5-1. はじめに
ここまでの章ではノイズが発生し、アンテナに伝わり、放射する仕组みを比较的単纯なモデルで説明してきました。ところで実际のノイズ対策では、ノイズ源がアンテナに直接つながっていることは稀です。多くの场合、ノイズはノーマルモードで発生しますが、その后コモンモードに変换され、电子机器のグラウンドを通じで伝搬し、ケーブルや筺体をアンテナとして放射する形を持ちます。すなわちノイズの伝达路のなかに、ノーマルモードからコモンモードへの変换を考える必要があります。
ノイズを受信するときはこの反対で、ノイズの侵入はコモンモードが多いのですが、最终的に回路が误动作したり壊れたりするときは、ノーマルモードになっています。この场合はコモンモードからノーマルモードへの変换が问题です。ノイズの放射と受信は仕组みとしては同一ですので、ここではノイズの放射に绞って説明しています。
この章では図5-1-1のように、ノイズが导体を伝わるモードにコモンモードとノーマルモードがあることを説明した后、コモンモードノイズへの変换について説明します。このノーマルモードはディファレンシャルモードと表现されることが多いのですが、差动信号と混乱することを避けるために、ノイズについてはノーマルモードと表现することにします。
コモンモードノイズは复雑な概念ですので、ここでは説明を平易にするために独自の解釈をしている部分があります。より正确で详细な概念は、専门书をご参照ください[参考文献 1,2,3]。
5-2. ノイズの导体伝导
ノイズは电気エネルギーですので、导体がつながると自然に伝わっていくのですが、ケーブルのように导体が束になっているときは、ノイズの伝导はコモンモードとノーマルモードの2つに分けて説明されています。このうちコモンモードは电波の放射や受信が强く、仕组みが复雑であり、いつもノイズ対策技术者を困らせます。
ここではコモンモードとノーマルモードについて説明したのち、これを除去するための贰惭滨除去フィルタの基本構成を紹介します。コモンモードノイズの発生については、特殊な概念になりますので、次の節で説明します。
5-2-1. コモンモードノイズ
(1) ケーブルをアンテナにしたノイズの放射の例
図5-2-1の実験は、电子机器のノイズ対策でよく见られる状态を再现したものです。
ある电子机器(ノイズ対策前)にインタフェースケーブルを接続し、ケーブルをアンテナとして放射するノイズを测定しています。ケーブルがないときは図5-2-1(补)のように低レベルなのですが、ケーブルをとりつけると図5-2-1(产)のように100惭贬锄~300惭贬锄の周波数域でノイズが増大します。
この状态は、电子机器で発生したノイズがコネクタからインタフェースケーブルに伝导し、ケーブルをアンテナとして放射していると考えることができます。
【図5-2-1】电子机器のケーブルから放射するノイズの例
(2) ノイズが伝導する線の調査
ところでケーブルの中には复数の配线があります。図5-2-1の実験で、ノイズはどの线を伝わったのでしょうか。
インタフェースケーブルには、グラウンド、电源、信号线などが含まれているのが一般的です。図5-2-1の场合は実はシールドケーブルでしたので、シールドにもノイズが伝导している可能性があります。そこで、それぞれの线がつながるコネクタの中の端子に、インタフェースケーブルと类似の形状の1本のワイヤをとりつけて、ノイズを测定してみました。结果を図5-2-2に示します。ここで、信号线には比较的速度の遅い线を选んで代表させています。
図5-2-2の结果をみると、多少の违いはあるのですが、どの线につないでも、図5-2-1(产)と同様の倾向のノイズが放射されることがわかります。図5-2-2(诲)のようにシールドグラウンドにつないだ场合にも、ノイズは放射します。
図5-2-2の结果は、ケーブルがつながるコネクタの中のどの端子にも、共通のノイズが诱导されていることを示しています。このように、ケーブルの中の配线に共通して伝导するノイズをコモンモードノイズと呼びます。
【図5-2-2】各々の线が放射する成分を调べた结果
(3) グラウンドに重畳しているノイズもコモンモードノイズと呼ぶ
一方、一般に电気回路でグラウンドは电圧の基準点であり、もっともノイズの少ない场所であると考えられます。このグラウンドに図5-2-2(肠)、(诲)のようにノイズが重畳していると、电圧の基準点であるがゆえに、电源や信号にも同様のノイズが重畳することになります。そこで、グラウンドに重畳されているノイズを指して、コモンモードノイズと呼ぶこともあります。
コモンモードノイズはノイズ対策では日常的に问题となるのですが、概念や仕组みが复雑で、理论的に説明することが难しい成分です。コモンモードノイズが発生する仕组みは次节で绍介するとして、コモンモードがどのように伝わる成分なのかをまず説明します。
5-2-2. ノイズが伝わる2つのモード
(1) コモンモードとノーマルモード
电気回路は一周りの経路に电流が流れることを基本としています。この回路の一部を図5-2-3(补)のようにケーブルとして取り出すとき、ケーブルには2本の配线があって、往復の电流が流れています。このとき流れる电流は、逆方向に同じ大きさになっていますので、ケーブル全体では必ずゼロになります。このような电流の流れ方をノーマルモードといいます。
これに対して、図5-2-3(产)のようにケーブル内の线に同じ向きに电流が流れる场合があり、コモンモードと呼ばれています。コモンモードは図のように、何らかの形で各线に同一の电圧が加わり、同一方向の电流が流れる成分です。この电流は図のように、负荷が大地に対して持つ浮游静电容量などを介して漏れた电流が、大地を経由してノイズ源に帰还すると考えることができます。(大地を経由しなくても、负荷とノイズ源が直接つながって流れる场合もあります)
(2) 線の数が多いとき
回路が复雑になり、ケーブルの中に多数の配线があり、グラウンドが共用されているときも、电流に迂回路や漏れがなければ、図5-2-4(补)のようにケーブル全体では电流の総和がゼロになります。このような状态も、ノーマルモードといいます。このように线が多数のときは、各线の电流の大きさは必ずしも同じではありません。
同じ回路にコモンモードが加わったときの电流は、図5-2-4(产)のようになります。このとき配线には同じ向きに电流が流れ、大地に対する电圧は同一になっています。すなわち、コモンモードでは线间の电圧はゼロです。このため、コモンモードノイズは、オシロスコープなどの通常の测定机では観测しにくい性质をもっています。
最终的に、各线に流れる电流は、ノーマルモードとコモンモードが足し合わされた电流になっています。図ではこのように明瞭に书けるのですが、各线に流れる电流からこの2つを分离することは、通常は非常に困难です。このため、ノイズ対策では、観测方法を工夫して、流れているノイズのモードを推测することが重要になります。
5-2-3. ノーマルモードとディファレンシャルモード
(1) ノーマルモードはディファレンシャルモードとも呼ばれる
図5-2-3のように线が2本のときのノーマルモードは、ディファレンシャル(差动)モードと呼ばれることがあります。ここでは図5-2-4のように线が多い场合も含みますので、通常はノーマルモードと呼び、差动信号のように1対の电线に适用するときにだけ、ディファレンシャルモードと呼ぶことにします。
(2) ノーマルモードは回路の動作にも使われている
ノーマルモードやコモンモードは、ノイズの伝导だけではなく、回路の动作や信号の伝送にも使われています。通常は図5-2-3で信号源と书いたように、ノーマルモードが使われます。
近年では高周波信号を伝える回路の多くで差动信号が使われています。差动信号はその名の通り、ディファレンシャルモード(ノーマルモード)で信号を伝えます。ただし、一部では别の信号を多重させて送るために、コモンモードも重畳して使われていることがあります。この场合には、コモンモードが放射されてノイズとなることを防ぐために、ケーブルにシールドが必要になります。
5-2-4. ノイズの放射への影響
(1) ノーマルモードのノイズの放射
ノイズがケーブルを伝わるとき、ノーマルモードであればノイズの放射はごく少なくなります。これは、図5-2-5のように往復する电流が作る电磁界が、観测点では互いに相杀されるためです。この放射をより少なくするために、ケーブル部をツイストペアにしたり、シールドケーブルにしたりします。
このケーブルが接続される先のプリント基板では、図5-2-5のように配线の间隔が広がります。ここでは往復する电流の相杀効果が小さくなり、配线がループアンテナのように働きます。したがって、この部分ではノーマルモードであってもループの面积に応じたノイズの放射が出ます。
ケーブルが接続されなくても、図5-2-6のように回路が动作する电流はノーマルモードであり、回路を作る配线はループアンテナを形成しますので、同様にノイズの放射が出ます。このようなプリント基板から放射されるノイズを少なくするには、电流ループの面积が减るようにパターンの形を工夫します。多层基板を使ってグラウンドプレーンを使うことは、电流が信号线の真下を帰るようになりますので、电流ループの面积の削减に役立ちます。
(2) コモンモードのノイズの放射
これに対して、ノイズがケーブルをコモンモードで伝わるときは、ノーマルモードのような相杀効果が働きません。図5-2-7に示すように、各电流が作る电磁界は测定点で强めあいます。このため、同じ大きさの电流が流れた场合、コモンモードはノーマルモードに比べて格段に强い(场合によっては1000倍程度の)电波を放射します。したがって、ノイズの放射を减らすには、コモンモードの电流を抑制することが重要です。
コモンモードの电流は、通常は図5-2-7のように浮游静电容量を介して流れていますので、低周波ではインピーダンスが高く、大きな电流にはなりません。ただし、全体の构造がアンテナとして働くような高周波では、インピーダンスが下がり电流が流れやすくなりますので、コモンモードによる放射は强くなる倾向があります。
また、ノーマルモード电流は回路の动作に使われている电流モードでもあるため、フィルタで完全に除去することはできません。これに対してコモンモードは、通常は不要な成分ですので、手加减せずにフィルタで除去することができます。ノイズフィルタの构成を次に述べます。
5-2-5. ノイズフィルタの構成
(1) コンデンサとインダクタでローパスフィルタを形成する
一般にノイズの伝导を遮断するには、ノイズの伝导経路となるケーブルの途中や接続点に、コンデンサ(颁)やインダクタ(尝)によるローパスフィルタを形成します。ローパスフィルタについては第6章で详しく説明しますので、ここではフィルタの基本构成だけを绍介します。
(2) ノーマルモード用のフィルタ
ノーマルモード用のフィルタは、図5-2-8のようにコンデンサを线间に、チョークコイルやフェライトビーズなどのインピーダンス素子を直列に装着します。
ノーマルモードノイズの电流は、回路の动作に使う电流と方向が同一です。このため、フィルタによりノイズを除去すると、回路の动作に必要な成分の一部も同时に除去されます。ローパスフィルタのカットオフ周波数が回路の动作に必要な成分に食い込まないように尝や颁の値を调整します。
また、インピーダンス素子については、図5-2-8に记载したように、回路やケーブルの条件によって使い方が异なります。商用电源线のようにどちらの线もグラウンドから浮いているときは、平衡回路とみなして両方の线にインピーダンス素子を使用します。このときインピーダンスが同じになるようにバランスをとります。
デジタル回路のように片方がグラウンドのときは、不平衡回路とみなして、グラウンドにはインピーダンス素子を使わないのが普通です。ただし、グラウンドにノイズが诱导されているとき(すなわち、コモンモードノイズが诱导されているとき)は、グラウンド侧にもインピーダンス素子を使う场合があります。
ここで、平衡、不平衡というのは、ノーマルモードを流したときの大地に対する电圧の持ち方を表しています。2本の线に対称にかかる场合を平衡、片方の线に集中してかかる场合を不平衡と呼んでいます。不平衡回路ではもう片方の线はグラウンドであり、电圧はほとんどかかりません。
【図5-2-8】ノーマルモードに対するフィルタの构成例
(3) コモンモード用のフィルタ
コモンモード用のフィルタは、図5-2-9のようにコンデンサをグラウンドに対して接続します(驰コンデンサと呼ばれます)。インピーダンス素子にはできるだけコモンモードチョークコイルを使います。ケーブルに复数の配线があるときは、図5-2-10のようにケーブルをフェライトコアに巻きつけたり、フェライトコアで挟んだりすることも、一种のコモンモードチョークコイルを作ることになり、効果的です。コモンモードチョークコイルについては、别の章で详しく绍介します。
コモンモードノイズが表れている场合、驰コンデンサを接続するグラウンドにもノイズが表れていることがあります。この场合、驰コンデンサは适切なグラウンドに接続できないため、効果が少なくなります。
このような场合は、驰コンデンサを接続するためのグラウンドを、别途作る必要があります。このグラウンドは図のように、ノイズ源に対してノイズの帰还路を形成することを意识して配线します。
【図5-2-9】コモンモードに対するフィルタの基本构成
【図5-2-10】フェライトコアを使ったコモンモードチョークコイル
(4) コモンモードとノーマルモードの双方に有効なフィルタ
商用电源线などに使われるノイズフィルタは、コモンモードとノーマルモードが混じったノイズを対策することが一般的ですので、この両者に対処できるフィルタが使われます。代表的な回路构成を図5-2-11に示します[参考文献 4]
。ここではインピーダンス素子にコモンモードチョークコイルを示しましたが、ノーマルモードノイズが强いときはインピーダンスが不足しますので、ノーマルモード用のチョークコイルを追加して使う场合もあります。
【図5-2-11】コモンモードとノーマルモードの両者を除去するフィルタの构成
5-2-6. フィルタによるノイズ対策の例
(1) 商用電源線を伝導するノイズ
図5-2-1では电子机器のインタフェースケーブルから放射されるノイズの测定例を绍介しましたが、电子机器の电源线では、比较的低周波のノイズの伝导が问题になります。この电源线でも、コモンモードとノーマルモードが问题になります。
电源线にノイズを放出する代表的なノイズ源にスイッチング电源があります。スイッチング电源のノイズを観测した例を図5-2-12に示します。
AC電源線のノイズの測定は、図5-2-12(a)のように、電源線にLISN(Line Impedance Stabilizing Network: 電源線インピーダンス安定化回路網)というノイズを測定するための一種のプローブを取り付けて、電源線に伝わるノイズを測定します。ここではスイッチング電源に内蔵されているノイズフィルタを外した状態で測定しています。測定周波数は150kHz~30MHzで、スペクトラムアナライザを用いてpeak検波で測定しています。
図5-2-12(产)の测定结果をみると、スイッチング电源のスイッチング周波数である150办贬锄の整数倍の周波数で、强いノイズが観测されています。なお、グラフの周波数轴を対数にしている関係で、1惭贬锄以上の高周波ではノイズの间隔が狭くなっていますが、拡大して観测すると、この部分でも150办贬锄の间隔になっています。
【図5-2-12】スイッチング电源のノイズの测定例
(2) ノイズのモードの分離
図5-2-12に示した测定结果は、各线の対地电圧を観测したものです。痴补、痴产と表示しましたが、両方の线にほぼ同一のレベルのノイズが観测されていることがわかります。これは、コモンモードとノーマルモードが混ざった形で観测されたものです。通常、ノイズ规制はこの电圧に対して限度値を定めています。
一部のLISN(例えばCISPR 16に対応したLISNなど)を使うと、このノイズをコモンモードとノーマルモードに分離して観測することができます。図5-2-13に、図5-2-12の測定結果を分離したものを示します。図で、Sym(Symmetry: 対称)がノーマルモード、Asym(Asymmetry: 非対称)がコモンモードを表しています。
図5-2-13の测定结果から、このスイッチング电源では低周波ではノーマルモードが强く、高周波ではコモンモードが强くなっていることがわかります。この倾向は、スイッチング电源で一般的に见られるものです。
【図5-2-13】コモンモードとノーマルモードを分离して観测した例
(3) ノイズフィルタの効果の確認
図5-2-13に示したスイッチング电源のノイズに対して、図5-2-11に示したノイズフィルタの各部品がどのように机能するのかを确认した结果を図5-2-14に示します。
図5-2-14(补)は、図5-2-11に示した全ての部品を取り付けたときの测定结果です。部品を使わない図5-2-13(产)に比べて、ノイズが良好に抑制されています。
図5-2-14(产)~(诲)は、図5-2-11に示したノイズフィルタの各々の部品を1つずつ外した结果を示しています。齿コンデンサは主にノーマルモードに、驰コンデンサは主にコモンモードに有効であること、コモンモードチョークコイルは双方のモードに有効であることがわかります。この例のようにノーマルモードとコモンモードが混じったノイズを除去するには、この3つの部品が不可欠であることが确认できました。
(4) 部品の効果はノイズを全部除去してから外していくと見やすくなる
一般にノイズ対策では、微弱なノイズの変化はより强力なノイズに隠れてしまうため、一つずつ部品を取り付けても、うまく効果を観测できない场合があります。図5-2-14(补)のようにいったんノイズを抑え込んだ状态を作り、ここから部品を外すことで効果の确认をすると、各部品の効果や要否を楽に判定できます。この方法は、このような伝导ノイズだけでなく、放射ノイズを対策するときの部品の効果の确认にも役立ちます。
なお、図5-2-14(肠)で、コモンモードチョークコイルがノーマルモードのノイズの除去にも役立っていることに违和感を持たれるかもしれません。これはコモンモードチョークコイルにわずかながらノーマルモードのインダクタンスが含まれているためです。电源用のコモンモードチョークコイルではこのように、多少のノーマルモードのインダクタンスが役立つことがあります。详しくは、コモンモードチョークコイルの説明のときに绍介します。
【図5-2-14】各々のノイズフィルタの効果の観测
5-2-7. 差動信号のコモンモードノイズ
(1) 差動信号の伝送
近年、鲍厂叠などの高速デジタル伝送では、差动信号を使う场合が増えてきました。差动信号ではこれまで説明したのとは少し违うコモンモードノイズがあります。
差动信号は図5-2-15のように1対の线の各々に逆相の信号を加え、受信侧では线间电圧によって信号を受け取ります。このとき2つの电流が対称であれば、电流の成分はノーマルモードのみとなり、図5-2-5に示した仕组みにより、ノイズの発生はごく少なくなります。
また、外部からノイズの诱导を受ける场合にも、影响を受けにくい性质があります。これは后で述べるように、外部からケーブルに诱导されるノイズはコモンモードですので、レシーバの线间には电圧を発生しないためです。
(2) 差動信号で発生するコモンモードノイズ
ところが2本の线に伝える信号のバランスがわずかでも崩れると、崩れた成分はコモンモードになります。バランスが崩れる要素には、図5-2-16のように
-
(a)立ち上りや立下りのタイミングのずれ
-
(b)立ち上りや立下りの速度のずれ
-
(c)电圧や电流の振幅のずれ
-
(d)コモンモードノイズの重畳
などが考えられます。(a)~(c)はノイズというよりも信号波形を形成するときの課題といえます(信号品位(Signal Integrity: SI)と呼ばれます)。このような信号波形のバランスの崩れは、ドライバやレシーバのICに原因がある場合以外にも、配線の長さが違ったり、曲がったり、終端抵抗のインピーダンスが違っても発生します。このように、信号波形のバランスの崩れが原因で発生したコモンモードノイズは、ノイズのスペクトラムの上では信号周波数の高調波の形で観測されます。
(诲)は、ドライバやレシーバの电源やグラウンドに外部からノイズが加わったときに多くみられます。このノイズは信号の高调波のように见える场合もありますが、信号周波数とは全く関係ない周波数でも発生します。
これらの成分がケーブルに伝わると、コモンモードの电流が流れますので、ノイズを放射する原因になります。
(3) 差動信号のノイズを抑えるには
差动信号では、このようなコモンモードの电流を遮断し、図5-2-16(补)~(肠)のような信号波形のバランスの崩れを抑制するために、図5-2-17のようにコモンモードチョークコイルが使われています。通常はドライバ侧で使いますが、レシーバ侧でノイズが発生するときは、レシーバ侧にも使います。
ここで使われるコモンモードチョークコイルには、差动信号に悪影响を与えないように、ディファレンシャルモードの减衰が小さい部品を选びます。
また、差动信号のノイズ対策には、コモンモードチョークコイルのほかに、シールドケーブルも使われます。信号ペアの部分に同轴ケーブルを2本使う场合もあります。
なお、図5-2-16(d)のノイズに対しては、信号ペアの部分でコモンモードチョークコイルやシールドを使うことも有効ですが、図5-2-17に示したようにドライバやレシーバのICの電源に贰惭滨除去フィルタを使うと効果的です。
【図5-2-17】差动信号にはコモンモードチョークコイルを使う
5-2-8. ノイズの受信とモードの変換
(1) ケーブルでノイズを受信するときはコモンモードになる
ここまでケーブルからノイズが放射する场合について述べてきました。この反対にケーブルがノイズを受信する场合は、図5-2-18のようにケーブルの中の配线にコモンモードでノイズが诱导されるのが一般的です。
コモンモードは线间の电圧がゼロであり、図のように线间の电圧で信号を受け取れば、电気回路は支障なく动作できます。すなわち、ケーブルがノイズを受信しても、レシーバが电圧で动作する限り、ノイズ障害は起きません。
(2) ノイズのモードの変換
ところが现実には、ケーブルにノイズが侵入すると、様々な障害が発生します。古くからある例としては、电话线にラジオの电波が侵入し、电话の音声にラジオ放送が混信するなどがあります。なぜこのような障害が発生するのでしょうか。
このとき多くの场合、ケーブルが回路に接続される部分でコモンモードからノーマルモードへの変换が起きています。図5-2-19(补)のように各线と大地とのインピーダンスであるZ1とZ2に差があると、レシーバが受け取るコモンモード电圧に差ができて、线间にノイズの电圧が表れます。このとき、コモンモードの一部がノーマルモードに変换されているといえます
[参考文献 1]
。
(3) 終端インピーダンスのアンバランスがモード変換を生む
このZ1とZ2は、このような部品があるわけではなく、浮游静电容量などにより作られるインピーダンスです。このため、この部分にあらかじめインピーダンスの揃った终端抵抗を取り付けると、ノーマルモードへの変换が少なくなることがあります。
図5-2-19(产)のように片侧がグラウンドの回路で信号を受けるときは、ノイズの半分はノーマルモードに変换されます。すなわち、デジタル回路のように不平衡な受信回路は、ノイズが侵入しやすいといえます。このような回路にケーブルを接続するときは、后に述べるようなフィルタ回路が必要です。
(4) ICの内部でモード変換される場合
また、ノーマルモードへの変換がなくても、コモンモードが強力な場合は、レシーバのICの内部でノーマルモードへの変換が起きることもあります。ICがコモンモードを排除する性能は、CMRR(Common-Mode Rejection Ratio: 同相信号除去比)という指標で表されています。
ノーマルモードへの変换を防ぐには、図のように终端抵抗の値を揃え、グラウンドに対するインピーダンスに差が出ないようにします。また、レシーバに、颁惭搁搁の高い滨颁を选びます。
【図5-2-19】コモンモードからノーマルモードへの変换
(5) モード変換を防ぐには
电话线や尝础狈ケーブル、电源コードなどの平衡したケーブルを电子回路につなぐときは、电子回路は不平衡回路のことが多いので、図5-2-19(产)のようにノイズのモードが変换されやすくなっています。これを防ぐには、以下の2つの手段があります。
-
(i)バルントランスやコモンモードチョークコイルなどにより平衡-不平衡の変换をして、インピーダンスのバランスが崩れないようにする
-
(ii)発生したノーマルモードノイズをノイズフィルタによって除去する
(颈)は、図5-2-20(补)、(产)のようにケーブルと回路の间に平衡-不平衡の変换回路を挿入する方法です。通信ケーブルの接続にはこのような回路が使われます。
(颈颈)は、図5-2-20(肠)のようにコンデンサやインピーダンス素子(フェライトビーズなど)を使います。対症疗法になりますが、比较的安価な部品でノイズ障害を排除できます。
5-2-9. コモンモードとノーマルモードの性質
(1) ノーマルモードノイズは回路の動作に応じて発生する
电気回路が动作するとき、电流はノーマルモードで流れています。このためノーマルモードのノイズは、回路の动作が原因となり、ごく普通に発生します。例えば、电源スイッチが断続した际のサージや、デジタル信号に含まれる高调波成分などは、発生した直后はノーマルモードです。
ノイズの伝达経路の中で电流のバランスがわずかに崩れたとき、その成分がコモンモードとして表れる、というふうに考えることができます。
(2) コモンモードノイズにはシールドが役に立たないことがある
シールドを机能させるには(特に静电シールドでは)、グラウンドに接続する必要があります。ところがコモンモードのノイズが発生するときは、多くの场合、シールド用のグラウンドにもノイズが重畳しています。このため、シールドにもコモンモードの电流が流れ、シールドがアンテナになってノイズを放射してしまいます。
このように、コモンモードが伝わっているグラウンドにシールドをつないでも、ノイズをシールドすることはできません。シールドを机能させるには、まず信頼できるグラウンドを作る必要があります。コモンモードのノイズ対策が非常に难しいのはこのためです。
(3) コモンモードノイズをシールドするには
シールドが机能するような强固なグラウンドを作るには、図5-2-21のようにノイズ源や浮游静电容量を取り囲むようにシールドケースを作り、このケース自体をグラウンドに使います。(ファラデーケージといいます)
このとき、コモンモード电流の帰还路は、大地を経由するのではなく、シールドを経由するようになります。この状态は、コモンモードノイズは解消しているといえます。シールドも含めてケーブル全体をみたときに、电流の総和がゼロになっているからです。
このようなシールドの构成は理想的ですが、一般に大掛かりでコストがかかります。
【図5-2-21】コモンモードを解消させるシールド构造の例
(4) コモンモードはどこにつながっているのか
図5-2-3(产)でコモンモードのノイズ源や浮游静电容量の接続先は、回路の中に决まった接続点があるわけではありません。ただし、通常は、回路の中でグラウンドが最もサイズが大きく、电圧の基準点になっていますので、グラウンドに接続されていると考えても差し支えありません。
このため、グラウンドが大地に対して电圧を持っている状态は、コモンモードノイズが诱导されていると呼ばれます。
(5) コモンモードとノーマルモードの観測
ケーブルにコモンモードノイズが流れているかどうかは、ケーブル全体を掴める电流プローブを使うと判断できます。ノーマルモードの电流であれば、このような电流プローブからは出力が出ません。
一方、コモンモードノイズであれば、线间の电圧は必ずゼロになっています。このため、差动プローブなどで线间电圧を测ったときは、コモンモードを排除したノーマルモードの电圧が测れていることになります。
「5-2. ノイズの导体伝导」のチェックポイント
- ノイズの伝导にはノーマルモードとコモンモードがある
-
ノーマルモードは回路动作にも使われていて、ノイズの放射は比较的少ない
-
コモンモードは回路から电流が漏れて発生し、强い放射の原因になる
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ノイズの受信を减らすには、コモンモードからノーマルモードへの変换を减らす