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

• 研究課題/領域番号: 16H04318
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 電力工学・電力変換・電気機器
• 研究機関: 岡山大学
• 研究代表者: 豊田 啓孝 岡山大学, 自然科学研究科, 教授 (20311798)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 16,380千円 (直接経費: 12,600千円、間接経費: 3,780千円); 2020年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2016年度: 9,620千円 (直接経費: 7,400千円、間接経費: 2,220千円)
• キーワード: 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 / 電気・電磁環境 / EMC設計 / 電磁ノイズ

研究成果の概要

実際の設計現場でしばしば問題となる事例を対象に，これまでに提案した理論（モード等価回路）の有効性を確かめた。差動線路では，非対称テーパ付密結合屈曲構造の設計手順の確立やガラスクロスなどのメッシュ構造における差動スキュー低減設計法の提案，さらに，周期構造導入によるクロストーク抑制とそのメカニズム解明を行った。コネクタ周辺では，基板パターン形状の改善によるモード変換抑制やコネクタの平衡度算出方法の提案を行った。さらに，伝導妨害波電圧の定量評価のためDC/DCコンバータ回路を対象にノイズ源等価回路モデルの構築と評価を行った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

小型化，高密度実装などによりしばしば生じるモード変換は，線路設計上で重要な信号完全性（SI），電磁環境両立性（EMC）への影響が甚大であるが，従来の電気回路・伝送線路の両理論では扱うことができない。「平衡度整合」の概念を導入した本研究の成果は，従来理論と電磁気学の間を埋める新たな理論体系の構築に役立つ。さらに，実際の設計において問題となるモード変換やクロストークなどを対象に，現場エンジニアに理解しやすいよう具体的事例を用いて本研究成果の実用上の有効性を示した。

研究成果

• [雑誌論文] Mitigating differential skew by rotating meshed ground for high-density layout in flexible printed circuits (2020)
  • 著者名/発表者名: Chenyu Wang, Kengo Iokibe, and Yoshitaka Toyota
  • 雑誌名: IEICE Electronics Express 巻: 17 号: 10 ページ: 20200101-20200101
  • DOI: 10.1587/elex.17.20200101
  • NAID: 130007846267
  • ISSN: 1349-2543
  • 年月日: 2020-05-25
  • 査読あり
• [雑誌論文] Suppression of Mode Conversion at Ethernet Connector by Using Modal-Equivalent Circuit Model Based on Imbalance Matching (2020)
  • 著者名/発表者名: Md. Ashraful Islam, Kengo Iokibe, and Yoshitaka Toyota
  • 雑誌名: IEEJ Transactions on Fundamentals and Materials 巻: 140 ページ: 586-592
  • NAID: 130007948680
  • 査読あり
• [雑誌論文] 差動配線とメッシュグラウンドのなす角に着目した差動スキュー低減 (2019)
  • 著者名/発表者名: 王晨宇, 五百旗頭健吾, 豊田啓孝
  • 雑誌名: 電子情報通信学会論文誌 B 巻: J102-B ページ: 228-236
  • 査読あり
• [雑誌論文] 差動伝送線路への周期構造導入によるクロストーク抑制 (2018)
  • 著者名/発表者名: 竹田大晃, 五百旗頭健吾, 豊田啓孝
  • 雑誌名: 電子情報通信学会論文誌B 巻: J101-B ページ: 212-219
  • 査読あり
• [学会発表] Suppression of Mode Conversion Due to Asymmetric Geometry of Dense Parallel Traces in Differential-Transmission Lines (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Takeuchi, Kengo Iokibe and Yoshitaka Toyota
  • 学会等名: 2020 International Symposium on Electromagnetic Compatibility
  • 国際学会
• [学会発表] Two-port Noise Source Equivalent Circuit Model for DC/DC Buck Converter with Consideration of Load Effect (2020)
  • 著者名/発表者名: Shuqi Zhang, Taishi Uematsu, Kengo Iokibe and Yoshitaka Toyota
  • 学会等名: 2020 International Symposium on Electromagnetic Compatibility
  • 国際学会
• [学会発表] コモンモード放射シミュレーション用電流配分率算出のためのコネクタの簡易モデル構築 (2020)
  • 著者名/発表者名: 豊田啓孝, 金尾奨, 佐田野勝水, 五百旗頭健吾
  • 学会等名: 第34回エレクトロニクス実装学会春季講演大会
• [学会発表] DC/DCコンバータのターンオン・ターンオフに着目したノイズ源等価回路モデルのパラメータ同定と伝導妨害波の評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 上松大志, 張書奇, 五百旗頭健吾, 豊田啓孝
  • 学会等名: 電子情報通信学会環境電磁工学研究会
• [学会発表] Improvement of Prediction Accuracy of Noise-source Equivalent-circuit Model Based on Parameter Extraction by Port Voltage/Current Measurement (2019)
  • 著者名/発表者名: Taishi Uematsu, Yuhei Osaki, Yusuke Yano, Kengo Iokibe, Yoshitaka Toyot
  • 学会等名: 2019 Joint International Symposium on Electromagnetic Compatibility and Asia-Pacific International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Sapporo
  • 国際学会
• [学会発表] Suppression of Mode Conversion by Improving Shielding Around Ethernet Connector with Imbalance Matching (2019)
  • 著者名/発表者名: Md. Ashraful Islam, Ryota Irishika, Kengo Iokibe, Yoshitaka Toyota
  • 学会等名: 2019 Joint International Symposium on Electromagnetic Compatibility and Asia-Pacific International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Sapporo
  • 国際学会
• [学会発表] Reduction Mechanism of Differential-Mode Crosstalk between Adjacent Differential Pairs with Periodic Structure (2019)
  • 著者名/発表者名: Chenyu Wang, Hiroaki Takeda, Kengo Iokibe, Yoshitaka Toyota
  • 学会等名: 2019 Joint International Symposium on Electromagnetic Compatibility and Asia-Pacific International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Sapporo
  • 国際学会
• [学会発表] Suppression of Mode Conversion by Improved Shielding Effect of Ethernet Cable Connector Based on Imbalance Factor Matching (2019)
  • 著者名/発表者名: Md. Ashraful Islam, Ryota Irishika, Kengo Iokibe, Yoshitaka Toyota
  • 学会等名: International Conference on Computer, Communication, Chemical, Materials and Electronic Engineering
  • 国際学会
• [学会発表] Randomly Shifted Mesh Position of Meshed Ground for High-Density Mounting in FPCs (2019)
  • 著者名/発表者名: Chenyu Wang, Kengo Iokibe, Yoshitaka Toyota
  • 学会等名: 2019 IEEE International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Signal and Power Integrity
  • 国際学会
• [学会発表] ノイズ源等価回路モデルを用いたDC/DC コンバータにおける伝導妨害波電圧の予測精度向上に向けた検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 上松大志, 大崎悠平, 矢野佑典, 五百旗頭健吾, 豊田啓孝
  • 学会等名: 電子情報通信学会環境電磁工学研究会
• [学会発表] DC/DCコンバータの2ポートノイズ源等価回路モデルにおけるパラメータ抽出の改善による予測精度向上 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大崎悠平, 矢野佑典, 上松大志, 五百旗頭健吾, 豊田啓孝
  • 学会等名: 電子情報通信学会環境電磁工学研究会, EMCJ2018-101
• [学会発表] 周期構造を有する隣接差動線路間のディファレンシャルモードクロストークの低減メカニズム (2019)
  • 著者名/発表者名: 王晨宇, 竹田大晃, 五百旗頭健吾, 豊田啓孝
  • 学会等名: 2019年電子情報通信学会総合大会
• [学会発表] Optimum rotation angle for mitigating differential skew induced by glass cloth in PCB (2018)
  • 著者名/発表者名: Chenyu Wang, Kengo Iokibe, Yoshitaka Toyota
  • 学会等名: Electronics Packaging and iMAPS All Asia Conference
  • 国際学会
• [学会発表] Design of Differential Transmission Lines with Periodic Structure for Crosstalk Suppression by Preference Set-based Design Method (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Takeda, Kengo Iokibe, Yoshitaka Toyota
  • 学会等名: EMC Joint Workshop 2018, Daejeon
  • 国際学会
• [学会発表] メッシュグラウンドを有するプリント配線基板における回転角度に対する差動スキューの評価 (2018)
  • 著者名/発表者名: 王晨宇, 五百旗頭健吾, 豊田啓孝
  • 学会等名: 電子情報通信学会環境電磁工学研究会
• [学会発表] Crosstalk Reduction by Introducing Periodic Structure into Dense Differential Pairs (2017)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Takeda, Kengo Iokibe and Yoshitaka Toyota
  • 学会等名: 2017 Asia-Pacific International Symposium on Electromagnetic Compatibility (APEMC 2017) PS2-06
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2017-06-20
  • 国際学会
• [学会発表] Parameter Identification of Noise-source Linear Equivalent Circuit of DC-DC Converter and Its Evaluation (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuhei Osaki, Yusuke Yano, Kengo Iokibe and Yoshitaka Toyota
  • 学会等名: 2017 Asia-Pacific International Symposium on Electromagnetic Compatibility (APEMC 2017) TH-AM-5-04
  • 発表場所: Seoul, Korea
  • 年月日: 2017-06-20
  • 国際学会
• [学会発表] 周期構造を有する差動伝送線路におけるクロストーク抑制 (2017)
  • 著者名/発表者名: 竹田大晃, 五百旗頭健吾, 豊田啓孝
  • 学会等名: 電子情報通信学会環電磁工学研究会EMCJ2017-5
  • 発表場所: 東京都武蔵野市
  • 年月日: 2017-04-14
• [学会発表] DC-DCコンバータのノイズ源等価回路の提案とパラメータ同定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大崎悠平, 矢野佑典, 五百旗頭健吾, 豊田啓孝
  • 学会等名: 電子情報通信学会環電磁工学研究会EMCJ2017-6
  • 発表場所: 東京都武蔵野市
  • 年月日: 2017-04-14
• [学会発表] Evaluation of Secondary Common-mode current Using Modal Equivalent Circuit in Four-conductor Transmission-line System (2017)
  • 著者名/発表者名: Ryota Irishika, Yoshitaka Toyota, Kengo Iokibe
  • 学会等名: EMC Joint Workshop 2017, EMCJ2017-14
  • 国際学会
• [学会発表] 差動線路への周期構造導入によるクロストーク抑制効果の実測による評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 竹田大晃, 五百旗頭健吾, 豊田啓孝
  • 学会等名: エレクトロニクス実装学会 第3回超高速・高周波エレクトロニクス実装研究会
• [学会発表] プリント回路基板のガラスクロスに起因する差動スキューを低減する最適配線角度 (2017)
  • 著者名/発表者名: 王晨宇, 五百旗頭健吾, 豊田啓孝
  • 学会等名: エレクトロニクス実装学会 第3回超高速・高周波エレクトロニクス実装研究会