2016 Fiscal Year Annual Research Report
安全・安心な電気・電子機器の低ノイズ設計実現に不可欠な等価回路モデルの開発
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16H04318
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
豊田 啓孝 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (20311798)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 等価回路モデル / 低ノイズ設計 / 平衡度整合 / 伝送線路 / ノイズ源モデル / モード変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
「平衡度整合」の概念の有効性を示すため，安全・安心な電気・電子機器の低ノイズ設計の実現を目指し，5つの「平衡度不整合」問題に対してそれぞれ検討を行った。
(1)の回路基板上の差動線路での屈曲構造という平衡度不整合構造に対しては，モード等価回路モデルを作成し，このモデルのパラメータ値を解析した結果，平衡度整合を実現できた構造ほどモード変換を抑制できていることが分かった。(2)の電源系の不連続部におけるモード変換抑制では，キャパシタを実装することで実現できること，さらに，ESLキャンセル構造を適用することで，観測した400 MHzの高周波まで適用周波数帯を広げられることを確認した。(3)では，表面粗さなどによる揺らぎの影響を，周期構造導入で克服できないかを検討するため，周期構造を導入した差動線路について伝送特性を評価した。周期構造の導入による伝送特性の不具合は見られず，一方でクロストーク抑制効果が見られたことから，より高密度の実装に寄与できることが判明した。(4)では前段階の検討として，4導体伝送系のモード変換メカニズムについてモード等価回路モデルを用いて検討を行い，2次コモンモード電流の抑制にピグテール設置位置が関係することを明らかにした。最後に，(5)のノイズ源モデルの構築では，DC/DCコンバータ回路を対象としてパラメータ同定を行った。まだ不十分な部分も残されているが，ノイズシミュレーションが可能であることを確認した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
(1)では，差動線路の屈曲構造のモード等価回路モデルを作成する際に電磁界シミュレーションの計算モデルを工夫し，モデルパラメータの値を精度よく抽出することに成功した。そして，その値を用いた解析から低モード変換実現には差動線路の各線路の自己インダクタンスと自己キャパシタンスを等しくすることが重要であり，我々がこれまでに提案している非対称テーパ付密結合屈曲構造が最も低モード変換実現に近いことが判明した。(2)では，ESLキャンセル構造の適用により，広い周波数範囲に亘ってモード変換抑制が実現できることが確認できた。低モード変換コネクタの実現に向け，中核となる技術が確立できた。(3)では，周期構造を導入した差動線路に根本的な伝送特性の不具合がなく，高密度実装に有利な低クロストーク特性が見られたことから，今後の検討にこの周期構造を有する差動線路が使用できる目途がついた。(4)では，多線条線路におけるモード変換メカニズムについて，1次コモンモードと2次コモンモード間のモード変換の大小が2次コモンモード電流の大小に影響のあることが見いだされ，モード変換メカニズムの解明に向け一定の進展が見られた。最後に(5)では，最も簡易なモデルであり今後さまざまな改良が必要にはなるが，DC/DCコンバータ回路を対象としたノイズ源等価回路モデルを構築し，ノイズシミュレーションを行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)では，回路基板上の差動線路での『ビアによる他層への移行』という平衡度不整合構造を対象に，モード等価回路の観点から低モード変換となるビアの最適位置を調べる。屈曲構造では，これまでに提案している極めて低モード変換の非対称テーパ付密結合屈曲構造を対象に屈曲部の等価回路モデルの構築を完成させる。(2)では，ESLキャンセル構造を含む不連続部分付近の小型化を念頭に低モード変換コネクタの検討を行う。(3)では，表面粗さなどによる揺らぎの影響について集中的に調べる。(4)では束ねられたケーブルで生じるクロストーク（モード変換）問題を扱うため，断面内でケーブル配置がランダムに変わることで生じるモード変換を統計的に取り扱う手法を検討する。最後に(5)では，DC/DCコンバータ回路を対象としたノイズ源等価回路モデルを改良し，ノイズシミュレーション精度の向上を図る。具体的には，モデルパラメータ抽出時に与える負荷，スイッチング時のタイミング，等価回路のトポロジー，などを考慮する。
上記の研究には，大学院生4名が専従で検討を行い，学部4年生が補佐をする体制となる。評価では昨年度購入したベクトルネットワークアナライザを大いに活用する。
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