Figur 1. Schematiskt diagram som används i denna studie. Tidsvariationen för fysisk mängd i en tredimensionell kretsledare med kretselement (figuren är ett plan (2D) men kan också vara 3D-konfiguration). Dessutom, summan som är ursprunget till elektromagnetiskt brus kan kvantifieras. Upphovsman:Osaka University
En grupp forskare från Osaka University under ledning av prof. Masayuki Abe och prof. Hiroshi Toki från forskarskolan för ingenjörsvetenskap utvecklade en högprecisions 3D-kretssimulator i tidsområdet för att kvantifiera elektromagnetiskt (EM) buller och belyste dess ursprung , möjliggör elektronisk och elektrisk kretslayout för att minska EM -brus.
I vårt dagliga liv, vanliga elektriska apparater startar när de är anslutna till ett spänningsuttag. När en apparat är ansluten, "skillnaden" av potential appliceras på kontakten, och den elektriska kretsen i produkten drivs. Dock, EM -buller kommer från "summan" av potentialer, något som vi normalt inte ägnar mycket uppmärksamhet åt. Eftersom det är svårt att se varför, var, och när "summan" av potentialen genereras i elektriska kretsar, bullerbehandlingar ges baserat på kunskap. Resultaten av denna forskning har gjort det möjligt att inte bara kvantifiera "skillnaden" i fysisk mängd, som normalt används inom konventionell kretsteori, men också "summan" av fysisk mängd, som kan fungera som ursprung för EM -brusfenomen (bild 1). Eftersom våra liv blir mer och mer bekvämt på grund av spridningen av enheter som drivs av el, risken för problem orsakade av EM -buller har också ökat. Därför, visualisering av genereringsprocessen för EM-brus och förståelse för hur det inträffar är mycket viktigt vid banbrytande kretsdesign.
I den här studien, gruppen utvecklade en beräkningsmetod för att kvantifiera "summan" av fysiska kvantiteter, som orsakar EM -buller, samt en simulator som kan visualisera brusfenomenets ursprung. Specifikt, de kunde direkt beräkna den samtidiga partiella differentialintegralekvationen med variablerna av skalärpotential, avgift, vektorpotential, och nuvarande, som är fysikaliska EM-kvantiteter i de tredimensionella ledarna som utgör kretsen (fig 2). Vidare, gruppen utvecklade en algoritm som förbinder kretselement (spänningskällor, motstånd, etc.) vid godtyckliga gränser som ingångar. Metoden som utvecklats i denna forskning gör det möjligt att visualisera hur fysiska mängder i elektriska ledande material sprids och förändras över tid. Som ett resultat, det är möjligt att intuitivt förstå varför, var, och när EM -brus genereras, och utveckla en kretsdesign som i grunden eliminerar ursprunget för EM -brus.
Fig.2. Ekvationer och variabler som används i denna studie. Den fysiska kvantitet som används vid elektromagnetism beräknas som en variabel. Ekvationerna 1 och 2 representerar potentialen som erhålls från Maxwells ekvationer, vars källor är laddning och ström. Dessutom, förhållandet mellan ström och laddning uttrycks med kontinuerlig ekvation i ekv.3, och förhållandet mellan potential och ström uttrycks med Ohms lag i ekv. 4. Genom att lösa dessa ekvationer samtidigt, fenomen i kretsen kan beskrivas. Upphovsman:Osaka University
Fig.3. Experimentella resultat och numeriska beräkningsresultat erhållna med denna forskningsmetod och konventionella metoder. När potentialskillnaden är 0, EM -bruset genereras inte, och den genererade potentialskillnaden indikerar EM genererat genom att böja ledningarna i kretsen. Det kan ses att denna forskningsmetod återger experimentet med hög noggrannhet. Upphovsman:Osaka University
Denna metod beaktar också ledarens form som bestämmer kretsegenskaperna med hög noggrannhet. I demonstrationsexperimentet, den beräkningsteknik som utvecklats i denna studie observerades för att nära återge experimentets vågform (fig 3). I framtiden, gruppen kommer att använda denna forskningsteknik för att belysa EM-bullerfenomenet som orsakas av "summan" av potentialer som genereras i olika vanliga kretsledare och tillämpa resultaten på ljudlös kretsdesign.
Forskargruppen syftar till att förverkliga ett "ljudlöst" samhälle, och förvänta sig att deras teorier och beräkningar kan leda till ljudlös utrustning med låg strömförbrukning. De strävar aktivt efter att förverkliga en ljudlös infrastruktur och vill bedriva både grundläggande och tillämpad forskning om EM -buller mot social implementering av utrustning som reducerar EM -buller. Prof. Abe och prof. Toki söker partners från industriområdet inom olika områden för allt från grundforskning till tillämpad utveckling.
Artikeln "Tidsdomänformulering av en flerskiktad plankrets kopplad med klumpade parameterkretsar med Maxwell-ekvationer, "publicerades den 29 november Vetenskapliga rapporter .
