特開 2023-92370 差動通信装置の耐ノイズ性能推定方法、解析モデル作成方法、及び一括治具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023092370

(43)【公開日】2023-07-03

(54)【発明の名称】差動通信装置の耐ノイズ性能推定方法、解析モデル作成方法、及び一括治具

(51)【国際特許分類】

   G01R 29/26 20060101AFI20230626BHJP

   G01R 27/28 20060101ALI20230626BHJP

【ＦＩ】

G01R29/26 D

G01R27/28 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021207562

(22)【出願日】2021-12-21

(71)【出願人】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(71)【出願人】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】溝口 幸

(72)【発明者】

【氏名】平田 佳郎

(72)【発明者】

【氏名】梶田 治

(72)【発明者】

【氏名】米山 武志

(72)【発明者】

【氏名】高橋 政伎

【テーマコード（参考）】

2G028

【Ｆターム（参考）】

2G028BE10

2G028CG15

(57)【要約】

【課題】複数の通信用ケーブルが接続された複雑な形態であっても、通信ＩＣ端部のＳｄｃ１１が測定可能で、測定したＳｄｃ１１に基づいて差動通信装置の耐ノイズ性能を推定する。
【解決手段】１ｃｈの通信ポートを有する通信ＩＣ３２が搭載され、通信ＩＣ３２の通信ポートからの通信路が１ｃｈから２ｃｈに分岐してコネクタ３４に接続される評価用基板３０において、コネクタ３４に２ｃｈを１ｃｈに変換する一括治具１０を接続し、一括治具１０の１ｃｈに変換された通信路にネットワークアナライザ５０を接続してＳパラメータの測定を行い、通信ＩＣ３２端部のＳｄｃ１１を測定することで、評価用基板３０の耐ノイズ性能を推定する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

１ｃｈの通信ポートを有する差動通信集積回路が搭載され、前記差動通信集積回路の通信ポートからの通信路が１ｃｈから２ｃｈに分岐してコネクタに接続される差動通信装置において、
前記コネクタに２ｃｈを１ｃｈに変換する一括治具を接続し、
前記一括治具の１ｃｈに変換された通信路にネットワークアナライザを接続してＳパラメータの測定を行い、
前記差動通信集積回路端部の差動ノイズ変換量を測定することで、前記差動通信装置の耐ノイズ性能を推定する差動通信装置の耐ノイズ性能推定方法。

【請求項2】

前記一括治具の平衡度及び通過損失は、前記コネクタから前記差動通信装置の前記通信路が分岐する箇所までにおける平衡度以下で、かつ前記コネクタから前記差動通信装置の前記通信路が分岐する箇所までにおける通過損失以下となるように設定される請求項１に記載の差動通信装置の耐ノイズ性能推定方法。

【請求項3】

前記一括治具が前記コネクタに完全に接続できない場合、前記通信路の１ｃｈのみ測定し、前記通信路の他の１ｃｈはオープンとすることを特徴とする請求項１又は２に記載の差動通信装置の耐ノイズ性能推定方法。

【請求項4】

差動通信集積回路端部の差動ノイズ変換量を机上解析する際に、差動通信装置に搭載されるコモンモードチョークコイルのモデルのＳパラメータ値を、差動通信が可能となる限界の規格値とする解析モデル作成方法。

【請求項5】

１ｃｈの通信ポートを有する差動通信集積回路が搭載され、前記差動通信集積回路の通信ポートからの通信路が１ｃｈから２ｃｈに分岐してコネクタに接続される差動通信装置において、
前記コネクタに２ｃｈを１ｃｈに変換すると共に、平衡度及び通過損失が、前記コネクタから前記差動通信装置の前記通信路が分岐する箇所までの平衡度以下で、かつ前記コネクタから前記差動通信装置の前記通信路が分岐する箇所までにおける通過損失以下となるように設定される一括治具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、差動通信による差動通信装置の耐ノイズ性能推定方法、解析モデル作成方法、及び一括治具に関する。

【背景技術】

【0002】

差動通信は、等長かつ等間隔の２本の信号線のうち、一方の信号線に元の信号を、他方の信号線に位相を反転させた（逆位相の）差動信号を送る。

【0003】

差動通信においても、信号線には外部からノイズが侵入し得るが、例えば、２本の信号線の各々に同じノイズが侵入したとしても、差動通信では信号線間の電位差を情報とするので、当該ノイズはキャンセルされ得る。

【0004】

また、２本の信号線の各々に互いに逆向きの電流が流れることにより、信号線に生じる磁束が打ち消されるので、信号の高調波によるノイズが低減される。

【0005】

しかしながら、車両等に用いられる差動通信装置は、電磁波ノイズ対策の効果を確認するためのＥＭＣ（Electro-Magnetic Compatibility）試験に合格することが求められる。一例として、車載の機器に対しては、ＥＭＣ試験としてＢＣＩ（Bulk Current Injection）試験が行われる。ＢＣＩ試験は、ノイズ信号として１～４００ＭＨｚ程度の高周波電流を差動通信装置に接続される差動通信用ケーブルに注入して、ケーブルを伝搬するノイズ信号を測定することで耐ノイズ性能を推定する。

【0006】

特許文献１には、差動通信装置に差動通信用のケーブルが１つ以上接続された配索構成において耐ノイズ性能を推定することができる耐ノイズ性能推定方法の発明が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１９－２１１２３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１に記載の発明は、差動通信の耐ノイズ性能推定の際に実際の配索形態やシールドルームが必要で、作業が煩雑でコストがかかるおそれがあった。

【0009】

本発明は、上記事実を考慮し、複数の通信用ケーブルが接続された複雑な形態であっても、通信ＩＣ端部の差動ノイズ変換量（Ｓｄｃ１１）が測定可能で、測定したＳｄｃ１１に基づいて差動通信装置の耐ノイズ性能が推定可能な差動通信装置の耐ノイズ性能推定方法、解析モデル作成方法、及び一括治具を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

請求項１に記載の差動通信装置の耐ノイズ性能推定方法は、１ｃｈの通信ポートを有する差動通信集積回路が搭載され、前記差動通信集積回路の通信ポートからの通信路が１ｃｈから２ｃｈに分岐してコネクタに接続される差動通信装置において、前記コネクタに２ｃｈを１ｃｈに変換する一括治具を接続し、前記一括治具の１ｃｈに変換された通信路にネットワークアナライザを接続してＳパラメータの測定を行い、前記差動通信集積回路端部の差動ノイズ変換量を測定することで、前記差動通信装置の耐ノイズ性能を推定する。

【0011】

請求項１に記載の差動通信装置の耐ノイズ性能推定方法は、一括治具により、２ｃｈ分を一括して測定することで、差動通信集積回路の端部に到達する差動ノイズを推定する差動ノイズ変換量が測定でき、測定した差動ノイズ変換量に基づいて差動通信装置のノイズ耐性が推定できる。

【0012】

請求項２に記載の差動通信装置の耐ノイズ推定方法は、前記一括治具の平衡度及び通過損失は、前記コネクタから前記差動通信装置の前記通信路が分岐する箇所までにおける平衡度以下で、かつ前記コネクタから前記差動通信装置の前記通信路が分岐する箇所までにおける通過損失以下となるように設定される。

【0013】

請求項２に記載の差動通信装置の耐ノイズ推定方法は、一括治具の平衡度及び通過損失が、差動通信装置端部であるコネクタから通信路の分岐点までにおける平衡度以下で、かつ差動通信装置端部であるコネクタから通信路の分岐点までにおける通過損失以下となるように設定されることにより、差動ノイズ変換量測定への影響を抑制する。

【0014】

請求項３に記載の差動通信装置の耐ノイズ推定方法は、前記一括治具が前記コネクタに完全に接続できない場合、前記通信路の１ｃｈのみ測定し、前記通信路の他の１ｃｈはオープンとすることを特徴とする。

【0015】

請求項３に記載の差動通信装置の耐ノイズ推定方法は、一括治具が差動通信装置の通信路の一部のみ接続可能な場合でも、差動通信装置の差動ノイズ変換量を精度よく測定できる。

【0016】

請求項４に記載の解析モデル作成方法は、差動通信集積回路端部の差動ノイズ変換量を机上解析する際に、差動通信装置に搭載されるコモンモードチョークコイルのモデルのＳパラメータ値を、差動通信が可能となる限界の規格値とする。

【0017】

請求項４に記載の解析モデル作成方法は、差動通信装置に搭載される通信ＩＣの差動ノイズ変換量の値を机上解析する際に、差動通信が可能となる限界の規格値をコモンモードチョークコイルのＳパラメータ値として採用することにより、差動通信が可能となる限界の最悪の場合を想定したシミュレーションを実行することができる。

【0018】

請求項５に記載の一括治具は、１ｃｈの通信ポートを有する差動通信集積回路が搭載され、前記差動通信集積回路の通信ポートからの通信路が１ｃｈから２ｃｈに分岐してコネクタに接続される差動通信装置において、前記コネクタに２ｃｈを１ｃｈに変換すると共に、平衡度及び通過損失が、前記コネクタから前記差動通信装置の前記通信路が分岐する箇所までの平衡度以下で、かつ前記コネクタから前記差動通信装置の前記通信路が分岐する箇所までにおける通過損失以下となるように設定される。

【0019】

請求項５に記載の一括治具は、一括治具の平衡度及び通過損失が、差動通信装置端部であるコネクタから通信路の分岐点までにおける平衡度以下で、かつ通過損失以下となるように設定されることにより、差動ノイズ変換量測定への影響を抑制する。

【発明の効果】

【0020】

以上説明したように、本発明に係る差動通信装置の耐ノイズ性能推定方法、解析モデル作成方法、及び一括治具によれば、複数の通信用ケーブルが接続された複雑な形態であっても、通信ＩＣ端部のＳｄｃ１１が測定可能で、測定したＳｄｃ１１に基づいて差動通信装置の耐ノイズ性能を推定できる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】第１実施形態に係る一括治具の構成の一例を示した概略図である。

【図2】評価用基板に一括治具を接続した場合を示した概略図である。

【図3】第１実施形態に係る差動通信装置の耐ノイズ性能推定方法における機器の構成の一例を示した概略図である。

【図4】１ｃｈの入出力ポートを有する通信ＩＣを、１ｃｈの入出力ポートを有するコネクタを備えた基板に実装した場合を示した従来型のＥＣＵの概略図である。

【図5】図３に示した第１実施形態に係る構成で検出したＳｄｃ１１の値の一例と、図４に示した従来型の構成で検出したＳｄｃ１１の真値の一例とを各々示した概略図である。

【図6】第１ポートと第２ポートとを用いてＳｄｃ１１を測定する場合の評価用基板のポートの概略図である。

【図7】評価用基板に一括治具を介してネットワークアナライザを接続した場合の概略図である。

【図8】第２実施形態において、Ｓｄｃ１１の机上解析の際に、差動通信装置に搭載されるＣＭＣモデルのＳパラメータの値を、該当する通信規格の値によりモデル化するためのモデル作成手法に係る仮想的な回路の概略図である。

【図9】ＣＭＣのクライテリア値の一例を示した概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

［第１実施形態］
以下、第１実施形態に係る差動通信装置の耐ノイズ性能推定方法について説明する。本実施形態に係る差動通信装置の耐ノイズ性能推定方法は、複数の通信用ケーブルが接続された複雑な形態であっても、図１に示した一括治具１０によって、通信ＩＣ端部の差動ノイズ変換量であるＳｄｃ１１を測定可能な状態にする。

【0023】

一括治具１０は、図１に示したように、通信ＩＣが実装された評価用基板の第１ポートに接続される第１端子１８と、同第２ポートに接続される第２端子２０と、同第３ポートに接続される第３端子２２と、同第４ポートに接続される第４端子と、を備え、第１端子１８と第３端子２２とが基板１２を介して第１集約ポート１４に、第２端子２０と第４端子２４とが基板１２を介して第２集約ポート１６に、各々接続されている。第１集約ポート１４と、第２集約ポート１６の各々は、高周波回路網の通過・反射電力の周波数特性を測定するネットワークアナライザ等の測定器に接続される。また、基板１２は、基板の接地領域を接地させるための接地端子２６を備えており、測定対象である車載ＥＣＵ（Electronic Control Unit）の接地領域２７に接地される。

【0024】

一括治具１０の第１集約ポート１４及び第２集約ポート１６の各々の端部は、一例としてネットワークアナライザ等に接続可能な同軸コネクタである。また、第１端子１８、第２端子２０、第３端子２２及び第４端子の各々は、車載ＥＣＵ用のコネクタに接続可能な構造を有する。

【0025】

図２は、評価用基板３０に一括治具１０を接続した場合を示した概略図である。評価用基板３０は、通信ＩＣ３２が実装された、例えばＥＣＵ等の装置であり、通信ＩＣ３２が備える集積回路第１ポート３６が第１ポート４０と第３ポート４４とに分岐し、同集積回路第２ポート３８が第２ポート４２と第４ポート４６とに分岐している。

【0026】

第１ポート４０、第２ポート４２、第３ポート４４及び第４ポート４６の各々は、評価用基板３０が備えるコネクタ３４において、一括治具１０の第１端子１８、第２端子２０、第３端子２２及び第４端子２４に各々接続される。そして、前述のように、第１端子１８と第３端子２２とが第１集約ポート１４に、第２端子２０と第４端子２４とが第２集約ポート１６に、各々接続される。その結果、一括治具１０により、ポートを２ｃｈ備えるコネクタ３４の配策を１ｃｈに変換することができる。また、一括治具１０の接地端子２６は、評価用基板３０の接地領域２７に接続される。

【0027】

図３は、本実施形態に係る差動通信装置の耐ノイズ性能推定方法における機器の構成の一例を示した概略図である。図３に示したように、評価用基板３０のコネクタ３４に接続された一括治具１０の第１集約ポート１４と第２集約ポート１６に測定器であるネットワークアナライザ５０が接続されている。さらに、評価用基板３０の接地領域は、ネットワークアナライザ５０から治具１０へは同軸線によって導通接続されている。図３では省略しているが、評価用基板３０に給電する電力供給機構を、さらに含む。

【0028】

本実施形態では、図３に示したように、評価用基板３０を、入出力を２ｃｈから１ｃｈに変換可能な一括治具１０を介してネットワークアナライザ５０接続することにより、評価用基板３０のＳｄｃ１１を測定する。

【0029】

図４は、１ｃｈの入出力ポートを有する通信ＩＣ３２を、１ｃｈの入出力ポートを有するコネクタ６２を備えた基板６０に実装した場合を示した従来型のＥＣＵの概略図である。通信ＩＣ３２は、図２及び図３に示した通信ＩＣ３２と同一なので、図４において、図２及び図３と同一の構成については、図２及び図３と同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。

【0030】

図４に示した場合では、通信ＩＣ３２の入出力ポートである集積回路第１ポート３６及び集積回路第２ポート３８に対応したコネクタ６２のポートにネットワークアナライザ５０を接続し、入射波ａ1、ａ2、反射波ｂ1、ｂ2を計測することにより、Ｓｄｃ１１を精度よく検出することができる。図４に示した構成では、本実施形態に係る一括治具１０を介さずにＩＣ３２を実装した基板６０で検出したＳｄｃ１１を、Ｓｄｃ１１の真値として扱う。

【0031】

図５は、図３に示した本実施形態に係る構成で検出したＳｄｃ１１の値の一例と、図４に示した従来型の構成で検出したＳｄｃ１１の真値の一例とを各々示した概略図である。図５において、曲線７０は、本実施形態に係る構成で検出したＳｄｃ１１の値を示し、曲線７２は、従来型の構成で検出したＳｄｃ１１の真値を示す。図５に示したように、曲線７０は、曲線７２に略一致し、本実施形態に係る一括治具１０を用いた構成で検出したＳｄｃ１１は、Ｓｄｃ１１の真値に略一致する。

【0032】

本実施形態では、一括治具１０を介して、図４に示したような従来型のＥＣＵと同様に２つのポートで測定を行うが、一括治具１０を介した状態で検出されたＳｄｃ１１が、一括治具１０を介さないで検出されたＳｄｃ１１の真値と略一致するには、一括治具１０の部分が評価用基板３０のＳパラメータ性能に影響を与えないことが求められる。具体的には、一括治具１０における通過損失及び平衡度（モード変換量を示すＳパラメータに相当）が、ＥＣＵである評価用基板３０における通過損失及び平衡度よりも良好な特性を示すことが求められる。具体的には、一括治具１０の平衡度及び通過損失が、差動通信装置端部であるコネクタ３４から評価用基板３０内の通信路の分岐点までの平衡度以下で、かつ差動通信装置端部から通信路の分岐点までの通過損失以下となるように設定されることを要する。

【0033】

図６は、第１ポート４０と第２ポート４２とを用いてＳｄｃ１１を測定する場合の評価用基板３０のポートの概略図である。評価用基板３０のコネクタ３４のピン配列やコネクタ３４の形状的に一括治具１０が接続できない場合、括弧８４で括った第１ポート４０及び第２ポート４２のみを一括治具１０を介してネットワークアナライザ５０に接続し、第３ポート４４及び第４ポート４６はオープンとする。第１ポート４０及び第２ポート４２は、一括治具１０を介さずに、ネットワークアナライザ５０に直接接続してもよい。

【0034】

図７は、評価用基板３０に一括治具１０を介してネットワークアナライザ５０を接続した場合の概略図である。一括治具１０には、図６に示したように、第１ポート４０と第２ポート４２とが接続されている。この状態で測定されたＳｄｃ１１は、図５に示したように、第１ポート４０、第２ポート４２、第３ポート４４及び第４ポート４６を一括治具１０に接続して計測したＳｄｃ１１の値を示す曲線７０に略一致し、第１ポート４０及び第２ポート４２のみをネットワークアナライザ５０に接続した場合でも、Ｓｄｃ１１を正確に測定できる。

【0035】

以上説明したように、本実施形態によれば、一括治具１０により、２ｃｈ分を一括して測定することで、通信ＩＣ３２の端部に到達する差動ノイズを推定するＳｄｃ１１が測定でき、測定したＳｄｃ１１に基づいて差動通信装置のノイズ耐性が推定できる。

【0036】

一括治具１０の平衡度及び通過損失が、差動通信装置端部から通信路の分岐点までの平衡度以下で、かつ差動通信装置端部から通信路の分岐点までの通過損失以下となるように設定されることにより、Ｓｄｃ１１測定への影響を可能な限り抑制している。

【0037】

その結果、一括治具１０が差動通信装置のポートの一部のみ接続可能な場合でも、差動通信装置のＳｄｃ１１を精度よく測定できる。

【0038】

［第２実施形態］
第２実施形態では、差動通信装置のＳｄｃ１１をシミュレーションによる机上解析で算出する場合について説明する。

【0039】

図８は、Ｓｄｃ１１の机上解析の際に、差動通信装置に搭載されるＣＭＣ（コモンモードチョークコイル）モデルのＳパラメータの値を、該当する通信規格の値によりモデル化するためのモデル作成手法に係る仮想的な回路１００の概略図である。図８に示した回路１００は、通信ＩＣ１０２に同相の信号を遮断するＣＭＣ１０４が接続され、ＣＭＣ１０４には、所定の回路基板１２０を介して第１ポート１３０と、所定の回路基板１２２を介して第２ポート１３２とが、各々接続されている。そして、所定の回路基板１２０とＣＭＣ１０４との間には一端が接続されたＥＳＤ（静電気放電）保護素子１１０が、所定の回路基板１２２とＣＭＣ１０４との間には一端が接続されたＥＳＤ保護素子１１２が各々実装されている。ＥＳＤ保護素子１１０、１１２は、他端が接地されたコンデンサであり、回路上に生じたノイズ成分を接地領域に逃がすようになっている。

【0040】

Ｓｄｃ１１は差動通信装置の平衡度を示すため、回路基板１２０、１２２の線路長差、ＥＳＤ保護素子１１０、１１２の特性のばらつき等に影響されて悪化する傾向がある。その事前見積もりをシミュレーションにより机上解析する。その際、ＣＭＣ１０４はＳｄｃ１１の実測値からモデル化することが考えられるが、Ｓｄｃ１１の実測値からＣＭＣ１０４をモデル化すると、差動通信が可能となる限界の、Ｓｄｃ１１が最悪となるようなＣＭＣ１０４を規定することは難しい。

【0041】

本実施形態では、ＣＭＣ１０４の規格値（クライテリア値）をＣＭＣのモデルとして採用する。クライテリア値は、例えば、ＣＭＣ１０４が同相の信号の通過を許す寸前の状態を規定している。図９は、ＣＭＣ１０４のクライテリア値の一例を示した概略図である。クライテリア値は、例えば、曲線１４０で示したクラス１、曲線１４２で示したクラス２、曲線１４４で示したクラス３があり、モデル化するＣＭＣ１０４の特性に応じて適宜選択する。

【0042】

以上説明したように、本実施形態によれば、差動通信装置に搭載される通信ＩＣ端部のＳｄｃ１１の値を机上解析する際に、ＣＭＣのクライテリア値をＣＭＣのモデルとして採用することにより、差動通信が可能となる限界の最悪の場合を想定したシミュレーションを実行することができる。

【0043】

また、従来は、素子である通信ＩＣごとに解析していたが、クライテリア値に基づいてＣＭＣをモデル化することで、該当モデルで合格済みの製品群で採用検討が可能となる。

【0044】

なお、特許請求の範囲に記載の「差動通信集積回路」は、明細書の発明の詳細な説明に記載の「通信ＩＣ３２」に、特許請求の範囲に記載の「差動ノイズ変換量」は、同「Ｓｄｃ１１」に、各々相当する。

【符号の説明】

【0045】

１０ 一括治具
１４ 第１集約ポート
１６ 第２集約ポート
１８ 第１端子
２０ 第２端子
２２ 第３端子
２４ 第４端子
３０ 評価用基板
３２ 通信ＩＣ
３４ コネクタ
３６ 集積回路第１ポート
３８ 集積回路第２ポート
４０ 第１ポート
４２ 第２ポート
４４ 第３ポート
４６ 第４ポート
５０ ネットワークアナライザ
７０、７２ 曲線
１００ 回路
１０２ 通信ＩＣ
１０４ ＣＭＣ
１４０、１４２、１４４ 曲線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】