電源ラインのノイズ解析

 前のコラムでは機器から空気中に放出される電磁波ノイズについて測定してみましたが、今回は電源AC100Vラインに重畳してくる高周波ノイズに着目して調べてみました。

電源ラインのノイズ測定方法

 電源ラインのノイズを調べるのは簡単な様で簡単ではありません。難しい理由の一つはAC100Vがあるからで、まず測定器を直接接続できません。1:10のプローブをを使用すればオシロスコープでは観察できるかもしれませんが、ひとつ間違えれば測定器が直ぐお釈迦になります。特にスペアナは入力がフローティングしてないので1:10のプローブ等でACラインを見たら直ぐに逝ってしまいます。
ACラインに直接測定器を接続できないということに加えてもう一つ観察が難しい理由はACラインの電圧が100Vもあるので、例えばノイズが100mVあったとしても、AC電圧に隠れてノイズが観察できないことです。

いろいろ知恵を絞って測定方法を考えました。測定系のポイントは次の3点です。
・AC100Vを基本的には除去できること
・ACラインとはアイソレーションがと入れていること
・被測定対象である高周波ノイズがそのまま伝達されていること

上記を満たす測定検出系を考えるのに結構苦労しました。ここではその詳細は紹介しませんが、上記を満足する測定系を組むことができましたので、測定結果を簡単に紹介します。
                        測定系の概略図


電源ラインの測定結果

 まず測定系をAC100Vに接続しない状態の測定結果を紹介します。スペアナに検出器を接続した状態でのバックグラウンドノイズと思っていただければ結構です。

バックグランドノイズ 0-50MHz

横軸は周波数で0-50MHzまでで測定しています。縦軸は1div10dBの強度で相対値と思っていただければ結構です。バックグラウンドノイズと言いながらノイズスペクトルが既に検出されています。この検出器がノイズを発生していると言うよりも、スペアナの電源自体に高周波ノイズが混入しているので、ある検出系を接続すると結果的にノイズスペクトルが見えてしまうのだと思います。



電源コンセントに挿した状態(電源タップのSWOFF)
テーブルタップにコンセントを挿した状態でのノイズスペクトルです。ノイズのレベルが上昇しています。ほとんどが数十MHz帯でしかも近接した特定の周波数分布をとっていることです。注意して欲しいのは電源タップに付いているスイッチをOFFにしていることで、通電はしていないのです。この辺の高周波ノイズは通電していなくともACラインのどちらかが接続されていれば混入してきます。


次にACスイッチをオンにした状態を見てみましょう。
電源コンセントに挿してSWONの状態

不思議というか、当たり前というかスイッチをONにして通電しても高周波ノイズのスペクトル分布は変わりません。


最後にこれらのノイズをオシロスコープで見た写真を掲載しておきます。



こうだったものが


電源コンセントに挿すとこうなります

高周波ノイズの波高値は20mV程度ですが、検出系のせいで約1/10になっているので、実際には200mV程度の高周波ノイズが電源ラインには混入していることになります。
以上、今回は電源ラインに混入する高周波ノイズを観てみました。

(2012/11/02)

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