JP4703435B2 - Characteristic determination method, common mode filter, and communication system - Google Patents
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Description
本発明は、差動伝送線路に設けられるコモンモードフィルタに関する。 The present invention relates to a common mode filter provided in a differential transmission line.
従来、差動伝送線路(差動通信を行うための伝送線路)に設けられるコモンモードフィルタによって、その線路に発生するコモンモード電流を抑制するための技術が種々提案されている。例えば、コモンモードフィルタを構成する部材の配置やそれらの材料特性を限定することによりコモンモード電流を抑制する、といった技術である(特許文献1)。
しかし、上述した技術は、コモンモードフィルタ単体での性能向上を目指したものであり、そのコモンモードフィルタが設けられる伝送線路全体の中で、どのような特性を有していることが望ましいのかといったことまで定めたものではない。そのため、コモンモードフィルタを設けた伝送線路全体の構成によっては、コモンモード電流を充分に抑制することができない恐れがある。 However, the above-described technology is aimed at improving the performance of the common mode filter alone, and what kind of characteristics are desirable in the entire transmission line in which the common mode filter is provided. It is not something that has been determined. Therefore, depending on the configuration of the entire transmission line provided with the common mode filter, the common mode current may not be sufficiently suppressed.
本願発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、伝送線路全体の中で、コモンモードフィルタとして望ましい特性を決定するための技術を提供することである。 The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to provide a technique for determining desirable characteristics as a common mode filter in the entire transmission line.
上記課題を解決するため請求項1に記載の特性決定方法は、差動通信を行うための伝送線路である差動伝送線路を介してデータを送受信するノードとして、コモンモードフィルタを有する第1のノードとコモンモードフィルタを有しない第2のノードとが存在する通信システムのうち、前記第1のノード内の伝送線路に設けられるコモンモードフィルタの特性を決定するための特性決定方法である。
In order to solve the above-mentioned problem, the characteristic determination method according to
具体的には、まず、モデル化手順によって、前記第1のノード,前記差動伝送線路および前記第2のノードそれぞれをSパラメータでモデル化する。次に、
該モデル化手順にてモデル化したSパラメータに基づいて前記差動伝送線路を流れるコモンモード電流を、電流算出手順によって算出する。次に、該電流算出手順にて算出したコモンモード電流が所定のしきい値以下となるようなコモンモードフィルタのSパラメータを、パラメータ算出手順によって算出する。そして、該パラメータ算出手順にて算出したSパラメータで特定される特性を、特性決定手順によってコモンモードフィルタの特性として決定する。
Specifically, first, each of the first node, the differential transmission line, and the second node is modeled with S parameters by a modeling procedure. next,
Based on the S parameter modeled by the modeling procedure, a common mode current flowing through the differential transmission line is calculated by a current calculation procedure. Next, the S parameter of the common mode filter is calculated by the parameter calculation procedure so that the common mode current calculated by the current calculation procedure is equal to or less than a predetermined threshold value. Then, the characteristic specified by the S parameter calculated by the parameter calculation procedure is determined as the characteristic of the common mode filter by the characteristic determination procedure.
このような特性決定方法であれば、コモンモードフィルタが設けられる第1のノードを含めた伝送線路全体の中で、そのコモンモードフィルタとして望ましい特性,具体的にいうと、コモンモード電流を抑制するのに適した特性を決定することができる。そのため、この特性決定方法により決定した特性を有するコモンモードフィルタを用いれば、このコモンモードフィルタが設けられる伝送線路において、コモンモード電流を充分に抑制することが期待できる。 With such a characteristic determination method, the characteristics desirable as the common mode filter, specifically, the common mode current is suppressed in the entire transmission line including the first node where the common mode filter is provided. It is possible to determine characteristics suitable for Therefore, if a common mode filter having characteristics determined by this characteristic determination method is used, it can be expected that the common mode current is sufficiently suppressed in the transmission line provided with the common mode filter.
なお、この特性決定方法において、モデル化手順では、第1のノード,差動伝送線路および第2のノードそれぞれをSパラメータでモデル化することとなるが、このとき、第1のノードは、データの送信を制御する制御部,そのデータを伝送する伝送線路それぞれのSパラメータを別々に算出してモデル化することが望ましい。それは、受動的な構成である伝送線路であれば、単純な計測によりSパラメータを特定することができるが、能動的な構成である制御部については、単純な計測によりSパラメータを算出することができず、解析的に求める必要があるからである。 In this characteristic determination method, in the modeling procedure, each of the first node, the differential transmission line, and the second node is modeled with S parameters. At this time, the first node It is desirable to separately calculate and model the S parameter of each of the control unit that controls transmission of the transmission line and the transmission line that transmits the data. If it is a transmission line having a passive configuration, the S parameter can be specified by a simple measurement. However, for a control unit having an active configuration, the S parameter can be calculated by a simple measurement. This is because it is not possible to obtain analytically.
具体的には、請求項2に記載のように、前記第1のノードをSパラメータでモデル化するにあたり、該第1のノードにおいてデータの送信を制御するデータを送信電圧に変換して伝送線路を駆動するトランシーバIC,および,該トランシーバICにより送信されるデータを伝送する伝送線路それぞれのSパラメータを算出し、該算出したSパラメータそれぞれを結合することにより、前記第1のノードのモデル化を行うとよい。 Specifically, as described in claim 2, when modeling the first node with an S parameter, the data for controlling the transmission of data in the first node is converted into a transmission voltage to transmit a transmission line. The first node is modeled by calculating S-parameters of each of the transceiver IC that drives the transmission line and the transmission line that transmits data transmitted by the transceiver IC, and combining the calculated S-parameters. It is good to do.
このような手順とすれば、第1のノード内におけるトランシーバICと伝送線路とについて、それぞれ別々にSパラメータを算出し、これを結合することで、第1のノードをモデル化している。これにより、伝送線路とトランシーバICとを、それぞれ適切な手法によりSパラメータを算出することで各Sパラメータを正確に算出できるようになるため、こうして算出したSパラメータを結合することで、より正確に第1のノードをモデル化することができる。 According to such a procedure, the first node is modeled by calculating S parameters separately for the transceiver IC and the transmission line in the first node and combining them. As a result, each S parameter can be accurately calculated by calculating the S parameter for each of the transmission line and the transceiver IC by an appropriate method. Therefore, by combining the S parameter calculated in this way, the S parameter can be more accurately obtained. The first node can be modeled.
また、上記各構成におけるコモンモードフィルタは、差動通信を行うための伝送線路である差動伝送線路を介してデータを送受信するノードとして、コモンモードフィルタを有する第1のノードとコモンモードフィルタを有しない第2のノードとが存在する通信システムのうち、前記第1のノード内の伝送線路に設けられるコモンモードフィルタであって、前記第1のノード,前記差動伝送線路および前記第2のノードまでの全体をSパラメータでモデル化し、該モデル化したSパラメータに基づいて前記差動伝送線路を流れるコモンモード電流を算出して、該算出したコモンモード電流が最小となるようなコモンモードフィルタのSパラメータが、当該コモンモードフィルタの有する特性として決定されていてもよい。
Moreover, the common mode filter in each of the above configurations includes a first node having a common mode filter and a common mode filter as nodes that transmit and receive data via a differential transmission line that is a transmission line for performing differential communication. A common mode filter provided in a transmission line in the first node in a communication system including a second node that does not have the first node, the differential transmission line, and the second node; A common mode filter that models the whole up to the node with S parameters, calculates a common mode current flowing through the differential transmission line based on the modeled S parameters, and minimizes the calculated common mode current S parameters may be determined as a characteristic possessed by the common mode filter.
このように構成されたコモンモードフィルタによれば、請求項1または請求項2に記載の特性決定方法により特性が決定されたコモンモードフィルタと同様の作用,効果を得ることができる。
According to the common mode filter configured as described above, the same operation and effect as those of the common mode filter whose characteristics are determined by the characteristic determination method according to
また、請求項3に記載の通信システムは、差動通信を行うための伝送線路である差動伝送線路を介してデータを送受信するノードとして、コモンモードフィルタを有する第1のノードとコモンモードフィルタを有しない第2のノードとが存在する通信システムである。この通信システムにおいて、前記第1のノードは、該第1のノード内の伝送線路にコモンモードフィルタが設けられており、該コモンモードフィルタの特性には、前記第1のノード,前記差動伝送線路および前記第2のノードまでの全体をSパラメータでモデル化し、該モデル化したSパラメータに基づいて前記差動伝送線路を流れるコモンモード電流を算出して、該算出したコモンモード電流が最小となるようなコモンモードフィルタのSパラメータが決定されている。
In addition, the communication system according to
このように構成された通信システムによれば、第1のノードに備えられたコモンモードフィルタにより、請求項1または請求項2に記載の特性決定方法により特性が決定されたコモンモードフィルタと同様の作用,効果を得ることができる。
According to the communication system configured as described above, the common mode filter provided in the first node is the same as the common mode filter whose characteristics are determined by the characteristic determination method according to
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
(1)全体構成
通信システム1は、図1に示すように、第1基板10,第2基板20,この両者を接続するハーネス30などからなる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1) Overall Configuration As shown in FIG. 1, the
第1基板10は、差動通信によるデータ通信を制御するトランシーバIC12,第1基板10をハーネス30に接続するコネクタ14,トランシーバIC12からコネクタ14までをつなぐ配線パターン16,配線パターン16中に設けられたコモンモードフィルタ18などで構成される。
The
第2基板20は、差動通信によるデータ通信を制御するトランシーバIC22,第2基板20をハーネス30に接続するコネクタ24などで構成される。
ハーネス30は、ツイストペアケーブルで構成された差動通信用の伝送線路である。
The
The
なお、上述した第1基板10が本発明における第1のノードであり、第2基板20が本発明における第2のノードであり、ハーネス30が本発明における差動伝送線路である。また、上述した配線パターン16が本発明における「制御部により送信されるデータを伝送する差動伝送線路」である。
(2)コモンモードフィルタの特性
上述した第1基板10のコモンモードフィルタ18は、以下に示す特性決定方法のいずれかにてその特性が決定されたものである。その手順について以下に説明する。
(2−1)特性決定方法その1
まず、通信システム1を、図2に示すように、トランシーバIC12,コモンモードフィルタ18,配線パターン16,ハーネス30,第2基板20それぞれを4ポート(入力,出力にそれぞれ2つずつの線路)のデバイスとしてモデル化した構成を想定する。
In addition, the 1st board |
(2) Characteristics of Common Mode Filter The characteristics of the
(2-1)
First, as shown in FIG. 2, the
次に、第1基板10,ハーネス30および第2基板20それぞれをSパラメータでモデル化する(モデル化手順)。
このモデル化手順では、まず、上記モデルのトランシーバIC12を、2つの信号源E1,E2およびインピーダンスZ1,Z2からなる等価回路とみなし、この等価回路に基づいてSパラメータ「Sic」を算出する。ここで、トランシーバIC12を等価回路とみなすにあたっては、まず、図3に示すように、トランシーバIC12に負荷回路100を接続した状態で、この負荷回路100における特定の抵抗(図3のr1,r2参照)を複数の値それぞれに変化させた場合における全ての抵抗(図3のr1〜r3参照)それぞれの電圧波形を測定する。そして、こうして測定された電圧波形をFFT(Fast Fourier Transform)によりスペクトル解析し、各周波数成分から最小二乗法により求められるパラメータに基づいて信号源E1,E2およびインピーダンスZ1,Z2の推定値を得る。こうして得られた信号源およびインピーダンスに基づいて、トランシーバIC12のSパラメータが算出される。なお、このトランシーバIC12からみたコモンモードフィルタ18との間における入射波と反射波との関係は、下記の式1−1のようになる。
Next, each of the
In this modeling procedure, first, the
続いて、コモンモードフィルタ18のSパラメータ「Scf」を、ネットワークアナライザにて実測し、その値を得る。ここで、コモンモードフィルタ18からトランシーバIC12をみた場合の入射波と反射波との関係は、下記の式1−2のようになる。
続いて、配線パターン16のSパラメータ「Sbd」を、ネットワークアナライザにて実測し、その値を得る。ここで、配線パターン16からコモンモードフィルタ18をみた場合における入射波と反射波との関係は、下記の式1−4のようになる。
続いて、ハーネス30と第2基板20とを結合したブロックのSパラメータ「Sld」を、ネットワークアナライザにて実測し、その値を得る。ここで、ハーネス30から第1基板10をみた場合における入射波と反射波との関係は、下記の式1−6のようになる。
次に、モデル化手順にてモデル化したSパラメータに基づいて第1基板10とハーネス30との間を流れるコモンモード電流iLを算出する(電流算出手順)。
ここでは、まず、第1基板10とハーネス30との間における伝送線路それぞれを流れる電流iL1,iL2を、上記式1−5,式1−6,および,電流iL1,iL2を示す下記の式1−7,1−8に基づいて算出する。そして、こうして算出した各電流iL1,iL2,および,下記の式1−9に基づいてコモンモード電流iLを算出する。
Next, the common mode current iL flowing between the
Here, first, the currents iL1 and iL2 flowing through the transmission lines between the
iL=(iL1+iL2)/2 … (1−9)
次に、電流算出手順にて算出したコモンモード電流が所定の最小となるようなコモンモードフィルタのSパラメータを算出する(パラメータ算出手順)。ここでは、コモンモードフィルタ18が対称な性質を有するものであることを条件として、上記の式1−9にて算出されるコモンモード電流が最小となるパラメータ(Sパラメータ)を算出する。この最小となるSパラメータは,勾配法等の最適化アルゴリズムによって求められる.
そして、パラメータ算出手順にて算出したSパラメータで特定される特性を、コモンモードフィルタ18の新たな特性として決定する(特性決定手順)。
iL = (iL1 + iL2) / 2 (1-9)
Next, the S parameter of the common mode filter is calculated so that the common mode current calculated in the current calculation procedure becomes a predetermined minimum (parameter calculation procedure). Here, on the condition that the
Then, the characteristic specified by the S parameter calculated in the parameter calculation procedure is determined as a new characteristic of the common mode filter 18 (characteristic determination procedure).
こうして特性を決定した後、上記モデルにおいて設けられていたコモンモードフィルタ18の代わりに、パラメータ算出手段にて算出された特性のものを、第1基板10のコモンモードフィルタ18として置き換える。
After determining the characteristics in this way, instead of the
なお、上述した各手順においては、通信システム1における各構成のSパラメータ(Sic,Scf,Sbd,Sld)を、各手順の中でその都度算出,実測しているが、これらSパラメータは、各手順とは無関係にまとめて算出,実測しておくこととしてもよい。
(2−2)特性決定方法その2
続いて、上記特性決定方法とは別の方法について説明する。
In each procedure described above, the S parameters (Sic, Scf, Sbd, Sld) of each component in the
(2-2) Characteristic determination method 2
Subsequently, a method different from the characteristic determination method will be described.
まず、通信システム1を、トランシーバIC12,コモンモードフィルタ18,配線パターン16,ハーネス30,第2基板20それぞれが4ポートを有するブロックとした構成にモデル化する(図2参照)。
First, the
次に、第1基板10,ハーネス30および第2基板20それぞれをSパラメータでモデル化する(モデル化手順)。このモデル化手順では、まず、上記モデルのトランシーバIC12を、上記「特性決定方法その1」のときと同様、その等価回路に基づいてSパラメータ「Sic」を算出する。続いて、コモンモードフィルタ18のSパラメータ「Scf」、配線パターン16のSパラメータ「Sbd」、ハーネス30と第2基板20とを結合したブロックのSパラメータ「Sld」を、それぞれネットワークアナライザにて実測し、その値を得る。こうして、各上述した第1基板10,ハーネス30および第2基板20それぞれがSパラメータでモデル化されたこととなる。
Next, each of the
次に、モデル化手順にてモデル化したSパラメータ(スタンダードSパラメータ)それぞれを、ミックスモードSパラメータに変換する。ここでは、各スタンダードSパラメータを「Snm」(Snm_ic,Snm_cf,Snm_bd,Snm_ld)とし、これを下記の式2−1によって、ミックスモードSパラメータ「Smm」(Smm_ic,Smm_cf,Smm_bd,Smm_ld)それぞれに変換する。 Next, each S parameter (standard S parameter) modeled by the modeling procedure is converted into a mixed mode S parameter. Here, each standard S parameter is set to “Snm” (Snm_ic, Snm_cf, Snm_bd, Snm_ld), and this is set to each of the mixed mode S parameters “Smm” (Smm_ic, Smm_cf, Smm_bd, Smm_ld) by the following equation 2-1. Convert.
次に、第1基板10とハーネス30との間を流れるコモンモード電流iLを、上記のように変換された各構成要素のミックスモードSパラメータを用いて,さらにSパラメータを結合することによって,関数Fccとして,算出する(電流算出手順)。ここで、コモンモード電流iLは、下記の式2−2のように、コモンモードフィルタのミックスモードSパラメータSmmのうち、コモンモードでの入出力に関する部分のみのパラメータ(Smmcc11,Smmcc12,Smmcc21,Smmcc22)で示されるFccとして示される。
Next, the common mode current iL flowing between the
iL=Fcc(Smmcc11,Smcc12, Smmcc21,Smcc22) … (2−2)
次に、電流算出手順にて算出したコモンモード電流が最小となるようなコモンモードフィルタ18のSパラメータを算出する(パラメータ算出手順)。ここでは、コモンモードフィルタ18が無損失のものであることを条件として、上記の式2−2にて算出されるコモンモード電流が最小となるパラメータ(Sパラメータ)を算出する。ここで、ミックスモードSパラメータに関しては、コモンモードフィルタ18における特性の対称性を考慮すると、下記の式2−3,2−4が成立する。
iL = Fcc (Smmcc11, Smcc12, Smmcc21, Smcc22) (2-2)
Next, the S parameter of the
Smmcc11=Smmcc22 … (2−3)
Smmcc12=Smmcc21 … (2−4)
また、ここで、コモンモードフィルタ18が無損失のものであることを前提にすると、下記の式2−5が成立する。
Smmcc11 = Smmcc22 (2-3)
Smmcc12 = Smmcc21 (2-4)
Here, assuming that the
|Smmcc11|^2+|Smmcc21|^2=1 … (2−5)
よって、上記の式2−2,2−3,2−4,2−5に基づき、コモンモード電流Fcc(Smmcc11,Smcc12)の絶対値が最小になるパラメータ(Sパラメータ)を算出することとすればよい。このSパラメータをもとめる際には,勾配法等の最適化アルゴリズムを用いて,算出することができる.
そして、パラメータ算出手順にて算出したSパラメータで特定される特性を、コモンモードフィルタ18の新たな特性として決定する(特性決定手順)。
| Smmcc11 | ^ 2 + | Smmcc21 | ^ 2 = 1 (2-5)
Therefore, a parameter (S parameter) that minimizes the absolute value of the common mode current Fcc (Smmcc11, Smcc12) is calculated based on the above equations 2-2, 2-3, 2-4, and 2-5. That's fine. When determining this S-parameter, it can be calculated using an optimization algorithm such as a gradient method.
Then, the characteristic specified by the S parameter calculated in the parameter calculation procedure is determined as a new characteristic of the common mode filter 18 (characteristic determination procedure).
こうして特性を決定した後、上記モデルにおいて設けられていたコモンモードフィルタ18の代わりに、パラメータ算出手段にて算出された特性のものを、第1基板10のコモンモードフィルタ18として置き換える
(3)作用,効果
このように構成された第1基板10のコモンモードフィルタ18は、上述した特性決定方法によって、その特性が決定されたものである。この方法では、コモンモードフィルタ18が設けられる第1基板10を含めた通信システム1全体の中で、そのコモンモードフィルタ18として望ましい特性,具体的にいうと、コモンモード電流を抑制するのに適した特性を決定している。そのため、この方法により決定した特性を有するコモンモードフィルタ18を用いれば、このコモンモードフィルタ18が設けられる伝送線路において、コモンモード電流を充分に抑制することができる。
After determining the characteristics in this way, instead of the
また、上述した特性決定方法におけるモデル化手順においては、第1基板10を、データの送信を制御するデータを送信電圧に変換して,伝送線路を駆動するトランシーバIC,そのデータを伝送する配線パターン16それぞれのSパラメータを別々に算出してモデル化している。
Further, in the modeling procedure in the above-described characteristic determination method, the
このような手順とすれば、第1基板10内におけるトランシーバIC12と配線パターン16とについて、それぞれ適切な手法によりSパラメータを算出できるため、こうして算出したSパラメータを結合することで、より正確に第1基板10をモデル化することができる。ここで、受動的な構成である配線パターン16は、単純な計測によりSパラメータを特定することができるが、能動的な構成であるトランシーバIC12については、単純な計測によりSパラメータを算出することができず、解析的に求める必要がある。よって、上述のように、別々にSパラメータを算出することは、それぞれ適切なSパラメータを算出し、正確に第1基板10をモデル化するのに好適である。
(4)変形例
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
With such a procedure, the S parameter can be calculated for each of the
(4) Modifications The embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and can take various forms as long as they belong to the technical scope of the present invention. Needless to say.
例えば、上記実施形態においては、通信システム1の第1基板10にコモンモードフィルタ18が設けられた状態をモデル化し、そのコモンモードフィルタ18の特性として、コモンモード電流を抑制できるような特性を決定するように構成されたものを例示した。しかし、コモンモードフィルタ18が設けられていない状態をモデル化した状態でコモンモード電流を算出し、これを最小化できるようなコモンモードフィルタ18の特性を決定するように構成してもよい。この場合、コモンモードフィルタ18が設けられていないものとして上記各手順を行うものとすればよい。
For example, in the above embodiment, the state in which the
1…通信システム、10…第1基板、12…トランシーバIC、14…コネクタ、16…配線パターン、18…コモンモードフィルタ、20…第2基板、22…トランシーバIC、24…コネクタ、26…配線パターン、30…ハーネス。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
該モデル化手順にてモデル化したSパラメータに基づいて前記差動伝送線路を流れるコモンモード電流を算出する電流算出手順と、
該電流算出手順にて算出したコモンモード電流が最小となるようなコモンモードフィルタのSパラメータを算出するパラメータ算出手順と、
該パラメータ算出手順にて算出したSパラメータで特定される特性を、コモンモードフィルタの特性として決定する特性決定手順と、からなる
ことを特徴とする特性決定方法。 Communication in which a first node having a common mode filter and a second node not having a common mode filter exist as nodes that transmit and receive data via a differential transmission line, which is a transmission line for performing differential communication. A characteristic determination method for determining a characteristic of a common mode filter provided in a transmission line in the first node of the system, the first node, the differential transmission line, and the second node A modeling procedure for modeling each with S-parameters;
A current calculation procedure for calculating a common mode current flowing through the differential transmission line based on the S parameter modeled in the modeling procedure;
A parameter calculation procedure for calculating an S parameter of the common mode filter that minimizes the common mode current calculated by the current calculation procedure;
A characteristic determination procedure comprising: determining a characteristic specified by the S parameter calculated by the parameter calculation procedure as a characteristic of the common mode filter.
ことを特徴とする請求項1に記載の特性決定方法。 In the modeling procedure, when modeling the first node with S parameters, a transceiver IC for driving a transmission line by converting data for controlling transmission of data into a transmission voltage in the first node; The first node is modeled by calculating an S parameter of each transmission line for transmitting data transmitted by the transceiver IC and combining the calculated S parameters. 2. The characteristic determination method according to 1.
前記第1のノードは、該第1のノード内の伝送線路にコモンモードフィルタが設けられており、該コモンモードフィルタの特性には、前記第1のノード,前記差動伝送線路および前記第2のノードまでの全体をSパラメータでモデル化し、該モデル化したSパラメータに基づいて前記差動伝送線路を流れるコモンモード電流を算出して、該算出したコモンモード電流が最小となるようなコモンモードフィルタのSパラメータが決定されている
ことを特徴とする通信システム。 Communication in which a first node having a common mode filter and a second node not having a common mode filter exist as nodes that transmit and receive data via a differential transmission line, which is a transmission line for performing differential communication. A system,
In the first node, a common mode filter is provided in a transmission line in the first node, and the characteristics of the common mode filter include the first node, the differential transmission line, and the second node. The common mode current is modeled with the S parameter, the common mode current flowing through the differential transmission line is calculated based on the modeled S parameter, and the calculated common mode current is minimized. A communication system, wherein an S parameter of a filter is determined.
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