特許 7572196 ノイズ測定方法、及びノイズ印加回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-15

(45)【発行日】2024-10-23

(54)【発明の名称】ノイズ測定方法、及びノイズ印加回路

(51)【国際特許分類】

   H04L 25/02 20060101AFI20241016BHJP

   H04B 3/46 20150101ALI20241016BHJP

   H04B 3/50 20060101ALI20241016BHJP

【ＦＩ】

H04L25/02 V

H04L25/02 303Z

H04B3/46

H04B3/50

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020161256

(22)【出願日】2020-09-25

(65)【公開番号】P2022054200

(43)【公開日】2022-04-06

【審査請求日】2023-03-08

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＫＥＮ

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【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】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】溝口 幸

(72)【発明者】

【氏名】小谷 安弘

(72)【発明者】

【氏名】池田 哲平

(72)【発明者】

【氏名】安田 孝

(72)【発明者】

【氏名】後藤 英樹

【審査官】北村 智彦

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１３０９１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－２５２０２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１３５８９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５１９１２９４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０４Ｌ ２５／０２

Ｈ０４Ｂ ３／４６

Ｈ０４Ｂ ３／５０

ＩＥＥＥ Ｘｐｌｏｒｅ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一対の通信線（１００、１０２、１１０、１１２、１２０、１２２）で接続されて差動通信かつ全二重通信を行う通信装置（２０）に対し、前記通信線にノイズを印加して前記通信装置の通信ＩＣ（２４）における電圧を測定するノイズ測定方法であって、
それぞれに、異なる前記通信装置に至る前記通信線が接続される第１ポート（３２）及び第２ポート（３４）と、それぞれに、ノイズ印加装置（５０）からノイズが印加される第３ポート（４０）及び第４ポート（４２）とを有するノイズ印加回路（３０）を用いて、前記通信装置が前記通信線により通信している状態でノイズ印加装置（５０）から前記通信線にノイズを印加し、
前記差動通信が正常状態からエラー状態に移行する限界を示す前記ノイズの上限値が前記ノイズ印加装置から前記第３ポート及び前記第４ポートに印加されるときの前記通信ＩＣにおける電圧を測定し、
前記ノイズ印加回路は、前記第１ポートと前記第２ポートとの間に接続される第１方向性回路（３６）及び第２方向性回路（３８）を備え、
前記第１方向性回路は、前記第３ポートから前記第１ポートに向かう信号の電圧の低下を抑制すると共に、前記第３ポートから前記第２ポートに向かう信号の電圧を低下させるようにインピーダンスが設定され、
前記第２方向性回路は、前記第４ポートから前記第２ポートに向かう信号の電圧の低下を抑制すると共に、前記第４ポートから前記第１ポートに向かう信号の電圧を低下させるようにインピーダンスが設定されている、
ノイズ測定方法。

【請求項2】

請求項１に記載のノイズ測定方法であって、
前記ノイズ印加装置と前記第３ポート及び前記第４ポートとは電気的に等しい長さの配線（１３０、１３２）で接続されている、
ノイズ測定方法。

【請求項3】

請求項１または２に記載のノイズ測定方法であって、
前記ノイズ印加装置から一対の前記通信線に前記第３ポート及び前記第４ポートを介して差動ノイズを印加し、前記通信ＩＣにおける差動電圧と同相電圧との少なくとも一方を測定する、
ノイズ測定方法。

【請求項4】

請求項１または２に記載のノイズ測定方法であって、
前記ノイズ印加装置から一対の前記通信線に前記第３ポート及び前記第４ポートを介して同相ノイズを印加し、前記通信ＩＣにおける差動電圧と同相電圧との少なくとも一方を測定する、
ノイズ測定方法。

【請求項5】

差動通信かつ全二重通信を行う通信装置（２０）間を接続する一対の通信線（１００、１０２、１１０、１１２、１２０、１２２）にノイズを印加するために前記通信線に接続されるノイズ印加回路（３０）であって、
それぞれに、異なる前記通信装置に至る前記通信線が接続される第１ポート（３２）及び第２ポート（３４）と、
それぞれに、ノイズ印加装置（５０）からノイズが印加される第３ポート（４０）及び第４ポート（４２）と、
前記第１ポートと前記第２ポートとの間に接続される第１方向性回路（３６）及び第２方向性回路（３８）と、
を備え、
前記第１方向性回路は、前記第３ポートから前記第１ポートに向かう信号の電圧の低下を抑制すると共に、前記第３ポートから前記第２ポートに向かう信号の電圧を低下させるようにインピーダンスが設定され、
前記第２方向性回路は、前記第４ポートから前記第２ポートに向かう信号の電圧の低下を抑制すると共に、前記第４ポートから前記第１ポートに向かう信号の電圧を低下させるようにインピーダンスが設定されている、
ノイズ印加回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、差動通信を行う通信装置のノイズを測定する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

差動通信を行う通信装置に信号発生器等のノイズ印加装置からノイズを印加し、通信装置の通信ＩＣにおける電圧を測定して差動通信が正常に行われるか否かを判定する技術が知られている。

【0003】

例えば、下記の特許文献１には、通信ＩＣに接続する通信線とノイズ印加装置の配線とを接続し、ノイズ印加装置からノイズを印加する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１３０９１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載されている技術では、通信ＩＣに接続する通信線とノイズを発生するノイズ印加装置の配線とを接続するので、線同士をはんだ等で接続する必要がある。線同士をはんだで接続すると、線同士をはんだで接続するたびに、接続箇所のインピーダンスが想定している値と異なることがある。

【0006】

発明者の詳細な検討の結果、はんだで接続するたびに線同士の接続箇所のインピーダンスが想定している値と異なると、通信装置が線同士の接続箇所を通って通信する通信の品質が低下するという課題が見出された。

【0007】

さらに、はんだで接続するたびに線同士の接続箇所のインピーダンスが想定している値と異なると、ノイズ印加装置から通信ＩＣの通信線に印加するノイズのレベルが変化するので、ノイズ測定の再現性を保てないという課題が見出された。

【0008】

本開示の１つの局面は、通信品質の低下を抑制し、ノイズ測定の再現性を保つ技術を提供することが望ましい。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の１つの態様によるノイズ測定方法は、一対の通信線（１００、１０２、１１０、１１２、１２０、１２２）で接続されて差動通信を行う通信装置（２０）に対し、通信線にノイズを印加して通信装置の通信ＩＣ（２４）における電圧を測定するノイズ測定方法であって、ノイズ印加部（４０、４２）を有するノイズ印加回路（３０）を通信線に接続し、通信装置が通信線により通信している状態でノイズ印加装置からノイズ印加部にノイズを印加し、差動通信が正常状態からエラー状態に移行する限界を示すノイズの上限値がノイズ印加装置（５０）からノイズ印加部に印加されるときの通信ＩＣにおける電圧を測定する。

【0010】

このように、予め用意されたノイズ印加回路のノイズ印加部にノイズ印加装置からノイズを印加するので、ノイズ印加部とノイズ印加装置との接続箇所のインピーダンスを一定にすることができる。

【0011】

これにより接続箇所を通って通信線で通信される通信装置による通信の品質が低下することを抑制できる。
さらに、ノイズ印加装置から接続箇所を介して印加するノイズのレベルが変化することを抑制できるので、ノイズが印加されるときに通信ＩＣにおいて測定される電圧の再現性を保つことができる。通信ＩＣにおいて測定される電圧の再現性を保つとは、異なる通信装置を通信線に接続しても、ノイズ印加装置から同じレベルのノイズを印加すると、通信ＩＣに接続される通信線に印加されるノイズのレベルが変化しないことを表している。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】通信システムの構成を示すブロック図。

【図2】ノイズ印加回路を示す模式図。

【図3】ノイズの印加方向を説明する説明図。

【図4】信号の通過特性を示す特性図。

【図5】信号の他の通過特性を示す特性図。

【図6】信号の他の通過特性を示す特性図。

【図7】信号の他の通過特性を示す特性図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．構成］
図１に示すノイズ測定システム１０は、通信装置２０と、印加基板３０と、信号発生器５０と、オシロスコープ６０と、を備える。

【0014】

通信装置２０は、コネクタ２２と、通信ＩＣ２４と、コネクタ２２と通信ＩＣ２４とを接続する通信線１００、１０２とを備えている。通信ＩＣ２４は、信号の送受信を行うトランシーバと、トランシーバを駆動するドライバと、トランシーバによる信号の送受信を制御するコントローラと、などを備えている。

【0015】

通信ＩＣ２４は、通信線１００、１０２により、それぞれ逆位相の信号を送信および受信する差動通信を行う。差動通信のプロトコルとして、例えばイーサネット（登録商標）を使用してもよい。また、通信ＩＣ２４は、それぞれの通信線１００、１０２において、例えば送信した信号の出力値を受信処理において差し引くことにより、相手側から送信された信号を検出して全二重通信を行っている。

【0016】

印加基板３０は、コネクタ３２、３４と、方向性結合器３６、３８と、コネクタ４０、４２と、通信線１２０、１２２と、を備えている。通信線１２０はコネクタ３２、３４を介して通信線１１０と接続し、通信線１２２はコネクタ３２、３４を介して通信線１１２と接続している。

【0017】

図２に示すように、２個の方向性結合器３６はそれぞれ、通信線１２０、１２２の途中に設置されているとともに、コネクタ４０と接続している。２個の方向性結合器３８はそれぞれ、通信線１２０、１２２の途中に設置されているとともに、コネクタ４２と接続している。つまり、２個の方向性結合器３６、３８が、通信線１２０、１２２のそれぞれに対して２箇所ずつ設置されている。

【0018】

方向性結合器３６、３８は、特定の信号伝搬方向に対するインピーダンスが高くなるように設定されることにより、信号発生器５０からコネクタ４０、４２に加わるノイズが特定の信号伝搬方向に加わることを抑制している。信号が伝搬する方向性結合器３６、３８の方向性、つまり信号の通過特性については後述する。

【0019】

信号発生器５０は、配線１３０、１３２の先端のコネクタにより印加基板３０のコネクタ４０、４２と接続し、コネクタ４０、４２と方向性結合器３６、３８と通信線１２０、１２２とコネクタ３２、３４とを介して、通信線１１０、１１２から通信装置２０の通信線１００、１０２にノイズを印加する。

【0020】

配線１３０、１３２は、信号発生器５０とコネクタ４０、４２とを電気的に等しい長さで接続する。尚、電気的に等しい長さとは、それぞれの配線１３０、１３２の長さに拘わらず、配線１３０、１３２のインピーダンスが等しいことを表している。

【0021】

信号発生器５０は、想定される通信エラー原因に応じて、通信線１００、１０２、１１０、１１２、１２０、１２２に対し、コネクタ４０、４２から差動ノイズと同相ノイズとのそれぞれを印加できる。通信エラーは、通信装置２０同士の差動通信の位相差により生じると考えられる。また、信号発生器５０は、印加するノイズの電圧と周波数とを調整する。

【0022】

オシロスコープ６０は、通信装置２０の通信線１００、１０２とプローブ等で接続し、通信線１００、１０２の電圧を測定する。また、オシロスコープ６０は、通信線１００、１０２の差動電圧と同相電圧とを測定する。

【0023】

ノイズ測定において、信号発生器５０は、コネクタ４０、４２から通信線１００、１０２、１１０、１１２、１２０、１２２に印加するノイズの周波数と電圧とを変化させる。オシロスコープ６０は、現在のノイズの周波数において、通信装置２０による差動通信が正常状態からエラー状態に移行する限界を示すノイズの上限値が信号発生器５０からコネクタ４０、４２に印加されるときの通信ＩＣ２４における電圧を測定する。

【0024】

［２．方向性結合器３６、３８の方向性］
前述した方向性結合器３６、３８の方向性を説明するために、コネクタ３２をポート１、コネクタ３４をポート２、コネクタ４０をポート３、コネクタ４２をポート４とする。そして、Ｓｎｍを、ｍポートからｎポートに向かう信号のＳパラメータとする。ＳパラメータはScattering パラメータの略である。

【0025】

図３のＳ２１、Ｓ１２、Ｓ１３、Ｓ２３、Ｓ１４、Ｓ２４、Ｓ３４、Ｓ４３が示す信号の通過特性を図４～図７に示す。
図４に、Ｓ２１、Ｓ１２の通過特性２００、２０２を示す。Ｓ２１、Ｓ１２は、２個の通信装置２０が互いに送受信する通常の通信経路のＳパラメータである。図４のＳ２１、Ｓ１２のＳパラメータ値が示すように、方向性結合器３６、３８は、通信線１２０、１２２の途中に設置されても、通信線１２０、１２２を通る通信装置２０同士の通常の通信方向に対して、信号の電圧の低下を抑制している。

【0026】

図５に、Ｓ１３、Ｓ２３の通過特性２１０、２１２を示す。Ｓ１３は、ノイズが印加されるポート３からポート１に対する方向性結合器３６による信号の通過特性を表している。Ｓ２３は、ノイズが印加されるポート３からポート２に対する方向性結合器３６による信号の通過特性を表している。

【0027】

以下、印加基板３０に対し、コネクタ３２側の通信装置２０を一方の通信装置２０、コネクタ３４側の通信装置２０を他方の通信装置２０とも言う。
図５のＳ１３のＳパラメータ値が示すように、方向性結合器３６は、ノイズが印加されるポート３から一方の通信装置２０側のポート１に向かう信号の電圧の低下を抑制している。つまり、信号発生器５０からコネクタ４０に印加されたノイズは、電圧の低下を抑制されてコネクタ３２から一方の通信装置２０に印加される。

【0028】

これに対し、図５のＳ２３のＳパラメータ値が示すように、方向性結合器３６は、ノイズが印加されるポート３から他方の通信装置２０側のポート２に向かう信号の電圧を低下させる。つまり、信号発生器５０からコネクタ４０に印加されたノイズは、コネクタ３４から他方の通信装置２０に印加されることを抑制される。

【0029】

図６に、Ｓ２４、Ｓ１４の通過特性２２０、２２２を示す。Ｓ２４は、ノイズが印加されるポート４からポート２に対する方向性結合器３８による信号の通過特性を表している。Ｓ１４は、ノイズが印加されるポート４からポート１に対する方向性結合器３８による信号の通過特性を表している。

【0030】

図６のＳ２４のＳパラメータ値が示すように、方向性結合器３８は、ノイズが印加されるポート４から他方の通信装置２０側のポート２に向かう信号の電圧の低下を抑制している。つまり、信号発生器５０からコネクタ４２に印加されたノイズは、電圧の低下を抑制されてコネクタ３４から他方の通信装置２０に印加される。

【0031】

これに対し、図６のＳ１４のＳパラメータ値が示すように、方向性結合器３８は、ノイズが印加されるポート４から一方の通信装置２０側のポート１に向かう信号の電圧を低下させる。つまり、信号発生器５０からコネクタ４２に印加されたノイズは、コネクタ３２から一方の通信装置２０に印加されることを抑制される。

【0032】

つまり、信号発生器５０から一方の通信装置２０にノイズを印加したい場合には、信号発生器５０からポート３であるコネクタ４０にノイズを印加する。この場合、他方の通信装置２０にノイズが印加されることが抑制される。

【0033】

また、信号発生器５０から他方の通信装置２０にノイズを印加したい場合には、信号発生器５０からポート４であるコネクタ４２にノイズを印加する。この場合、一方の通信装置２０にノイズが印加されることが抑制される。

【0034】

次に、図７に、Ｓ３４、Ｓ４３の特性２３０、２３２を示す。Ｓ３４は、ノイズが印加されるポート４からノイズが印加されるポート３に対する方向性結合器３６、３８の方向性を表している。Ｓ４３は、ノイズが印加されるポート３からノイズが印加されるポート４に対する方向性結合器３６、３８による信号の通過特性を表している。

【0035】

図７のＳ３４、Ｓ４３のＳパラメータ値が示すように、方向性結合器３６、３８は、ノイズが印加されるポート３、４の間で伝搬する信号の電圧を低下させる。つまり、信号発生器５０からコネクタ４０、４２にそれぞれ印加されるノイズは、信号発生器５０側に戻ることを抑制される。

【0036】

尚、上記実施形態において、印加基板３０が印加回路に対応し、方向性結合器３６、３８が方向性回路に対応し、コネクタ４０、４２がノイズ印加部に対応し、信号発生器５０がノイズ印加装置に対応する。

【0037】

［３．効果］
以上説明した上記実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）予め用意された印加基板３０のコネクタ４０、４２に信号発生器５０からノイズを印加するので、コネクタ４０、４２と信号発生器５０のコネクタとの接続箇所のインピーダンスを一定にすることができる。これにより接続箇所を通って通信線１００、１０２、１１０、１１２、１２０、１２２を介して通信装置２０で通信される通信の品質が低下することを抑制できる。

【0038】

（２）コネクタ４０、４２と信号発生器５０のコネクタとの接続箇所のインピーダンスを一定にすることができるので、コネクタ４０、４２と信号発生器５０のコネクタとの接続箇所を介して印加するノイズのレベルが変化することを抑制できる。これにより、ノイズが印加されるときに通信ＩＣ２４において測定される電圧の再現性を保つことができる。

【0039】

（３）印加基板３０の通信線１２０、１２２の途中に、信号の伝搬方向に応じて異なるインピーダンスを有する方向性結合器３６、３８を設置したので、通信線１００、１０２、１１０、１１２、１２０、１２２における通常の通信方向の伝搬を阻害することなく、信号発生器５０から所望の通信方向にノイズを印加することができる。

【0040】

［４．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

【0041】

（１）上記実施形態では、通信装置２０が全二重通信を行ったが、差動通信を行うのであれば、通信装置は半二重通信を行ってもよい。半二重通信のプロトコルとして、例えばＣＡＮ（登録商標）を使用してもよい。ＣＡＮは、Controller Area Networkの略である。

【0042】

（２）上記実施形態では、信号発生器５０は差動ノイズと同相ノイズとの両方を印加したが、想定される通信エラーに応じて、差動ノイズまたは同相ノイズの一方だけを印加してもよい。

【0043】

（３）上記実施形態では、オシロスコープ６０は、差動電圧と同相電圧との両方を測定したが、想定される通信エラーに応じて、差動電圧または同相電圧の一方だけを測定してもよい。

【0044】

（４）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。

【0045】

（５）上述したノイズ測定方法の他、当該ノイズ測定方法を用いるノイズ測定システムなど、種々の形態で本開示を実現することもできる。

【符号の説明】

【0046】

１０：ノイズ測定システム、２０通信装置、２４：通信ＩＣ、３０：印加基板（ノイズ印加回路）、３６、３８：方向性結合器（方向性回路）、４０、４２：コネクタ（ノイズ印加部）、５０：信号発生器（ノイズ印加装置）、１００、１０２、１１０、１１２、１２０、１２２：通信線、１３０、１３２：配線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】