が、第１コンデンサ４４の第１端子と誘導子４６の 第１端子とに接続され合流接合点を形成している。第１コンデンサ４４の第２端 子は回路アース４８に接続されている。誘導子４６の第２端子は、第２コンデン サ５０の第１端子と金属酸化物半導体ゲート５２０入力とに接続されている。第 ２コンデンサ５０の第２端子は回路アース４８に接続されている。

信号伝送装置３０は、第１図に示した装置ＩＯと同様に機能する０両者の差とし て、後者の単極ＲＣフィルタ１２に対し、前者では二極フィルタ３２と高周波の デジタル信号発生手段３４を含む、伝送ライン３６は、アンテナとほとんど同様 に電磁放射を受信する。この１１磁放射が、第５Ｂ図に示すようにデジタル信号 に干渉混入する。デジタル入力信号は、フィルタ３２を高い電流から回避させる 電流制限抵抗４２の第１端子で受信可能である。

二極フィルタ３２は、第６図に示したのと同様な周波数応答を示す、同図に明ら かなごとく、０．２５ＭＨｚ以下の周波数を持つデジタル信号が減衰なくフィル タを通過している。しかし、無線周波数に対応したＩＭＨｚ〜２００ＭＨｚの高 周波数はフィルタ３２によって強く減衰され阻止されている。実質的には、２つ の余分なエネルギー蓄積装置、つまり誘導子４６と第２コンデンサ５０の追加が 使用可能なバンド巾を増大すると共に、電磁干渉周波数の減衰を高めている。

異なる周波数における誘導子４６とコンデンサ４４．５０のインピーダンスを調 べることによって、フィルタ３２の動作を洞察できる。インピーダンスは周波数 に関して次のように表わせる：低い周波数では、コンデンサ４４．５０のインピ ーダンスが非常に高く、誘導子４６のインピーダンスが非常に低い、従って低周 波では、コンデンサ４４．５０の与える経路が信号を妨げるため、両コンデンサ はそこを通って信号がアースに至るのを許容しない。

逆に、誘導子４６は低周波で非常に小さいインピーダンスとなるので、低周波信 号は自由にそこを通過する。

同じ式を周波数に当てはめると、コンデンサ４４．５０のインピーダンスは非常 に低く、誘導子４６のインピーダンスは非常に高い、従って、両コンデンサ４４ ．５０は高周波の放射を実質上全て回路アース４８に通過させる。誘導子４６は 無線周波数等の高周波の通過を阻止し、高周波のエネルギーをコンデンサ４４． ５０を通って通過させようとする。

勿論、キャパシタンスとインダクタンスの値は、無線周波数に対して、コンデン サ４４．５０が誘導子４６のインピーダンスより充分に低いインピーダンスを得 、コンデンサ４４．５０が実質上全ての無線周波数の放射を回路アース４８へ導 くように選定される。更にキャパシタンスとインダクタンスの値は、第１コンデ ンサ４４の第１端子から金属酸化物半導体ゲート５２の入力に向かうデジタル信 号の位相シフトを実質上防ぐように選ばれる。

次に第７図を参照すると、電磁干渉フィルタ６２の別の実施例が、信号伝送装置 ６０内に含めて示しである。この回路は、第４．５及び６図に関連して説明した 装置３０と実質上同様に機能する。

但し本例では、第２コンデンサ５０が存在しない、しかし、金属酸化物半導体ゲ ートの入力５２は小さいキャパシタンス値を存し、これは「理想的な」ゲートの 入力から回路アースへ小コンデンサを接続することに実質的に等しい、小キャパ シタンス６４が、ゲ−ト構造を形成する基板接合の金属酸化物内に生じる。この 小キャパシタンス６４が第２コンデンサ５ｏの代わりに使われる。このため、見 かけは二極のフィルタ６２が二極の周波数応答を与える。

このフィルタ６２は第２コンデンサの必要を取り除いて回路のコストを削減する だけでなく、第１コンデンサ４４の第１端子からゲート入力に至る間で位相シフ トを無視し得るものとする。ゲートキャパシタンス６４は非常に小さく約５〜１ ０ピコフアラツドなので、濾波能力をほとんど損わずに、より小さいコンデンサ １４が使える。更に、小キャパシタンスは、無視可能な位相シフトを示すはり理 想的なフィルタ６２を生じる。この実施例は、前記したその他のフィルタのどち らよりもコストの低い回路と優れた性能を与える。

上の］　可屹 驚くべきほど多様な用途が、電子回路について見い出されている。これらの用途 の多くは、「ノイズの多い」環境を含んでいる。

振動、放射及び電力サージ等の「ノイズ」が、電子回路に誤動作を引き起こす、 取付及び濾波の構成は、このような問題を解決するように工夫されねばならない 。

例えばエンジン制御は、非常に激しい環境内で機能しなければならない、中央制 御装置は通常、車両のエンジン室内のどこかに取り付けられる。伝送ラインを経 てデータを中央制御装置に送るセンサが、エンジン内及び周囲の各種箇所に配置 され、重要なパラメータをモニターする。中央制御装置はその機能を正しく実行 するために、正確なデータを必要とする。しかし、ラジオ、ＣＢ及びその他の制 御装置等数多くの発生源からの電磁放射が伝送ライン上のデータを汚染する。

データ信号を「浄化」するために、中央制御装置におけるデータ信号の濾波除去 が必要である。しかしこの作業は、より多くの情報を伝送するべくより高い周波 数のデジタル信号が使われるようになりつ＼あるので、ますます難しくなってき ている０本明細書で前述した電磁干渉フィルタは、高周波信号の通過を可能とし ながら、それより高い周波数の無信波の混信を減衰する。汚染されたデジタル信 号がフィルタによって受信されると、誘導子がデジタル周波数に対して低いイン ピーダンス路を与え、無線周波数に対しては高いインピーダンス路を与える。逆 に、キャパシタンスはデジタル周波数に対して高いインピーダンス路を与え、無 線周波数に対しては低いインピーダンス路を与える。従って、誘導子が制御装置 から無線周波数をブロックするとき、コンデンサは無線周波数を自由に回路アー スへ逸し、そこで消失させる。

この結果、制御装置は実質上センサから送られた通りのデジタル信号を受信する 。電磁干渉フィルタは既存の無線周波数フィルタに一つの要素、誘導子を付は加 えるだけなので、これはコスト効率の良い解決策である。

この発明の上記以外の特徴、目的及び利点は、図面、開示の内容、及び添付の請 求の範囲を検討することによって得られるであろう。

暉 特許庁長官　小　川　邦　夫　殿 １、特七午出願の表示　ＰＣＴ／ＵＳ　８６１０２７００２、発明の名称　デジ タル信号からの電磁干渉のｐ被除去３、特許出願人 名　称　キャタピラ−インコーホレーテッド６、添付書類の目録 補正書の翻訳文　１　通 請求の範囲（第１９条補正） １、（削　除） ２、（削　除） ３、（削　除） ４、（削　除） ５、（削　除） ６、（削　除） ７、（削　除） ８、デジタル入力信号を濾波する装Ｗ（３０）において：第１及び第２端子を有 する電流制限抵抗（４２）で、該第１端子が前記デジタル信号を受信する； 第１及び第２端子を有する誘導子（４６）で、該第１端子が前記抵抗（４２）の 第２端子に接続され合流接合点を形成する；前記抵抗（４２）と誘導子（４６） の合流接合点に接続された第１端子と、回路アース（４８）に接続された第２端 子を有するコンデンサ（４４）；及び 前記誘導子（４６）の第２端子にだけ接続された入力を有する金属酸化物半導体 ゲート（５２）；を備えた装置。

国際調査報告　っ−／：Ｔ：　ｆｔ、／。；７００

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．デジタル入力信号を濾波する装置（３０）において：第１及び第２端子を有 する電流制限抵抗（４２）で、該第１端子が前記デジタル信号を受信する； 第１及び第２端子を有する誘導子（４６）で、該第１端子が前記抵抗（４２）の 第２端子に接続され合流接合点を形成する；前記抵抗（４２）と誘導子（４６） の合流接合点に接続された第１端子と、回路アース（４８）に接続された第２端 子を有する第１コンデンサ（４４）；及び 前記誘導子（４６）の第２端子に接続された第１端子と、回路アース（４８）に 接続された第２端子を有し、濾波されたデジタル信号を出力する第２コンデンサ （５０）；を備えた装置。 ２．前記誘導子（４６）が無線周波数の放射の通過を禁止する請求の範囲第１項 記載の装置（３０）。 ３．無線周波数の放射を受信したとき、前記誘導子（４６）が該無線周波数の放 射の通過を禁止するのに充分高いインピーダンスを呈する請求の範囲第２項記載 の装置（３０）。 ４．前記コンデンサ（４４、５０）が無線周波数の放射を回路アース（４８）に 通過させる請求の範囲第１項記載の装置（３０）。 ５．無線周波数の放射を受信したとき、前記コンデンサ（４４、５０）が該無線 周波数の放射を回路アース（４８）へと通過させるのに充分低いインピーダンス を呈する請求の範囲第４項記載の装置（３０）。 ６．無線周波数の放射を受信したとき、前記コンデンサ（４４、５０）が前記誘 導子（４６）のインピーダンスより充分低いインピーダンスを呈し、前記コンデ ンサ（４４、５０）が無線周波数の放射を実質上全て回路アース（４８）に通過 させる請求の範囲第４項記載の装置（３０）。 ７．前記コンデンサ（４４、５０）が前記抵抗（４２）の第１端子と前記誘導子 （４６）の第２端子との間での位相シフトを防止する請求の範囲第１項記載の装 置（３０）。 ８．デジタル入力信号を濾波する装置（３０）において：第１及び第２端子を有 する電流制限抵抗（４２）で、該第１端子が前記デジタル信号を受信する； 第１及び第２端子を有する誘導子（４６）で、該第１端子が前記抵抗（４２）の 第２端子に接続され合流接合点を形成する；前記抵抗（４２）と誘導子（４６） の合流接合点に接続された第１端子と、回路アース（４８）に接続された第２端 子を有するコンデンサ（４４）；及び 前記誘導子（４６）の第２端子に接続された入力を有する金属酸化物半導体ゲー ト（５２）；を備えた装置。 ９．デジタル入力信号が前記電流制限抵抗（４２）の第１端子で受信可能である 請求の範囲第８項記数の装置（６０）。 １０．前記誘導子（４６）が無線周波数の放射の通過を禁止する請求の範囲第８ 項記載の装置（６０）。 １１．無線周波数の放射を受信したとき、前記誘導子（４６）が該無線周波数の 放射の前記金属酸化物半導体ゲート（５２）への通過を禁止するのに充分高いイ ンピーダンスを呈する請求の範囲第１０項記載の装置（６０）。 １２．前記コンデンサ（４４）が無線周波数の放射を回路アース（４８）に通過 させる請求の範囲第８項記載の装置（６０）。 １３．無線周波数の放射を受信したとき、前記コンデンサ（４４）が該無線周波 数の放射を回路アース（４８）へと通過させるのに充分低いインピーダンスを呈 する請求の範囲第１２項記載の装置（６０）。 １４．無線周波数の放射を受信したとき、前記コンデンサ（４４）が前記誘導子 （４６）のインピーダンスより充分低いインピーダンスを呈し、前記コンデンサ （４４）が無線周波数の放射を実質上全て回路アース（４８）に通過させる請求 の範囲第８項記載の装置（６０）。 １５．前記金属酸化物半導体ゲート入力（５２）が該ゲート入力（５２）と回路 アース（４８）との間にキャパシタンス（６４）を含む請求の範囲第８項記載の 装置（６０）。 １６．前記キャパシタンス（６４）が無線周波数の放射を更に減衰する請求の範 囲第１５項記載の装置（６０）。 １７．前記コンデンサ（４４）が、前記抵抗（４２）の第１端子と前記金属酸化 物半導体ゲート入力（５２）との間での位相シフトを防止する請求の範囲第８項 記載の装置（６０）。 １８．無線周波数の放射を受信したとき、前記コンデンサ（４４）とキャパシタ ンス（６４）が該無線周波数の放射を回路アース（４８）へと通過させるのに充 分低いインピーダンスを呈する請求の範囲第１７項記載の装置（６０）。