Figur 1. Tre-linjers kretskonfigurationer som används i denna studie, som beaktar miljön runt den elektriska kretsen (a) Geometriskt asymmetrisk struktur / elektriskt asymmetrisk anslutning (b) Geometriskt symmetrisk struktur / elektriskt symmetrisk anslutning. Kredit:Osaka University
De vanligaste enheterna drivs och styrs av elektrisk kraft. Signaler och kraft kan skickas genom att överföra elektricitet genom en elektrisk krets som består av ledare som leder elektrisk ström. Dock, interaktioner mellan en krets och dess miljö, såsom marken och jorden, generera EM-brus, orsakar funktionsfel och alstrar värme. Ekvationerna som utvecklades i denna studie verifierade teoretiskt att EM-brus inte bara orsakades av interferens mellan transmissionsledningar, men också av förhållandena hos element anslutna till den elektriska kretsen.
Eftersom det är svårt att hitta orsaker till osynligt EM-brus, olika åtgärder baserade på erfarenhet och kunnande från utbildade ingenjörer har vidtagits för att minska det. För att beskriva EM-brus, forskarna använde en krets med tre linjer (multi-conductor transmission line (MTL)), till vilka kretsar med klumpparametrar var anslutna. Förutom en konventionell kretskonfiguration med två linjer, en annan ledarledning var ansluten på källsidan som jord. (Figur 1)
Således, detta team av forskare härledde telegrafiska ekvationer, vågekvationer, och reflektionskoefficienter i normalmoden (NM) som representerar kretssignaler och den gemensamma moden (CM) som genereras av interaktion med omgivningen och orsakar olika brus. Med tanke på bruslägeskonverteringen i MTL, de härledde ekvationer som beskriver beteenden hos NM och CM.
Som ett resultat, de demonstrerade teoretiskt att CM omvandlades till NM på grund av (a) det geometriska förhållandet mellan kretsen och miljön och (b) de elektriska anslutningarna mellan MTL och elementen anslutna till MTL, genererar EM-brus.
Figur 2. Bruslägesomvandlingen från CM till NM, som härleds med hjälp av ekvationer som utvecklats i denna studie. I den elektriskt symmetriska kretsstrukturen (fig. 1 (a)) och den asymmetriska kretsstrukturen (fig. 1 (b)), avståndet d13 mellan kretsen, rad 1-1', och den omgivande miljön, linje 3−3′, ändras. Ju mer bruslägeskonverteringen från CM till NM sker, desto mer EM-brus genereras. När bruslägesomvandlingen är noll, inget EM-brus genereras. EM-brusomvandlingen blir noll endast i den elektriskt och geometriskt symmetriska kretsstrukturen. Kredit:Osaka University
Deras metod har möjliggjort teoretiska beräkningar av elektriska kretsar med olika konfigurationer och elektriska anslutningar, bekräftar att en symmetrisk konfiguration av tre transmissionsledningar tillsammans med klumpade kretsar var den enda lösningen för att eliminera EM-brus. (Fig. 2)
Denna metod möjliggör kvantifiering av beteendet hos EM-brus och tidsdomänanalys, så att man intuitivt kan förstå EM-brus. Denna metod har potential att i grunden eliminera grundorsaken till EM-brus.
Prof. Abe säger, "Förutom förbättringen av enhetens prestanda, vi strävar efter att utveckla en "EM-brusfri infrastruktur" för att skapa ett samhälle där människor kan använda enheter med högt mervärde, enheter med ultralåg strömförbrukning och ultralåg spillvärme."
Artikeln "Mechanism of common-mode noise generation in multi-conductor transmission lines" publicerades i Vetenskapliga rapporter .
