JP5433202B2 - ノイズ評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気エネルギーを供給することで動作する装置モジュールから発生する電気ノイズを測定する装置に関する。

情報処理装置、ディジタルＡＶ機器などの電子機器から発生する電磁不要輻射が問題である。本輻射を抑制するためには、輻射源である電子装置の電気ノイズを抑制する必要があり、そのためにノイズ源探査によりノイズ源特定がよく行われる。ノイズ源探査手法としては、例えば、特許文献１や特許文献２に記載のように、電磁界センサによる電子回路基板あるいは２枚以上の基板を接続するケーブルの近傍電磁界分布測定がある。

また、基板を搭載した筐体からの電磁輻射を測定する手法として、例えば、特許文献３には、基板を収容した閉ボックスからグランドへの輻射電流を測定する方法がある。さらに、基板から筐体に流出するノイズ伝播経路の測定手法としては、例えば特許文献４に示す、接合部ノイズ測定がある。

特開平１１−８３９１８号公報 特開２００４−１９８２３２号公報 特開平１１−１９０７５２号公報 特開２００７−２４０１６２号公報

しかし、特許文献１や特許文献２に記載された測定では、被対象物上のノイズ源を測定することができるが、基板を筐体に設置したときに基板から筐体に伝播するノイズ伝播経路を測定することができない問題がある。不要輻射抑制のためにはノイズ源抑制だけでなく、ノイズ伝播経路も切断する必要があり、ノイズ伝播経路を測定する技術が必要である。また、特許文献３に記載された測定手法では、基板を収容した電気機器の電磁輻射は評価できるものの、同様に、基板-筐体間のノイズ伝播経路を測定することができない。

特許文献４に記載された測定手法では、筐体と基板を接続するネジなどの接合部品に伝播するノイズ測定には有効であるが、接合部品以外の経路によるノイズを評価できず、十分ではない。

本発明は、上述した問題点を解決したノイズ評価装置を提供するものである。即ち、本発明は、ノイズ源である装置モジュールから筐体へ流出するノイズを評価するために、接合部品の位置に関わらず、ノイズ伝播経路を測定可能にしたノイズ評価装置を提供するものである。

本発明に係るノイズ評価装置は、電気エネルギーを供給することで動作するモジュールと、電位基準を与えるグランド間を、電気的に接続するための接触端子を有している。さらに、接触端子に流れる電気ノイズを測定するための、ノイズ検出部を備えている。電気ノイズの種類としては、接触端子に流れるノイズ電流や、被測定モジュールと基準グランド間のノイズ電圧などである。

さらに、上記の接触端子およびノイズ検出部を一組として複数設け、これをアレイ状に配置することで、モジュールから流出するノイズ分布を測定する。また、接触端子およびノイズ検出端子を可動式とすることでノイズ分布を測定する。

以下、本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば次の通りである。
（１）装置モジュールから発生する電気ノイズを測定するノイズ評価装置であって、電位基準を与えるグランドと、前記グランドと電気的に接続され、前記装置モジュールの任意の点と接触して導通をとる接触端子と、前記装置モジュールから前記グランドに流出するノイズを測定するノイズ検出部と、を有することを特徴とするノイズ評価装置である。
（２）（１）記載のノイズ評価装置であって、前記ノイズ検出部は、前記装置モジュールから前記接触端子を介して前記グランドに流れるノイズ電流を測定することを特徴とするノイズ評価装置である。
（３）（１）記載のノイズ評価装置であって、前記ノイズ検出部は、前記装置モジュールと前記グランドとの間のノイズ電圧を測定することを特徴とするノイズ評価装置である。
（４）（１）１記載のノイズ評価装置であって、前記グランドと前記接触端子と前記ノイズ検出部は、多層プリント基板により一体形成されていることを特徴とするノイズ評価装置である。

電磁不要輻射の原因となるモジュールから流出する電気ノイズの伝播経路をも測定可能な評価装置を提供できる。

本発明に係るノイズ評価装置の第一の実施形態は、図１に示す通り、基準グランド３と、基準グランド３上に配置され、被測定モジュール４の任意の位置に接触させる１又は複数の接触端子２と、接触端子２各々に流れるノイズを測定するノイズ検出部１とを適宜有して構成される。ここで、接触端子２とノイズ検出部１とからなる検出部付き接触端子５は１つであっても複数個あってもよい。

接触端子２は被測定モジュール４と基準グランド３間を電気的に接続し、接触端子２を介して被測定モジュール４から基準グランド３へと流出するノイズをノイズ検出部１で検出する。ノイズ検出部１で検出したノイズは測定器１０で測定する。ノイズ検出部１を複数用いたノイズ評価装置の場合には、切換器９を設け、この切換器９により任意のノイズ検出部１の検出ノイズを選択して測定器１０に入力すればよい。本方式によれば、ノイズ検出部１の数と同数の測定器１０を設ける必要はなく、ノイズ検出部１の数より少なく若しくは単一の測定器１０を設ければよいため、装置の小型化・低コスト化が図れる。なお、この方式に限らず、図２に示す第二の実施形態のように、切換器９を用いることなく、ノイズ検出部１の数に対して同数の測定器１０を設ける構成でもよい。この方式によれば、複数の測定器１０の並列処理が可能なため、測定処理の高速化を図ることができる。また、接触端子２は、被対象モジュール４との接続をより確実にすべく、バネ性を有する構成を付加等することにより可動式としてもよい。

制御部６は、測定器１０を制御し、ノイズ測定制御および測定したデータを演算処理部７へ転送する。また、制御部６は、切替器９が設けられた場合、切換器９の制御も行う。演算処理部７は、測定したデータをノイズ検出部１の感度特性を用いて補正処理を行う。また、本発明のノイズ評価装置には表示部８を備えており、ノイズ測定結果および測定設定値を表示する。

本発明に係るノイズ評価装置によれば、被測定モジュール４の任意の位置に検出部付き接触端子５を接触させてノイズを検出することができるため、表示部８には、検出結果として、任意点におけるノイズスペクトル（図１２）や任意周波数におけるノイズ分布（図１３）をユーザに表示することができる。図１２に示すノイズスペクトルの横軸は周波数、縦軸はノイズ強度を示す。図１３に示すノイズ分布の横軸及び縦軸はノイズ評価位置の座標、色の強弱がノイズ強度を示す。このように、本装置によれば、対策すべきノイズの周波数やノイズ伝播経路となる位置を特定できるため、電磁不要輻射対策に有効なノイズ評価が可能である。例えば、図１３に示すノイズ分布は、検出部付き接触端子５の数を増やせば増やすほど、より詳細な分布を得ることができ、この得られたノイズ分布に基づいて演算処理部７にてノイズ強度の順位付け等を行うことにより、対策すべき位置を特定することができる。

次に、本発明に係るノイズ評価装置の検出部付き接触端子５の配置例について説明する。図３は、検出部付き接触端子５を、基準グランド３にアレイ状に複数個配置した例を示す。本配置例によれば、被測定モジュール４の全面に渡って検出部付き接触端子５を接触させてノイズ検出が可能であるため、ノイズ伝播経路をより正確に特定することが可能となる。ただし、検出部付き接触端子５の配置は、これに限られず、格子状でも良いし、千鳥状でも良く、また配置間隔も規則的あるいは不規則的でも良い。

このように複数配置された検出部付き接触端子５に対して、図４に示すように、被測定モジュール４を接触させて置き、被測定モジュール４から基準グランド３へ流出するノイズ分布を測定する。また、検出部付き接触端子５と被測定モジュールの接触を確実にするために、検出部付き接触端子は伸縮可能な構造を持ち、かつ伸展方向に力を発生する機構を持つ接触端子を使用しても良い。また、検出部付き接触端子５を移動させることで被測定モジュール４から流出するノイズ分布を測定してもよい。

次に、本発明に係るノイズ評価装置のノイズ検出部１並びに接触端子２の実施形態について、図５乃至図１１を用いて説明する。
図５は、ノイズ検出部として電流検出コイル１１を用いた例を示す。被測定モジュール４から基準グランド３へ向かって、接触端子２を介して流出するノイズ電流が作る磁界を、電流検出コイル１１に鎖交させて検出する。図６に示すように、電磁誘導の法則により、電流検出コイル１１はノイズ電流強度に比例した誘導起電力を発生する。この誘導起電力を電圧計などで検出することで、被測定モジュール４から流出するノイズ電流を測定する。なお、電流検出コイルはこれに限られず、ノイズ電流による磁束をより補足すべく、図７に示すような多重コイルを用いてもよい。

図８は、ノイズ検出部として電圧検出プローブ１２を用いた例を示す。本形態では、接触端子２に電圧検出素子１３を埋め込み、この電圧検出素子１３の両端電圧を電圧検出プローブ１２で検出することで、被測定モジュール４から流出するノイズ電圧を測定できる。電圧検出素子１３としては、抵抗、容量、インダクタなどの受動素子を用いればよい。

また、他の形態として、能動素子を用いたノイズ検出部を利用してもよい。例えば、図９に示す構成のように、被測定モジュール４と基準グランド３間の電位を検出するためのノイズ検出部を設けてもよい。その他、能動素子を用いたノイズ電流検出回路や、ノイズ電圧検出回路を適宜構成してもよい。

図１０は、ノイズ検出部と基準グランドと接触端子とを多層プリント基板により一体化して形成した例を示す。本形態では、多層プリント基板内部のビアにより形成した接触端子２の周辺部に、同じく多層プリント基板の内層に形成した電流検出コイル１１を形成する構成とすることで、接触端子２に流れる電流を電流検出コイル１１により測定できる。ここで、ビアは基準グランドであるグランド層に接続しており、表層で被対象モジュール４と接続する。ビアに流れるノイズ電流により、電流検出コイル１１で発生する誘導電圧は、配線層に形成した伝送線路構造の引出し配線を経由して、配線層に設置したコネクタに導かれ、高周波ケーブルなどを介して測定器で検出する。なお、ビアと被対象モジュール４の接続を確実にするために、表層にバネ性を持つ接触端子を設置してもよい。
本形態によれば、ノイズ検出部が接触端子２と一体化した構造となっているため、複数の接触端子と被測定モジュール４との接触面のうち、電圧検出プローブなどの配置が難しい、接触面の中央付近の接触箇所についても、容易にノイズ検出が可能となる。

また、図１１は、被測定モジュール４の近傍に結合パッド１４を設け、被測定モジュール４と結合パッド１４との間の容量結合によりノイズ測定を行うノイズ検出部を示す。被測定モジュール４から流出するノイズは、容量結合により基準グランド３に流れ、そのノイズをノイズ検出部１により検出することができる。本形態の場合、他の形態とは異なり、被測定モジュールと接触端子との接続において導通をとる構成ではないため、接触端子２の磨耗等の問題が生じず、ノイズ評価装置の長寿命化が図れる。

次に、これまで示したノイズ評価装置の装置筐体に実装する被測定モジュールの実装形態について、図１４乃至図１６を用いて説明する。
図１４は、装置筐体３１の底面上に被測定モジュール４が実装された形態を示す。本形態では、被測定モジュール４から装置筐体３１へのノイズ流出経路は、被測定モジュール４と装置筐体３１が接する被測定モジュール底面であるから、この接触面２１にノイズ検出部付き接触端子５を適宜配置する。これにより、図１３に示すモジュール実装形態におけるモジュールから流出するノイズを測定することができる。

図１５は、被測定モジュール４の両側面と装置筐体３１が接触する形態で実装された、モジュール実装形態を示している。この場合、被測定モジュール４から装置筐体３１へのノイズ流出経路は、被測定モジュールと装置筐体が接する被測定モジュール両側面であるから、この接触面２１にノイズ検出部付き接触端子５を配置する。これにより図１４に示すモジュール実装形態におけるモジュールから流出するノイズを測定することができる。

図１６は装置筐体３１の側面に付けられたステー３２を用いて、被測定モジュール４が装置筐体２１に実装された形態を示している。この場合、被測定モジュール４から装置筐体３１へのノイズ流出経路は、被測定モジュール４とステー３２が接する場所であるから、この接触面２１にノイズ検出部付き接触端子５を配置する。これにより図１５に示すモジュール実装形態におけるモジュールから流出するノイズを測定することができる。
上記した実装形態は、被測定モジュール４の種類に応じて適宜選択すればよい。なお、実施形態はこれに限られるものではなく、被測定モジュール４と装置筐体３１との接触面２１にノイズ検出部付き接触端子５を配置さえすればよい。

以上、本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。また、各実施形態で示した構成は、その要旨を逸脱しない範囲でそれぞれ置き換え・組合せ可能である。例えば、接触端子２を可動式とする構成は、いずれの実施形態にも適用可能である。また、複数のノイズ検出部１としてそれぞれ異なる実施形態のものを組み合わせて一のノイズ評価装置を構成しても構わない。

本発明に係るノイズ評価装置の第一の実施形態を示す図である。 本発明に係るノイズ評価装置の第二の実施形態を示す図である。 本発明に係るノイズ評価装置の検出部付き接触端子の配置例を示す図である。 アレイ状に配置した接触端子上に被測定モジュールを搭載した際の図である。 本発明に係るノイズ評価装置のノイズ検出部の第一形態を示す図である。 電流検出コイルによるノイズ電流検出原理を説明した図である。 電流検出コイルとして多重コイルを配置した場合の図である。 本発明に係るノイズ評価装置のノイズ検出部の第二形態を示す図である。 本発明に係るノイズ評価装置のノイズ検出部の第三形態を示す図である。 本発明に係るノイズ評価装置のノイズ検出部の第四形態を示す図である。 本発明に係るノイズ評価装置のノイズ検出部の第五形態を示す図である。 ノイズ測定結果の第一表示例を示す図である。 ノイズ測定結果の第二表示例を示す図である。 本発明に係るノイズ評価装置における被測定モジュールの第一の実装形態を示す図である。 本発明に係るノイズ評価装置における被測定モジュールの第二の実装形態を示す図である。 本発明に係るノイズ評価装置における被測定モジュールの第三の実装形態を示す図である。

符号の説明

１ ノイズ検出部
２ 接触端子
３ 基準グランド
４ 被測定モジュール
５ 検出部付き接触端子
６ 制御部
７ 演算処理部
８ 表示部
９ 切換器
１０ 測定器
１１ 電流検出コイル
１２ 電圧検出プローブ
１３ 電圧検出素子
１４ 結合パッド
２１ 接触面
３１ 装置筐体
３２ ステー

Claims (17)

1. 装置モジュールから発生する電気ノイズを測定するノイズ評価装置であって、
   電位基準を与えるグランドと、
   前記グランドと電気的に接続され、前記装置モジュールの任意の点と接触して導通をとる接触端子と、
   前記装置モジュールから前記グランドに流出するノイズを測定するノイズ検出部と、を有し、
   前記接触端子は可動式であることを特徴とするノイズ評価装置。
2. 請求項１記載のノイズ評価装置であって、
   前記ノイズ検出部は、前記装置モジュールから前記接触端子を介して前記グランドに流れるノイズ電流を測定することを特徴とするノイズ評価装置。
3. 請求項２記載のノイズ評価装置であって、
   前記ノイズ検出部は、前記接触端子の近傍に配置した電流検出コイルであることを特徴とするノイズ評価装置。
4. 請求項３記載のノイズ評価装置であって、
   前記ノイズ検出部を構成する電流検出コイルは、多重コイルであること特徴とするノイズ評価装置。
5. 請求項１記載のノイズ評価装置であって、
   前記ノイズ検出部は、前記装置モジュールと前記グランドとの間のノイズ電圧を測定することを特徴とするノイズ評価装置。
6. 請求項５記載のノイズ評価装置であって、
   前記接触端子の先端と後端との間には、電圧検出素子を有し、
   前記ノイズ検出部は、前記電圧検出素子の両端の電圧を測定することを特徴とするノイズ評価装置。
7. 請求項６記載のノイズ評価装置であって、
   前記電圧検出素子は、抵抗、容量、インダクタのいずれかを用いて構成される受動素子であることを特徴とするノイズ評価装置。
8. 請求項１記載のノイズ評価装置であって、
   前記グランドと前記接触端子と前記ノイズ検出部は、多層プリント基板により一体形成されていることを特徴とするノイズ評価装置。
9. 請求項８記載のノイズ評価装置であって、
   前記接触端子は前記多層プリント基板のビアを用いて形成し、
   前記ノイズ検出部は前記多層プリント基板の内層を用いて構成されていることを特徴とするノイズ評価装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載のノイズ評価装置であって、
    前記接触端子と前記ノイズ検出部とは、これを一組として、複数組設けられていることを特徴とするノイズ評価装置。
11. 請求項１０記載のノイズ評価装置であって、
    前記複数組の接触端子とノイズ検出部は、アレイ状又は格子状又は千鳥状に配置されていることを特徴とするノイズ評価装置。
12. 請求項１０又は請求項１１記載のノイズ評価装置であって、
    さらに、前記複数組の接触端子とノイズ検出部により各々得られたデータに基づいて得られるノイズ分布を表示する表示部を有することを特徴とするノイズ評価装置。
13. 請求項１２記載のノイズ評価装置であって、
    さらに、前記ノイズ検出部の感度特性を用いて前記データを補正処理する演算処理部を有することを特徴とするノイズ評価装置。
14. 請求項１３記載のノイズ評価装置であって、
    前記演算処理部は、前記ノイズ分布におけるノイズ強度の順位付けを行う機能を有することを特徴とするノイズ評価装置。
15. 請求項１乃至１４のいずれかに記載のノイズ評価装置であって、
    さらに、前記ノイズ検出部により得た検出ノイズを測定する測定器を有することを特徴とするノイズ評価装置。
16. 請求項１１乃至１４のいずれかに記載のノイズ評価装置であって、
    前記複数組の接触端子及びノイズ検出部それぞれと電気的に接続された複数の測定器を有することを特徴とするノイズ評価装置。
17. 請求項１１乃至１４のいずれかに記載のノイズ評価装置であって、
    前記複数組の接触端子及びノイズ検出部それぞれと電気的に接続された切換器と、
    前記切換器により選択された一のノイズ検出部により得た検出ノイズを測定する測定器と、を有することを特徴とするノイズ評価装置。

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