JPH02201174A

JPH02201174A - ノイズ計測プローブとノイズ計測方法

Info

Publication number: JPH02201174A
Application number: JP1321243A
Authority: JP
Inventors: Douglas C Smith; ダグラス　チャールズ　スミス
Original assignee: American Telephone and Telegraph Co Inc
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1988-12-23
Filing date: 1989-12-11
Publication date: 1990-08-09
Anticipated expiration: 2009-08-22
Also published as: JPH0664106B2; CA2001583C; CA2001583A1; US4879507A

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】［産業上の利用分野］本発明は、電子計Ａ−１装置に関し、特に所定の試験装
置によるノイズ計ｆｌｕの精度を高めるプローブに関す
る。

［従来技術の説明］ノイズは、電子回路操作では迷惑な副産物である。特に
、ディジタル回路ならびにパワースイッチング回路にお
いては障害となる。完全にノイズを取り除くことは不可
能であるが、慎重に回路設計を行うことによって、特殊
な応用分野における十分な回路操作を妨げない程度にノ
イズ量を減少させることができる。ノイズを低レベルに
下げるほど経費が掛かるのは当然である。したがって、
回路、特にディジタルならびにパワースイッチング回路
を設計する際には、どの回路においてもノイズ発生量を
計ＡＰＩすることが重要であり、さらに特定の応用分野
においては、最も効果的なノイズ削減ステップが実施で
きるよう回路中の主要なノイズ源を究明することが重要
である。その他の応用分野においては、ノイズマージン
、つまり回路操作が規定の作動目的に適合しなくなる前
に必ず増加するノイズ量を判定するために、テスト中回
路内へノイズを送り込むことが望ましい。このマージン
は、回路の操作環境に関するガイドラインを設定するこ
とから、重要である。

従来のノイズ計７１Ｐ１技術は、オシロスコープあるい
はマルチメーターのプローブ導線とテスト中回路間の直
接接続すなわち物理的接続に依存している。ノイズ信号
の発信もまた、信号生成器とテスト中回路の直接接続に
よって達成された。この技術に伴う問題は、プローブの
接地地点によって計測結果が変化することである。さら
に、ノイズ注入手段としてのプローブの直接接続が、回
路操作を妨げ、ｉｔｉ’１ｌｌＪを無意味にしてしまう
可能性もある。

以上のことから、ノイズ計測装置の改良は非常に望まれ
るところである。

（発明の概要）従来技術におけるノイズ信号計ＡＰＩの変動は、計Ａｉ
プローブの接地導線中の電流に起因する。さらに、テス
ト中回路の操作変化もこの電流がその原因である。本発
明においては、ノイズ計Δ−１と、ノイズプローブとの
物理的接続なしでテスト中回路内・＼ノイズを挿入する
ことを可能とするノイズプローブの使用により、従来技
術の限界が克服された。こうしてノイズプローブとテス
ト中回路間の接続を無くすことで、エラー発生源である
電流を削除できる。

本発明におけるノイズプローブは、少なくとも一つの導
体が信号を搬送し、そして他の一つの導体が接地してい
る複数個の導体を存している。これら導体の一端は、測
定装置あるいは信号生成装置に接続する構造を有し、他
の端は導体ループに接合する。同ループは、接地状態に
ある信号搬送導体と接地導体とを相互接続し、信号を誘
発するセグメントで形成される。実施例の一つにおいて
は、このセグメントは直線型であり、別の実施例におい
ては、ループセグメントはテスト中回路内の導体パスに
ｚ１応できるよう変形可能な構造に形成される。いずれ
の実施例においても、セグメント端は、ループの残りの
部分と直角に接続するするのが望ましく、さらに、接地
導体が７ｕ界シールド提供のために全ループを覆ってい
る。あるいは、縦方向接地シールド電流用のローパスフ
ィルターを形成するため、フェライトコアが導体に数回
巻き付けられる。

（実施例の説明）第１図において、従来技術によりテスト中回路のＡＰＩ
定が行われた場合、いかにして多くのエラーが発生する
かを図示する。オシロスコープ１００は、回路１０１に
接続し、プローブチップ１０４に終端する同軸ケーブル
１０３を経由して接地シャーシー１０２内部に載置され
る。

プローブチップ１０４は、それぞれがセンター導体およ
び同軸ケーブルの接地シールドに接続する信号導体１．
０５ならびに接地導体１０Ｂを有する。導体１０５なら
びに１０Ｂは、テスト中回路に共に接続される。矢印１
．０７で示されるとおり、これらの接続により、ノイズ
電流がテスト中の回路とスコープシャーシー間を接地接
続部分沿いに流れる。このノイズ電流は、回路とオシロ
スコープ間の接地パスを流れるため、ノイズ電圧がプロ
ーブの接地導線および同軸ケーブルのシールド内で誘発
される。その結果、オシロスコープはオシロスコープか
ら伸びる閉鎖ループ周辺の電圧量を表示する。

このループは、同軸ケーブルと信号導体ＬＯ５のセンタ
ー導体、導体１０５と１０６の端子間のｎ１定用電圧差
１０Ｂ　、接地導体１０Ｂおよび同軸ケーブルの接地シ
ールドの直列接続によって規定される。同軸ケーブルの
接地シールド中の電流は、接地シールド中の電圧差を生
成し、また相互インダクタンスによって、接地シールド
中の電圧を相殺する同軸ケーブルのセンター導体内に電
圧差を誘発する。

同１１１１ケーブルのセンター導体と接地シールドは確
実に結合されているため、十分な電圧相殺が行なわれる
。しかし接地導線１０Ｇの電圧ドロップはｔ目殺されず
、測定される電圧差１０８に加算されるノイズ電圧とし
て現れる。この負荷的な電圧ドロップは、実質的に電圧
差１０８を超え、その結果、この電位差が現れないため
特に問題となる。

このエラーを克服するため、本発明では、ノイズプルー
ブはテスト中の回路接続を不要にする誘導性ピックアッ
プループを利用する。

説明を進める前に、基本的な回路理論を説明する。周知
の通り、相互インダクタンス、あるいは変圧器現象は、
互いに極めて接近した２本のワイヤー間に発生する。例
えば、非常に接近した第一ワイヤーと第二ワイヤーにつ
いて、第一ワイヤーに時変電流ｉ　（ｔ）の流れると、ｅ（ｔ）　＝　Ｍ（ｄｉ（ｔ）／ｄｔ）　　　　　（１
）で表示される第二ワイヤー中に誘導される電圧ドロッ
プがある。ここにおいてｄｉ　（ｔ）／ｄｔは時間的に
第一誘導電流、Ｍはワイヤー間の相互インダクタンスで
、Ｍ　−Ｋｍ　　　　　　　　　（２）によって与えられ、ＬｌおよびＬ２はそれぞれ第一およ
び第二ワイヤーのり１位長あたりのインダクタンスであ
り、ワイヤー間の係合係数には０以上、１以下である。

Ｌｌ、　［，２およびＫは、一定であるから、Ｈも一定
である。従って、第二ワイヤー中の単位長あたりの誘導
電圧ｅ（１）は、第一ワイヤーと同じ波型を有する。さ
らに、ｌ、１−１．２の場合は、第二ワイヤー中の誘導
電圧量は、第一ワイヤーの単位長ごとの電圧ドロップ量
以下となる。

第２図において、ｅ（ｔ）の値を最大にするためには、
信号伝送ワイヤーにできる限り接近したプローブのピッ
クアップループを配置することが必要である。１ノ８イ
ンチくらいの血かな分離でも実質的にループ応答を減少
させる。ピックアップループの形もまた重要である。第
２図においては、信号伝送ワイヤー２００に非常に接近
した３本のピックアップループ２０１．２０２．２０３
が図示されている。どの様なループサイズにもかかわら
ず、ワイヤー２００中の電流からのループ中の誘導電圧
を最大にし、同時に正確に誘導電圧の単位長を規定する
ループ型が最も望ましい。ループ２０２のような四角あ
るいは直線的な型は、ループ２０１．２０３の曲線型と
は比較して最も望ましい型である。四角型ループの幅２
０４は、計測される回路導線からの磁場を十分包囲でき
る大きさであることが必要である。計測されるワイヤー
から離れるとこの磁場は急速に消滅するため、１インチ
四方のループが典型的な電子応用分野においてうまく機
能することが発見された。コーナー２０５および２０Ｂ
における屈折角度が適切であれば、電圧が誘導されるル
ープ２０２の部位が効果的に規定され、特に、電圧は辺
２０７でのみ誘導される。辺２０８並びに２０９は、ワ
イヤー２００に対し、電圧が誘導されないような角度を
有し、辺２１０は、ワイヤー２００からなんらかの信号
を誘導されないようワイヤー２００から十分遠くに位置
している。その結果、辺２０７の直線型は、直線導体の
計測に対し誘導電圧値を最大にする。

ピックアップループは、できれば同軸ケーブル全体に亘
ってスコープあるいはその他の計測装置と接続する必要
がある。さらに、どの様なケーブル特性を存するインピ
ーダンスに対しても、同軸ケーブルはそのケーブルの特
性インピーダンスを具備する要素内で終端させる。ケー
ブル長がテスト中の回路内に生じる最小ノイズ信号波長
の１７■０以上の長さになった場合に、適切に終端させ
ることが必要である。また、同軸ケーブルの長さがテス
ト中の回路内に生じるノイズ信号波長のｌ／１０以下に
なった場合には、この終端は同軸ケーブルのキャパシタ
ンスならびにピックアップループのインダクタンスから
なる同調回路のＱを減少させる。

例えば、ｌ００ｐＦのキャパシタンスを具備する数フィ
ートの５０ｏｈｗ同軸ケーブルと約８０ｎｔｌのインダ
クタンスを具備する１インチ四方のループについては、
共振周波数はおよそ８０ＭＨｚとなる。上記のようなル
ープでの計測の大部分は、このレンジ以上の周波数成分
を有する。５０ｏｈｓの終端が行われない場合には、ル
ープ内に誘導される個々のインパルスが減衰共鳴応答を
起こし、同ループでの計測が無意味となる。

第３図および第４図において、本発明のノイズプローブ
の２つの実施例を示す。第３図において、ピックアップ
ループ８００は同軸ケーブル３０１のセンター導体から
伸びる四角型で同一平面上にあるワイヤー−巻からなる
。巻数を増加させることは可能であり、センター導体は
同軸ケーブルの接地シールドに結合される前に多巻コイ
ルを形成する。

多巻コイルを使用することにより、ループが収集する電
圧が増加する。いずれの場合も、ループは同軸ケーブル
３０１のセンター導体から形成され、同ケーブルの接地
シールド３０２への接続点と同じ位置から伸びている。

この実施例においては、接地シールドはワイヤーループ
が露出するよう切除されている。これとは対称的に、第
４図においては接地シールドも延長され、僅かなギャッ
プ４０１を除いてループを形成するセンター導体のすべ
てが接地シールドで覆われている。上記のギャップ４０
１は、同軸ケーブルの接地シールドが短絡巻を形成する
ことを避けるために必要である。こうした差異を除けば
、第３図と第４図の実施例は同一である。第４図の実施
例におけるセンター導体のシールドは、特に強い電界を
有する応用分野において効果的である。第４図中の接地
シールドカバーがない場合には、こうした強い電界が、
磁場形成誘発に匹敵するほどの大きさの電圧をセンター
導体内へ誘導する可能性があり、重大な計測エラーを引
起こす。しかしながら、前記カバーの欠点として、ルー
プ状のセンター導体がテスト中の回路からかなり離れて
いるため、ループ内に誘導される電圧が減少することが
あげられる。

第３図および第４図のいずれの実施例においても、同軸
ケーブルはフェライトコアによって包まれることが望ま
しい。こうして同軸ケーブルを包むことにより、縦方向
信号にたいするローパスフィルターが形成される。この
縦方向信号とは、つまり電界ピックアップから発生する
信号のように同方向に流れ、新たな計測エラー源となる
同軸ケーブル導体内へ誘導される信号である。

第５図において、本発明におけるノイズプローブの他の
実施例の透視図を示す。ピックアップループのみ、ある
いはこのループとそれを包むフェライトコアは、非伝導
ハウジング５０１内に収納される。このハウジングは端
部５０２で先細になることが望ましく、これによってこ
の端部５０２は構成要素が具備されている回路ボード上
の電気導体の非常に近くまで接近できる。さらに、この
ハウジングは柔軟性材料で形成されており、端部５０２
は点線５０３によって示されるように、変形させること
ができ、ループの辺２０７はモニターされているテスト
中の回路内にある導体パスに適合する。テスト中継続さ
れるこの変形は柔軟性があり、反復して異なる変形を辺
２０７に行うことができる。辺２０７の変形はフレキシ
ブルなハウジングがなくとも可能であるが、こうしたハ
ウジングを有することによってループに構造的剛性を与
え、ループ破損を避けるための変形量の制御が有効にで
きる。。

本発明のノイズプローブはノイズ電圧の測定に利用され
、ノイズマージンを決定し、ノイズ電流を追跡できる。

テスト中の回路に対し電気接続が全く行われず、またル
ープ内へのエネルギーの磁気結合が小さい為、回路操作
に影響を与えないことから、このプローブの利用は回路
操作を妨害しない。

回路上の導線に誘導されるより低い範囲のノイズ電圧は
、ループをテスト中の導線上に配置することによって計
測できる。ノイズプローブが接続するスコープは、テス
ト中の導線の単位長あたりのノイズ電圧を表示し、その
長さはテスト中の導線に平行でかつ最も接近したピック
アップループの辺の長さである。多巻ループについては
、単位長あたりのノイズ電圧は、ピックアップループ中
で形成される巻数でオシロスコープ水数を割ることによ
って得られる。

相互インダクタンスは、２本のワイヤーが離れると急速
に低下し、その結果、本発明のノイズプローブはテスト
中の回路内の一束の導線がノイズ信号を含有するよう選
択される。このノイズプローブは、ピックアップループ
直下の導線からの最大振幅の信号を表示する。

オシロスコーププローブでのどのような計ｆｌＰＪにつ
いても、表示波形が真の波形であることを確認すること
が効果的である。つまりこれはノイズプローブ下の回路
パス内の電流のためであり、容量性結合信号が、非シー
ルドループによって収集される可能性がある。これが発
生したか否か判断するために、ノイズプルーブを、その
一端と回路導線との距離を一定に保ったまま１８０度回
転させる必要がある。もしスコープ上の表示波形が実際
に磁気的にプローブ内に誘導されたものであれば、その
波形はプローブの回転に伴い回転する。

また静電放電のような強力なソースから発生する浮遊磁
場は、信号をピックアップループ内に誘導する可能性が
ある。これは、ループをテスト中の回路から単純に引き
離すことによって解決できる。数インチ離すことで、表
示信号はほとんどあるいは全く現れなくなる。

本発明のノイズプローブは、回路中のノイズ源を究明す
るためにも使用される。この応用分野においては、２ｒ
ｊ！ｊのノイズプローブが、個々に露出ピックアップル
ープと結合しながら用いられる。

二重トレーススコープが利用され、個々のループが別々
のトレース上に表示される。第一ループはテスト中の回
路内のノイズ収集に使用され、同回路に対し一定の位置
に固定され、第二ループは同回路上をゆっくりと移動す
る。この第一ループは安定した誘発源として機能し、フ
ェーズおよび量的情報は第二ループから得られる。個々
のノイズプローブ上のピックアップループが同一である
とすると、個々のプローブの表示数は、プローブが相互
接近した場合には実質的に同じとなる。第ニブローブが
第一プローブから離れると第ニブローブの表示示数は変
化し、ノイズ源に接近するにつれ表示波形はしばしばＯ
を指し、ノイズ源ではフェーズ反転を表わす。またその
他のテスト方法においては、信号生成器に接続されたノ
イズプローブが回路内へのノイズ注入に使用される。十
分な回路操作が中止されるノイズ注入レベルをモニター
することによって、ノイズマージンが決定される。さら
に、第一プローブがテスト中の回路内にノイズを注入し
、計１１ｔ１装置に接続された第ニブローブが回路上を
移動することによって、注入ノイズのたどったパスが決
定される。

本発明にもとることなく、その他の構成例も実泡可能な
ことは当業者に自明である。

例えば、本実施例では、同軸ケーブルを使用したが、こ
れは測定精度を上げるのに役立つ。複数の導体は同軸ケ
ーブルとして動作する。そのうち１本は測定用として動
作し、他の１本は接地用として動作する。ピックアップ
ループは、別個に形成され、プローブ導体を延長する代
わりに、同軸ケーブルや導体に接続されてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明におけるノイズハ１定精度改善方法を
示す図、第２図は、本発明における作動中のループの形状効果を
示す図、第３図は、本発明の一実施例を示す図第４図は、本発明の他の実施例を示す図第５図は、本発
明のさらに別の実施例を示す透視図である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電気計測装置とともに使用されるノイズ計測プロ
ーブにおいて、上記プローブ端と上記装置間の信号を結合する構造を有
する導体と、上記プローブ端と上記装置間の接地を結合
する構造を有する導体とを有する複数の電気導体（例：
３００、３０２）；と、上記プローブ端に形成され、導
電性材料からなる少なくとも１個のループが、上記導体
のうちの上記の２個を接続し、また実質的に直線型で、
磁気誘導によってテスト中の回路から信号を収集すると
同時にテスト中回路内の上記導体グループのどの導体が
ノイズ信号を伝導しているかを決定することができるよ
う十分に長さの短い部位を有すること；を特徴とするノ
イズ計測プローブ。
（２）前記電気導体が同軸ケーブルのセンター導体と接
地シールドとを有することを特徴とする請求項１記載の
プローブ。
（３）導電性材料の上記ループが、センター導体から形
成されることを特徴とする請求項２記載のプローブ。
（４）上記部位が、２端を有し、これらの端が個々に９
０度の角度を形成することを特徴とする請求項１記載の
プローブ。
（５）上記ループが直線で囲まれることを特徴とする請
求項４記載のプローブ。
（６）上記ループが四角型であることを特徴とする請求
項４記載のプローブ。
（７）導電性材料からなる上記ループが、実質的に上記
導体の接地シールドによって被覆されることを特徴とす
る請求項１記載のプローブ。
（８）一部分の個々の導体が、一巻以上フェライトコア
（例：３０５）によって被覆されていることを特徴とす
る請求項１記載のプローブ。
（９）電気プローブを電気装置に結合させるステップと
、上記プローブが導体を有し、少なくともその導体のうち
の１個がプローブ端と上記装置間の信号を結合し、少な
くとも上記導体のうちの他の１個が上記プローブ端と上
記装置間の接地を結合し、上記ループが一平面を形成し
てかつ直線部位を有し；また上記プローブが、上記ループの形成する平面がその上部
にあってテスト中の回路に対し垂直で、非常に回路に接
近しているが接続はしないようテスト回路に配置されて
いることを特徴とするノイズ計測方法。
（１０）前記電気計測装置が信号生成器であり、上記結
合ステップにおいて、上記プローブが前記回路内へノイ
ズ信号を注入することを特徴とする請求項９記載の方法
。
（１１）上記電気計測装置が計測装置であり、上記結合
ステップにおいて、上記プローブがこの回路からノイズ
信号を収集することを特徴とする請求項９記載の方法。
（１２）電気装置に使用されるノイズ計測プローブにお
いて、前記プローブ端と前記装置間で信号を結合する構造を有
する導体と、前記プローブ端と前記装置間の接地を結合
する構造を有する導体とからなる電気導体（例：３００
、３０２）；と、前記プローブ端に形成され、導電性材料からなる少なく
とも１個のループが、前記導体のうちの前記の２個を接
続し、また平面を形成してその平面内に変形可能な部位
を有し、この部位が測定対象導体のパスに対応して湾曲
できることを特徴とするプローブ。
（１３）フレキシブルハウジング（例：５０１）が前記
ループ部位を収納することを特徴とする請求項１３記載
のループ。
（１４）電気プローブを電気装置に結合させるステップ
と、前記プローブが導体を有し、少なくともその導体のうち
の１個がプローブ端と前記装置間の信号を結合し、少な
くとも前記導体のうちの他の１個が前記プローブ端と前
記装置間の接地を結合し、また前記ループが一平面を形
成して変形可能な部位を有し、この部位がテスト中の回
路内の導体パスに対応し；また前記プローブが、前記ループの形成する平面がテスト中
の回路に対し垂直で、非常に回路に接近しているが接続
はしていない位置に配置されていることを特徴とするノ
イズ計測方法。