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差動が同相に変換される1つの条件


プリント基板EMC Q＆A

伝送線路の電気的な平衡度が変化した場合だけ

図1　ディファレンシャル・モード信号がコモン・モードに変換されるのは，伝送線路の電気的な平衡度が変化した場合に限る．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．［著］櫻井秋久
詳細：［Book/pdf］デシベルから始めるプリント基板EMC即答200

ディファレンシャル・モード信号がコモン・モードに変換されるのは，伝送線路の電気的な平衡度が変化した場合だけです．特性インピーダンスを合わせても反射は発生しますが，コモン・モードには変わりません．平行度の変化が唯一の条件です．日本の岡山大学では20年ほど前にこの現象を発見し，学会で発表しています．発生するコモン・モード電圧の大きさは，平衡度の変化点のディファレンシャル・モード電圧に，電気的平衡度の変化の大きさを乗じたものに等しいです．この研究はEMC分野で非常に重要な発見です．

平行度と不平行度の概念

平行度は，信号線がグラウンドに対して電気的に同じ条件をもつ状態です．不平行は信号線とグラウンドの間で条件が揃っていない状態で，PCBの場合，広いグラウンド面と短いトレースを断面で見たときに不平行が発生します．不平行線路にも程度の差があり，完全な不平行もあれば部分的な不平行もあります．

電流分配率の役割

電流分配率は，コモン・モード電流が信号線とグラウンドに流れる割合です．両線路に同じ大きさの電流が流れると0.5，一方だけに流れると0です．平衡線路は0.5，完全な不平行線路は0です．電流分配率はコモン・モード電圧の大きさと位置を評価する上で重要です．

不平衡度パラメータと評価方法

不平衡度パラメータ（電流分配率: $h$）は，伝送線路の平衡度の変化量を示す指標です．ディファレンシャル・モードがコモン・モードに変換される状況を定量的に評価できます．

  1. 平衡線路：両線路に同じ電流が流れる状態で$h = 0.5$
  2. 完全不平衡線路：一方だけに電流が流れる状態で$h = 0$
  3. 不平衡度の変化点：平衡線路が部分的に不平衡になる箇所

このパラメータにより，コモン・モード電位の大きさと発生位置を定量的に決定できます．ディファレンシャル信号の設計では，平行度の維持と電流分配率の管理が重要で，PCBの構造や導体配置を最適化することで，コモン・モード変換を最小限に抑えることが可能です．

〈著：ZEPマガジン〉

動画を見る，または記事を読む

著者紹介

  • 櫻井 秋久
  • 1982年　九州大学大学院総合理工学研究科修了
  • 1982年　日本アイ・ビー・エム株式会社入社．通信端末の製品開発，数値シミュレーションを応用したEMC 製品設計技術の研究，開発に従事
  • 2005年　IBM ディスティングイッシュド・エンジニア，技術開発センター長
  • 2010年　数値気象予測などIBMの基礎研究成果を活用したソリューション開発に従事
  • 2020年　同社退社
  • 2021年　株式会社システムデザイン研究所・顧問，山形大学ナスカ研究所教授．iNARTE EMCマスタ・デザイン・エンジニア
  • クレムソン大学の電気・コンピュータ工学の名誉教授，LearnEMCの社長．MITでBSEE，パデュー大学でMSEE，ノースカロライナ州立大学でPh.D.を取得．IBMで7年間エンジニアを務め，ミズーリ大学ローラ校で17年間教員を務めた後，2006年にクレムソン大学に入社
  • クレムソン大学の車両エレクトロニクスのミシュラン教授として，クレムソン車両エレクトロニクス研究所を設立し，車両エレクトロニクス，電磁適合性，ディジタル・シグナルインテグリティの研究プロジェクトを監督し，授業を担当．
  • 同氏が運営するウェブサイト“LearnEMC”では，自動車，航空宇宙，民生用電子機器の各業界で働くエンジニアを対象に，EMCに関する指導，コンサルティング，設計支援を行っている．
  • 電気電子学会(IEEE)フェロー，Applied Computational Electromagnetics Societyフェロー，IEEE Electromagnetic Compatibility Society Past-President．

著書

  1. ［Book/PDF］デシベルから始めるプリント基板EMC 即答200，ZEPエンジニアリング．

参考文献

  1. ［PDF］デシベルから始めるプリント基板EMC 即答200，ZEPエンジニアリング株式会社．
  2. ［VOD/KIT］ポケット・スペアナで手軽に！基板と回路のEMCノイズ対策 10の定石，ZEPエンジニアリング株式会社．
  3. ［VOD］Gbps超 高速伝送基板の設計ノウハウ＆評価技術，ZEPエンジニアリング株式会社．
  4. ［VOD/KIT］3GHzネットアナ付き！RF回路シミュレーション＆設計・測定入門，ZEPエンジニアリング株式会社．
  5. ［VOD/KIT］3GHzネットアナ付き！初めてのIoT向け基板アンテナ設計，ZEPエンジニアリング株式会社．
  6. ［VOD］Pythonで学ぶ マクスウェル方程式 【電場編】＋【磁場編】，ZEPエンジニアリング株式会社．
  7. ［VOD］Pythonで学ぶ やりなおし数学塾1【微分・積分】，ZEPエンジニアリング株式会社．
  8. ［VOD］Pythonで学ぶ やりなおし数学塾2【フーリエ解析】，ZEPエンジニアリング株式会社．
  9. Pythonではじめる 数値解析入門 [Vol.1 Pythonの開発環境をインストールする]，ZEPエンジニアリング株式会社．
  10. Pythonではじめる 数値解析入門[Vol.2 グラフ描画ライブラリ“Matplotlib”で2次元のグラフを描く]，ZEPエンジニアリング株式会社．
  11. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室，ZEPエンジニアリング株式会社．