EMCエンジニアの休日

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【狭帯域と広帯域ノイズとは?】図でまとめてみます。

こんにちは。Noiseです。

Noiseはメーカー勤務でEMCエンジニアとして勤務しています。

 

最近は主として書いていこうと思ったEMCの内容について全く記事にしていませんでした。。

他の内容が面白くて、、

 

↓EMCとは?についてはこちらから↓

emc-noise.com

 

今回は久しぶりにEMCの内容についてのまとめてみます。

 

 

最近よく聞かれること

最近よくこんな質問をされます。

 

狭帯域ノイズと広帯域ノイズってなに??

何が違うの?

 

Noiseも昔はよく疑問に思っていました。

そもそもイメージもできてなかったので、理解することも難しかったです。

 

ということで今回は狭帯域ノイズと広帯域ノイズの違いについてまとめていこうと思います。

 

狭帯域と広帯域とは?

まず狭帯域と広帯域の意味です。

 

意味は漢字を読むままです。

 

狭帯域は狭い帯域

 

広帯域は広い帯域

 

EMCをかじっている方は、英語にするとよく聞いたことがある言葉ですね。

 

狭帯域はNarrow band

 

広帯域はBroadband

 

Narrowは狭い、細いという意味

Broadは広いや広々としたという意味

 

図にしてみましょう。

横軸が周波数、縦軸がレベルとして考えると

こんな感じの違いです。

狭帯域ノイズと広帯域ノイズの違い

図にしてイメージするとわかりやすいですね。

 

大まかな違い

狭帯域ノイズとは横軸の周波数幅が狭いノイズです。

ということは

「あるピンポイントの周波数範囲の成分しか持っていないノイズ」

ということに言い換えられます。

 

例えば77MHzのノイズについて考えます。

FMラジオの帯域ですね。

狭帯域ノイズと広帯域ノイズの違いは下記です。

狭帯域ノイズは77MHzの周波数成分しかレベルとしては高くないけど、広帯域ノイズはその前後の75MHzであったり80MHzなどのノイズ成分も高くなっています。

このような違いがあるのが特徴ですね。

 

狭帯域ノイズの例

狭帯域ノイズが発生する原因は下記が考えられます。

  • ICのスイッチング動作周波数

 

つまり一定の周波数で動作しているICからは狭帯域ノイズが発生します。

更にはその高調波成分も狭帯域ノイズとして出てきます。

(2倍、3倍、4倍・・・の周波数も狭帯域で出てきます)

 

 

広帯域ノイズの例

広帯域ノイズが発生する原因は下記が考えられます。

  • PWM変調など周波数が変動するIC
  • ブラシモーターなど

 

広帯域ノイズの例としては、PWM制御のように周波数が変動するICなどから発生します。

 

周波数が変動するので一定の周波数のみ発生するのではなく、幅広い帯域(広帯域)でノイズが発生してしまいます。

 

 

広帯域ノイズと狭帯域ノイズの見分け方

ではこれらのノイズをどのように見分けるのか?

 

それはスペクトルアナライザーEMIレシーバーのような測定器でノイズを計測してみれば、見分けることが可能です。

 

見分けるには測定器の検波設定でPK検波(尖頭値)AVE検波(平均値)を測定すれば簡単に見分けることができます。

 

PK検波(尖頭値)はその名の通り、ノイズの一番高いレベルを測定する検波になります。

AVE検波(平均値)測定時間あたりの平均値をプロットします。

引用:尖頭値、準尖頭値、及び平均値検波

※こちらのサイトはとっても参考になりますので、よくお世話になっております。

 

 

上記の前提のもと狭帯域ノイズと広帯域ノイズの測定値の違いを見てみましょう。

 

狭帯域ノイズは一定の周波数のみ発生するノイズでした。

ということは単位時間あたりに換算して、常時同じ周波数で同じレベルのノイズが出続けているということになります。

 

そうするとPK検波とAVE検波の値は同じ値になることがわかります。

(常時同じレベルが発生しているからAVE検波はPK検波に張り付く。正確に言うとICのスイッチング電圧が一定でない場合は違いますが、あまりそのようなパターンは多くありません。。)

 

逆に広帯域ノイズは広い周波数範囲に発生するノイズでした。

ということは、その中の1周波数のみプロットすると、発生するときとしないときがあるのがわかります。

(周波数が変動しているということは、一瞬の時間を切り取ると、見ている周波数成分は発生していないときがある)

 

ということはPK検波とAVE検波に差が生まれることがわかります。

 

よってこの値の差を確認することができれば、測定しているノイズが狭帯域ノイズなのか広帯域ノイズなのかを確認することができます。

 

昔の規格になりますがCISPR25のed2に、PKとAVE検波の差が6dB以上あれば広帯域ノイズという判定もありました。

 

このように測定していくと、対象のノイズがどんな成分なのか確認することがわかります。

 

まとめ

今回は狭帯域ノイズと広帯域ノイズについてまとめてみました。

EMCをやっていく中でここの違いがわからず躓くことはよくあることですね。

 

このような違いを理解するには、実際に実験してみるのが一番の近道だと思います。

我々が戦っているノイズはどちらが支配的かわかってくると、対策案の検討もできてくるかと思います。

 

以上です。

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