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tomtom
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温度センサ回路のノイズ
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アクセス5681
カテゴリーA/D&D/Aコンバータ、クロック
キーワード 温度センサ回路   再度回路レイアウト   原因候補あるいは原因追求   回路基板サイズ   進め方   Powered by Yahoo
投稿日時10/09/10 09:16
初めて質問します。よろしくお願いします。
RTDを使った温度センサ回路(センサ、SW,Amp、ADC、MPU、1次ボタン電池駆動構成)を一度試作して評価し、うまくいったので、センサーと切替SW間の余分な配線(未使用で浮いていたので)を除去して、再度回路レイアウトし直しました。回路基板サイズは30%くらサイズダウンしました。
ところが、信号線ノイズが回路の向きを変えると大きくなる現象がでて困っています。電子部品等は同じものを使用しており変えていません。外部ノイズが載っているのではと思いますが、原因候補あるいは原因追求の進め方を教えてください。

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リカルド 回答番号 4
タイトル
入力だけに捕らわれずに、ノイズの入る所を確定する。
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アクセス5566
投稿日時10/09/11 18:48
 センサーからスイッチを経由して、アンプに行っていると仮定します。

 先ずスイッチの直前でセンサーに相当する抵抗を付けます。
 センサーが何か分かりませんが、サーミスタだったら代用の抵抗を付ける訳です。
 センサーからスイッチの間に入るノイズの影響を無くすのが目的ですから、センサーに行く配線は外します。

 これで無くなれば、センサーからスイッチの間だろうと言えます。全く問題なく安定していれば、センサーからスイッチの間と言えるでしょう。
 「症状は軽くなったけど、完全ではない」と言うことも有ります。複数の原因である事も考えに入れておきます。

 改善しなかったら、センサー入力部分では無かったと言うことになります。

 アルミ箔、お菓子や茶の金属ケース、缶ジュースなど、身の回りの金属を探し、基板を囲ってみます。
 鉄で効果が有り、アルミで無ければ磁気的な物でしょう。

 鉄の缶を基板の周りで動かしてみたり、鉄板を敷きストーンヘンジみたいに缶を置き、その中に出し入れしてみたらどうですか。
 これならば直ぐに実験できるし。

 上手く行った時と今回とで、回りの環境が変わっていないか。同じ場所なのか、近くに新しい物が置いてないか。
 位置が変わっていないか。

 こういう事を調べ、「こうしたら、こうなった」と言うことを積み上げればヒントが出てくるでしょう。

Greenline 回答番号 3
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発生箇所と原因の切り分け
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アクセス5723
投稿日時10/09/11 16:34
tomtomさん、こんにちは。始めまして!

なかなか厄介そうな問題ですね…。まずは切り分けをされることが良いかと思います。

1) 基板内部での問題か、基板外部からの問題か?
というところです。位置を変えるとノイズの量が変化する、ということですが、回路を試作したときにはこのような現象がなかったので、何かしら相互影響している可能性もありそうですね。

部分ごとで電源を切断する、部品を取り外すなどして、どういう経路か、どの部分かを探ることだと思います。


2)温度センサまでのケーブル?
外部の問題+位置を変えれば、で思うことはケーブルのあたりでしょうか。抵抗とコンデンサをLPFとして挿入して対策が必要かもしれません(以降でコモンモードノイズの話しも)。

また、センサまでのケーブルを取り外して、回路入力にセンサの出力インピーダンスに等しい抵抗(もしくはセンサ自体)を取り付けてケーブルの問題を切り分けすることもできると思います。


3)周波数は?
ノイズが発生している周波数がどんな感じか?というところを見て、外部から混入している場合のソースを探ることも(対策するうえで)重要だと思います。

スペアナ(ノイズの周波数が低い場合はFFTアナライザ)でどの周波数にノイズが多いか?を見ることでしょうか。なお、RFIの場合は、これはRF信号が整流されて出力に表れるというものですので、この場合は直接RF周波数がアナライザで検出されるものではありませんので、ご注意ください。


4)同相モードがコモンモードに変化してノイズが出ている?
外部の電磁気的な変動がコモンモードになり回路に影響を与えることもあります。これは添付に資料(こないだのアナログ技術セミナーの一部)を示しますが、コモンモードで入った信号がノーマルモードに変化し、ノイズとして見えるというものです。

測定したテーブルの裏側とかに100Vのラインとか走っていませんか?これから結合+誘起しているかも??


5)測定上の問題?
測定上でノイズが混入してしまうことはありませんか?たとえば差動プローブなどを使って変なノイズが測定系に混入しないようにすることもポイントです。普通のパッシブプローブはかなり(意外と)ノイズをピックアップしたりします。


ところで、PNP-NPNさんからRFIに関する資料がアップされましたが、関連する資料として、

アナログ・デバイセズ著, "電子回路技術研究会訳; OPアンプの実装と周辺回路の実装技術 OPアンプ大全第5巻", CQ出版社

の第6章「EMIとRFIへの対策」p.139~

も参考になろうかと思います。



他にはどうでしょう?皆様、いかがでしょうか?
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tamanyan 回答番号 2
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ノイズの原因は?
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アクセス5701
投稿日時10/09/10 21:28
こんにちは.

試作の時には、うまくいったのに、基板のレイアウトを変更したらノイズが増えてしまったということですね.
すこし考えて見ました.

①基板のパターンを変更した.
②基板の向きを変えると、ノイズの大きさが変化する.

PNP-NPNさんの言われるRFIノイズの可能性は、かなり高そうに思います.
この場合は、机の上で数十cm移動しても電波は存在しますから、ノイズの大きさはあまり変わらないかと思います.電波の到来方向と偏波面の関係で、基板の向きを変えるとノイズの大きさが変わります.
RFIノイズは、OPAMPの入力に直列に1~2kΩの抵抗を入れると軽減されるはずです.
一般的なRTD測定回路で、バイアス電流が小さめのOPAMPなら、2kΩくらいの抵抗を入れても、それほど精度に影響はないはずです.

もう一つ考えられる原因は、電源トランスやモーターなどからの磁気雑音です.
こちらは、基板を書き直したことで、入力側パターンのループの面積が大きくなって、ノイズを拾いやすくなった可能性があります.
ループが磁束と直交しているときが一番起電力が大きくなりますから、基板の向きでノイズの大きさが変わります.
こちらは、ノイズの周波数によって対策が変わりますね.
この場合は、磁気雑音源から離せば、ノイズは小さくなるはずです.

スペアナをお持ちでしたら、RFIの場合は直径3cm、4~5ターンのサーチコイルで妨害波が見えると思います.
磁気雑音の場合は、少し周波数が低いので、コイルの巻き数を多めにした方が感度がよくなるかもしれません.
雑音信号が強ければ、オシロでも観測できると思います.


PNP-NPN 回答番号 1
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ノイズ混入経路の可能性?
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アクセス5909
投稿日時10/09/10 17:36
実物やそのノイズの状況がわからないので、的確なアドバイスにはならないかもしれませんが、可能性の一つとして読んでください。

 センサー入力のアンプの出力がふらついたり、ノイズらしきものがのっていて、回路やセンサーの方向を変えるとその状況が変わる場合、いくつかの原因の可能性が考えられます。ひとつはRFI整流作用作用による、アンプ入力への誤差電流の注入です。配線やパターンがアンテナとなり、そこにのったRF信号がアンプ入力の差動ペアトランジスタのPNジャンクションにより整流され、内部の誤差電流となって出力に現れるというものです。電波の強さや方向により変わりますので、測定してる場所によって大きく変わります。ちなみにアナログ・ジャパン社は、東京タワーに直線距離2Km以内で、さえぎる高いビルがないので、強力な電波の直撃をうけ、この現象がよく出ます。そのメカニズムについては、添付の資料(すいませんが英文しかありません、500KB)の中ほどのRFI Rectificationをみてください。この現象は、アンプがOPアンプでも計装アンプ(Instrumentation Amp)でも同じように起こります。入力フィルターなどで取り除きますが、RTDだとその構成に工夫が必要だと思います。添付のURLにフィルターの説明が載っています。

 もう一つは、もし入力が差動であるとき、入力の反転と非反転入力につながっているケーブルその他の浮遊量量や抵抗、浮遊インダクタンス等のインピーダンスがバランスしていない時に、CMRRの低下によりノイズ特性が劣化する可能性があります。差動入力アンプのCMRRは良好でも、そこへ入ってくる前の段階でCMRRが劣化している可能性もあります。入力回路を整理したら動作がおかしくなったとのことなので、この可能性も捨てきれません。

RFI整流作用のフィルターに関するアプリケーションノート

http://www.analog.com/static/imported-files/jp/application_notes/959137690AN_671.pdf
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