(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーブルをクランプして前記ケーブルに流れる電流を測定するプローブと、前記ケーブルの一端に信号を送信して前記ケーブルを駆動するケーブル駆動発信器と、前記ケーブルの他端に接続する負荷と、前記プローブからの信号を受信する受信器と、演算部と、前記ケーブル駆動発信器と前記負荷と前記受信器と前記演算部とを制御する制御部と、を含み、前記プローブまたは前記ケーブルをスキャンして前記ケーブルの特性を測定する特性評価装置であって、
前記ケーブル駆動発信器は複数の送端条件が選択可能に構成され、前記負荷は複数の終端条件が選択可能に構成されており、Ｔ型負荷回路またはπ型負荷回路であり、
前記制御部は、前記演算部に、ディファレンシャル駆動電圧から第１のコモンモード電流への第１の変換係数と、コモンモード駆動電圧から第２のコモンモード電流への第２の変換係数と、を演算させるように制御することを特徴とする特性評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の特性評価装置であって、
前記ケーブル駆動発信器は、発信器と切換器とにより構成されており、
前記切替器は差動ケーブルの信号線のそれぞれに接続された整合インピーダンスを備えることを特徴とする特性評価装置。
【請求項３】
請求項１に記載の特性評価装置であって、
前記負荷は、可変負荷により構成されていることを特徴とする特性評価装置。
【請求項４】
請求項１に記載の特性評価装置であって、
前記特性は、コモンモード電流であることを特徴とする特性評価装置。
【請求項５】
請求項４に記載の特性評価装置であって、
前記ケーブルのスキャン範囲の最大コモンモード電流を前記ケーブルの前記特性とすることを特徴とする特性評価装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれか一つに記載の特性評価装置であって、
前記ケーブル駆動発信器と前記受信器とは、ネットワークアナライザまたはトラッキングジェネレータ付スペクトラムアナライザで構成することを特徴とする特性評価装置。
【請求項７】
ケーブルの終端条件をＴ型負荷回路またはπ型負荷回路に設定するステップと、
前記ケーブルの送端条件を設定するステップと、
前記ケーブルを駆動するステップと、
駆動された前記ケーブルの位置に対応する複数のコモンモード電流を測定するステップと、
前記複数のコモンモード電流から複数の評価用コモンモード電流を求めるステップと、
前記複数の評価用コモンモード電流に基づいて、ディファレンシャル駆動電圧から第１のコモンモード電流への第１の変換係数を演算するステップと、
前記複数の評価用コモンモード電流に基づいて、コモンモード駆動電圧から第２のコモンモード電流への第２の変換係数を演算するステップと、
前記第１の変換係数と、前記第２の変換係数とを表示するステップと、からなる特性評価方法。
【請求項８】
請求項７に記載の特性評価方法であって、
前記評価用コモンモード電流は、前記複数のコモンモード電流の最大値であることを特徴とする特性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は特性評価装置および特性評価方法に係り、特にケーブルのＥＭＣ性能評価に適した特性評価装置および特性評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、各種製品のＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility：電磁的両立性）性能評価が強く求められている。
ケーブルから発生する不要電磁波放射を予測するために、ケーブルのコモンモード電流測定またはケーブル近傍の磁界分布測定を実施する必要がある。特許文献１には、超高周波で動作し、被測定信号の電気的特性に影響の少ない電流プローブが記載されている。また、特許文献２にはケーブル近傍の高周波磁界測定装置が記載されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−１４７００２号公報
【特許文献２】特開平８−６８８３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１または特許文献２に記載された技術では製品ごとに異なるケーブル実装形態を一度に模擬することができない。そのため、終端負荷状態や駆動電圧およびケーブル長が異なる様々なサンプルを用意し、これらの特性を測定することでケーブル単体としてのＥＭＣ性能評価を行う必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、製品ごとに異なるケーブルの実装形態を模擬し、ケーブルの総合的なＥＭＣ性能を容易に測定することができる特性評価装置および特性評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ケーブルをクランプしてケーブルに流れる電流を測定するプローブと、ケーブルの一端に信号を送信してケーブルを駆動する発信器と、ケーブルの他端に接続する負荷と、プローブからの信号を受信する受信器と、発信器と負荷と受信器とを制御する制御部を含み、制御部は発信器の送端条件と負荷の終端条件とを選択制御し、プローブをスキャンしてケーブルの特性を測定する特性評価装置およびその特性評価方法により実現できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ケーブルのＥＭＣ性能評価を簡便な操作で行うことのできるＥＭＣ性能評価装置およびＥＭＣ性能評価方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態に付いて、実施例を用いて図面を参照しながら説明する。図１はケーブルのＥＭＣ性能評価装置の構成を説明する図である。図１において、被評価ケーブル１０は、コの字型のケーブル固定治具３１０に固定されている。被評価ケーブルをクランプする電流プローブ１４０は、被評価ケーブルの長さ方向に移動可能な可動ステージ３２０に取り付けられている。被評価ケーブル１０に流れるコモンモード電流は、電流プローブ１４０により被評価ケーブル１０のそれぞれの位置で検出される。なお、ここでは被評価ケーブル１０の長さ方向にスキャンしたときの最大コモンモード電流を、単にコモンモード電流と呼ぶ。
【０００９】
被評価ケーブル１０の送信端には、制御部２１０により制御された発信器１１０および切換器１２０が接続され、被測定ケーブル１０に信号を印加する。被測定ケーブル１０の他端には、制御部２１０により制御された可変負荷１３０を接続する。電流プローブ１４０が検出した電流は、制御部２１０により制御されたスペクトラムアナライザからなる受信器１５０により測定される。
【００１０】
ＥＭＣ性能評価装置５００は、測定された電流、発信器１１０の振幅、可変負荷１３０の負荷値、および切換器１２０の経路情報からケーブルのＥＭＣ性能を計算するための演算部２２０を持つ。ＥＭＣ性能評価装置５００は、また演算部２２０で計算された結果を保存する図示を省いた記憶装置と、演算結果を表示するための表示部２３０とを装備する。
【００１１】
ＥＭＣ性能評価装置５００は、以下の動作によりケーブルのＥＭＣ性能を評価する。なお、受信器としてスペクトラムアナライザを用いたが、発信器と受信器の代わりにネットワークアナライザを用いても良く、トラッキングジェネレータを内蔵するスペクトラムアナライザを用いてもよい。
【００１２】
発信器１１０と切換器１２０を選択することにより、任意の駆動状態の信号を被評価ケーブル１０に印加する。すなわち、任意の送端条件を設定する。また、可変負荷１３０により任意のケーブル終端条件を設定する。可動ステージ３２０に固定された電流プローブ１４０によりケーブルの任意の位置における電流計測を行う。電流プローブで検出された信号は受信器１５０で測定される。
【００１３】
発信器１１０、切換器１２０、可変負荷１３０、ステージ制御部２４０、受信器１５０は、いずれも制御部２１０により制御される。ステージ制御部２４０は、可動ステージ３２０を制御する。受信器１５０は、測定した信号を制御部２１０に転送する。
【００１４】
発信器１１０の振幅と、切換器１２０の経路情報と、可変負荷１３０の負荷値に対応付けられて受信器１５０で測定された信号は、演算部２２０で処理され、制御部２１０の一部である記憶装置に記憶される。また表示部２３０に演算結果を表示する。
【００１５】
なお、制御部２１０と演算部２２０とは、分離せず１台の演算装置（ＣＰＵ）で制御および演算しても良い。制御部２１０と演算部２２０と表示部２３０とは、１台のコンピュータであっても良い。発信器１１０と切換器１２０とを、まとめてケーブル駆動発信器と呼ぶ。ケーブル駆動発信器を単に発信器と呼ぶこともある。ステージ制御部２４０はプローブ１４０を移動しているが、ケーブル固定治具３１０を可動ステージ３２０に固定し、ケーブル１０を移動しても良い。
【００１６】
図１に示す評価装置で測定できる被評価ケーブル１０は、同軸ケーブル、平行２線ケーブル、ツイステッド‐ペアケーブル、フラットケーブル、多芯ケーブルであり、それぞれ遮蔽シールドの有無いずれを問わず測定できる。
【００１７】
発信器１１０と切換器１２０の構成を図２ないし図５を用いて説明する。ここで、図２は差動ケーブルの一方の信号線にシングルエンド電圧を印加する回路図である。図３は差動ケーブルにコモンモード電圧を印加する回路図である。図４は変成器を用いて差動ケーブルにディファレンシャルモード電圧を印加する回路図である。図５はディファレンシャルドライバを用いて差動ケーブルにディファレンシャルモード電圧を印加する回路図である。
【００１８】
図２において、発信器１１０は、電圧源１１１と駆動源インピーダンス１１２により構成される。切換器１２０は、協調して動作する２つのスイッチ１２１と、２つの整合インピーダンス１２２から構成される。切換器１２０は、２つのスイッチ１２２を協調して切り換えることによって、差動ケーブルの一方の信号線に発信器１１０を接続して信号を印加する。もう一方の信号線は、整合インピーダンス１２２を接続する。ＥＭＣ性能評価装置５００は、差動ケーブルの２本の信号線に、一方ずつ信号を印加してコモンモード電流を測定する。ＥＭＣ性能評価装置５００は、得られた２つのコモンモード電流を演算部２２０で和算あるいは減算することで、ディファレンシャルモード駆動およびコモンモード駆動時のケーブルに流れるコモンモード電流を算出できる。差動ケーブルの両方同時に信号を入力すると、コモンモード電流の観測が困難である。しかし、ＥＭＣ性能評価装置５００は、片方ずつ信号を印加して、和算によってコモンモード駆動（信号線を流れる電流の向きが同じ）時のコモンモード電流を算出する。一方、減算して得られるのがディファレンシャル駆動（信号線を流れる電流の向きが逆）時のコモンモード電流である。
【００１９】
図３において、発信器１１０は電圧源１１１と駆動源インピーダンス１１２により構成される。切換器１２０は２つの整合インピーダンス１２２で構成され、２つの整合インピーダンス１２２は、共に発信器１１０と接続される。図３の構成をＥＭＣ性能評価装置５００に適用すれば、コモンモード駆動時のコモンモード電流が測定できる。
【００２０】
図４において、発信器１１０は電圧源１１１と駆動源インピーダンス１１２により構成される。切換器１２０は、２次側中点タップを接地した変成器１２３と２つの整合インピーダンス１２２で構成され、シングルエンド電圧が変成器１２３によりディファレンシャルモード電圧に変換される。
【００２１】
図５において、発信器１１０は２つの電圧源１１１によりディファレンシャルドライバが構成される。切換器１２０は２つの整合インピーダンス１２２で構成される。２つの整合インピーダンス１２２は、それぞれ電圧源１１１に接続される。図４または図５の構成をＥＭＣ性能評価装置５００に適用すれば、ディファレンシャルモード駆動時のコモンモード電流が測定できる。
【００２２】
図２ないし図５の整合インピーダンス１２２を可変素子で構成すれば、任意の駆動条件を容易に実現することができる。なお、図３ないし図５の切換器１２０は切換動作を行わないが、広義の切換器である。
【００２３】
図６ないし図１１を用いて可変負荷１３０の構成を説明する。ここで、図６は可変抵抗のＴ型負荷回路である。図７は可変キャパシタンスのＴ型負荷回路である。図８は可変インダクタンスのＴ型負荷回路である。また、図９は可変抵抗のπ型負荷回路である。図１０は可変キャパシタンスのπ型負荷回路である。図１１は可変インダクタンスのπ型負荷回路である。
【００２４】
図６および図９の可変抵抗の負荷回路は、整合終端が可能なもっとも一般的な負荷回路である。図７および図１０の可変キャパシタンスの負荷回路は非整合であるがＣＭＯＳ系受信器を想定する負荷回路である。図８および図１１の可変インダクタンス負荷も考えられる。
【００２５】
図６ないし図１１において可変素子の特性値を変更することで、任意の負荷状態を表現することができる。また、図６ないし図１１の構成を組み合わせて可変負荷を構成することもできる。
【００２６】
図１２ないし図１４を参照してケーブルのＥＭＣ性能を定義する。ここで、図１２はディファレンシャル駆動成分とコモンモード駆動成分とが存在する環境でのケーブルに流れるコモンモード電流を説明する図である。図１３はディファレンシャルモード駆動時のケーブルに流れるコモンモード電流を説明する図である。また図１４はコモンモード駆動時のケーブルに流れるコモンモード電流を説明する図である。
【００２７】
図１２に示す一般的なコモンモード電流は、ディファレンシャル駆動成分によるコモンモード電流とコモンモード駆動成分によるコモンモード電流の和である。しかし、ディファレンシャル駆動成分によるコモンモード電流とコモンモード駆動成分によるコモンモード電流とが混在すると、取り扱いが困難である。そこで、ディファレンシャル駆動成分のみによる図１３と、コモンモード駆動成分のみによる図１４とにモード分割する。
【００２８】
図１３において、駆動電圧振幅をＶi_diffとし、ディファレンシャル駆動時のコモンモード電流振幅をＩdiff_comと表現する。このとき、ディファレンシャル駆動電圧からコモンモード電流への変換係数Ｙdcを
Ｙdc=Ｉdiff_com/Ｖi_diff    （１）
と定義する。この変換係数Ｙdcをケーブルの第１のＥＭＣ性能評価パラメータとすることができる。
【００２９】
一方、図１４において、駆動電圧振幅をＶi_comとし、コモンモード駆動時のコモンモード電流振幅をＩcom_comと表現する。このとき、コモンモード駆動電圧からコモンモード電流への変換係数Ｙccを
Ｙcc=Ｉcom_com/Ｖi_com      （２）
と定義する。この変換係数Ｙccをケーブルの第２のＥＭＣ性能評価パラメータとすることができる。
【００３０】
ＥＭＣ性能評価装置５００は、演算部２２０において上述した評価パラメータＹdcおよびＹccを計算する。図１３および図１４は、図１２をモード分割したものなので、任意の駆動条件における駆動電圧からコモンモード電流への変換係数は、ＹdcとＹccの線形結合で表現することができる。つまりＹdcおよびＹccを評価することで、ケーブルが持つコモンモード変換係数つまりＥＭＣ性能を表現することができる。
【００３１】
ケーブルのＥＭＣ性能評価装置５００は、評価対象のケーブルをディファレンシャル駆動およびコモンモード駆動して、演算部２２０においてＹdcおよびＹccを計算し、演算結果を制御部２１０に保存し、表示部２３０に表示する。
【００３２】
本実施例に拠れば、ケーブルのＥＭＣ性能評価を簡便な操作で行うことのできるＥＭＣ性能評価装置を得ることができる。また、ＹdcおよびＹccを評価することでケーブルのＥＭＣ性能評価方法を得ることができる。
【００３３】
なお、ケーブルの長さ方向にスキャンしたときの最大コモンモード電流を、コモンモード電流と呼ぶとしたが、スキャンしたときの平均コモンモード電流を用いて評価しても良いし、最大コモンモード電流の半値であっても良いし、これらに限らない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】ケーブルのＥＭＣ性能評価装置の構成を説明する図である。
【図２】差動ケーブルの一方の信号線にシングルエンド電圧を印加する回路図である。
【図３】差動ケーブルにコモンモード電圧を印加する回路図である。
【図４】変成器を用いて差動ケーブルにディファレンシャルモード電圧を印加する回路図である。
【図５】ディファレンシャルドライバを用いて差動ケーブルにディファレンシャルモード電圧を印加する回路図である。
【図６】可変抵抗のＴ型負荷回路である。
【図７】可変キャパシタンスのＴ型負荷回路である。
【図８】可変インダクタンスのＴ型負荷回路である。
【図９】可変抵抗のπ型負荷回路である。
【図１０】可変キャパシタンスのπ型負荷回路である。
【図１１】可変インダクタンスのπ型負荷回路である。
【図１２】ディファレンシャル駆動成分とコモンモード駆動成分とが存在する環境でのケーブルに流れるコモンモード電流を説明する図である。
【図１３】ディファレンシャルモード駆動時のケーブルに流れるコモンモード電流を説明する図である。
【図１４】コモンモード駆動時のケーブルに流れるコモンモード電流を説明する図である。
【符号の説明】
【００３５】
１０…被評価ケーブル、１１０…発信器、１１１…電圧源、１１２…駆動源インピーダンス、１２０…切換器、１２１…スイッチ、１２２…整合インピーダンス、１２３…変成器、１３０…可変負荷、１３１…可変抵抗、１３２…可変容量、１３３…可変インダクタ、１４０…電流プローブ、１５０…受信器、２１０…制御部、２２０…演算部、２３０…表示部、２４０…ステージ制御部、３１０…ケーブル固定治具、３２０…可動ステージ、５００…ＥＭＣ性能評価装置。
【図１】
0005386055.tif 000002
【図２】
0005386055.tif 000003
【図３】
0005386055.tif 000004
【図４】
0005386055.tif 000005
【図５】
0005386055.tif 000006
【図６】
0005386055.tif 000007
【図７】
0005386055.tif 000008
【図８】
0005386055.tif 000009
【図９】
0005386055.tif 000010
【図１０】
0005386055.tif 000011
【図１１】
0005386055.tif 000012
【図１２】
0005386055.tif 000013
【図１３】
0005386055.tif 000014
【図１４】
0005386055.tif 000015